Lösungen Kapitel 1

Lösungen zu Kernbereiche Biologie 8
Sollte die Lösung leicht aus dem Buch ersichtlich sein, haben die Autorinnen auf eine
Lösung verzichtet.
Kapitel 1
S. 6: Mutter und Sohn sehen sich ähnlich, sie haben zum Beispiel die gleiche Nasenform.
S. 7: Zu jedem Autosom sind zwei Chromosomen vorhanden, auch bei den Gonosomen.
S. 8 unten: Es wird Bezug genommen auf den Band 6.
S. 10
Meiose
1. Reifeteilung
a) Prophase I: in einer diploiden Zelle wird die DNA zu Chromosomen spiralisiert, die
Kernmembran löst sich auf
b) Metaphase I: die homologen Chromosomenpaare ordnen sich in der Äquatorialebene an, es
bildet sich ein Spindelapparat
c) Anaphase I: die homologen Chromosomenpaare werden von Spindelfasern getrennt und an
die zwei gegenüberliegenden Zellpole gezogen
d) Telophase I: eine leichte Kernmembran entsteht, die Mutterzelle teilt sich in zwei diploide
Tochterzellen
2. Reifeteilung
a) Prophase II: in jeder der beiden Tochterzellen wird eine weitere Zellteilung eingeleitet
b) Metaphase II: die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an, es bildet sich ein
Spindelapparat
c) Anaphase II: die Chromosomen werden von Spindelfasern getrennt, die Chromatiden
werden an die zwei gegenüberliegenden Zellpole gezogen
d) Telophase II: eine leichte Kernmembran entsteht, jede der beiden Tochterzellen teilt sich in
zwei haploide Keimzellen
S. 10 unten Abb. 13:
Vergleich
Mitose
Meiose
Zahl der Teilungen
Eine (Prophase, Metaphase,
Anaphase und Telophase)
Zwei (jeweils bestehend aus
Prophase, Metaphase,
Anaphase und Telophase)
Endergebnis
(Zahl der Tochterzellen,
Chromosomenzahl)
Zwei, jede diploid (oder
entsprechend); genetisch mit
der Mutterzelle identisch
Vier, haploid; weder mit
Mutterzelle noch mit
Schwesterzellen identisch
Bedeutung
Organismus
für
den Entwicklung eines
vielzelligen
Organismus; Wachstum;
Heilungsprozesse
Herstellung von
Geschlechtszellen;
Reduktion
der Chromosomenzahl auf
die Hälfte
Mitose – Ablauf wie bei der Ersten Reifeteilung der Meiose, bei der die homologen
Chromosomenpaare getrennt werden.
Es entscheidet sich in der Metaphase I, ob ein Spermium ein X- oder ein Y-Chromosom
erhält.
S. 11 Ein Mensch kann 223 unterschiedliche Kombinationen an Keimzellen aus einer
Urkeimzelle bilden.
S. 12 oben: unterschiedlich
S. 12 unten: Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung werden die Erbanlagen immer neu
kombiniert, daher ist die genetische Variabilität bei der geschlechtlichen Fortpflanzung höher
als bei der ungeschlechtlichen.
S. 14: Sie wächst schnell, hat eine kurze Generationszeit und produziert viele Samen.
S. 16
rund = dominant, runzelig = rezessiv -> da alle Nachkommen der F1-Generation runde Samen
haben! Zahlenverhältnis = 3,011:1
aufgebläht = dominant, eingeschnürt = rezessiv -> da alle Nachkommen der F1-Generation
aufgeblähte Hülsen haben! Zahlenverhältnis = 2,95:1
S. 16
Allel1 (z. B. G) = Allel2 (z. B. G) => Die Pflanze ist bezüglich des Merkmals homozygot.
Allel1 (z. B. G) ≠ Allel2 (z. B. g) = > Die Pflanze ist bezüglich des Merkmals heterozygot.
S. 16
Gene, Allele, dominant, rezessiv
S. 16
F…Fellfarbe braun (dominantes Allel)
f…Fellfarbe weiß (rezessives Allel)
Kreuzungsquadrat
Kreuzung F
f
FF
Ff
F
f
(braun)
(braun)
Ff
ff
(braun)
(weiß)
S. 17
R…Blütenfarbe rot (dominantes Allel)
r…Blütenfarbe weiß (rezessives Allel)
Kreuzung R
RR
R
R
R
Rr
(rot)
(rosa)
Rr
rr
(rosa)
(weiß)
Zahlenverhältnis = 1 (rot) : 2 (rosa) : 1 (rot)
S. 17
S. 18
Kreuzung
männliches Kaninchen mit kurzhaarigem, schwarzem Fell -> Genotyp kkss
weibliches Kaninchen mit langhaarigem, braunem Fell -> Genotyp KKSS
-> alle Nachkommen sind langhaarig und braun, haben also den Genotyp KkSs
Um nun möglichst bald eine reine Zuchtlinie mit kurzhaarigen, braunen Kaninchen (kkSS) zu
erhalten, müssen Sie die Individuen der F1-Generation mit ebenso kurzhaarigen, braunen
Kaninchen (kkSS) kreuzen!
S. 20
O…nicht angewachsen (dominantes Allel)
o… angewachsen (rezessives Allel)
Kreuzungsquadrat
Kreuzung O
OO
O
o
o
Oo
(nicht
angewachsen)
(nicht
angewachsen)
Oo
oo
(nicht
angewachsen)
(angewachsen)
Es ist möglich, dass ein Kind mit angewachsenen Ohrläppchen zwei Elternteile mit nicht
angewachsenen Ohrläppchen haben kann, aber nur wenn beide Eltern heterozygot in Bezug
auf dieses Merkmal sind!
Bei der Vererbung von Locken handelt es sich um einen intermediären Erbgang. Das heißt,
Menschen, die heterozygot im Bezug auf dieses Merkmal sind, prägen es in einer
schwächeren Form aus und haben leicht gewelltes Haar.
S. 21
Der Zellkern enthält die genetische Information. Er steuert dadurch die Ausbildung von
artspezifischen Merkmalen. Das wird in dem Versuch bewiesen, weil die Verpflanzung eines
kernlosen Stücks zu keiner Veränderung bei der Art führt, der das artfremde Stück
aufgepfropft wurde.
Wird ein Stück Stiel von Art 1, das kernlos ist, auf das kernhaltige Rhizoid von Art 2
aufgesetzt, bildet sich durch Regeneration zwar ein neuer, aber für Art 2 typischer Hut aus.
S. 24
S. 24
Hämophilie A tritt bei Männern wesentlich häufiger auf als bei Frauen, weil Frauen zwei XChromosome tragen und die Erkrankung rezessiv vererbt wird.
S. 25
1.) Die Söhne der beiden sind alle gesund, die Töchter hingegen alle krank.
2.) Die Wahrscheinlichkeit, dass eine heterozygote Mutter diese Krankheit an ihre
Nachkommen vererbt, ist 50 %.
Kapitel 2
S. 27
In den verschiedenen Versuchsreihen wurden den Mäusen die nicht infektiösen R-StammBakterien gemeinsam unterschiedlichen, herausgefilterten Bestandteilen injiziert. Nur in
jenem Reagenzglas, indem auch die DNA vorhanden war, kam es zur Transformation und es
bildeten sich S-Stamm-Bakterien, die im Blut der Maus nachgewiesen wurden. Dies diente
Avery als Beweis, dass die DNA die Erbinformation ist.
S. 29
Die komplementären Basen sind: Adenin: Thymin, Thymin: Adenen, Cytosin: Guanin,
Guanin: Cytosin
S. 29
Gesamt-DNA: 2 m = 200 cm, durchschnittliche Länge der DNA eines Chromosoms: 200 cm :
46 = 4,3 cm
S. 29
Im Lichtmikroskop sind die Chromosomen nur zeitweise sichtbar, da die DNA nicht immer in
verdichteter Form von Chromosomen vorliegt. In der Interphase ist sie entspiralisiert in Form
von Chromatin vorhanden.
S. 30
S. 34
Wenn man bei Arbeitsschritt 5 das Gemisch so lange püriert, dass es stark flüssig ist, wird das
lange DNA-Molekül in der Probe so stark zerkleinert, dass kein Nachweis mehr stattfinden
kann.
S. 35
S. 36
1:1-Codierung: 1 Base codiert für 1 Aminosäure (41 = 4). So könnten lediglich 4 Aminosäuren
codiert werden.
2:1-Codierung: 2 Basen (Basenpaare, z. B. AT) codieren für 1 Aminosäure (42=16). So
können 16 Aminosäuren codiert werden.
3:1- Codierung: 3 Basen (Basentripletts, z. B. AAG) codieren für 1 Aminosäure (43 = 64) So
können 64 Aminosäuren codiert werden.
S. 36
GCA codiert für Alanin.
GGG codiert für Glycin.
AGU codiert für Serin.
CAC codiert für Histidin.
S. 37
Aminosäuren werden entweder von der Zelle selbst synthetisiert oder mit der Nahrung
aufgenommen.
S. 38
DNA: 3‘ TAC CAT CTT GTG ACA TGC 5‘
mRNA: 5’ AUG GUA GAA CAC UGU ACG…3‘
tRNA:
UAG CAU CUU GUG ACA UGC
AS Abfolge: Met (Start)-Val-Glu-His-Cys-Thr…
S. 38
Wenn sich durch den Einbau einer falschen Base der genetische Code derartig ändert, dass
eine falsche Aminosäure eingebaut wird, kann dies dazu führen, dass das Protein zum
Beispiel in seiner Struktur falsch gebaut ist. Es kann aber auch sein, dass der Einbau einer
falschen Base keine Veränderung hervorruft, weil die veränderte Basensequenz trotzdem die
gleiche Aminosäurensequenz codiert.
S. 39
Beispiele:
Nukleotid - aus Zucker, Phosphatmolekül, Base
DNA - aus vielen Nukleotiden
Proteine - aus vielen Aminosäuren
Vielfachzucker - aus vielen Zuckermolekülen
S. 41
Proteine können durch Hitze, Säuren oder Alkohol denaturiert, also zerstört werden.
S. 41
1) Von Gen zum Merkmal über Transkription und Translation
2) Vererbung und Weitergabe von Erbinformation von einer Generation zur nächsten
Weitere Beispiel: Weitergabe von elektrischen Impulsen im Nervensystem, Hormonfluss
S. 44
S. 45
Die phänotypische Geschlechtsbestimmung ist ein Beispiel der Modifikation, da das
Geschlecht der Lebewesen durch einen Umweltfaktor (z. B. Temperatur) bestimmt wird.
S. 45
Da es altersbedingte Unterschiede bei den Individuen gibt, die so ausgeschlossen werden.
S. 46
Tritt die Erkrankung bei 1- und 2-eiigen Zwillingen annähernd gleich oft auf (z. B.
Keuchhusten, Parkinson), ist es vermutlicherweise keine genetisch bedingte Erkrankung.
Anders ist dies bei Diabetes. Der Unterschied in der Häufigkeit der Erkrankung zwischen einund zweieiigen Zwillingen zeigt, dass es sich um eine genetisch bedingte Krankheit handeln
muss.
S. 47
Wenn Methylierungen wieder rückgängig gemacht werden können, ist dies für die
medizinische Forschung insofern relevant, weil dies der Ansatz für eine Behandlung sein
kann.
S. 50
Die neu gebildeten Genotypen könnten Merkmale aufweisen, mit denen sie besser an
bestimmte Umweltverhältnisse angepasst sind (z. B. höhere Überlebenschance,
Fortpflanzungserfolg, …). Dies ist auch für die evolutionäre Entwicklung von Bedeutung.
S. 53
Weiße Augen = neutral, Stummelflügel und keine Flügel =negativ
S. 54
Allel
A
B
0
A
Genotyp AA → Phänotyp A
Genotyp AB → Phänotyp
AB
Genotyp A0 → Phänotyp A
Blutgruppe
Rote Blutzellen
mit Antigenen
Im Serum sind
Antikörper gegen
Verklumpung mit
Blutgruppe
B
Genotyp AB → Phänotyp AB
Genotyp BB→ Phänotyp B
0
Genotyp A0 → Phänotyp A
Genotyp B0 → Phänotyp B
Genotyp B0 → Phänotyp B
Genotyp 00 → Phänotyp 0
A
A
B
B
AB
AB
0
-
B
A
-
AB
B
A
A
B
-
S. 54
Der Rhesusfaktor wird über einen dominant-rezessiven Erbgang weitervererbt. Das Merkmal
Rh+ ist dabei dominant, das Merkmal rh- rezessiv. Ist das die richtige Lösung zu der Frage:
Die Vererbung des Rhesus-Faktors folgt einem dominant-rezessivem Erbgang. Leiten Sie
daraus ab, wie viele Personen von 100 Rh+ und wie viele rh- sein müssen?
S. 54
Wenn man den Rhesusfaktor betrachtet, könnten alle drei Kinder die Nachkommen des Vaters
sein, vorausgesetzt dass die Mutter heterozygot (Rhrh) ist. Da der Vater aber immer ein Allel
für die Blutgruppe 0 vererbt, kann das Kind mit der Blutgruppe AB nicht das Kind des
untersuchten Vaters sein.
S. 55
Evolutionsbiologisch betrachtet, wäre zu erwarten, dass ein tödlich wirkendes Gen wie jenes,
das die Sichelzellenanämie auslöst, über Generationen hinweg von der Natur ausselektiert
wird. In Afrika weisen aber in bestimmten Regionen bis zu 20 % der Bevölkerung das defekte
Gen (Abb. 52) auf. Diese Gegenden decken sich mit dem Malaria-Verbreitungsgebiet und
dort ist es von Vorteil ein defektes Gen zu besitzen, weil es vor der Erkrankung an Malaria
schützt. Dadurch ist der genetische Defekt in diesen Gebieten nach wie vor in großer
Prozentzahl vorhanden.
S. 55
Die Genmutation, die Progerie verursacht, führt zu folgendem Fehler in der Basensequenz der
codierenden DNA:
Statt …GGTGGGCT…
codiert
…GGTGAGCT…
Val Gly
Val Ser
Die Ursache für Progerie ist eine Punktmutation in einem bestimmten Gen, das für das Protein
Lamin A codiert. Lamin A ist ein Strukturprotein, das in der inneren Zellkernmembran
vorkommt.
S. 55
Jene Person, die angibt, dass es keinen Vorteil hat sechs Finger zu haben, gibt die richtige
Antwort. Denn eine Mutation hält sich vor allem dann in einer Population, wenn es für die
Organismen einen Vorteil bringt (-> S. xx, natürliche Selektion). Falsch hingegen ist zu
denken, dass dominante Allele stärker sind als rezessive. Sie überdecken die Wirkung des
rezessiven Allels, wenn sie gemeinsam vererbt werden. Das heißt aber nicht, dass rezessive
Allele daher irgendwann verdrängt werden. Auch die Aussage, dass Mutationen immer
schlecht sind, ist falsch. Es stimmt, dass zusätzliche Finger und Zehen immer wieder durch
Amputation operativ entfernt werden. Jedoch ist dies nicht so häufig der Fall, als im Concept
Cartoon angedacht. Die Häufigkeit für Polydaktylie liegt in Mitteleuropa nur bei etwa
5:10000 Geburten.
S. 56
Bei der Genregulation von Eukaryoten beispielweise kommt es zu einer Schleifenbildung der
DNA, welche dazu führt, dass der Promotor eines Gens und der Enhancer miteinander in
Kontakt kommen. Ist die Position eines Gens jedoch verändert, kann es nicht aktiviert
werden.
S. 57
S. 57
Abbildung 58a lässt erkennen, dass das durchschnittliche Gebäralter einer Frau in den letzten
20 Jahren deutlich angestiegen ist – von 27, 2 auf 30,1 Jahre. Die Gründe dafür sind vielfältig.
Ein Beispiel ist, dass immer mehr Menschen zuerst beruflich Fuß fassen möchten, bevor sie
Kinder bekommen. Mit zunehmendem Alter der Frau steigt aber auch die Wahrscheinlichkeit
ein Kind mit einem Down-Syndrom zu gebären, wie Abbildung 53b zeigt. Dadurch wird über
späte Schwangerschaften auch immer wieder kritisch diskutiert.
S. 57
Die Information ist ausreichend. Wäre es in der Geschlechtszelle des Vaters zu einer
Genommutation gekommen, dann hätte das Kind die Blutgruppe AB und nicht A. Die
Blutgruppe A des Kindes kommt zustande, da es vom Vater das Allel A und von der Mutter
die Allele 00 vererbt bekommt.
S. 58
Die Ursache des Klinefelter-Syndroms liegt darin, dass bei der Bildung der Eizelle (Meiose)
die beiden X-Chromosomen nicht getrennt werden. Eine Poly-X Frau besitzt mehr als 2 XChromosomen. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass die X-Chromosomen nicht getrennt
werden, erhöht.
S. 61
Der Mensch kommt immer wieder mit mutagenen Stoffen in Berührung, die als erstes auf den
Epithelien auftreffen. Epithelien bieten (z. B. in der Lunge, der Haut oder auch im Darm) eine
große Oberfläche, auf der Mutagene Schäden hervorrufen können. Zudem ist die Rate der
Zellerneuerung in Epithelien sehr hoch und damit auch die Rate der DNA-Synthese, bei der es
zu Mutationen kommen kann.
S. 63
1.) Karyogramm eines Mannes: Chromosom 21 ist 3x vorhanden -> Trisomie21
2.) Karyogramm eines Mannes: zwei X-Chromosomen sind vorhanden -> XXY ->
Klinefeltersyndrom
3.) Karyogramm einer Frau: Chromosomenstück fehlt -> Deletion an Chromosom 5
4.) Karyogramm einer Frau: gesunde Frau
S. 66
Beispiele für das Schlüssel-Schloss-Prinzip:
Bei Enzymen
Bei Nervenzellrezeptoren
S. 69
FUH: verhindern das Verschmelzen/Fusionieren des Virus mit der Zellmembran
RTH: hemmen das Übersetzen der Viren-RNA in Viren-DNA
IH: hemmen das Einschleusen der Viren-DNA in die DNA der Wirtszelle.
PH: hemmen die Bildung von Virusproteinen.
Kapitel 3
S. 70
Siehe Kernbereiche 6, Seite 46 ff.
S. 74
5'AGTTA3' und 5'TTGAC3'
S. 74
Verdächtigter A ist vermutlich der Täter, da seine DNA-Probe zahlreiche Übereinstimmungen
mit der Tatortprobe zeigt. Argumente, die einen Tatverdacht verstärken, sind beispielsweise:
Funde von weiterem belastendem Material (z.B. Werkzeug für einen Einbruch, Mordwaffe,
etc.). Argumente, die einen Tatverdacht verringern, sind beispielsweise: glaubhaftes Alibi,
vorangegangene Anwesenheit am Tatort, etc.
S. 75
Es sind 4 PCR-Durchgänge notwendig, um aus einem DNA-Doppelstrang 16 Doppelstränge
zu erzeugen.
S. 76
Richtig ist die Antwort des Jungen, auch wenn die meisten dazu neigen sich intuitiv für
die Antwort des Mädchens zu entscheiden. Die Antwort hat mit Wahrscheinlichkeit zu tun:
Untersucht man 100 000 Personen, ist es sehr wahrscheinlich, dass etwa eine der Personen
rein zufällig ein übereinstimmendes genetisches Profil mit den Tatortspuren aufweist. Daher
ist es tatsächlich wesentlich, wie viele Personen bei einem Test untersucht werden, um auf
seine Aussagekraft schließen zu können. Untersucht man noch mehr Personen, zum Beispiel
eine Million, würde man bereits etwa 10 Personen entdecken, die den gleichen genetischen
Fingerabdruck aufweisen. Das zeigt, dass eine Übereinstimmung im genetischen
Fingerabdruck zwar ein Beweismittel ist, aber nicht als einziger Hinweis ausreicht, um
Tatverdächtige zu verurteilen.
S. 76
Der Vaterschaftstest zeigt, dass das Kind mehr Übereinstimmungen mit Vater A aufweist als
mit Vater B. Bei solchen Analysen sollten jedoch mindestens bis zu 16
Sequenzwiederholungen überprüft werden, denn je mehr überprüft werden, desto höher ist die
Aussagekraft des Tests.
S. 76
Geschwister können von ihren Eltern maximal 4 verschiedene Allele für einen bestimmten
DNA-Ort (Bsp. Wiederholungssequenz 1) vererbt bekommen. Dadurch liegt die
Wahrscheinlichkeit bei mindestens 25 Prozent (1:4), dass sie die gleiche
Wiederholungssequenz 1 aufweisen.
S. 78
Vervielfachung der DNA durch PCR, dann genetische Profilanalyse und Vergleich
S. 88
Der Zeitraum vom Entwickeln einer transgenen Pflanze bis zu ihrer erfolgreichen
Markteinführung erstreckt sich durchschnittlich über 10-15 Jahre hinweg. In der
herkömmlichen Pflanzenzucht liegt der Zeithorizont einer Züchtung bei 8-12 Jahren. Der
eigentliche Herstellungsprozess einer gentechnisch veränderten Pflanze ist tatsächlich kürzer.
Berücksichtigt man aber auch die langen Sicherheitsbewertungen, die bei herkömmlich
gezüchteten Pflanzen nicht notwendig sind, ist dieses Argument als ein PRO für die
Gentechnik nicht haltbar.
S. 93
1) Welchen Einfluss hat der Abstand auf die Auskreuzung?
Je größer der Abstand zwischen Bt-Mais-Anbauflächen und angrenzenden herkömmlichen
Maiskulturen ist, desto geringer ist die Gefahr der Auskreuzung.
2) Welche Rolle spielen der Wind und damit auch die geografische Lage der Flächen?
Der Wind bläst in Richtung Osten, damit transportiert er in diese Richtung auch am meisten
Maispollen. Das heißt, dass die Gefahr der Auskreuzung vor allem in den im Osten liegenden
angrenzenden Flächen am größten ist. Daher sollte für diese Gebiete ein größerer Abstand zu
den Bt-Mais-Anbauflächen eingehalten werden, um eine Auskreuzung zu verhindern.
S. 95
Produktivität/Ertrag
Anfälligkeit des Maises für Schädlinge und
Resistenzbildung gegen das Bt-Toxin
Produktqualität
Nicht-Ziel-Merkmale
Auskreuzungsgefahr
Gefährdung der Gesundheit des Menschen
und der mit Bt-Mais gefütterten Nutztiere
Gefahren für NichtZiel-Populationen
• höhere Erträge (ca. 10-15 %)
• Bisher wies Bt-Mais eine verringerte
Anfälligkeit für Schädlinge auf. Jedoch
zeigen Studien aus dem Jahr 2012, dass
bereits bestimmte Schädlinge eine
Resistenzbildung gegen das Bt-Toxin
aufweisen. Das heißt, das Gift kann den
Schädling nicht mehr bekämpfen.
• geringere Pilzsporenbelastung
• höherer Verholzungsgrad als bei
herkömmlichen Mais
• keine Veränderung der Nährwertqualität
• keine Auskreuzung in einheimische
Wildpflanzen, da keine verwandten
Wildarten als Kreuzungspartner existieren
• bestehende Auskreuzungsgefahr in
herkömmliche Maiskulturen
Es gibt zahlreiche Studien, die entweder die
Gesundheitsrisiken von Bt-Mais aufzeigen
oder widerlegen. Bislang konnte diese
widersprüchliche Kontroverse nicht
befriedigend geklärt werden und ist
Grundlage zahlreicher Diskussionen. Auch
die Befürchtung, dass Krankheitserreger des
Menschen durch den Verzehr gentechnisch
veränderter Pflanzen vermehrt Resistenzen
gegen Antibiotika entwickeln könnten, steht
ungeklärt im Raum.
• andere Falterarten sind laut Studien
gefährdet
• für weitere Organismengruppen (z. B.
Regenwürmer, Bodenbakterien,
Honigbienen, etc.) wurden keine
Gefährdungen nachgewiesen
S. 98
Beispiele für natürliche vorkommende Klone sind: eineiige Zwillinge, die Ableger einer
Pflanze (z. B. Kartoffel), die Nachkommen von Bakterien durch Zellteilung etc.
S. 99
Genau genommen sind durch Kerntransfer hergestellte Lebewesen keine vollständigen Klone.
Sie sind genetisch nicht 100 % identisch wie etwa natürliche Klone. Das liegt daran, dass die
in den entkernten Eizellen vorliegenden Mitochondrien ihre eigene mitochondriale DNA
enthalten, die beim Kerntransfer nicht übertragen wird. Das heißt, die DNA aus dem Zellkern
stammt zwar vom geklonten Schaf, die mitochondriale DNA ist jedoch von der
Eizellspenderin.
S. 104
S. 104
Die Kinder 1, 3, 4, 5 und 7 weisen im Huntingtin-Gen mehr als 37 CAG-Wiederholungen auf.
Das heißt, sie werden wie ihr Vater an Chorea-Huntington erkranken. Es ist zu vermuten, dass
der Krankheitsverlauf bei Kind 5 und 7 am schwersten sein wird, da diese beiden die höchsten
Zahlen an CAG-Wiederholungen aufweisen.
Kapitel 4
S.110
Merkmale
Fortpflanzung
Haut
Körpertemperatur
Atmung
Bewegung
Fische
Wale
Säugetiere
allgemein
legen überwiegend
gebären lebende
gebären lebende
Eier
Jungen
Jungen
Fische haben eine
Wale haben eine
Die meisten
mehrschichtige Haut, mehrschichtige,
Säugetiere haben
in die bei einigen
unbehaarte Haut, die eine
Fischarten Schuppen mit einem
mehrschichtige,
eingelagert sind.
mikroskopisch feinen behaarte Haut.
Schleimhautzellen
Reliefmuster
produzieren Schleim, versehen ist. Dieses
der dabei hilft beim
unterstützt die
Schwimmen den
gleitende
Reibungswiderstand Fortbewegung im
zu verringern.
Wasser.
wechselwarme Tiere gleichwarme Tiere
gleichwarme Tiere
Kiemenatmung
Lungenatmung
Lungenatmung
Schwimmend – die
Schwimmend – die
laufend, kletternd
Schwanzflosse wird
Schwanzflosse wird
etc
dabei von rechts nach auf und ab bewegt.
links bewegt.
Fortpflanzung, Körpertemperatur und Atmung - all diese Merkmale der Wale entsprechen
denen der anderen Säugetiere und sind deutlich unterschiedlich zu jenen der Fische. Dies
belegt, dass Wale auch Säugetiere sind. Bei der Haut und der Fortbewegung zeigen Wale
Anpassungen an das Leben im Wasser auf: Diese sind der Verlust des Haarkleides und die
schwimmende Fortbewegung mithilfe von Flossen. Am Vergleich der Merkmale kann man
erkennen, dass die Vorfahren der Wale anders als Fische ursprünglich an Land lebten und erst
im Laufe ihrer weiteren Entwicklung zu einem Leben im Wasser übergingen.
S. 110
Auch der innere Aufbau der Vordergliedmaßen zeigt, dass Wale zu den Säugetieren gehören.
Die Flosse eines Delfins ähnelt deutlich mehr dem Arm eines Menschen als einer Fischflosse.
Und dies, obwohl äußerlich betrachtet die beiden Flossen sehr ähnlich aussehen. Aber vor
allem die Handwurzelknochen haben bei den Fischen eine andere Lage und Funktion als bei
Mensch und Delfin. Auch die einzelnen Fingerknochen sind bei Säugetieren weitaus
zahlreicher vorhanden als bei Fischen.
S. 112
Bild 1: Tiere mit langem Hals hatten den Vorteil bei Nahrungsmangel auch die Blätter hoher
Bäume fressen zu können.
Bild 2: Das führte zur natürlichen Auslese.
Bild 3: Die langhalsigen Giraffen waren am besten angepasst und konnten sich erfolgreich
fortpflanzen.
S. 113
Der Mann im Anzug hat mit seiner Aussage Recht, denn Menschen können nicht aktiv ihre
Gene durch bestimmte Aktivitäten wie Sport verändern. Mutationen bewirken immer wieder
Veränderungen im Erbgut von Menschen, jedoch finden diese zufällig und nicht durch
bestimmte Aktivitäten beeinflussbar statt. Außerdem haben sie auch nur dann möglicherweise
einen Einfluss auf die Nachkommen, wenn sie in den Keimzellen auftreten. Die Antworten
des Schmieds und der Kellnerin beinhalten die gleiche Grundidee, wie sie auch Lamarck für
seine Evolutionstheorie herangezogen hat. Seine Theorie basiert jedoch auf der fehlerhaften
Annahme, dass im Laufe eines Lebens individuell erworbene Merkmale vererbt werden
können; d. h., dass sich die DNA in den Geschlechtszellen entsprechend verändern müsste.
Dies ist aber nach unseren heutigen Kenntnissen nicht der Fall.
S. 115
Die Tatsache, dass der Mensch mit den Affen verwandt ist und beide auf einen gemeinsamen
Vorfahren zurückgehen, prallte mit der Ansicht der Kirche zusammen. Der christliche Glaube
erzählt eine Schöpfungsgeschichte, bei der Gott Adam und Eva unabhängig von anderen
Lebewesen als erste Menschen auf der Erde geschaffen hat.
S. 116
Wenn sich z. B. durch eine Temperaturerhöhung die Nahrungsbedingungen für Stieglitze
verändern, kann dies dazu führen, dass jene Vögel, die sich auf die neue Nahrungssituation
am besten einstellen können, überleben und sich erfolgreich fortpflanzen. Dasselbe gilt, wenn
ein eingeschleppter Parasit die Vögel befällt. Jene, deren Merkmale am günstigen sind, um
den Parasitenbefall zu überstehen, werden sich durchsetzen. In beiden Fällen bewirkt die
natürliche Selektion, dass die am besten angepassten Lebewesen überleben.
S. 116
Die Variabilität bei den Nachkommen gezüchteter Haustierrassen ist für den Züchter oder die
Züchterin deshalb von Bedeutung, weil er dadurch jene Nachkommen auslesen kann, die für
ihn bedeutsame Merkmale aufweisen. Auslesefaktoren bei der Zucht von Tauben waren
beispielsweise: Lange Schwanzfedern, großer Kropf, schlanker Körperbau, massiger
Körperbau etc.
S. 117
Der Nahrungsmangel führt in der 2. Generation dazu, dass die Käfer kleiner sind und so
besser mit weniger Nahrung zurechtkommen. In den nächsten Generationen überwiegen nach
und nach vor allem braune Käfer. Dies ist auf eine Selektion nach der Farbe zurückzuführen.
Die braune Farbe bietet den Käfern einen Selektionsvorteil (z.B. bessere Tarnung) gegenüber
den intensiv grünen Artgenossen. Daher setzen sie sich über die Generationen hinweg durch.
S. 118
Selektionsfaktoren, welche die Länge der Schwanzfedern beim Hahnschweif-Widafinken
nach oben hin begrenzen, können beispielsweise sein: Behinderung beim Fliegen, leichtere
Beute für Fressfeinde, etc. Ab einer bestimmten Schwanzlänge wird der Vorteil durch die
sexuelle Selektion durch die Nachteile der langen Schwanzfedern aufgehoben. Daher
verlängern sich die Schwanzfedern nicht mehr weiter. Das Beispiel des HahnschweifWidafinken zeigt auch, dass die natürliche Selektion bestimmte Merkmalskombinationen
fördert. Ein Männchen mit langen Schwanzfedern beispielsweise hat auch eine hohe
biologische Fitness (z. B. Resistenz gegen Parasiten).
S. 118
Abbildung 22 zeigt, dass ein Lebewesen, das sich bei der sexuellen Selektion nicht
durchsetzen kann, sich auch nicht fortpflanzt und damit seine Gene nicht weitergibt.
S. 118
Im Erbgut des HI-Virus treten immer wieder Mutationen auf. Diese können unter Umständen
dazu führen, dass die Wirkung von einem Medikament gegen das Virus verloren geht. Man
spricht in diesem Fall von einer Resistenz des Virus gegen das Medikament. Werden jedoch
Kombinationstherapien gegen das HI-Virus eingesetzt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die
Mutation die Wirkung aller Medikamente verloren gehen lässt, geringer als wenn nur ein
Medikament eingesetzt wird.
S. 118
Der wesentlichste evolutionäre Faktor ist das Überleben des Medikament- oder
Insektizideinsatzes, um sich weiterhin erfolgreich fortpflanzen zu können. Daher setzen sich
im Laufe der Zeit Lebewesen durch, die aufgrund einer Mutation eine höhere
Widerstandskraft gegen Medikamente bzw. Insektizide haben.
S. 120
Falls durch die Zerschneidung ehemals großflächiger Ökosysteme Teile einer Population
voneinander getrennt werden, kann es passieren, dass nur wenige Lebewesen einer Art in
einem Teilhabitat überleben und die Art dadurch einen genetischen Flaschenhals durchläuft.
Eine zeitweise geringe Individuenzahl einer Art kann auch nur eine verringerte Menge an
Genen weitervererben. Dadurch steigt für diese Art die Gefahr, dass die gesamte Population
beispielsweise durch eine Virusinfektion ausgerottet wird.
S. 121
Evolution des Kuckucks
1.) Die Eier des Kuckucks zeigen Anpassungen in Eigröße und –farbe, sodass die
Wirtsvögel das fremde Ei nicht vom eigenen Nachwuchs unterscheiden können. Das
Ei des Kuckucks ist zum Beispiel im Vergleich zur Körpergröße seiner Eltern relativ
klein.
2.) Der Embryo des Kuckucks entwickelt sich bereits im Ei. Dadurch hat er einen
zeitlichen Vorsprung bei der Entwicklung, schlüpft früher und kann die anderen Eier
aus dem Nest werfen.
3.) Die Eiablage des Kuckucks erfolgt erst, wenn bereits die Wirtsvögel ihre Eier abgelegt
haben. Dadurch kann der Kuckuck eines der Wirtsvogeleier entfernen und das eigene
Ei den zukünftigen Zieheltern unterschieben. So wird sein Ei nicht so leicht entdeckt.
Außerdem starten Singvögel häufig auch erst mit dem Brüten, nachdem sie drei Eier
gelegt haben, damit alle Jungen etwa zur gleichen Zeit schlüpfen.
4.) Das Kuckucksweibchen legt sein Ei innerhalb von 10 Sekunden. Andere Vogelarten
brauchen dafür mehrere Minuten bis Stunden. Durch diese kurze Eilegezeit, schafft es
das Weibchen, ungesehen Eier in die Nester fremder Vögel zu legen.
5.) Vor der Eiablage nimmt das Kuckucksweibchen ein Ei des Wirtsvogels aus dem Nest
und frisst es. Dadurch gewinnt es Energie für die weitere Produktion von Eiern.
S. 122
Die Koevolution von Kuckuck und Wirtsvogel
1) Der Kuckuck legt weiße Eier, die keine
Eimimikry aufweisen, in die Nester von
Wirtsvögeln.
3) Der Erfolg des Brutparasitismus führt
dazu, dass immer häufiger Eier in fremde
Nester gelegt werden.
2) Der Wirtsvogel akzeptiert die Fremdeier.
4) Der Wirt beginnt, die Eier des Kuckucks
zu erkennen. Er entwickelt
Gegenmaßnahmen gegen den Druck des
Parasiten (z. B. Anpicken des Eis,
5) Varianten von Kuckuckseiern, die jenen
des Wirtsvogels ähnlich sehen, sind
erfolgreicher, weil sie nicht so leicht vom
Wirtsvogel erkannt werden.
Kuckucksei hinauswerfen).
6) Der Wirtsvogel akzeptiert die Fremdeier,
da er sie nicht von seinen Eiern
unterscheiden kann.
S. 122
Der Selektionsprozess wird vom Fortpflanzungserfolg des Kuckucks und der Wirtsvögel
gesteuert. Immer jene Vögel – Kuckuck wie Wirtsvogel –, die sich erfolgreich fortpflanzen,
bestimmen den Nachwuchs, an dem wiederum die natürliche Selektion greift.
S. 122
Eine Hypothese ist, dass der Kuckuck den Wirtsvogel wechselt. Diese Hypothese wird von
der Tatsache unterstrichen, dass der europäische Kuckuck bereits 45 verschiedene
Wirtsvogelarten hat.
S. 122
Da, wie in Abb. 31a ersichtlich, die Rachenfläche der 4 jungen Teichrohrsänger wesentlich
größer ist, als jene des jungen Kuckucks, kann dieser Parameter kein Schlüsselreiz für die
Zieheltern zum Füttern des jungen Kuckucks sein. Die Abbildungen 31b-d zeigen, dass die
Bettelrufe eines jungen Kuckucks hingegen den Bettelrufen der 4 jungen Teichrohrsänger
sehr ähnlich sind. Weitere Versuche von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen zeigten,
dass tatsächlich die Bettelrufe die Zieheltern dazu veranlassen, den jungen Kuckuck zu
füttern.
S.124
Um Konkurrenz zu vermeiden, mischen sich Lebewesen häufig in unterschiedliche Bereiche
eines Ökosystems ein. Trennen sich dadurch verschiedene Teilpopulationen einer
ursprünglichen Population immer mehr ab und isolieren sich von den anderen Artgenossen,
können dadurch neue Arten entstehen. Man nennt dies auch ökologische Isolation. Der
gemeinsame Vorfahre der Galapagosfinken fand auf den Inseln viele freie ökologische
Nischen und einzelne Populationen spezialisierten sich. Dadurch entwickelten sich die vielen
verschiedenen Arten. Auf dem Festland war dies nicht möglich, da es dort noch zahlreiche
andere Arten gibt, die bereits einige ökologische Nischen besetzen.
S. 126
Wulstige Lippen und ein großes Maul dienen den Algenfressern bei der Nahrungsaufnahme.
Der schlanke, wendige Körperbau der Fischfresser hingegen ist wesentlich für eine
erfolgreiche Jagd.
S. 129
Merkmale des Urvogels Archaeopteryx, die als homolog mit jenen der heutigen Vögel
betrachtet werden können, sind beispielsweise: Körperbau zeigt zahlreiche Ähnlichkeiten zu
modernen Vögeln auf (z. B. Gabelbein), Federn, Aufbau des Flügels etc.
S. 129
Dabei muss man hinterfragen, ob die Ähnlichkeit bei den Buntbarschen in den verschiedenen
Seen Afrikas auf einer Auseinanderentwicklung von verwandten Formen beruht (= homologe
Entwicklung) oder die Ähnlichkeiten unabhängig ausgebildet wurden (= analoge
Entwicklung), weil sie zufällig ähnliche Lebensweisen entwickelten und somit einem
ähnlichem Selektionsdruck ausgeliefert waren. Ursprünglich gehen die Merkmale der
Buntbarsche natürlich auf gemeinsame Vorfahren zurück. Doch nach der geografischen
Trennung der Barsche in nicht miteinander verbundene Seen, entwickelten sich die
Teilpopulationen unabhängig voneinander weiter. Die ähnlichen Merkmale, die die einzelnen
Barscharten in den Seen ausgebildet haben, sind daher aufgrund eines ähnlichen
Selektionsdruckes entstanden und können als analog bezeichnet werden.
S. 131
Der Mensch hat sich im Laufe der Evolution vom Jäger hin zum sesshaften Bauern und zum
modernen Menschen entwickelt und damit seine Lebensweise geändert. Diese Änderung
bewirkte einen Funktionswechsel verschiedener Organe und es kam meist zu Rückbildung der
betroffenen Organe, wie auf der Abbildung 54 zu sehen ist. Einige Beispiele: Die Eckzähne
dienten dem Fressen von rohem Fleisch oder wurden beispielsweise zum Beeindrucken des
Gegenübers gebleckt. Die Nickhaut diente zum Schutz als drittes Augenlid. Der Bilddarm ist
der Rest eines früher größeren Darmanhanges zum Verdauen schwer verdaulicher Nahrung.
Das Steißbein ist das Rudiment einer Schwanzwirbelsäule.
S. 131
Man erklärt sich das Auftreten von Atavismen durch das falsche Aktivieren von Genen.
Wie Sie auf Seite 126 ff. erfahren haben, können bestimmte Gene im Laufe der
Artentwicklung funktionslos werden. Tritt jedoch ein Fehler in der Embryonalentwicklung
eines Lebewesens auf, kann dadurch ein stillgelegtes Gen plötzlich wieder aktiviert werden.
S. 132
Teilpopulationen der gemeinsamen Vorfahren von Trampeltieren und Kamelen wurden durch
die Kontinentalverschiebung getrennt. Nach der Trennung entwickelten sich die
Teilpopulationen in eine andere Richtung weiter, sodass unterschiedliche Arten entstanden
sind.
S. 133
Die jungen Grottenolme kommen mit Augen, die von den Pax-Genen bestimmt werden, auf
die Welt. Aber im Lauf ihrer weiteren Entwicklung verschwinden die Augen und auch die
Sehnerven verkümmern. In dem lichtlosen Lebensraum des Grottenolms ist die
Augenentwicklung ein unwesentliches Merkmal geworden, das nur unnötig Energie kostet,
ohne jedoch einen Vorteil zu bringen. Die Tiere, die keine Energie für die weitere
Augenentwicklung verschwendeten, hatten im Laufe der Evolution einen klaren
Selektionsvorteil. Das führte dazu, dass sich augenlose erwachsene Tiere durchsetzten.
S. 134
Linnés Einteilung nach der abgestuften Ähnlichkeit von Arten berücksichtigt nicht die
Unterscheidung, ob Merkmale homolog oder analog entstanden sind. Gründe dafür, dass
sich im Bezug auf die Entstehung von Lebewesen nicht alles lückenlos beweisen lässt, sind:
Fehlende Fossilfunde, fehlende Möglichkeit bestimmte Theorien experimentell ausreichend
zu beweisen etc.
S. 138
Lösung zur Aufgabe: Nennen Sie die grundlegenden Merkmale von prokaryotischen Zellen.
fehlt
S. 138
Durch die Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre durch Fotosynthese konnten sich
im Laufe der Evolution aerobe Lebewesen entwickeln.
S. 140
Blutgruppe, Farbe bei Weizenkörner, Hautfarbe, Haarfarbe etc.
S. 141
Leitfossilien, deren Alter bekannt ist, helfen der Wissenschaft andere Funde zeitlich
einzuordnen: Findet man beispielsweise an einem neu entdeckten Fundort Fossilien von
weniger bekannten Arten gemeinsam mit Leitfossilien, so kann das Alter relativ einfach
bestimmt werden.
S. 141
Durch die hohe CO2-Konzentration, die im Silur herrschte, war es für die Pflanzen sehr
einfach CO2 aus der Umgebungsluft aufzunehmen und sie brauchten dafür noch keine Blätter
mit einer großen Oberfläche zum Stoffaustausch.
S. 145
Beispiele für die Gefährdung der Artenvielfalt auf der Erde, die durch den Menschen
verursacht werden, sind: Abholzung des Regenwaldes, Zerschneidung der Landschaft durch
Straßen und Siedlungen, Verschmutzung von Gewässern, Jagd auf seltene Arten, etc
S. 146
Die intensive Bejagung hat beinahe zur vollständigen Ausrottung des Steinbocks geführt. Erst
als begonnen wurde, den Steinbock zu schützen und nachzuzüchten, hat sich der Bestand
wieder erholt. Auch dem Bartgeier, der Wildkatze und dem Luchs ist es in den Alpen nicht
anders ergangen.
S. 146
Amphibien sind generell durch die Zerschneidung der Landschaft, der Zerstörung von
Laichgewässern und der intensiven Landwirtschaft sehr stark in ihrem Bestand bedroht.
Maßnahmen zum Schutz der Amphibien sind daher vor allem: Unterschutzstellung
vorhandener Lebensräume, Errichtung von Schutzzäunen und Tunneln entlang von Straßen,
Bau von Ersatzlaichgewässern, etc
S. 147
Unterschiede in der Genregulation (-> S. 41 ff)
Unterschiedliche Entwicklungsbiologie -> Masterkontrollgene (-> S. 126 ff)
S. 151
S. 153
Bei der zweidimensionalen, baumartigen Darstellung von Stammbäumen ist es schwierig
mögliche, alternative Entwicklungen von neuen Arten aus Teilpopulationen umfassend
darzustellen, ohne dass es unübersichtlich wird.
S. 154
Die mitochondriale DNA ist für die Abstammung besonders aussagekräftig: Sie wird nämlich
nur von der Mutter auf die Tochter vererbt. Denn nur die Eizelle bringt ihre Mitochondrien
mit. Das ist für die Forscher wichtig, weil dadurch keine Vermischung mit dem männlichen
Genom stattfindet. Die Erblinie ist also klar zu verfolgen.