Grundlagen der Genetik und die Mendelschen Gesetze

Genetik

Zweig der Biologie, der für die Erforschung der biologischen Vererbung verantwortlich ist.

Biologische Vererbung

Die Fähigkeit von Lebewesen, ihre Informationen von einer Generation zur nächsten zu übertragen.

Die Erforschung der Vererbung

Seit der Jungsteinzeit, als der Mensch begann, sich Fragen über das Leben zu stellen, führte die Entstehung der Landwirtschaft dazu, dass die menschliche Spezies sesshaft wurde, was es ermöglichte, die Nahrungsmittelversorgung zu sichern und sich niederzulassen. Von dort aus entstanden Städte, die Schrift...

Parallel zur Landwirtschaft (und etwas später) entwickelte sich die Viehzucht.

Beim Anbau und der Ernte wählte man das beste Gemüse aus und nutzte dessen Samen (Keimzelle) für die nächste Aussaat. So konnte man beobachten, dass sich die besten Eigenschaften durchsetzten. (Selektion/frühe Genetik)

Frühe Theorien der Griechen

Es waren die Griechen, die sich mit diesen Fragen beschäftigten.

Alkmaion (5. Jh. v. Chr.)

• Er folgerte, dass die Vererbung von Merkmalen auf die Übertragung einer Reihe unabhängiger Teilchen zurückzuführen ist.
• Er glaubte, dass der Samen seinen Ursprung im Gehirn hat.
• Er dachte auch, dass das Sperma das Wissen aus dem Gehirn auf das Kind überträgt.

Aristoteles (4. Jh. v. Chr.)

Er sagte, dass Erbanlagen (Genetik) im Blut zu finden seien.

17. bis 19. Jahrhundert

In diesen Jahrhunderten wusste man bereits sehr viel über Zellen.

Zwei Theorien

• Präformisten (z. B. Swammerdam): Sie dachten, dass das Individuum bereits vollständig in der männlichen Keimzelle vorgeformt sei (Homunkulus-Theorie); die weibliche Keimzelle diene lediglich der Volumenzunahme.
• Epigenese (z. B. William Harvey): Eine Ansammlung einzelner Partikel, die zusammenkommen und die gesamte Vielfalt erzeugen.

Gregor Mendel (1822–1884)

Brünn, Tschechische Republik.

Experimentelles Design

1. Mendel führte seine Versuche über einen langen Zeitraum durch (10 Jahre).
2. Er wählte eine ideale Spezies für seine Arbeit: Pisum sativum (Gartenerbse).

Vorteile von Pisum sativum

• Relativ kurze Lebensdauer.
• Weder zu groß noch zu klein.
• Zeigt konstante, klar unterscheidbare Merkmale.
• Einfach in der Reproduktion zu steuern.

Ausgewählte Merkmale

• Form des Samens: glatt / runzlig
• Farbe des Samens: gelb / grün
• Farbe der Blüten: rot / weiß
• Stellung der Blüten: axial / terminal
• Farbe der Hülse: grün / gelb
• Form der Hülse: aufgeblasen / eingeschnürt
• Höhe der Pflanze: hoch / niedrig

3. Er führte eine statistische Analyse der Ergebnisse durch.

Wiederentdeckung der Mendelschen Gesetze

Im Jahr 1900 entdeckten Hugo de Vries, Carl Correns und Erich Tschermak die Mendelschen Gesetze unabhängig voneinander wieder. Alle drei bestätigten die Richtigkeit von Mendels Arbeit und würdigten seine Entdeckungen.

1. Experiment: Monohybrider Erbgang

Mendel arbeitete mit Pisum sativum und untersuchte einzelne Merkmale.

Merkmale und Konzepte

• Oberfläche des Samens: Runzlig (rezessiv) / Glatt (dominant)
• Farbe des Samens: Gelb (dominant) / Grün (rezessiv)

Mendel definierte Konzepte:

• Reinerbig (homozygot)
• Hybrid (heterozygot)

Die erste Aufgabe war die Züchtung reinerbiger Sorten für jedes untersuchte Merkmal (P-Generation).

Kreuzungsergebnisse (F1-Generation)

Mendel kreuzte reinerbige Eltern (P):

• P: Runzlig X Glatt → F1: 100% Glatt
• P: Gelb X Grün → F1: 100% Gelbe Samen

2. Experiment: F2-Generation

Er kreuzte die Individuen der ersten Tochtergeneration (F1 x F1) und beobachtete in der F2-Generation sowohl glatte als auch runzlige Samen.

Kreuzungsergebnisse (F2-Generation)

• F1 X F1: Glatt (Ll) X Glatt (Ll)
• F2 Phänotyp: Glatt (75% dominant) und Runzlig (25% rezessiv). Verhältnis 3:1.

Mendels Schlussfolgerung

Mendel schloss daraus, dass jeder Organismus zwei Kopien der genetischen Information (Allele) für ein Merkmal besitzt.

• Glatt (dominant): LL oder Ll
• Runzlig (rezessiv): ll

Beispiel Farberbgang (F2)

• F1 X F1: Gelb (Gg) X Gelb (Gg)
• F2 Phänotyp: Gelb (75%) und Grün (25%)
• F2 Genotyp: 1 GG : 2 Gg : 1 gg

Die Mendelschen Gesetze

1. Uniformitätsregel (1. Mendelsche Regel)

   Kreuzt man zwei reinerbige Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so sind alle Nachkommen der F1-Generation uniform (gleich).

2. Spaltungsregel (2. Mendelsche Regel)

   Die Allele für ein Merkmal trennen sich während der Keimzellenbildung und werden zufällig auf die Nachkommen verteilt.

3. Unabhängigkeitsregel (3. Mendelsche Regel)

   Die Allele verschiedener Merkmale werden unabhängig voneinander vererbt, sofern sie auf unterschiedlichen Chromosomen liegen.