Hintergrundwissen zum Spiel

Die Grundlagen der Vererbungslehre

Weshalb gleichen wir unseren Eltern oder Großeltern? Diese Frage beschäftigte die Menschheit schon seit jeher und viele Forscher versuchten zu enträtseln, wie Merkmale von den Vorfahren auf ihre Nachkommen und damit von Generation zu Generation weitervererbt werden können. Im Jahr 1866 gab es eine erste wissenschaftliche Erklärung dieses Phänomens, als Gregor Mendel seine Forschungsergebnisse über die Vererbungslehre von Erbsen veröffentlichte.

Trotz der immensen wissenschaftlichen Bedeutung seiner Entdeckungen, blieben Mendels Arbeiten lange unbeachtet und wurden erst im Jahre 1900 durch Hugo de Vries, Carl Correns und Erich von Tschermak wieder entdeckt. Gregor Mendel ging als rechtmäßiger Entdecker der genetischen Grundlagen der Vererbung in die Geschichte ein und gilt bis heute als Vater der Genetik.

Was lehren uns die Mendelius?

Das Spiel erklärt die Regeln der genetischen Vererbung am Beispiel der Hautfarbe von imaginären Lebewesen, den Mendelius. Es gibt drei Familien, die sich in ihrer Hautfarbe unterscheiden: rot, beige und mischfarbig. Das Merkmal Hautfarbe in unserem Beispiel wird durch ein einzelnes Gen mit zwei Allelen bestimmt, wobei ein Allel vom Vater, das andere von der Mutter vererbt wird. Das Allel R bewirkt eine rote Hautfarbe, während das Allel B für eine beige Hautfarbe verantwortlich ist.

Betrachten wir die möglichen Kombinationen aus diesen beiden Allelen, so besitzt ein Individuum mit den Allelen RR eine rote Hautfarbe, ein Individuum mit den Allelen BB eine beige und ein Individuum mit den Allelen RB weist eine Mischfarbe auf. Sind beide Allele eines Individuums gleich, so ist das Erbgut bezogen auf das Merkmal Hautfarbe reinerbig. Hingegen wird das Erbgut bei Individuen mit zwei unterschiedlichen Allelen als mischerbig bezeichnet.

Kreuzung von reinerbigen Individuen

Kreuzt man zwei Individuen mit roter Hautfarbe, dann besitzen ihre Nachkommen ebenfalls eine rote Hautfarbe. Sowohl der Vater, als auch die Mutter geben ihren Nachkommen jeweils das Allel R weiter:

RR x RR → RR

Das Gleiche gilt bei Kreuzung von zwei Individuen mit beiger Hautfarbe. Auch hier sind alle Nachkommen beige:

BB x BB → BB

Was passiert nun bei Kreuzung von Eltern, bei denen ein Individuum eine rote und das andere eine beige Hautfarbe aufweist? Wie zuvor beschrieben, gibt das Elternteil mit roter Hautfarbe das Allel R und das Elternteil mit beiger Hautfarbe das Allel B weiter. Als Resultat ergeben sich für alle Nachkommen die Allele RB und damit eine Mischfarbe:

BB x RR → RB

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Schon Mendel beobachtete, dass bei Kreuzung von zwei Eltern, die sich in einem Merkmal unterscheiden, für das sie beide jeweils reinerbig sind, eine Tochtergeneration entsteht, bei der alle Individuen bezüglich dieses Merkmals gleich sind. Die Gleichheit bezieht sich sowohl auf die Phänotypen (also die Merkmalsausprägung, hier die Hautfarbe), als auch auf die Genotypen (also die im Genmaterial vorliegenden Allele, hier RR, BB oder RB). Dieses Phänomen wird auch als Uniformitätsregel bezeichnet.

Kreuzung von mischerbigen Individuen

Eine mischerbige Kreuzung ist eine Kreuzung zwischen einem reinerbigen Individuum (rot RR oder beige BB) und einem mischerbigen (Mischfarbe RB).

Wir betrachten zunächst die Nachkommen aus einer Kreuzung zwischen einem Individuum mit beiger Hautfarbe und einem mit der Mischfarbe. Das beige Individuum vererbt seinen Nachkommen immer das Allel B, während das mischfarbige in der Hälfte der Fälle das Allel B und in der anderen Hälfte das Allel R vererbt. Zur einfacheren Darstellung der Ergebnisse für die Nachkommen, benutzen wir ein sogenanntes Rekombinationsquadrat. In diesem Quadrat sind die Keimzellen (Eizellen und Spermien oder Geschlechtszellen) vom beigen Elternteil in der ersten Spalte und die Keimzellen vom mischfarbigen Elternteil in der obersten Zeile eingetragen. Wie wir später noch sehen werden, besitzen Keimzellen jeweils nur ein Allel eines Gens und nicht zwei. Anschließend wird der mittlere Teil des Quadrats ausgefüllt, so dass man alle möglichen Kombinationen von Keimzellen erhält. Das heißt, die erste Keimzelle eines Elternteils vereint sich mit der ersten des anderen Elternteils, danach die erste eines Elternteils mit der zweiten des anderen und so weiter.

Daraus ergibt sich folgendes Verhältnis:

BB x RB → 50% BB : 50% RB

Das Gleiche gilt bei Kreuzung zwischen einem roten und einem mischfarbigen Individuum:

RR x RB → 50% RR : 50% RB

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Kreuzung von zwei mischerbigen Individuen

Was passiert nun bei Kreuzung von zwei mischfarbigen Individuen? Jedes der Elternteile vererbt ihren Nachkommen entweder das Allel R oder das Allel B mit einer Wahrscheinlichkeit von jeweils 50%. Im Rekombinationsquadrat sieht die Kreuzung so aus:

RB x RB → 25% RR : 50% RB : 25% BB

Bei Mendels Beobachtungen dieser Art von Kreuzungen, erkannte er, dass die genetische Information für ein Merkmal von je zwei Faktoren bestimmt wird (heute als Allele bezeichnet). Diese werden bei der Keimzellenbildung voneinander getrennt und bei der Befruchtung wieder vereint. Keimzellen besitzen also jeweils nur ein Allel und nicht zwei, wie alle anderen nicht-reproduktiven Zellen (Körperzellen). Der biologische Sinn dieses Phänomens besteht darin, die Menge der genetischen Information in den Nachkommen konstant zu halten, so dass nach Vereinigung der männlichen und weiblichen Keimzellen die Anzahl der Allele (2) bestehen bleibt, wobei eins von jedem Elternteil stammt. Dieses Phänomen ist auch als Zweite Mendelsche Regel oder Spaltungsregel bekannt.

Heute wissen wir, dass Keimzellen eine Reduktionsteilung (Meiose) durchlaufen, in der das genetische Material halbiert wird, so dass jede Keimzelle nur ein Allel für jedes Gen aufweist.

Wichtig zu erwähnen ist, dass die Vererbung der Hautfarbe keinen Einfluss auf die Vererbung anderer Merkmale hat, wie z. B. dem Geschlecht des Individuums. Dieser Umstand ist in der Dritten Mendelschen Regel oder Unabhängigkeitsregel beschrieben.

Sie gilt für voneinander unabhängige Gene, also Gene, die sich auf unterschiedlichen Chromosomen befinden oder aber auf demselben Chromosom weit auseinander liegen.