Basic Principles of Genetics: Mendel’s Genetics
Copyright © Dennis O’Neil
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Translated by Valeria Aleksandrova

	Hybridisierte gezähmte Pferde

Tausende von Jahren haben Bauern und Hirten ihre Pflanzen und Tieren ausgewählt verpaart, um nützlichere Hybriden . zu erhalten. Das waren eher „Versuch macht klug“-Unternehmen, denn die tatsächlichen Mechanismen der Vererbung waren noch unbekannt. Das Wissen um diese genetichen Mechanismen resultiert aus sorgfältigen Zuchtversuchen im Labor, die in den letzten anderthalb Jahrhunderten durchgeführt worden sind.

Gregor Mendel 1822-1884

In den 1890er Jahren erlaubte es die Erfindung besserer Mikroskope den Biologen, die grundgelegenden Fakten der Zellteilung und sexuellen Reproduktion zu beobachten. Das Augenmerk der Genetik wandte sich dann auf das Bemühen, zu verstehen, was wirklich geschieht, wenn Eltern erbliche Züge an ihre Kinder weitergeben. Eine Reihe von Hypothesen wurden entworfen, um die Vererbung zu erklären, doch Gregor Mendel , ein damals unbekannter mitteleuropäischer Mönch, war der einzige, der es mehr oder weniger hinbekam. Seine Ideen wurden 1866 veröffentlicht, blieben aber bis 1900 größtenteils unbeachtet, also bis lange nach seinem Tod. Seine frühen Erwachsenenjahre wurden in relativer Unklarheit verbracht, er forschte im Bereich der grundlegenden Genetik und unterrichtete am Gymnasium in Brünn (heute Brno, Tschechische Republik) . In späteren Jahren war er Abt seiner Abtei und legte seine wissenschaftliche Arbeit beiseite.

	Gewöhnliche Erbsen

Auch wenn Mendel seine Forschung an Pflanzen durchführte, so sind die grundlegenden Prinzipien der Vererbung dennoch auf Menschen und Tiere anwendbar, denn die Mechanismen der Vererbung sind im Wesentlichen bei allen komplexen Lebensformen dieselben.

Durch selektive Kreuzungen mit gewöhnlichen Erbsen (Pisum sativum) über viele Generationen hinweg, entdeckte Mendel, dass bestimmte erbliche Züge sich bei den Nachkommen ohne jede Mischung der elterlichen Züge zeigen. Erbsenblüten sind beispielsweise violett oder weiß, Mischfarben treten bei den Nachkommen von gemischt gekreuzten Erbsenpflanzen nicht auf. Mendel beobachtete sieben Eigenschaften, die leicht erkannt werden können und offensichtlich nur in einer von zwei möglichen Formen auftritt.

Die Beobachtung, dass diese Züge nicht in vermischter Form bei den Nachkommen auftreten, war von enormer Bedeutung, denn die damals führende Theorie in der Biologie besagte, dass vererbte Züge sich von Generation zu Generation vermischen. Die meisten führenden Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts akzeptierten diese „Mischungstheorie“. Charles Darwin propagierte eine andere, gleichermaßen falsche Theorie, bekannt als „Pangenese“ . Diese besagte, dass Erb-“Partikel“ in unserem Körper von den Dingen, die wir in unserem Leben tun, beeinflusst werden. Diese modifizierten Partikel sollten dann über das Blut zu den reproduktiven Zellen wandern und anschließend von den nachfolgenden Generationen ererbt werden. Im Grunde war dies eine Abwandlung von Lamarcks falscher Idee der „Vererbung erworbener Charakteristika“.

Mendel nahm gewöhnliche Gartenerbsen für seine Versuche, denn sie können leicht in großer Anzahl gezüchtet werden und ihre Reproduktion kann beeinflusst werden. Erbsenpflanzen haben männliche und weibliche Reproduktionsorgane. Im Ergebnis können sie sich entweder selbst bestäuben oder sich bei der Bestäubung mit anderen Pflanzen kreuzen. Bei seinen Versuchen kreuzte Mendel selektiv reinerbirge Pflanzen mit bestimmten Merkmalen und beobachtete das Ergebnis über viele Generationen hinweg. Dies war die Grundlage für seine Schlussfolgerungen über die Natur der genetischen Vererbung.

Indem er Pflanzen kreuzte, die entweder nur gelbe oder grüne Samen produzierten, fand Mendel heraus, dass die erste Filialgeneration (f1) immer gelbe Samen hat. Die folgende Generation aber (f2) weist immer eine Rate von 3:1 für gelbe  vs. grüne Samen auf.

Dieses 3:1-Verhältnis tritt auch in späteren Generationen auf. Mendel erkannte, dass dies der Schlüssel zum Verständnis der grundlegenden Vererbungsmechanismen war.

Aus den Ergebnissen seiner Experimente zog er drei wichtige Schlüsse:

Wichtig ist, daran zu denken, dass die Elternpflanzen bei diesem Experiment homozygot auf ihre Samenfarbe waren. Dies bedeutet, sie hatten zwei identische Formen (oder Allele ) des Gens für dieses Merkmals – zwei gelbe oder zwei grüne. Die Pflanzen der Generation f1 waren alle heterozygot. . Mit anderen Worten hatten sie jeweils zwei verschiedene Allele geerbt – eines von jeder Elternpflanze. Klarer wird dies, wenn wir uns den tatsächlichen genetischen Aufbau, genannt Genotyp , der Erbsenpflanze ansehen, statt nur den Phänotype , oder beobachtbare physische Eigenschaften.

Beachte, dass jede Pflanze der f1-Generation (oben) ein Y(Yellow/Gelb)-Allel  von einem Elternteil und G(rün)-Allel vom anderen geerbt hat.

Bei allen sieben Merkmalen, die Mendel an Erbsen untersuchte, erschien eine Form dominant gegenüber der anderen, was bedeutet, dass es die Gegenwart des anderen Allels verbarg. Wenn beispielsweise der Genotyp der Erbsensaat YG (heterozygot) ist, ist der Phänotyp gelb. Das dominante gelbe Allel beeinflusst das rezessive grüne aber nicht. Beide allele können unverändert an die nächste generation weitergegeben werden.

Mendels Beobachtungen aus diesen Experimenten können in zwei Prinzipien zusammengefasst werden:

Nach der Spaltungsregel wird für jedes Merkmal jedes elterliche Allelpaar gespalten und nur eines der Allele von einem Elternteil an die Nachkommen weitergegeben. Welche Allele eines elterlichen Allelpaars vererbt werden, ist eine Frage des Zufalls. Wir wissen jetzt, dass die Spaltung der Allele während der Entstehung der Geschlechtszellen geschieht (d.h Meiose ).

Nach der Unabhängigkeits-/Neukombinationsregel werden verschiedene Allelpaare unabhängig von einander an den Nachkommen weitergegeben. Im Ergebnis sind neue Genkombinationen möglich, die an keinem Elternteil zu beobachten sind. Nur weil beispielsweise eine Pflanze die Fähigkeit geerbt hat, violette statt weiße Blüten hervorzubringen, erhöht sich nicht die Wahrscheinlichkeit, dass sie die Fähigkeit erbt, gelbe Erbsen statt grüner zu produzieren. Die Unabhängigkeits-/Kombinationsregel erklärt auch, warum die menschliche Vererbung einer bestimmten Augenfarbe nicht die Wahrscheinlichkeit erhöht oder reduziert, sechs Finger an jeder Hand zu haben. Heute kennen wir den Grund: unabhängig vererbte Gene liegen auf verschiedenen  Chromosomen .

Diese beiden grundlegenden Prinzipien der Vererbung, zusammen mit dem Verstehen von Einheit-Vererbung und Dominanz, waren der Beginn unserer modernen Wissenschaft von der Genetik. Mendel erkannte noch nicht, dass es Ausnahmen zu diesen Regeln gibt. Einige dieser Ausnahmen werden im dritten Abschnitt dieses Tutorials erforscht, wie auch im Tutorial  Synthetic Theory of Evolution.

Indem sie sich auf Mendel als Vater der Genetik konzentriert, vergisst die moderne Biologie oft, dass die Resultate seiner Ergebnisse auch Lamarcks Theorie von der „Vererbung erworbener Charakterisitika“, die im Tutorial Early Theories of Evolution .beschrieben wird. Mendel erhält wenig Anerkennung dafür, weil sein Werk im Wesentlichen unbekannt blieb, lange, nachdem Lamarcks Ideen als unwahrscheinlich zurückgewiesen worden waren.

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Beachte: Manche Biologen nennen Mendels „Regeln“ auch „Gesetze“

Beachte: Einer der Gründe, aus dem Mendel seine Kreuzungsversuche an Erbsenpflanzen vornahm, war, dass er Vererbungsmuster an bis zu zwei Generationen pro Jahr beobachten konnte. Heutige Genetiker führen ihre Kreuzungsversuche mit Arten durch, die sich viel schneller reproduzieren, sodass der zeitliche und finanzielle Aufwand signifikant schrumpft. Fruchtfliegen und Bakterien werden inzwischen gemeinhin für diese Zwecke benutzt. Fruchtfliegen reproduzieren sich in etwa zwei Wochen ab Geburt, während Bakterien wie E. coli, das in unserem Verdauungssystem vorkommt, sich in nur 3-5 Stunden vermehrt.