Rekombination der Chromosomen – Entstehung vielfältiger Individuen

Rekombination der Chromosomen – Entstehung vielfältiger Individuen Übung

• Beschreibe die genetische Rekombination.

  Tipps

  Drei der fünf Aussagen sind richtig.

  Die Rekombination läuft während der geschlechtlichen Fortpflanzung ab.

  Lösung

  Die Rekombination ist der Prozess der Neuverteilung des Erbmaterials.

  Die Rekombination

  • geschieht während der Meiose.
  • sorgt für hohe genetische Variabilität zwischen Individuen einer Art.
  • läuft zufällig und unwillkürlich ab.
  • ist ein wichtiger evolutionärer Faktor für die Entwicklung einer Art.
  • produziert neue Genotypen.
  • produziert neue Merkmale.

• Stelle den Ablauf des Crossing-Over dar.

  Tipps

  Die Struktur eines homologen Chromosomenpaares besteht aus zwei Chromosomen bzw. vier Chromatiden.

  Zwei im Lateinischen heißt Bi.

  Vier im Griechischen heißt Tetra.

  Zwei Chromosomen sind dann homolog, wenn sie in Gestalt und Abfolge der Gene identisch sind.

  Lösung

  Crossing-Over

  1. homologe Chromosomen
  2. Tetrade oder
  3. Bivalent
  4. rekombinante Chromatiden
  5. Nicht-Schwester-Chromatiden
  6. Schwester-Chromatiden
  7. Chiasma

• Skizziere den Verlauf der Meiose in Hinblick auf die Rekombination.

  Tipps

  Zwei Worte sind in keiner Lücke richtig.

  Bei der Rekombination findet zunächst die intrachromosomale Rekombination statt und danach die interchromosomale.

  Lösung

  Meiose I

  Prophase I: Chromosomen verdichten und verdoppeln sich. Homologe Chromosomen lagern sich zusammen. Diese Struktur heißt Bivalent oder Tetrade. Durch Überkreuzung der Chromatiden kommt es zum Crossing-Over. Die durch das Crossing-Over veränderten Chromatiden heißen rekombinant.

  Metaphase I: Die homologen Chromosomenpaare lagern sich in der Äquatorialebene der Zelle an. Dabei verteilen sich mütterliche und väterliche Chromosomen zufällig.

  Anaphase I: Die Spindelfasern ziehen die Chromosomen zu den Zellpolen. Dadurch werden die Chromosomen neu verteilt. Dieser Prozess der der zufälligen Neuverteilung des Erbmaterials heißt interchromosomale Rekombination.

  Telophase I: Hier findet die Zellteilung statt, welche gleichzeitig das Ende der Meiose I markiert.

  Meiose II

  Die Zelle durchläuft erneut Pro-, Meta-, Ana- und Telophase II. Am Ende von Meiose I und Meiose II sind aus einer Mutterzelle vier Tochterzellen entstanden, welche durch die verschiedenen Rekombinationsprozesse alle genetisch verschieden sind.

• Erkläre die Bedeutung der Rekombination als Evolutionsfaktor.

  Tipps

  Überlege aus der Perspektive des Greifvogels, welchen Hasen du am ehesten fressen würdest. Warum hast du dich für genau dieses Beutetier entschieden?

  Durch Rekombination entsteht Variabilität zwischen den Individuen einer Art. Das ist die Voraussetzung für die Wirkung der natürlichen Selektion. Durch diese werden in einem Lebensraum die Individuen bevorzugt, welche gut daran angepasst sind.

  Charles Darwin hat den Ausspruch "survival of the fittest" in Bezug auf die Evolution von Arten geprägt. Durch eine unsaubere Übersetzung heißt das auf Deutsch gemeinhin: "Das Überleben des Stärkeren". Das ist nicht ganz richtig, denn das am besten angepasste Individuum muss nicht zwangsläufig das stärkste sein. Manchmal reicht es auch, sich am besten verstecken zu können.

  Lösung

  Die Evolutionsfaktoren Mutation und Rekombination wirken unmittelbar auf den Genotyp eines Individuums. Dadurch entstehen Merkmale, welche zur Evolution einer Art beitragen können.

  Die Nachkommen eines schneeweißen und dunkelbraunen Hasens würden erwartungsgemäß die gleichen Fellfarben aufweisen. Durch die Neuverteilung des väterlichen und mütterlichen Erbgutes während der Meiose kann aber auch die Mischfarbe hellbraun entstehen.

  Charles Darwin postulierte, dass Individuen Nachkommen im Überfluss produzieren, welche sich voneinander unterscheiden. Im Kampf um Nahrung, Lebensraum und Partner treten diese Nachkommen miteinander in Konkurrenz. Die am besten an ihre Umwelt angepassten Individuen überleben und haben die Möglichkeit, sich fortzupflanzen. Damit tragen sie zur Evolution der Art bei.

  Die Evolutionsfaktoren wirken zusammen auf die Entwicklung einer Art. In diesem Fall haben die Haseneltern weiße, dunkelbraune und durch Rekombination erzeugte hellbraune Nachkommen gezeugt. Durch die natürliche Selektion hat im Gebirge der weiße Hase den Vorteil, im Wald überlebt der dunkelbraune und auf dem Feld der hellbraune, da die jeweiligen Merkmalsausprägungen für eine gute Tarnung vor Raubtieren sorgt.

• Stelle den Unterschied zwischen inter- und intrachromosomaler Rekombination dar.

  Tipps

  Schaue dir die Worte intra- und interchromosomal genauer an:

  Der Präfix intra- bedeutet innerhalb. Der Präfix inter- bedeutet zwischen.

  Bei welchem Prozess passiert etwas zwischen bzw. innerhalb von Chromosomen?

  Lösung

  Die intrachromosomale Rekombination findet während der Prophase I der Meiose statt. Hier lagern sich jeweils zwei homologe Chromosomen, bestehend aus je zwei Schwester-Chromatiden, eng als Paare zusammen. Bei der Paarung überkreuzen sich die Nicht-Schwester-Chromatiden und es kommt zum Stückaustausch. Dieser Prozess wird Crossing-over genannt. An der Bruchstelle, dem Chiasma, tauschen Enzyme die Stücke von mütterlichen und väterlichen Chromosomen aus. Es entstehen dabei rekombinante Chromatiden.

  Die interchromosomale Rekombination findet während der Metaphase I der Meiose statt. Hier lagern sich sämtliche homologen Chromosomenpaare in der Äquatorialebene der Zelle an. Die mütterlichen und väterlichen Chromosomen werden dabei zufällig verteilt und das Erbmaterial so durchmischt. In der Anaphase I werden die Chromosomenpaare getrennt und mithilfe des Spindelapparates auf die Zellpole aufgeteilt.

• Wende dein Wissen über Rekombination auf genetische Krankheiten an.

  Tipps

  Fehler bei der intrachromosomalen Rekombination führen zu einem ungleichen Stückaustausch beim Crossing-over. Es ändert sich hierbei nichts an der Gesamtzahl an Chromosomen in der Zelle.

  Fehler bei der interchromosomalen Rekombination können beispielsweise in der Anaphase I der Meiose auftreten. Werden die homologen Chromosomenpaare ungleich getrennt, befinden sich in der einen entstehenden Tochterzelle zu viele und in der anderen zu wenig Chromosomen. Die Gesamtanzahl an der Chromosomen verändert sich hierbei.

  Lösung

  Das Wolf-Hirschhorn-Syndrom lässt sich auf Fehler beim Crossing-Over zurückführen. Hierbei geht der kurze Arm von Chromosom 4 verloren. Leitsymptome sind Kleinwüchsigkeit und eine starke geistige Behinderung.

  Die Ursache des Katzenschrei-Syndroms ist ein Stückverlust am kurzen Arm von Chromosom 5. Namensgebend ist der typische katzenähnliche Schrei der Neugeboren mit dieser Krankheit. Die Symptome ähneln denen des Wolf-Hirschhorn-Syndroms.

  Das Pätau-Syndrom oder auch Trisomie 13 kommt zustande, wenn das Chromosom 13 in der Zelle dreifach statt doppelt vorliegt. Embryos, welche diesen genetischen Fehler aufweisen, sind meist nicht lebensfähig aufgrund schwerer Herzfehler.

  Beim Down-Syndrom oder auch Trisomie 21 liegt das Chromosom 21 dreifach vor. Betroffene weisen ein charakteristisches Aussehen auf und sind mehr oder minder stark körperlich und geistig beeinträchtigt.

  Die beiden letzten Krankheitsbilder betreffen das Chromosom 23, welches für die Ausprägung des Geschlechts verantwortlich ist.

  Das Klinefelter-Syndrom tritt nur bei Männer auf. Hierbei ist das X-Chromosom verdoppelt, so dass zwei X-Chromosomen und ein Y-Chromosom vorliegt. Die betroffenen Männer haben eine Hodenunterfunktion häufig verbunden mit einer weiblichen Körperform.

  Das Turner-Syndrom betrifft nur Frauen. Es wird auch Monosomie X genannt, da ein X-Chromosom fehlt. Die betroffenen Frauen sind häufig unfruchtbar.