GENETISCHE INFORMATIONEN WERDEN VON EINER GENERATION VON ORGANISMEN AN EINE ANDERE WEITERGEGEBEN

1.1 Beschreibung des naturwissenschaftlichen Konzepts

Lebewesen produzieren Nachkommen der gleichen Art. Aber diese Nachkommen sind nicht identisch mit ihren Eltern. Pflanzen und Tiere, einschließlich Menschen, ähneln ihren Eltern in vielen Eigenschaften, weil Erbinformationen von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden. Lebewesen, die durch asexuelle Vermehrung entstehen, etwa durch Sprossung, sind genetisch mit dem Elternorganismus identisch. Bei der sexuellen Vermehrung stammen die Erbinformationen je zur Hälfte von einem Elternteil. Viele der Merkmale von Organismen werden von äußeren Bedingungen beeinflusst, z.B. von der Menge verfügbarer Nahrung oder vom Wetter. Dadurch ergeben sich auch bei asexueller Vermehrung Unterschiede zwischen den Generationen. Bei Menschen sind neben anderen äußeren Bedingungen Lernprozesse ein wichtiger Faktor, die auf die Eigenschaften einer Person wirken.

Chromosomen

Tier- und Pflanzenzellen haben in ihren Zellkernen eine Art Bauplan in den Chromosomen gespeichert. Die Chromosomen enthalten DNA. Ein Abschnitt DNA wird als Gen bezeichnet. Ein einziges Chromosom kann über tausend Gene haben. Im menschlichen Körper enthalten die meisten Zellen 23 Paare von Chromosomen – mit insgesamt etwa zwanzigtausend Genen. Der Gesamtsatz aus 46 Chromosomen wird auch doppelter Chromosomensatz genannt, weil jedes Chromosom doppelt vorhanden ist (je eines vom Vater und eines von der Mutter).

Wenn der Organismus wächst oder tote Zellen ersetzt werden, teilen sich die Zellen und die genetische Information wird kopiert. Dann hat jede neue Zelle dieselbe Erbinformation. Manchmal gibt es Fehler beim Kopieren. Man spricht dann von Mutation. Diese kann dem Organismus schaden, nutzen oder wirkungslos sein. Veränderungen in den Genen können auch durch Umwelteinflüsse wie Strahlung und Chemikalien verursacht werden oder auch spontan bei der Zellteilung auftreten. Diese Veränderungen beeinflussen das Individuum. Seine Nachkommen werden nur dann beeinflusst, wenn diese Veränderungen auch weiter gegeben werden z.B. über Spermien oder Eizellen.

Sexuelle und asexuelle Vermehrung

Bei der sexuellen Vermehrung vereinigt sich eine Spermazelle (männlich) mit einer Eizelle (weiblich). Spermien und Eizellen sind besondere Zellen. Sie haben nur jeweils eine Version des Gens vom Elternteil, also einen einfachen Chromosomensatz. Nach der Verschmelzung von Sperma- und Eizelle hat die neue Zelle, das befruchtete Ei, wieder einen doppelten Chromosomensatz. Bei dieser Art der Vermehrung wird das genetische Material neu organisiert. Es kommt zu neuen Gen- und Merkmalskombinationen. Es gibt viele mögliche Kombinationen, die dann von einer Generation zur anderen vererbt werden. Organismen, die mit ihrer Kombination am besten zu einer Umwelt passen, vererben diese Kombination besonders häufig weiter. Auf diese Weise kommt es zu Anpassungen an einen Lebensraum. Dieser Prozess wird natürliche Selektion genannt.

Bei der asexuellen Vermehrung, die bei verschiedenen Organismen wie bei Bakterien, einigen Insekten und Pflanzen auftritt, wird identische Erbinformation weitergegeben. Genetisch identische Organismen können auch künstlich durch Klonen entstehen.

Das Genom

Die Gesamtheit der Gene eines Organismus wird als Genom bezeichnet. Forscher entschlüsseln die Genome von verschiedenen Arten von Organismen und lernen dabei viel über Erbinformationen. Wenn Gene bekannt sind, kann genetisches Material künstlich verändert werden, um Organismen bestimmte Merkmale zu verleihen. In der Gentherapie werden spezielle Techniken angewandt, um durch die Veränderung menschlicher Gene Krankheiten zu heilen.

In der Zusammenfassung besteht die Big Idea daraus, dass genetische Informationen eines Organismus in der DNA seiner Zellen gespeichert sind. Gene bestimmen die Entwicklung und Struktur von Organismen. Bei der asexuellen Vermehrung kommen alle Gene der Nachkommen von einem Elternteil. Bei der sexuellen Vermehrung kommt die Hälfte der Gene von jedem Elternteil.

1.2 Was ist für Grundschülerinnen und Grundschüler bereits erfahrbar?

Für Grundschülerinnen und Grundschüler ist der folgende Teil dieser Big Idea bereits erfahr- und nachvollziehbar: Lebewesen produzieren Nachkommen der gleichen Art. Aber diese Nachkommen sind nicht identisch. Geschwister ähneln sich, aber sie sind nicht gleich. Auch Kinder ähneln ihren Eltern, aber auch sie sind nicht gleich. Pflanzen und Tiere, einschließlich Menschen, ähneln ihren Eltern in vielen Merkmalen. Diese Ähnlichkeiten werden durch Erbinformationen (auch Gene oder DNA) von einer Generation zur nächsten weitergegeben. Andere Merkmale wie Fähigkeiten und Verhaltensweisen werden nicht in gleicher Weise weitergegeben. Sie müssen erworben und gelernt werden.