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Rekombination

Zwei Aufgaben zur Rekombination — mit drei Geschwistern und einem Stückaustausch.

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Drei Geschwister

AFB I–II

Familie Keller hat drei Kinder. Obwohl alle dieselben Eltern haben, unterscheiden sie sich in Haarfarbe, Augenfarbe und Körpergröße. Katzen haben in ihren Körperzellen 38 Chromosomen, Menschen 46.

  1. Nenne drei Vorgänge, die zur Rekombination beitragen.
  2. Berechne die Zahl der Keimzellsorten einer Katze ohne Crossing-over.
  3. Erkläre , warum sich die drei Kinder unterscheiden.
  4. Bestätige , dass beim Menschen bei der Befruchtung über 70 Billionen Kombinationen möglich sind.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Zwei davon laufen in der Meiose I ab.
Hinweis zu Aufgabe b)
Zuerst die Zahl der Paare.
Hinweis zu Aufgabe c)
Jedes Kind stammt aus einer anderen Eizelle und einer anderen Spermienzelle.
Hinweis zu Aufgabe d)
\(2^{10} \approx 1000\) hilft beim Überschlagen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Zufällige Verteilung der homologen Chromosomen in der Meiose I, Crossing-over zwischen homologen Chromosomen, zufällige Befruchtung.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

38 Chromosomen = 19 Paare: \(2^{19} = 524\,288\) Keimzellsorten.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Jedes Kind entstand aus einer anderen Eizelle und einer anderen Spermienzelle. Durch zufällige Verteilung und Crossing-over trägt jede Keimzelle eine andere Kombination der Erbanlagen; bei der Befruchtung werden sie erneut zufällig kombiniert.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

\(2^{23} \cdot 2^{23} = 2^{46} = 70\,368\,744\,177\,664 \approx 70{,}4\) Billionen — also mehr als 70 Billionen, und das noch ohne Crossing-over.

2

Ein Stück getauscht

AFB II–III

Auf einem Chromosomenpaar liegen zwei Gene. Das mütterliche Chromosom trägt die Varianten A und B, das väterliche die Varianten a und b. In der Meiose I überkreuzen sich zwei Chromatiden zwischen den beiden Genen und tauschen Stücke aus.

  1. Beschreibe den Vorgang des Crossing-overs.
  2. Ermittle die möglichen Kombinationen der beiden Gene in den Keimzellen mit und ohne Crossing-over.
  3. Erläutere die Bedeutung des Crossing-overs für die Vielfalt der Nachkommen.
  4. Beurteile die Aussage: „Durch Rekombination entstehen neue Gene.“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Wann liegen die Chromatiden so nah beieinander?
Hinweis zu Aufgabe b)
Ohne Austausch bleiben A und B zusammen.
Hinweis zu Aufgabe c)
Was wäre ohne Austausch über Generationen immer zusammen vererbt worden?
Hinweis zu Aufgabe d)
Vergleiche mit der Mutation.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Während der Paarung in der Meiose I liegen die homologen Chromosomen eng aneinander. Chromatiden verschiedener Homologer überkreuzen sich, brechen an der Kreuzungsstelle und werden über Kreuz wieder verbunden. So werden Stücke ausgetauscht.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Ohne Crossing-over: AB und ab. Mit Crossing-over zusätzlich Ab und aB — insgesamt vier Kombinationen.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Ohne Crossing-over würden Gene auf demselben Chromosom immer gemeinsam vererbt. Durch den Austausch entstehen neue Kombinationen wie Ab oder aB; die Zahl der möglichen Keimzellen steigt weit über \(2^{\,n}\) hinaus.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage ist falsch. Rekombination mischt nur vorhandene Genvarianten neu, sie verändert keine Gene. Neue Genvarianten entstehen durch Mutation.