Genetik kompakt für Dummies. Tara Rodden Robinson
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tauchten immer wieder innerhalb einer Familie auf. Und jeder Bauer wusste, wenn er Pflanzen oder Tiere mit besonders geschätzten Eigenschaften kreuzte, konnte er zum Beispiel Mais mit höheren Erträgen erhalten oder Kühe, die mehr Milch produzierten. Aber wie die Vererbung funktioniert, blieb lange ein Geheimnis.
Gregor Mendel war von Natur aus neugierig. Als er durch den Garten seines Klosters wanderte, sah er, dass seine Erbsenpflanzen alle unterschiedlich aussahen. Einige waren groß, andere klein. Einige hatten grüne Samen, die anderen gelbe. Mendel fragte sich, was wohl die Unterschiede hervorrufen könnte, und entschloss sich, eine Reihe kleiner Experimente durchzuführen. Er wählte sieben Merkmale der Erbsenpflanzen für seine Experimente aus (siehe Tabelle 3.1).
| Merkmal | Gewöhnliche Form | Ungewöhnliche Form |
|---|---|---|
| Samenfarbe | gelb | grün |
| Samenform | rund | runzelig |
| Farbe der Samenschale | grau | weiß |
| Farbe der Erbsenhülse | grün | gelb |
| Form der Erbsenhülse | gewölbt | eingeschnürt |
| Pflanzenhöhe | groß | klein |
| Blütenstellung | am Stängel verteilt | an der Stängelspitze |
Tabelle 3.1: Die von Mendel untersuchten sieben Merkmale bei Erbsenpflanzen
Zehn Jahre lang kreuzte Mendel geduldig Erbsen mit verschiedenen Blütenfarben, Samenformen oder Samenzahlen und beobachtete, wie deren Nachkommen aussahen. Als Mendel 1884 starb, war er sich der Tragweite seiner Entdeckung und ihrer Bedeutung für die Wissenschaft überhaupt nicht bewusst. Erst 34 Jahre nach der Publikation seiner Arbeit »Versuche über Pflanzenhybriden« (im Jahr 1868) wurde die Arbeit wiederaufgenommen und die Entdeckung des einfachen Gärtners gewürdigt.
Um Mendels Arbeit richtig einschätzen zu können, sollten Sie verstehen, wie sich Pflanzen vermehren. Zur Vermehrung von Pflanzen braucht man die Blüten und den Blütenstaub, den Pollen (das pflanzliche Äquivalent zu den Spermien). In den Blüten gibt es Ovarien (siehe Abbildung 3.1), die sicher im sogenannten Stempel verborgen liegen und über die Narbe mit der Außenwelt verbunden sind. Pollen wird in den Staubblättern produziert. Die Pflanze produziert, wie Tiere auch, im Ovarium eine Eizelle, die, wenn sie mit Pollen in Berührung kommt (der Pollen muss dabei auf die Narbe gelangen, »Bestäubung«), befruchtet wird und Samen produziert. Die Befruchtung kann bei den Pflanzen auf zwei Arten geschehen:
Abbildung 3.1: Die Reproduktionsorgane in einer Blüte
Fremdbestäubung: Zwei verschiedene Pflanzen werden gekreuzt, wobei der Pollen einer Pflanze zur Bestäubung einer anderen Pflanze dient, woraus die Fremdbefruchtung folgt.
Selbstbestäubung: Einige Blüten produzieren sowohl Frucht- als auch Staubblätter. In solchen Fällen können die Pflanzen ihre eigenen Narben selbst bestäuben, was Selbstbestäubung genannt wird. Nicht bei allen Pflanzen folgt daraus eine Selbstbefruchtung, aber Mendels Erbsen konnten das.
Die Sprache der Vererbung
Sie wissen wahrscheinlich schon, dass die Gene irgendwie für Ihr Aussehen (den Phänotyp, zum Beispiel die Haarfarbe) verantwortlich sind (mehr dazu in Kapitel 11). Die einfachste Definition für ein Gen ist: ein vererbter Faktor, der ein Merkmal bestimmt.
Abbildung 3.2: Je zwei verschiedene Allele an drei Loci homologer Chromosomen
Beim Menschen (und vielen anderen Lebewesen) kommen die Allele bestimmter Gene in Paaren vor. Sind die Allele identisch, wird der jeweilige Locus und der Organismus in Bezug auf diesen speziellen Locus als homozygot (zu Deutsch: reinerbig) bezeichnet. Sind die beiden Allele jedoch unterschiedlich (macht zum Beispiel ein Allel blaue und das andere grüne Augen), so ist das Lebewesen für diesen Locus heterozygot (mischerbig). Ein Lebewesen kann, auf verschiedene Loci bezogen, gleichzeitig homozygot und heterozygot sein. So kommt die ganze phänotypische Vielfalt der verschiedenen Individuen zustande. Zum Beispiel wird die Haarform von einem Locus bestimmt, die Haarfarbe wiederum von mehreren verschiedenen Loci, und wieder andere Loci sind für die Hautfarbe zuständig. Sie verstehen sofort, wie schwierig es werden kann, das Vererbungsmuster komplexer Merkmale herauszufinden.
Vererbung leicht gemacht
Wenn man die Vererbungsmuster ergründen will, ist es am einfachsten, mit nur einem beobachteten Merkmal anzufangen. Diese Art der Vererbung, manchmal auch einfache Vererbung genannt, hat auch Mendel beobachtet, als er begann, mit seinen Erbsen zu arbeiten.
Die Auswahl der Erbsenpflanzen sowie die ausgesuchten Merkmale haben es Mendel erleichtert, die Vererbungsregeln abzuleiten:
Die Erbsenpflanzen, mit denen Mendel begonnen hat, waren reinerbig. Wenn sich reinerbige Pflanzen selbst bestäuben (und befruchten), zeigen die Nachkommen auch nach Generationen exakt dieselben Eigenschaften (Phänotyp) wie die Elternpflanzen. Reinerbige große Pflanzen erzeugen immer große Pflanzen, reinerbige kleine Pflanzen erzeugen immer kleine Pflanzen und so weiter.
Mendel wählte Merkmale, die jeweils nur zwei Ausprägungen oder Phänotypen hatten. Mendel wählte ganz bewusst Merkmale aus, die in nur zwei Ausprägungen vorkamen, zum Beispiel groß oder klein, gelbe oder grüne Samen. Solche Merkmale machten das Entschlüsseln der Vererbungsmuster einfacher.
Mendel arbeitete nur mit Merkmalen, die eine autosomal-dominante Form der Vererbung zeigten – das heißt, die Gene lagen nur auf den autosomalen Chromosomen (und nicht auf den Geschlechtschromosomen).
Bevor die Pflanzen mit der Produktion von Pollen begannen, öffnete Mendel die Knospen. Er entfernte entweder die Pollen produzierenden Teile (Staubblätter) oder den Pollen empfangenden Teil (Narbe), um die Selbstbestäubung