Drachen züchten: So funktioniert die Mendel’sche Vererbungslehre Teach article

Übersetzt von Julia Heymann. Mendel’sche Vererbungslehre kann kompliziert zu vermitteln sein, doch das einprägsame Drachenzucht-Spiel von Pat Tellinghuisen, Jennifer Sexton und Rachael Shevin macht es leichter, die Theorie zu verstehen und sich zu merken.

Mit freundlicher Genehmigung
von julos / iStockphoto

Drachen mögen Fabelwesen sein, eignen sich aber trotzdem hervorragend für die Veranschaulichung der Mendel’schen Vererbungslehre. In dieser Arbeitseinheit werden die Schüler Babydrachen “züchten” und mit Hilfe von Papierchromosomen deren Genotyp und Phänotyp bestimmen.

Diese Arbeitseinheit wurde mit 12- bis 13 Jahre alten Schülern getestet und dauert in der Regel eine Schulstunde – rund 45 bis 60 Minuten.

Material

Für die ganze Klasse

  • Ein DNA-Modell
  • Das Bild eines Chromosoms

Für jeden Schüler

  • Ein Set Chromosomenstreifen in zwei Farben (14 rosa Streifen für die Mutter und 14 blaue Streifen für den Vater)
  • Ein Arbeitsblatt
  • Bunstifte (mindestens vier Farben)

Die Chromosomenstreifen, Tabellen 1-3 des Arbeitsblatts, das Arbeitsblatt selbst und die Drachen-Grundzeichnung können von der Science in School-Websitew1 heruntergeladen werden.

Ablauf

Stellen sie den Schülern die Drachengeschichte und die nötigen Grundlagen mit Hilfe der unten stehenden Informationen vor. Geben sie dann das Material aus und lassen sie die Schüler den Anweisungen auf dem Arbeitsblatt folgen. Tabellen 1-3 können auch von der Science in School-Websitew1 heruntergeladen werden.

Die Geschichte

Drachen sind seltsame Kreaturen. Erstaunlicherweise jedoch ähnelt ihre Genetik sehr der menschlichen – oder sogar der von Meerschweinchen. Viele Schulen haben ein Schul-Meerschweinchen, doch wäre eine eigene Drachenherde nicht viel aufregender? Leider sind Drachen sehr teuer, deshalb konnte sich eure Schule nur zwei leisten – einen jedes Geschlechts. Das Ziel dieser Arbeitseinheit ist es herauszufinden, welche Drachen ihr in eurer Herde haben könntet, wenn ihr diese zwei Drachen zum züchten verwenden würdet.

So wird DNA in
Chromosomen verpackt
(nicht maßstabsgerecht). Zum
Vergrößern auf das Bild
klicken

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von Darryl Leja, NHGRI / NIH

Grundlagen für die Schüler

Alle Zellen einer Lebensform enthalten erbliche Informationen, die von einem Molekül namens Desoxyribonukleinsäure (DNA) verschlüsselt werden: zeigen sie den Schülern das DNA-Modell. DNA ist ein sehr langes, dunes Molekül, das aufgespult und zusammengebündelt Chromosom genannt wird: zeigen sie den Schülern das Bild eines Chromosoms. Jedes Chromosom ist ein einzelnes Stück DNA, also hat eine Zelle mit acht Chromosomen genau acht lange DNA-Stücke.

Ein Gen ist ein Segment des langen DNA-Moleküls. Verschiedene Gene können unterschiedlich lang sein und jedes Gen ist ein Code dafür, wie ein bestimmtes Polypeptid hergestellt werden soll. Ein oder mehrere Polypeptide bilden ein Protein, das grundsätzlich zu einer von zwei Arten gehören kann: Solche, die chemische Reaktionen im Körper durchführen (Enzyme), und solche, die zu den Struktur-Bauteilen des Körpers gehören (Strukturproteine). Wie ein Organismus aussieht und funktioniert ist das Ergebnis der Effekte dieser beiden Arten von Proteinen.

Verschiedene Allele
desselben Gens (nicht
maßstabsgerecht)

Mit freundlicher Genehmigung
von Nicola Graf

Jedes Lebewesen mit „Eltern“ hat eine gerade Anzahl an Chromosomen, denn die Hälfte kommt von „Vater“ und die andere Hälfte von der „Mutter“. Zum Beispiel ist bei Pflanzen das Pollenkorn der paternale Beitrag und die Samenanlage der maternale. Diese beiden Zellen werden zu einer einzelnen Zelle vereint, die zu einem Samen (dem Nachkommen) heranwächst.

Menschen haben 46 Chromosomen, die in 23 Paare aufgeteilt sind. Ein Chromosom jedes Paares stammt vom Vater einer Person – das andere von seiner oder ihrer Mutter. Weil Chromosomen immer paarweise vorliegen, tun das auch die Gene. Je ein Gen befindet sich auf einem der beiden Chromosomen eines Paares, das andere Gen liegt an der gleichen Stelle auf dem anderen Chromosom. Das „Gen-Paar“ wird in der Fachsprache als „Gen“ bezeichnet, weil beide Gene eines Paares dasselbe Merkmal verschlüsseln. Jedes Gen kann es in verschiedenen Formen geben – Allele genannt – aber jeder Mensch kann höchstens je zwei Allele besitzen (eins vom Vater und eins von der Mutter). Die zwei Kopien eines Gens einer Person können dabei aus zwei gleichen oder aus zwei verschiedenen Allelen bestehen.

Unsere Drachen haben 14 Chromosomen in sieben Paaren und wir schauen uns nur ein Gen jedes Paares an. Wir untersuchen sieben verschiedene Merkmale (z.B. die Fähigkeit, Feuer zu spucken), von denen jedes von einem einzelnen Gen kontrolliert wird – man nennt solch ein Merkmal monogenetisch. Jedes der sieben Gene besitzt zwei Allele.

 

Arbeitsblatt

Ein Set, bestehend aus 14 Streifen, steht für die Chromosomen der Drachenmutter (weiblich), das mit der anderen Farbe für die des Drachenvaters (männlich).

Jeder Chromosomenstreifen zeigt einen Buchstaben, der entweder groß oder klein geschrieben sein kann. Die großen Buchstaben stehen für dominante Allele und die kleinen für rezessive. Jedes Buchstabenpaar kodiert für ein Merkmal. Wenn mindestens ein dominantes Allel vorhanden ist (Großbuchstaben), wird das dominante Allel ausgeprägt (z.B. kann der Drache Feuer speien). Das rezessive Allel (z.B. nicht feuerspeiend) tritt nur dann auf, wenn der Drache mindestens zwei Kopien dieses Allels besitzt.

Die Buchstaben stehen für folgende Merkmale:

Die Drachengrundform
Mit freundlicher Genehmigung
von Nicola Graf
  1. Sortiere die Chromosomen in Paare mit gleicher Länge und gleichen Buchstaben des Alphabets. Du solltest sieben Chromosomenpaare von jeder Farbe erhalten (blau für männlich, rosa für weiblich).
    • F und f bedeuten, ob der Drache Feuer speien kann oder nicht
    • M und m stehen für die Anzahl der Zehen
    • S und s stehen für die Anzahl der Stacheln am Schwanz
    • T und t bestimmen die Farbe des Schwanzes
    • A und a bestimmen die Farbe des Körpers
    • W und w bestimmen die Flügelfarbe
    • H und h zeigen an, ob der Drache ein Horn hat oder nicht.

 

  1. Lege das längste männliche Chromosomenpaar (blau) und das längste weibliche (rosa) mit der Oberseite nach unten auf den Tisch, so dass die Buchstaben verdeckt sind.
  2. Wähle ohne umzudrehen eins von jeder Farbe und lege sie zusammen, um das Chromosomenpaar des Babydrachen zu erhalten. Lege das übriggebliebene Chromosomenpaar zur Seite.
  3. Wiederhole Schritt 2 und 3 mit den anderen Chromosomen von lang nach kurz, bis du sieben neue Chromosomenpaare mit je einem rosa und einem blauen Streifen hast.
  4. Decke die sieben Chromosomenpaare des neuen Babydrachen auf. Trage für jedes Paar den Buchstaben auf dem blauen Chromosom in die Spalte „männliches Gen“ in Tabelle 1 ein und den Buchstaben des rosa Chromosoms in die Spalte „weibliches Gen“. Pass genau auf, dass du die Buchstaben richtig einträgst und achte darauf, ob sie groß- oder kleingeschrieben sind.
  5. Lege alle Chromosomen zurück an ihren Platz.
  6. Schreibe auf, welche Allele (Buchstaben) dein Drache für jedes Merkmal hat und übertrage sie in die zweite Spalte in Tabelle 2. Die zwei weitervererbten Allele eines bestimmten Gens nennt man den Genotyp (z.B. TT). Das sichtbare Merkmal eines Individuums (etwa ein roter Schwanz) wird Phänotyp genannt.
  7. Schaue in Table 3 nach, welche Allele dominant oder rezessiv für jedes Merkmal sind und trage dann den Phänotyp deines Drachen in Table 2 ein.
  8. Jetzt kannst du deinen Babydrachen zeichnen: füge die erwähnten Körperteile zu der Drachen-Grundform (die auch von der Science in School – Websitew1 heruntergeladen werden kann) hinzu und gib ihnen die richtige Farbe. In Tabelle 3 findest du Beispiele für die zusätzlichen Körperteile.

Männliches Gen (blau) Weiblichen Gen (rosa)
Tabelle 1: Die Gene, die dein Drache von seinen Eltern geerbt hat
   
   
   
   
   
   
   
Merkmal Genotyp Phänotyp
Tabelle 2: Genotyp und Phänotyp deines Babydrachen
Feuer/kein Feuer (F/f)    
Zehen (M/m)    
Stacheln am Schwanz (S/s)    
Schwanzfarbe (T/t)    
Flügelfarbe (W/w)    
Horn/kein Horn (H/h)    
Farbe des Körpers (A/a)    
Genotyp Phänotyp  
Tabelle 3: Übersetzung des Drachengenotyps in den Phänotyp
FF oder Ff Spuckt Feuer

ff Spuckt kein Feuer  
MM oder Mm Vier Zehen

mm Drei Zehen (alle Drachen haben mindestens drei Zehen)

SS oder Ss Fünf Stacheln am Schwanz  
ss Vier Stacheln am Schwanz (alle Drachen haben mindestens vier Stacheln)  
TT oder Tt Roter Schwanz  
tt Gelber Schwanz  
WW oder Ww Rote Flügel  
ww Gelbe Flügel  
HH oder Hh Horn

hh Kein Horn

AA oder Aa Blau Körper und Kopf  
aa Grüner Körper und Kopf  

Auswertung

  • Vergleiche deinen Drachen mit anderen Drachen in der Klasse. Welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten findest du?
  • Wie erklärst du dir vorhandene Unterschiede, wo doch alle Drachen die gleichen Eltern haben?

Variante

Co-Dominanz

Um das Konzept der Co-Dominanz einzuführen, können sie die Arbeitseinheit ausbauen, indem sie das Material für das Merkmal der Körperfarbe (Genotyp Aa) mit dem nachfolgenden mit den Genotypen A/Ä/a ersetzen, wobei A und Ä co-dominant sind und a rezessiv ist.

Genotyp Phänotyp
Tabelle 1a: Übersetzung des Drachengenotyps in den Phänotyp (Erweiterung für das Beispiel zur Co-Dominanz)
AA oder Aa Blauer Körper und Kopf
ÄÄ oder Äa Schwarzer Körper und Kopf
Blau-schwarz gesteifter Körper und Kopf
aa Weißer Körper und Kopf
Merkmal Genotyp Phänotyp
Tabelle 2a: Genotyp und Phänotyp deines Babydrachen (Erweiterung für das Beispiel zur Co-Dominanz)
Körperfarbe (A/Ä/a)    

Sie müssen die Chromosomenstreifen mit A/a mit zwei verschiedene Eltern-Chromosomensätzen austauschen, um Nachkommen mit allen sechs möglichen Genotypen zu erhalten. Die Hälfte der Klasse bekommt dann Satz Nummer 1, die andere Hälfte Satz Nummer 2.

Andere Variationen

Anstatt Drachenteile zu zeichnen, könnten sie die Schüler auch andere mythische Kreaturen zeichnen oder sogar bauen lassen, zum Beispiel aus Marshmallows und Nadeln (siehe Soderberg, 1992).

Danksagung

Diese Arbeitseinheit basiert auf einer Idee von Patti Soderberg, angepasst mit Genehmigung von The Science Teacher (siehe Soderberg, 1992). Ihre Reebops-Stunde wurde später von den Autoren adaptiert. Die Idee der Chromosomenstreifen stammt von an Nancy Clarkw2; das Beispiel der Co-Dominanz von Marlene Rau, der Redakteurin von Science in School.

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References

  • Soderberg P (1992) Marshmallow meiosis. The Science Teacher 59(8): 28-31.
    • Der Artikel kann hier kostenlos heruntergeladen werden, mit freundlicher Genehmigung von The Science Teacher.

Web References

 

Resources

Author(s)

Patricia Tellinghuisen ist die Direktorin der Vanderbilt Student Volunteers for Science (VSVS)w3 und außerdem Fakultätsbeirat an der Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, USA. Jennifer Sexton und Rachael Shevin waren studentische Laborassistenten am VSVS.


Review

Als Biologielehrerin einer Realschule kam ich nie auf die Idee, Genetik mit Hilfe mythologischer Kreaturen zu unterrichten, aber nach anfänglicher Überraschung wurde mir klar, dass die Verwendung der Drachengenetik perfekt mit den wissenschaftlichen Fakten übereinstimmte…und wirklich viel Spaß machte! Die Idee, zufällig Gene auszuwählen und sich die resultierenden Merkmale des Babydrachens anzuschauen ist genial und gleichzeitig effektiv.

Auch wenn es sie nicht wirklich gibt, könne Drachen das Interesse an einem Thema wecken, dass (zumindest von Schülern) prinzipiell als langweilig empfunden wird und kann wissenschaftliche Konzepte genauso gut vermitteln, wie Mendel’s Erbsen als reale Lebewesen.

Ich empfehle diesen Artikel Biologielehrern der Grund- und Mittelschule, die die Grundlagen der Mendel’schen Vererbungslehre auf neue und spielerische Weise angehen wollen (Gene, Allele, Genotyp und Phänotyp, Dominanz, Meiose und Züchtung). Die Arbeitseinheit kann sehr leicht und ohne viel Equipment im Klassenzimmer durchgeführt werden.

Geeignete Verständnisfragen beinhalten:

  1. Drachen haben:
    1. sieben Chromosomen
    2. sieben Gene
    3. sieben Chromosomenpaare
    4. sieben Allele.
  2. Beim Drachenzüchten wird die Zahl der Chromosomen der Nachkommen:
    1. halbiert
    2. gleich bleiben
    3. verdoppelt
    4. je nach Geschlecht verteilt.

Giulia Realdon, Italien




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