Evolution II

Inhalt und Einsatz im Unterricht
"Evolution II – Molekularbiologische Forschung"
(Biologie Sek. II)
Diese DVD behandelt das Unterrichtsthema "Evolution" für die Sekundarstufe II.
Im DVD-Hauptmenü finden Sie insgesamt 4 Filme:
Präzipitin-Test
Aminosäure-Sequenzanalyse
DNA-Sequenzanalyse
Stammbäume
7:20 min
7:20 min
9:00 min
11:00 min
(+ Grafikmenü mit 15 Farbgrafiken)
Die Filme erklären mithilfe aufwändiger und impressiver 3D-Computeranimationen Methoden der molekularbiologischen Forschung in der Evolution. Die ersten
drei Filme stellen verschiedene Verfahren zur Analyse der (genetischen) Verwandtschaft zwischen Arten vor: Mit dem Präzipitin-Test konnte man Verwandtschaftsgrade anhand von vergleichenden Blutserumtests ermitteln. Mit der Aminosäure-Sequenzanalyse stand die erste automatisierbare Untersuchungsmethode für Körperproteine zur Verfügung (z.B. Cytochrom c). Die DNA-Sequenzanalyse konnte schließlich den genetischen Basencode von Körperproteinen analysieren und auf dieser Basis exakte, genetische Verwandtschaftsgrade
bestimmen. Der vierte Film zeigt dann, wie man auf dieser genetischen Datenbasis Stammbäume von Arten und Artengruppen erstellen kann.
Die Inhalte der Filme sind stets altersstufen- und lehrplangerecht aufbereitet. Die
vier Filme bauen inhaltlich aufeinander auf und erklären die Verfahrensfortschritte der molekularbiologischen Forschung in der Evolution (vom PräzipitinTest bis zum modernen Ketten-Abbruch-Verfahren nach Sanger). Die o.g. Reihenfolge empfiehlt sich daher für den Unterrichtseinsatz.
Ergänzend zu den o.g. 4 Filmen finden Sie auf dieser DVD:
15 Farbgrafiken, die das Unterrichtsgespräch illustrieren (in den Grafik-Menüs)
10 ausdruckbare PDF-Arbeitsblätter, jeweils in Schüler- und in Lehrerfassung
(im DVD-ROM-Bereich)
Im GIDA-Testcenter (auf www.gida.de) finden Sie auch zu dieser DVD
interaktive und selbstauswertende Tests zur Bearbeitung am PC. Diese Tests
können Sie online bearbeiten oder auch lokal auf Ihren Rechner downloaden,
abspeichern und offline bearbeiten, ausdrucken etc.
2
Begleitmaterial (PDF) auf dieser DVD
Über den "Windows-Explorer" Ihres Windows-Betriebssystems können Sie die
Dateistruktur der DVD einsehen. Sie finden dort u.a. den Ordner "DVD-ROM".
In diesem Ordner befindet sich u.a. die Datei
index.html
Wenn Sie diese Datei doppelklicken, öffnet Ihr Standard-Browser mit einem
Menü, das Ihnen noch einmal alle Filme und auch das gesamte Begleitmaterial
der DVD zur Auswahl anbietet (PDF-Dateien von Arbeitsblättern, Grafiken und
DVD-Begleitheft, Internetlink zum GIDA-TEST-CENTER etc.).
Durch einfaches Anklicken der gewünschten Begleitmaterial-Datei öffnet sich
automatisch der Adobe Reader mit dem entsprechenden Inhalt (sofern Sie den
Adobe Reader auf Ihrem Rechner installiert haben).
Die Arbeitsblätter ermöglichen Lernerfolgskontrollen bezüglich der Kerninhalte
der DVD. Einige Arbeitsblätter sind am PC elektronisch ausfüllbar, soweit die
Arbeitsblattstruktur und die Aufgabenstellung dies erlauben. Über die Druckfunktion des Adobe Reader können Sie auch einzelne oder alle Arbeitsblätter für
Ihren Unterricht vervielfältigen.
Fachberatung bei der inhaltlichen Konzeption und Gestaltung dieser DVD:
Frau Erika Doenhardt-Klein, Oberstudienrätin
(Biologie, Chemie und Physik, Lehrbefähigung Sek.I + II)
Unser Dank für die Unterstützung unserer Produktion geht an:
POND5
Inhaltsverzeichnis
DVD-Inhalt – Strukturdiagramm
Seite:
4
Die Filme
Präzipitin-Test
Aminosäure-Sequenzanalyse
DNA-Sequenzanalyse
Stammbäume
5
6
8
10
3
DVD-Inhalt – Strukturdiagramm
Hauptmenü
Filme
Präzipitin-Test
Aminosäure-Sequenzanalyse
DNA-Sequenzanalyse
Stammbäume
Theorie (Modul)
Wirbeltiere (Modul)
Erstellung (Modul)
Grafiken
Blutserum, Bestandteile
Präzipitin-Test
Proteinstruktur
Aminosäure-Sequenzanalyse
DNA-Schmelztemperatur
DNA-Hybridisierungstest
Menü
Grafiken
DNA-Sequenzanalyse
Aminosäuresequenz - DNA-Sequenz
Stammbaum
Kladogramm
Stammbaum-Diagramme
Monophylum
Analogie - Homologie
Stammbaum Wirbeltiere
Parsimonie
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Präzipitin-Test
Laufzeit: 7:20 min, 2016
Lernziele:
- Den Ablauf eines Präzipitin-Tests kennenlernen und verstehen;
- Eine Stammbaumerstellung im Prinzip nachvollziehen können.
Inhalt:
Der Film führt in das zentrale Thema dieser DVD zur Evolutionsforschung ein:
Die Ermittlung von Artverwandtschaften. Das älteste und einfachste Verfahren
zur Bestimmung des Verwandtschaftsgrades, der Präzipitin-Test, wird vorgestellt.
Von den Bestandteilen des
Blutes über die Gewinnung
von Blutserum bis hin zur Bildung des Präzipitats wird das
Verfahren ausführlich erklärt.
Der Zusammenhang zwischen dem PräzipitationsProzentsatz und dem Verwandtschaftsgrad der einzelnen Arten wird erläutert. Als
Beispiel wird der Grad der
Verwandtschaft von Mensch
und Schimpanse genannt.
Zum Schluss wird noch darauf hingewiesen, dass man beim Präzipitin-Test ausschließlich eine Artverwandtschaft und keine persönlichen Verwandtschaftsgrade feststellen kann.
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Aminosäure-Sequenzanalyse
Laufzeit: 7:20 min, 2016
Lernziele:
- Die Aminosäure-Sequenzanalyse kennenlernen und verstehen.
Inhalt:
Dieser Film stellt den Aufbau von Proteinen vor und erklärt das Konstruktionsprinzip von Quartär-, Tertiär-, Sekundär- und Primärstruktur. Dann erläutert der
Film detailliert die Aminosäure-Sequenzanalyse des schwedischen Biochemikers
Pehr Victor Edman.
Der chemisch-physikalische Ablauf des sogenannten „Edman-Abbaus“ wird hierbei mit einem knappen chemischen Exkurs erläutert (sequenzielle Abspaltung
einzelner Aminosäuren durch PTH, dann deren Identifikation).
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Anschließend wird das Cytochrom c des Menschen, ein wichtiges Enzym der
Atmungskette, genauer analysiert. Beispielhaft werden dann die Aminosäuren
1-30 des Cytochrom-c-Moleküls verschiedener Arten verglichen. Auf Basis
solcher Vergleiche von Aminosäure-Sequenzen kann man die Verwandtschaft
einzelner Arten feststellen.
Im weiteren Verlauf wird gezeigt, dass das Cytochrom c von Mensch und Schimpanse keinen Unterschied aufweist. Der Film erläutert abschließend, dass das
Verfahren der Aminosäure-Sequenzanalyse die feinen Unterschiede im genetischen Code von Affe und Mensch nicht aufspüren kann. Mit Hilfe einer CodeSonne werden die Aminosäure-Codierungen durch RNA-Tripletts dargestellt und
gezeigt, dass eine Codierungsunschärfe bei der Aminosäuresequenz besteht.
Hier erfolgt der Ausblick auf den nächsten Film, der das letztlich exakte Verfahren
der DNA-Sequenzanalyse behandelt.
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DNA-Sequenzanalyse
Laufzeit: 9:00 min, 2016
Lernziele:
- Das Verfahren der DNA-Sequenzanalyse kennenlernen und verstehen.
Inhalt:
Dieser Film stellt verschiedene Typen der DNA-Sequenzanalyse vor, mit denen
man (unterschiedlich exakt) der genetischen Artverwandtschaft unmittelbar auf
den Grund gehen kann. Beim ältesten Verfahren, der DNA-Hybridisierung, werden DNA-Stränge in wässriger Lösung erhitzt und getrennt (Denaturierung), um
später Einzelstränge verschiedener Herkunft wieder zusammenzufügen (Hybridisierung). Dieser Vorgang wird ausführlich in allen Schritten erklärt.
Anschließend skizziert der Film das Ketten-Abbruch-Verfahren nach Frederick
Sanger. Die wesentlichen Schritte werden in diesem Film ausführlich beschrieben, auch die unterschiedlichen Auftrennungsverfahren (Gel- und Kapillarelektrophorese).
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Ergebnis ist die Detektion der kompletten DNA-Sequenz. Modernste Geräte
erlauben komplett automatisierte und minutenschnelle Sequenzanalyse auch
großer DNA-Mengen.
Abschließend folgt ein kurzer Rückblick auf die Cytochrom-c-Aminosäuresequenzen von Mensch und Schimpanse aus dem vorherigen Film. Nach erfolgter
DNA-Sequenzanalyse zeigen sich im Detail kleine Unterschiede in den Basentripletts (fiktives Beispiel).
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Stammbäume
Laufzeit: 11:00 min, 2016
Lernziele:
- Fachbegriffe wie Phylogenese, Phylogenetik, phylogenetische Bäume,
Dendrogramm, Kladogramm, monophyletische Gruppe kennenlernen;
- Den Stammbaum der Wirbeltiere mit der Entwicklung wesentlicher Merkmale
kennenlernen;
- Eine Stammbaumerstellung nach dem Prinzip der Parsimonie nachvollziehen
können.
Inhalt:
Der Film erklärt zunächst einige Fachbegriffe wie die Phylogenese (stammbaumgeschichtliche Entwicklung der Lebewesen), die Phylogenetik (befasst sich mit
der Erforschung der Phylogenese) und den phylogenetischen Baum oder auch
Dendrogramm genannt (Stammbaum).
Es wird erklärt, dass ein Stammbaum immer den Verwandtschaftsgrad zwischen
Arten und Artgruppen aufzeigt und zusätzlich den erdgeschichtlichen Zeitraum
ihrer Existenz abbildet.
Im weiteren Verlauf des Films wird eine spezielle Art Stammbaum genauer beleuchtet: Das Kladogramm. Es handelt sich hierbei um einen rein systematischen
Stammbaum. Die beiden möglichen Arten der Darstellung für Aufspaltung und
Verzweigung werden aufgezeigt.
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Anschließend wird exemplarisch der Stammbaum der Wirbeltiere entwickelt. Da
bei sehr ähnlichen Arten die morphologischen Unterschiede irgendwann nicht
mehr deutlich genug sind, muss auch hier die DNA-Sequenzanalyse ansetzen.
Am Beispiel von 4 Lemurenarten
auf Madagaskar wird deren Verwandtschaftsgrad untersucht. Eine
beispielhafte Basensequenztabelle
und drei hypothetische Stammbaum-Entwürfe werden schrittweise und gut nachvollziehbar analysiert.
Nach dem Prinzip der Parsimonie,
der Sparsamkeit, ist der Stammbaum mit den wenigsten Mutationen der plausibelste. Denn er
kommt mit nur 5 Mutationen zum
Ziel, während die beiden Alternativen 6 Mutationen benötigen.
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