11. – 13. Schuljahr

Wolfgang Klemmstein

Hybridisierung als Rettung?

Unterrichtsvoraussetzungen
Genetik: Genregulation bei Eukaryoten, Erbgänge, Mutationen
Evolution: Variation (Mutation), Hybridisierung, Selektion, Angepasstheit, Resistenzen, Populationsentwicklung, Bottleneck, Stammbaum-darstellungen
Lösungshinweise und Anforderungsbereiche
Aufgabe 1
Die Umweltbelastung mit Stoffen wie PCB ist im Bereich der offenen Galveston-Bucht nurminimal (blaue Messstellen). Sie steigt im Houston-Schiffskanal bei der Durchquerung eines stark industrialisierten Gebietes mit der Annäherung an die Stadt Houston auf Maximalwerte an (schwarz). (AFB I)
Die Grafik stellt die Häufigkeit der Herzmissbildung bei Populationen (Pop.) des Golf-Killifischs in Bezug zur PCB-Konzentration dar. X- und Y-Koordinate sind logarithmisch dargestellt.
wIn Pop. ohne Umweltbelastung (blau) steigt die Häufigkeit der Herzmissbildungen mit Zunahme der PCB-Konzentration an und erreicht bei 100μg/L einen Höchstwert. Dies lässt auf Kausalität schließen und zeigt, dass Pop. des Golf-Killifischs in unbelasteten Bereichen für die Wirkung von PCB sensibel sind. Diese Sensibilität sinkt, je stärker die Fische an ihrem Standort der Umweltbelastung ausgesetzt sind. Im Bereich mit der stärksten Belastung zeigen die Pop. (schwarz) praktisch keine Herzmissbildungen. Sie sind weitgehend resistent gegen die PCB-Wirkung. (AFB II)
Aufgabe 2
PCB bindet im Cytoplasma an AHR (Aryl-Hydrocarbon-Rezeptoren und aktiviert den AHR-Signalweg. Der aktive AHR-PCB-Komplex wandert in den Zellkern. Hier lagert er sich mit ARNT (Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor-Translokator) zusammen. Dieser Komplex wiederum wirkt als Transkriptionsfaktor und ARNT lagert sich an die TATA-Box des Promotors des CYP1A-Gens an. Dies erlaubt die Anlagerung der RNA-Transkriptase zur Ablesung des nachfolgenden Strukturgens. Die entstandene Prä-mRNA wird im Zellkern gespleißt und wandert ins Cytoplasma, wo die Translation erfolgt. (AFB I)
Aufgabe 3
Codierende und nichtcodierende Bereiche auf der DNA werden als Exon (Kästen) und Intron (Linien) bezeichnet. Durch Spleißen werden aus der Prä-RNA die Intron-Bereiche herausgeschnitten, sodass nur Exons translatiert werden. (AFB I)
In unbelasteten Pop. existieren bis zu 100% wt/wt-Genotypen. Nur in verschwindend geringer Häufigkeit kann das del-Gen vorhanden sein. Die Häufigkeit des del-Gens steigt in leicht belasteten Pop. an. In Pop., die Umweltgiften stark ausgesetzt sind, findet man del-Gene homo- oder heterozygot in fast 100% der Genotypen. Wenige Prozent der Individuen besitzen einen homozygoten wt-Genotyp. (AFB I)
Die Häufigkeit der del-Gene in den Umweltgiften ausgesetzten Pop. und die Korrelation dieser Belastung mit der Häufigkeit von wt- und del-Genen spricht für die Hypothese: Der Ausfall der Gene führt zu einer Resistenz. (AFB II)
Die Weitergabe der Deletion ist als intermediärer Erbgang einzustufen. Der heterozygote Genotyp (F1) zeigt einen Phänotyp, der zwischen den beiden parentalen Phänotypen liegt. Bei einem dominanten Erbgang müsste auch heterozygot die volle Merkmalsausprägung vorliegen. Rezessiv vererbt, träte die Resistenz in der F1 (heterozygot) phänotypisch nicht auf. (AFB II)
Nach den Mendel´schen Regeln und ohne Selektionsdruck treten in der F2-Generation wt/wt- und del/del-Genotypen im gleichen Verhältnis auf. Unter starker Belastung mit Umweltgiften verschiebt sich aber die Häufigkeit der Genotypen zugunsten des del/del-Genotyps, der wt/wt-Genotyp wird marginal. Dies spricht für eine positive Selektion der Deletion. Auch die Abnahme des heterozygoten Genotyps, der nach Mendel´scher Verteilung die Mehrheit stellen müsste, zeigt eine positive Selektion möglichst hoher Resistenz. (AFB III)
Aufgabe 4
Die Belastung durch PCB führte plötzlich zu einer Reduktion der Pop.-Größe, einem „Bottleneck, mit der hohen Wahrscheinlich des Aussterbens.
Um unter diesen Bedingungen zu überleben, müsste in einer Pop. nach klassischer Theorie eine...

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