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Populationen und ihre genetische Struktur 07:13 min

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Transkript Populationen und ihre genetische Struktur

Hallo! Hast du mal darüber nachgedacht, warum es große und kleine Menschen gibt? Oder warum die Menschen verschiedene Haarfarben haben? Das möchte ich dir in diesem Video anhand genetischer Strukturen erklären.

Artbegriff Population

Schauen wir uns zunächst eine Population genauer an. Sie setzt sich aus Individuen der gleichen Art zusammen. Aber wie ist eine solche Art überhaupt definiert? Eine Art fasst alle Lebewesen zusammen, die in den wesentlichen Merkmalen übereinstimmen und fruchtbare Nachkommen bekommen können. Die Individuen einer Art, die in einem bestimmten Gebiet leben bezeichnet man als Population.

Variation - Genpool

Wir wollen uns jetzt einmal auf die Ebene der Gene begeben.

Die meisten Merkmale des Menschen werden durch mehrere Gene bestimmt, man sagt sie werden polygen vererbt. Beispielsweise folgen die Haarfarbe oder auch die Augenfarbe einem solchen polygenen Erbgang. Das bedeutet also: an der Ausprägung deiner Augenfarbe sind eine Vielzahl von Genen beteiligt und nicht nur ein einziges.

Denn nur wenige Merkmale werden monogen vererbt, also durch ein einziges Gen bestimmt. Ein Beispiel für einen solchen monogenen Erbgang beim Menschen ist die Fähigkeit den Stoff Phenylthioharnstoff, kurz PTC, schmecken zu können. Menschen, die PTC schmecken, empfinden es als bitter. Für alle anderen ist es ohne Geschmack. Das Gen für die Fähigkeit PTC schmecken zu können ist dominant.

Die beiden Genvarianten der PCT-Schmecker bzw. -Nichtschmecker nennt man Allele oder homologe Gene. Vereinfacht kannst du dir das so vorstellen: Jedes der 23 menschlichen Chromosom liegt in deinen Zellen ja in zweifacher Form vor. Einmal von deiner Mutter und einmal von deinem Vater.

Die paarigen Chromosomen sind fast identisch, aber eben nicht komplett identisch. Der Ort an dem das Gen für das Schmecken von PTC liegt, existiert auf beiden Chromosomen jeweils ein mal. Die DNA-Frequenz unterscheidet sich an dieser Stelle nur ganz leicht. Aber dies beeinflusst schon die Eigenschaften des Gens.

Bei PTC-Schmeckern wird aus diesem Gen ein Rezeptor für PTC synthetisiert. Bei den Nicht-Schmeckern ist dies nicht möglich, da ihre Genvariante leicht verändert ist. Allele oder homologe Gene sind also Genvarianten für die Ausprägung eines Merkmals. In diesem Fall ist das Allel der PTC-Schmecker dominant. Liegt es also auf einem der Chromosomen vor, bist du fähig PTC zu schmecken.

Die Häufigkeit eines Merkmals in einer Population ist natürlich nicht immer gleich. Das kannst du z.B. bei den Haarfarben der Menschen besonders deutlich sehen. Es gibt viele Menschen mit braunen oder schwarzen Haaren, aber nur wenige mit roten oder blonden Haaren. Die Allelfrequenz bezeichnet die Häufigkeit, mit der ein bestimmtes Allel in einer Population vorliegt.

Polymorphismus

Für die meisten Gene gibt es mehrere Ausprägungen, also verschiedene Allele. Das Auftreten mehrerer Varianten eines Allels innerhalb einer Population bezeichnet man als Polymorphismus . Ein Gen ist also polymorph, wenn es mehrere Variationen gibt. Wie die verschiedenen Haarfarben oder die Fähigkeit PTC zu schmecken oder nicht zu schmecken.

Vorteile von Polymorphismus

Aber warum gibt es eigentlich verschiedene Allele von Genen? Durch Polymorphismus gibt es viele Individuen in einer Population, die verschiedene Varianten eines Gens tragen, also heterozygot für dieses Gen sind. Nur wenige Individuen sind homozygot für ein Gen und tragen genau das gleiche Gen doppelt oder mehrfach.

Es hat sich herausgestellt, dass solche heterozygoten Allele vorteilhaft sind. Der Grund liegt darin, dass bei einem Fehler bei einem der beiden Allele, durch die beiden Variationen der Allele ein Fehler besser wieder aufgehoben werden kann. Das heißt, ist ein Allel fehlerhaft, so kann auf das andere Allel zurückgegriffen werden. Dies ist aber nur möglich, sofern der Fehler rezessiv und nicht dominant ist. Die meisten Krankheiten sind jedoch rezessiv ausgeführt und können damit durch die heterozygotie der Allele ausgeglichen werden.

Trägt man jedoch homozygote Allele, so kann es sein, dass man zwei mal das kranke rezessive Allel trägt und der Fehler nicht behoben werden kann. Die tritt häufig bei Inzucht ein, wenn in einer Familie ein rezessiver Fehler vorliegt und von beiden elternteilen das rezessive Allel vererbt wird.

Ein weiterer Vorteil heterozygoter Gene ist, dass die Konkurrenz der Individuen einer Population verringert wird. Vereinfacht kann man sagen: Wenn nicht jedes Indiviuduum gleich ist, andere Vorlieben hat und sich auch etwas anders verhält, dann gibt es weniger Streit als bei komplett identischen Individuen. Und weniger Streit ist natürlich vorteilhaft für die gesamte Population.

Zusammenfassung

Du hast in diesem Video gesehen, dass es von den meisten Genen mehrere Varianten, also Allele gibt. Die Häufigkeit, mit der ein bestimmtes Allel in einer Population vorkommt, heißt Allelfrequenz. Dieses Vorkommen von mehreren Allelvarianten eines Gens nennt man Polymorphismus.

Darum sind Menschen verschieden groß oder haben unterschiedliche Haarfarben. Es hat sich herausgestellt, dass es ein Vorteil ist, verschiedene Allele für alle Gene zu tragen, denn bei homozygoten Individuen können sich z.B. häufiger Erbkrankheiten durchsetzen. Auch die Konkurrenz innerhalb einer Population wird durch Polymorphismus verringert. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

1 Kommentar
  1. Super erklärt, sehr anschaulich und wirklich schön gestaltet! Top Video!! :))

    Von Noralanges, vor fast 6 Jahren

Populationen und ihre genetische Struktur Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Populationen und ihre genetische Struktur kannst du es wiederholen und üben.

  • Erkläre, aus welchen Individuen sich eine Population zusammensetzt.

    Tipps

    Erdmännchen z.B. leben in Populationen. Sie besiedeln Savannen und steinige trockene Halbwüsten im Süden Afrikas. Dort sind sie an die Bedingungen bestens angepasst. Sie können sich das ganze Jahr über fortpflanzen, die Weibchen bringen zwei bis vier Junge zur Welt.

    Lösung

    Die erste Auswahlmöglichkeit ist richtig. Zu einer Population gehören alle Individuen der gleichen Art. Zu einer Art zählt eine Gruppe von Lebewesen, die in ihren wesentlichen Merkmalen übereinstimmen und fruchtbare Nachkommen zeugen können. Die zweite Auswahlmöglichkeit trifft nicht zu. Die gleiche Augenfarbe von Individuen ist kein charakteristisches Merkmal für die Zugehörigkeit zu einer Population. Das gilt auch bezüglich der Haarfarbe und der Größe, also sind auch diese beiden Antworten nicht richtig. Individuen können also unterschiedliche Haar- oder Augenfarben sowie eine unterschiedliche Größe haben und dennoch zu einer Population gehören, solange die erste Möglichkeit zutrifft.

  • Erkläre die genetischen Grundlagen des Polymorphismus.

    Tipps

    Was ist Polymorphismus und warum ist er vorteilhaft?

    Überlege, was es heißt, wenn ein Individuum mehrere Genvarianten aufweist.

    Ein Gen ist eine Erbanlage für ein bestimmtes Merkmal. Allele sind verschiedene Varianten bzw. Ausprägungsformen eines Gens an einem bestimmten Ort auf einem Chromosom. Die Allele eines Gens bewirken die Ausprägung eines Merkmals bei einem Lebewesen. Die Allele können identisch oder unterschiedlich sein.

    Lösung

    Ein Allel ist eine Variante eines Gens. Die Häufigkeit eines Allels in einer Population ist die Allelfrequenz. Wir unterscheiden heterozygote von homozygoten Individuen. Heterozygote Individuen in einer Population tragen mehrere Varianten eines Gens. Das nennt man Polymorphismus. Wenige Individuen sind homozygot für ein Gen. Diese tragen das gleiche Gen mehrfach. Polymorphismus bringt Vorteile wie Fehlerbehebung (wenn der Fehler rezessiv vererbt wird) und Konkurrenzreduktion mit sich. Bei homozygoten Individuen hingegen besteht eine größere Gefahr von Erbkrankheiten, da ein krankes rezessives Allel doppelt vorliegen und der Fehler nicht ausgeglichen werden kann, wie es bei der Heterozygotie der Allele der Fall ist.

  • Unterscheide zwischen heterozygot und homozygot im abgebildeten Stammbaum.

    Tipps

    Es gibt unterschiedliche Ausprägungsformen eines Gens.

    Allele können in Bezug auf ein bestimmtes Merkmal identisch sein oder sich unterscheiden.

    Lösung

    Dargestellt ist ein heterozygoter Erbgang. Beide Eltern besitzen zwei unterschiedliche Allele für ein Gen. Sie sind bezüglich dieses Gens heterozygot. Diese Eigenschaft bringt Vorteile mit sich, da durch diese Heterozygotie eine Fehlerbehebung (bei rezessiv vererbten Fehlern) stattfinden kann. Bei einem Fehler bei einem der unterschiedlichen Allele kann dieser durch das andere Allel wieder aufgehoben werden. Außerdem kommt es zu einer Konkurrenzreduktion der Individuen einer Population. Zwei von den vier Kindern sind ebenfalls heterozygot für das entsprechende Merkmal, die anderen beiden homozygot. Diese besitzen zweimal das gleiche Allel.

  • Ermittle, welche Augenfarben an die Kinder vererbt werden können.

    Tipps

    Die Eltern können entweder jeweils homozygot oder aber heterozygot für eine Augenfarbe sein. Sind sie heterozygot, besitzen sie zwei unterschiedliche Allele, von denen sie das dominante weitergeben.

    Beachte, welche Augenfarben gegenüber den anderen dominant und welche rezessiv sind.

    Lösung

    • Hat die Mutter blaue Augen und der Vater grüne, so kann es sein, dass die Kinder sowohl blaue als auch grüne Augen vererbt bekommen. Diese Möglichkeiten der Vererbung liegen daran, dass beide Elternteile jeweils nur ein Allel abgeben können. Im Falle der Mutter können die Kinder nur ein blaues Allel erhalten, der Vater hingegen kann sowohl das blaue als auch das grüne Allel vererben, wenn er heterozygot ist. Bekommen die Kinder von beiden das blaue Allel, so werden sie blaue Augen haben. Erhalten sie hingegen das Blaue der Mutter und das Grüne des Vaters, so werden sie grüne Augen bekommen, da Grün Blau gegenüber dominant ist.
    • Haben beide Elternteile blaue Augen, so kann das Kind nur blaue Augen bekommen, da es von beiden nur ein blaues Allel erhalten kann.
    • Haben die Eltern braune Augen (heterozygot), so kann es trotzdem sein, dass beide ihr rezessives Allel weitergeben und die Kinder neben braunen auch blaue oder grüne Augen haben. Ist die Mutter für grüne Augen homozygot, gibt sie in jedem Fall ein grünes Allel weiter. Da der Vater heterozygot für braune Augen ist, sind die Kinder braunäugig, wenn er das braune Allel weitergibt. Gibt er ein Grünes weiter, bekommen die Kinder grüne Augen und bei Weitergabe eines blauen Allels ebenfalls, da dieses rezessiv gegenüber dem Grünen der Mutter ist. Die anderen beiden Möglichkeiten können in diesem Beispiel nicht zutreffen.
    (Nach aktueller Forschung können noch weitere Gene an der Entstehung der Augenfarbe beteiligt sein. So können z.B. unterschiedliche Schattierungen der Augenfarben erklärt werden.)

  • Nenne zentrale Begriffe der Vererbung.

    Tipps

    Welche unterschiedlichen Vererbungen gibt es? Denke daran, dass Merkmale durch mehere Gene oder auch nur durch ein einziges Gen bestimmt werden können.

    Lösung

    Es gibt unterschiedliche Arten der Vererbung. Wir unterscheiden zwischen der polygenen und der monogenen Vererbung. Bei dem polygenen Erbgang wird ein Merkmal, wie z.B. die Haar- oder die Augenfarbe, durch mehrere Gene bestimmt. Nur wenige Merkmale werden hingegen monogen vererbt, d.h., von nur einem einzigen Gen bestimmt. Ein Beispiel hierfür ist die Fähigkeit, den Phenylthioharnstoff (PTC) zu schmecken.

  • Analysiere die genetischen Grundlagen dieses Fallbeispiels.

    Tipps

    Bei der polygenen Vererbung sind mehere Gene an der Merkmalsausprägung beteiligt, bei der monogenen dagegen nur ein einziges.

    Ist ein Individuum in Bezug auf ein Merkmal dominant und homozygot, so wird sich dieses Merkmal durchsetzen.

    Lösung

    Die Hautfarbe wird polygen vererbt, d.h., es sind mehrere Gene an der Ausprägung dieses Merkmals beteiligt. Die Genorte der beteiligten Gene liegen auf verschiedenen Chromosomen. Bei einer monogenen Vererbung gäbe es nur einen Genort. Das Gen für dunkle Hautfarbe ist dominat. Wären beide Elternteile jeweils homozygot, würde sich die Dunkelhäutigkeit durchsetzen. Ist aber ein Elternteil heterozygot und besitzt Gene für helle Hautfarbe, so kann es dazu kommen, dass diese sich durchsetzt, so wie es bei einem dieser Zwillinge der Fall ist. Allerdings geschieht dies nur sehr selten. Es können weder beide Zwillinge homozygot noch heterozygot sein. Der Hellhäutige kann nicht heterozygot sein, da er dann das dunkelhäutige väterliche Gen tragen würde und dunkelhäutig wäre. Der dunkelhäutige Zwilling kann nicht homozygot sein, da er dann jeweils ein Gen für helle Haut von je einem Elternteil tragen würde und somit hellhäutig wäre.