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Die Genetik

Die Genetik wird auch als Vererbungslehre bezeichnet und beschäftigt sich damit, wie Merkmale von einer Generation in die nächste übertragen werden. Man unterteilt dieses Fachgebiet in die klassische und die moderne Genetik. Die klassische Genetik wurde von Gregor Johann Mendel begründet. Sie beschäftigt sich mit Systemen und Regeln, die in der Vererbung von Merkmalen eine Rolle spielen. Die moderne Genetik beschäftigt sich dagegen mit den molekularen Grundlagen der Vererbungen.

Gregor Johann Mendel.jpg

Mendel und die Erbsenpflanze

Gregor Johann Mendel lebte im 19. Jahrhundert und war ein Mönch. Allerdings war er schon immer sehr naturwissenschaftlich interessiert und studierte mehrere Fächer. Nach seinem Studium zog sich Mendel in sein Kloster zurück und begann mit Kreuzungsversuchen an Erbsenpflanzen, um die Mechanismen der Vererbung zu erforschen.

Kreuzungsversuchen

Für seine Experimente wählte Mendel Pflanzen nach bestimmten Merkmalen, wie die Blütenfarbe oder die Form der Schoten, aus. Diese kreuzte er immer wieder miteinander, solche mit gleichen Merkmalen und welche mit verschiedenen Merkmalen. Um zu verhindern, dass sich seine Pflanzen selbst bestäubten, entfernte er nach seiner eigenen gezielten Bestäubung die Staubblätter der Pflanzen. Insgesamt züchtete er mehrere Tausend Erbsenpflanzen. Im Laufe seiner Forschung stellte sich heraus, dass er mit seinen ersten Hypothesen recht behielt. Er stellte die Mendelschen Regeln auf, die bis heute in der Genetik gelten:

  1. Uniformitätsregel: Kreuzt man zwei reinerbige Individuen einer Art, die in einem Merkmal unterschiedlich sind, so sind die mischerbigen Nachkommen in der 1. Tochtergeneration in diesem Merkmal alle gleich.

  2. Spaltungsregel: Kreuzt man die Individuen der 1. Tochtergeneration miteinander, so treten die Merkmale der Eltern bei ihren Nachkommen in der 2. Tochtergeneration in bestimmten Zahlenverhältnissen auf. Beim dominanten Erbgang erfolgt beispielsweise die Aufspaltung im Genotyp im Verhältnis 1:2:1 sowie im Phänotyp im Verhältnis 3:1.

  3. Unabhängigkeitsregel: Kreuzt man zwei Individuen, die sich in mehreren Merkmalen reinerbig unterscheiden, so werden die Erbanlagen frei kombiniert und unabhängig voneinander vererbt.

Die wichtigste Schlussfolgerung, die Mendel aus seinen Regeln und den Kreuzungsexperimenten zog, war dass Merkmale anscheinend über bestimmte Teilchen übertragen werden, die Erbinformationen also irgendwo gespeichert sein müssen. Er nannte diese Teilchen damals Anlagen.

Mendel aus heutiger Sicht

Die Erkenntnisse von Mendel lösten in seiner Zeit große Kontroversen auf. Die molekularen Grundlagen seiner Forschungsergebnisse waren noch unbekannt. Heute weiß man, dass die Erbinformationen in den Genen gespeichert sind. Diese Gene liegen an einem Genort. Jedes Gen hat verschiedene Ausprägungen, die Allele. Sie liegen auf den beiden homologen Chromosomen. Von jedem Chromosom gibt es sozusagen ein Duplikat, welches die gleichen Gene aber mit verschiedenen Allelen enthält. So kann eine Erbsenpflanze zum Beispiel ein Allel für die Ausbildung des Merkmals Blütenfarbe weiß und eins für Ausbildung des Merkmals Blütenfarbe violett besitzen.

Diese beiden stellen dann den Genotyp, also das Erbbild, der Pflanze dar. Welches Merkmal hinterher sichtbar ausgeprägt wird, also der Phänotyp, entscheidet sich durch den jeweiligen Erbgang. Beim dominant-rezessiven Erbgang dominiert eines von zwei Allelen. Das rezessive Allel kann sich gegen das dominante Allel nicht durchsetzen. Es wird nur bei reinerbigen Individuen, also mit zwei rezessiven Allelen, ausgeprägt. Beim intermediären Erbgang verhalten sich die Allele für ein bestimmtes Merkmal gleichwertig zueinander, sodass das Erscheinungsbild der Nachkommen eine Mittelstellung einnimmt. Beim gonosomalen Erbgang, auch geschlechtsgebundene Vererbung genannt, sind die Gene für die Vererbung eines Merkmals auf den Geschlechtschromosomen lokalisiert.

X- und Y-Chromosom.jpg

Drosophila als Modellorganismus

Drosophila ist der wissenschaftliche Name der Fruchtfliege. Da sie besonders einfach zu halten ist und eine sehr kurze Zeit von einer Generation zur nächsten hat, wird sie in der genetischen Forschung besonders häufig genutzt. Bei Kreuzungsversuchen an Drosophila konnten viele weitere Mechanismen der Vererbung erforscht werden. Zum Beispiel gibt es Gene und gemeinsam für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich sind oder sich gegenseitig beeinflussen. Diesen Mechanismus nennt man Genkopplung. Auch die Rekombination kann mit Drosophila direkt untersucht werden. Während der Meiose hängt es vom Zufall ab, welche Chromosomen mit welchen Allelen an den Nachwuchs weitergegeben werden. Es entstehen neue Merkmalskombinationen. Mithilfe der Genkartierung können Forscher zu dem bestimmen, an welcher Stelle im Genom ein Gen genau lokalisiert ist. Auch das Hardy-Weinberg-Gesetz kann gut an Fruchtfliegen getestet werden. Es beschreibt die Verteilung von Allelen in einer ganzen Population, wenn keine Effekte von außen auf die Population wirken. So können Abweichungen bei natürlichen Populationen erkannt und auf Selektion oder andere evolutive Effekte zurückgeführt werden.