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Vererbung und Variation

Gene kommen paarweise vor (Allele). Von jedem Paar gibt jeder Elternteil ein Allel an das Kind weiter. Mendel zeigte Dominanz (3 : 1), Spaltung und unabhängige Verteilung (9 : 3 : 3 : 1). Im echten Leben gibt es Besonderheiten: intermediäre Vererbung (1 : 2 : 1), Kodominanz (Blutgruppe AB), multiple Allele, Pleiotropie (ein Gen, viele Wirkungen) und polygene Merkmale (viele Gene, ein Merkmal). Gene liegen auf Chromosomen. Gene auf demselben Chromosom sind also gekoppelt und werden nur durch Crossing-over getrennt. Geschlechtschromosomen bestimmen das Geschlecht (XX-XY beim Menschen, ZW bei Vögeln, haplo-diploid bei Honigbienen) und tragen geschlechtsgebundene Gene (Hämophilie, Farbenblindheit). Fehler in einzelnen Genen verursachen Erbkrankheiten (Thalassämie, Sichelzellanämie), Fehler in der Chromosomenzahl verursachen das Down-, Turner- und Klinefelter-Syndrom.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Kreuze zwei große Erbsenpflanzen, die beide ein verstecktes Zwerg-Allel tragen (Tt × Tt). Jeder Elternteil gibt einen Buchstaben ab. Zähle die vier Felder: 3 groß, 1 zwergig.
  2. Jetzt zwei Merkmale gleichzeitig: Samenform und Farbe (RrYy × RrYy). 16 Felder ergeben 9 : 3 : 3 : 1, weil sich die beiden Gene unabhängig verteilen.
  3. Beim Löwenmäulchen ergibt Rot (RR) × Weiß (rr) die Farbe Rosa (Rr). Keines gewinnt ganz. Rosa × Rosa ergibt 1 rot : 2 rosa : 1 weiß.
  4. Das Blutgruppen-Gen hat drei Allele: Iᴬ, Iᴮ und i. Eine Person mit Iᴬi und eine mit Iᴮi können Kinder mit allen vier Gruppen bekommen. AB zeigt A und B zugleich.
  5. Beim Menschen gibt die Mutter immer ein X. Der Vater gibt X oder Y. Also entscheidet das Spermium des Vaters über das Geschlecht, Jungen : Mädchen = 1 : 1.
  6. Freies Spiel: Wähle eine beliebige Kreuzung (auch die Kreuzung mit farbenblinder Überträgerin), schätze das Verhältnis, fülle dann die Felder einzeln und zähle.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Warum sieht Tt groß aus, obwohl es ein Zwerg-Allel hat?

T ist dominant, also reicht ein T, damit die Pflanze groß wird. Das t ist aber noch da und kann in der nächsten Generation als tt wieder auftauchen.

Woher kommt 9 : 3 : 3 : 1?

Es sind zwei 3 : 1-Verhältnisse, miteinander multipliziert: (3 : 1) × (3 : 1). Das 4 × 4-Brett zeigt 16 Felder, und du kannst 9, 3, 3, 1 abzählen.

Ist Rosa ein neues Allel?

Nein. Rosa Pflanzen sind Rr. Kreuzt man zwei rosa Pflanzen, kommen Rot und Weiß zurück (1 : 2 : 1), die Allele haben sich also nie vermischt.

Wie können ein Elternteil mit A und einer mit B ein Kind mit 0 haben?

Wenn beide verborgene Träger von i sind (Iᴬi und Iᴮi), ist eines von vier Feldern ii = 0.

Wer bestimmt das Geschlecht eines Babys, Mutter oder Vater?

Beim Menschen der Vater: Sein Spermium trägt X oder Y, die Eizelle trägt immer X. Bei Vögeln ist es die Mutter.

Warum sind mehr Jungen als Mädchen farbenblind?

Jungen haben nur ein X. Ein fehlerhaftes Allel reicht. Mädchen brauchen beide X fehlerhaft. Probiere die Kreuzung mit der Überträgerin-Mutter im freien Spiel aus.

Mendels Regeln: Dominanz, Spaltung, unabhängige Verteilung

Mendel zog etwa 7 Jahre lang Gartenerbsen. Erbsen waren eine kluge Wahl: Sie wachsen schnell, haben klare gegensätzliche Merkmale (groß/zwergig, rund/runzelig) und lassen sich selbst bestäuben oder von Hand kreuzen.

Zuerst die Wörter: Ein Gen ist eine Einheit, die ein Merkmal steuert. Seine Varianten heißen Allele (T und t). Genotyp = die Buchstaben (TT, Tt, tt). Phänotyp = was man sieht (groß, zwergig). Homozygot = gleiche Buchstaben (TT); heterozygot = verschiedene Buchstaben (Tt).

  1. Dominanzregel: Bei Tt zeigt sich nur T. T ist dominant, t ist rezessiv.
  2. Spaltungsregel: Die zwei Allele trennen sich bei der Bildung der Keimzellen. Jede Keimzelle bekommt nur eines. Darum ergibt Tt × Tt 1 TT : 2 Tt : 1 tt (Genotyp) und 3 groß : 1 zwergig (Phänotyp).
  3. Regel der unabhängigen Verteilung: Allele von zwei verschiedenen Genen gelangen unabhängig voneinander in die Keimzellen. RrYy bildet vier Sorten Keimzellen (RY, Ry, rY, ry) in gleicher Zahl, daher ist das Phänotyp-Verhältnis in der F2 9 : 3 : 3 : 1.

Testkreuzung

Um herauszufinden, ob eine große Pflanze TT oder Tt ist, kreuzt man sie mit einer zwergigen (tt). Alle groß → sie war TT. Halb groß, halb zwergig (1 : 1) → sie war Tt.

Intermediäre Vererbung und Kodominanz

Intermediäre Vererbung (unvollständige Dominanz): Der Mischerbige sieht dazwischen aus. Löwenmäulchen: RR rot × rr weiß → Rr rosa. F2: 1 rot : 2 rosa : 1 weiß. Hier ist das Phänotyp-Verhältnis gleich dem Genotyp-Verhältnis. Mendels Idee der Allele stimmt weiterhin; nur die 'Dominanz' ist unvollständig.

Kodominanz: Der Mischerbige zeigt beide Merkmale voll, nebeneinander. Ein Mensch mit Iᴬ und Iᴮ hat sowohl A- als auch B-Zucker auf den roten Blutkörperchen → Gruppe AB.

Einfacher Test: Mischfarbe = intermediär; beides sichtbar = Kodominanz.

Multiple Allele und ABO-Blutgruppen

Hat ein Gen in der Bevölkerung mehr als zwei Allele, nennt man sie multiple Allele. Ein einzelner Mensch trägt trotzdem nur zwei.

Das ABO-Gen (I genannt) hat drei Allele: Iᴬ, Iᴮ, i. Iᴬ und Iᴮ sind zueinander kodominant; beide sind dominant über i.

GenotypBlutgruppe
IᴬIᴬ, IᴬiA
IᴮIᴮ, IᴮiB
IᴬIᴮAB
ii0

Drei Allele ergeben 6 Genotypen und 4 Blutgruppen. Formel: n Allele → n(n+1)/2 Genotypen.

Pleiotropie und polygene Merkmale

Pleiotropie: ein Gen, viele Wirkungen. Bei der Phenylketonurie (PKU) führt ein fehlerhaftes Gen für ein Enzym zu geistiger Behinderung, hellen Haaren und heller Haut. Bei der Erbse steuert ein Gen die Stärke im Samen: Es bestimmt die Samenform und auch die Größe der Stärkekörner.

Polygene Merkmale: viele Gene, ein Merkmal. Hautfarbe und Körpergröße des Menschen werden von mehreren Genen gesteuert, die jeweils ein kleines Stück beitragen. Darum sehen wir einen fließenden Bereich von Tönen, nicht nur 2–3 Typen. Auch die Umwelt (Sonne, Ernährung) wirkt mit.

Merkhilfe: Pleio = viele Wirkungen; Poly = viele Gene.

Chromosomentheorie der Vererbung

Mendels 'Faktoren' waren 1865 unbekannte Objekte. Um 1900 zeigten Mikroskope, wie sich Chromosomen in der Meiose bewegen. Sutton und Boveri sahen die Übereinstimmung:

Sie sagten also: Gene liegen auf Chromosomen. T.H. Morgan bewies es mit Fruchtfliegen (Drosophila): Sie vermehren sich schnell, haben viele Nachkommen, nur 4 Chromosomenpaare und leicht erkennbare Merkmale.

Kopplung und Crossing-over

Gene auf demselben Chromosom gelangen meist gemeinsam in eine Keimzelle. Das ist Kopplung. Morgan fand, dass solche Gene nicht 9 : 3 : 3 : 1 ergaben.

Manchmal tauschen die Partnerchromosomen aber in der Meiose Stücke aus (Crossing-over). Das erzeugt neue Kombinationen, sogenannte Rekombinanten.

Rekombinationshäufigkeit (%) = rekombinante Nachkommen ÷ Gesamtzahl × 100. Sturtevant nutzte diesen Prozentwert als Abstand und zeichnete die ersten Genkarten (1% = 1 Karteneinheit).

Geschlechtsbestimmung bei Mensch, Vogel und Honigbiene

Henking sah in Insektenspermien einen besonderen Körper und nannte ihn X-Körper. Geschlechtschromosomen unterscheiden sich bei Männchen und Weibchen; die übrigen sind Autosomen.

Geschlechtsgebundene Merkmale: Hämophilie und Farbenblindheit

Manche Gene liegen auf dem X-Chromosom, und das Y hat keine passende Kopie. Ein Mann hat nur ein X, daher reicht ein fehlerhaftes Allel, damit die Krankheit auftritt. Eine Frau braucht zwei; mit einem ist sie Überträgerin.

Muster: Überträgerin-Mutter × gesunder Vater → die Hälfte der Söhne ist betroffen, die Hälfte der Töchter sind Überträgerinnen. Ein betroffener Vater gibt es nie an seinen Sohn weiter (er gibt den Söhnen das Y).

Mendelsche Erbkrankheiten: Thalassämie, Sichelzellanämie und mehr

Die Veränderung eines einzigen Gens kann eine Krankheit auslösen, die Mendels Regeln folgt. Ein Stammbaum (Familienbaum mit Quadrat = Männer, Kreis = Frauen, ausgefüllt = betroffen) hilft, sie zu verfolgen.

Chromosomenstörungen: Down, Turner, Klinefelter

Wenn sich Chromosomen in der Meiose nicht trennen (Non-Disjunction), kann eine Keimzelle ein Chromosom zu viel oder zu wenig bekommen. Aneuploidie = Gewinn oder Verlust eines Chromosoms. Polyploidie = ganze zusätzliche Sätze (häufig bei Pflanzen).

SyndromChromosomenWichtige Merkmale
Down47, zusätzliches Chromosom 21 (Trisomie 21)klein, kleiner runder Kopf, gefurchte Zunge, offener Mund, breite Handfläche mit einer einzigen Furche, langsame geistige und körperliche Entwicklung
Klinefelter47, XXY (männlich)groß, einige weibliche Merkmale wie Brustwachstum (Gynäkomastie), unfruchtbar
Turner45, XO (weiblich)klein, Eierstöcke nicht entwickelt, unfruchtbar, sekundäre Geschlechtsmerkmale fehlen

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Eine Erbsenpflanze Tt wird selbst bestäubt. Wie viele von 400 Keimlingen sind voraussichtlich zwergig?

Schritt 1: Tt × Tt → 1 TT : 2 Tt : 1 tt. Schritt 2: Zwergig = tt = 1/4. Schritt 3: 400 × 1/4 = 100 zwergige Pflanzen.

2. Eine große Pflanze wird mit einer zwergigen gekreuzt. Die Nachkommen sind 52 groß und 48 zwergig. Welchen Genotyp hatte der große Elternteil?

Schritt 1: Das ist eine Testkreuzung (mit tt). Schritt 2: Etwa 1 : 1 bedeutet, dass der große Elternteil T und t gleich oft weitergab. Antwort: Tt.

3. Wie viele Sorten Keimzellen bildet AaBbCC?

Schritt 1: Zähle die heterozygoten Paare: Aa und Bb = 2 (CC ist homozygot). Schritt 2: 2ⁿ = 2² = 4 Sorten: ABC, AbC, aBC, abC.

4. Bei einer dihybriden Kreuzung RrYy × RrYy entstehen 1600 Samen. Wie viele sind rund und grün?

Schritt 1: F2-Verhältnis 9 RY : 3 Ry : 3 rY : 1 ry. Schritt 2: Rund grün = R_yy = 3/16. Schritt 3: 1600 × 3/16 = 300 Samen.

5. Die Mutter hat Blutgruppe A (Iᴬi), der Vater B (Iᴮi). Welcher Anteil der Kinder kann Gruppe 0 haben?

Schritt 1: Keimzellen: Mutter Iᴬ oder i; Vater Iᴮ oder i. Schritt 2: Felder: IᴬIᴮ (AB), Iᴬi (A), Iᴮi (B), ii (0). Schritt 3: 0 = 1/4 = 25%.

6. Rosa Löwenmäulchen werden miteinander gekreuzt und ergeben 240 Pflanzen. Wie viele sind rosa?

Schritt 1: Rr × Rr → 1 RR : 2 Rr : 1 rr. Schritt 2: Rosa = Rr = 2/4. Schritt 3: 240 × 1/2 = 120 rosa.

7. Eine Testkreuzung eines Dihybriden ergibt 420 Nachkommen mit Elterntyp und 80 Rekombinanten. Bestimme die Rekombinationshäufigkeit und den Kartenabstand.

Schritt 1: Gesamt = 420 + 80 = 500. Schritt 2: RF = 80/500 × 100 = 16%. Schritt 3: Kartenabstand = 16 Karteneinheiten (cM). Die Gene sind gekoppelt, aber nicht eng.

8. Ein farbenblinder Mann heiratet eine Frau mit normalem Sehen, die keine Überträgerin ist. Wie groß ist die Chance, dass ihr Sohn farbenblind ist? Und ihre Tochter?

Schritt 1: Mann XᶜY, Frau XX. Schritt 2: Söhne bekommen Y vom Vater und X von der Mutter → XY, alle gesund (0%). Schritt 3: Töchter bekommen Xᶜ vom Vater und X von der Mutter → XᶜX, alle Überträgerinnen, keine betroffen.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Bei einer Testkreuzung ergibt eine große Pflanze nur große Nachkommen. Die große Pflanze ist:
2. Das Phänotyp-Verhältnis der F2 bei intermediärer Vererbung ist:
3. Wie viele Chromosomen hat eine Drohne (männliche Honigbiene)?
4. Das Turner-Syndrom hat den Karyotyp:
5. Gene, die auf demselben Chromosom sehr nahe beieinander liegen, zeigen:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Kopplung und Crossing-over?

Kopplung hält Gene auf demselben Chromosom zusammen. Crossing-over bricht das auf, indem Stücke zwischen Partnerchromosomen getauscht werden und neue Kombinationen entstehen.

Warum wird Mendel der Vater der Genetik genannt?

Er zählte als Erster die Nachkommen sorgfältig und fand die Regeln (Dominanz, Spaltung, unabhängige Verteilung), die bis heute gelten.

Wie viele Punkte bringt dieses Kapitel in der CBSE-Prüfung Klasse 12?

Die Einheit Genetik und Evolution bringt etwa 20 Punkte. Kreuzungen, Verhältnisse, Blutgruppen, geschlechtsgebundene Vererbung und Erbkrankheiten werden sehr oft gefragt.

Wo das unterrichtet wird

Canada (Ontario)Grade 11D. Genetic Processes
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIVII. Classical genetics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IVXIV. Classical genetics
RomaniaClasa a XII-aGenetics
Spain2º BachilleratoBiology for the 21st century
CBSE (India)Class 12Genetics and Evolution
England (GCSE, A level)Year 133.7 Genetics, populations, evolution and ecosystems
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Heredity
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Gene Expression and Regulation
South Korea고등학교 2학년Genes and genetic material
South Korea고등학교 3학년Heredity
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 12Genetics and genetic engineering
Russia10 классGenetics
Russia10 классHeredity and variation

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