Fragen des Jahres 2017

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Weshalb sehen wir oft einem Elternteil mehr ähnlich als dem andern, wenn wir doch von Vater und Mutter je die Hälfte der Chromosomen bekommen?

Zwei Dinge sind dafür verantwortlich, dass wir einem Elternteil mehr ähnlich sehen als dem anderen: Rezessive und dominante Allele und das Abschalten von Genen. Ein Allel bezeichnet verschiedene Ausprägungsformen eines Gens. Manche Gene liegen nur in einer Allel-Form vor. Andere Gene haben verschiedene Allele, so etwa das Gen für die Blutgruppen. Das Gen liegt in drei Allelen vor, als Allel 0 (Null), als Allel A oder als Allel B (mehr dazu im Artikel "Chromosom 9: Die Blutgruppen") Wie Du weisst, haben wir von jedem Chromosomenpaar ein Chromosom von der Mutter geerbt und eines vom Vater (mehr dazu im Artikel "Im Zellkern sind die Chromosomen"). Die Mutter vererbt beispielsweise ein Chromosom mit Blutgruppe-Gen Allel A, der Vater liefert ein Blutgruppe-Gen mit dem Allel 0. Nun ist aber das Allel A dominant über das Allel 0. Das Kind wird daher die Blutgruppe der Mutter aufweisen und in diesem Punkt mehr der Mutter ähneln. Neben der Dominanz oder Rezessivität gibt es einen zweiten Prozess, der unsere Ähnlichkeit zu den Eltern beeinflusst. Dank der Chromosomenpaare haben wir jedes Gen doppelt. Für das gesunde Funktionieren unseres Körpers reicht es aber oft, wenn das Gen einmal aktiv ist. Auf dem anderen Chromosom wird es abgeschaltet. Ob das Gen auf dem Chromosom von der Mutter oder vom Vater abgestellt wird, ist Zufall. Daher kommt es, dass insgesamt mehr Gene auf den Chromosomen von der Mutter oder eben mehr vom Vater aktiv sein können. Dies erklärt, warum wir nicht beiden Eltern gleich ähnlich sehen!

Wieso haben Menschen Haare auf dem Kopf?

Eigentlich haben die Menschen am ganzen Körper Haare. Sie sind nur im Verlaufe der Evolution an den meisten Stellen des Körpers feiner geworden, sie haben sich weitgehend zurückgebildet. Unsere Vorfahren vor Hunderttausenden von Jahren hatten noch viel mehr und viel kräftigere Haare am ganzen Körper, die sie vor Kälte usw. schützten, ähnlich einem Tierfell. Da die Menschen aber Wege fanden, sich anders vor Wind und Wetter zu schützen (z. B. Kleider, Häuser), war es nicht mehr notwendig, so viele Haare zu haben. Daher hat sich die Haarpracht allgemein und über eine sehr lange Zeitspanne hinweg zurückgebildet. An einigen Stellen jedoch machte es weiterhin Sinn, schützende Haare zu haben. Eine solche Stelle ist der Kopf, andere sind Achselhöhlen und Schambereich. Die Menschen haben aber ganz unterschiedlich starken Haarwuchs. Geregelt wird er durch bestimmte Gene. Diese Gene sind in allen Zellen vorhanden, sind aber nur in denjenigen Hautzellen eingeschaltet, wo Haare entstehen sollen. In allen anderen Zellen des Körpers sind sie ausgeschaltet.

Wieso haben Keimzellen einen haploiden Chromosomensatz und Körperzellen einen diploiden?

Die Chromosomen des Menschen liegen bekanntlich als Paare vor (mehr dazu im Aritkel "Im Zellkern sind die Chromosomen"). Das bezeichnet man als diploiden Chromosomensatz. Die eine Kopie eines jeden Chromosomenpaars stammt von der Mutter, die andere vom Vater. Da ein Mensch natürlicherweise immer nur einen diploiden Chromosomensatz hat, muss bei der Entwicklung der Geschlechtszellen der Chromosomensatz halbiert werden. Der halbierte Chromosomensatz wird als haploid bezeichnet. Nach der Befruchtung ist der heranwachsende Organismus wieder diploid.

Wie ist es möglich, dass mein Bruder und ich grösser sind als der Vater und die Mutter? Die Körpergrösse wird doch vererbt, und wir sollten daher so klein sein wie unsere Eltern.

Grundsätzlich ist die Körpergrösse eine Veranlagung, die mit der DNS vererbt wird. Grosse Eltern haben in der Tat meist auch grosse Kinder, kleine Eltern haben meist auch kleine Kinder. Diese genetische Tendenz zu grösserem oder kleinerem Wuchs kann jedoch auch nicht erklären, warum Kinder heute meist grösser sind als ihre Eltern, oder warum die Menschen generell immer grösser zu werden scheinen.

Man geht heute davon aus, dass die Körpergrösse in hohem Masse von äusseren Einflüssen wie Ernährung, Hygiene und Infektionskrankheiten, denen wir während des Wachstums ausgesetzt sind, mitbestimmt wird. In unserer westlichen Wohlstandsgesellschaft bekommen Heranwachsende in der Regel genügend und ausgewogene Nahrung. Eine einseitige Ernährung hemmt das Wachstum. Dank ausgezeichneten medizinischen und hygienischen Verhältnissen hat der Körper während des Wachstums weniger mit Infektionen zu kämpfen als in früheren Zeiten. Wenn alle Kräfte des Körpers in die Abwehr einer Infektionskrankheit gesteckt werden müssen, dann können keine Ressourcen für das Wachstum verwendet werden, was gerade während Wachstumsschüben markante Auswirkungen haben kann.

Du und dein Bruder sind grösser als deine Eltern, weil ihr medizinisch und ernährungstechnisch betrachtet wahrscheinlich besser versorgt seid, als es eure Eltern während des Wachstums waren.

Warum haben Menschen gerade 46 Chromosomen?

Eigentlich ist es Zufall, dass der Mensch 46 Chromosomen in jeder Zelle hat. Die Anzahl Chromosomen ist nicht ausschlaggebend für die Entwicklungsstufe eines Organismus. Man kann z.B. nicht sagen, dass ein Lebewesen mit einer grossen Chromosomenzahl intelligenter ist. Es gibt Pflanzen und Fische mit über 100 Chromosomen! Entscheidender als die Anzahl ist, was in den Chromosomen steckt, also die Gene sowie ihre komplexen Kontrollmechanismen.

Wir Menschen haben in jeder Zelle einen etwa zwei Meter langen DNS-Faden. Damit es kein Chaos gibt im Zellkern, haben sich in der Evolution die Chromosomen entwickelt. Dank der Aufwicklung des DNS-Fadens zu Chromosomen bringt die Zelle Ordnung in ihr System. Beim Menschen hat sich eine Ordnung mit 46 Chromosomen gebildet, aber es hätten auch 50 oder nur 42 sein können, wenn der DNS-Faden in andere Abschnitte eingeteilt worden wäre. Alle menschlichen Chromosomen auf einen Blick findest Du hier.

Wieso kann es sein, dass ein Kind superschlau ist, während seine Eltern nur durchschnittlich intelligent sind?

Weil Intelligenz nicht nur mit den Genen zu tun hat (mehr dazu im Artikel "Chromosom 6: Intelligenz"). Oder anders gesagt: Weil Intelligenz nur bis zu einem gewissen Grad vererbt wird. Wahrscheinlich wurde das superschlaue Kind von klein auf mehr gefördert, es hatte ganz einfach mehr Entfaltungsmöglichkeiten als seine Eltern. Es könnte also gut sein, dass bereits die Eltern die Veranlagung für hohe Intelligenz haben, diese jedoch bei ihnen nicht gefördert und entwickelt werden konnte. Ausserdem ist die Entwicklung des Gehirns unheimlich komplex. Das Hirn des Kindes hat vielleicht zufällig einfach eine günstigere Entwicklung durchgemacht. Ausserdem kann das Hirn einiger Menschen einfach ein wenig mehr leisten oder effizienter arbeiten als die Hirne von "normalen" Menschen. Wie sonst könnten Werke entstehen wie dasjenige von J. S. Bach oder Theorien wie diejenige von Albert Einstein?

Was ist ein Karyogramm und wie wird es gemacht?

Ein Karyogramm ist die übersichtliche Darstellung der Chromosomen einer Person. Dazu werden die Chromosomen einer Zelle isoliert und durch ein Mikroskop fotografiert. Die fotografierten Chromosomen werden nach ihrem Aussehen sortiert. Zuerst werden sie der Länge nach angeordnet. Die Chromosomen, die gleich lang sind, werden weitersortiert aufgrund der Lage ihres Centromers (die Stelle, an der die beiden Chromosomenstränge zusammengeheftet sind). Auch das Bandenmuster auf den Chromosomen hilft beim Ordnen.

Damit die Chromosomen aus der Zelle entnommen und gut isoliert werden können, muss sich die Zelle in einer bestimmten Phase der Zellteilung befinden. Es ist dies die Metaphase der Mitose.

Ein Bild von einem Karyogramm findet sich im Artikel "Chromosom 15: Doppelt hält besser". Die Methode wird häufig gebraucht, um Chromosomenfehler zu finden. Auf der Fotografie erkennt man, ob ein Chromosom zu viel oder zu wenig vorliegt. Man sieht auch, ob grosse Stücke eines Chromosoms fehlen.

Was heisst DNA eigentlich genau?

DNA ist die Abkürzung für deoxyribonucleic acid. Acid ist das englische Wort für Säure. Auf Deutsch heisst es daher: DNS = Desoxyribonukleinsäure. Aber auch im deutschen Sprachgebrauch hat sich die Abkürzung DNA durchgesetzt.

Das "ribo" im Wort steht für den Zucker Ribose. Das "deoxy" bzw. "Desoxy" bedeutet "ohne Sauerstoff". Auf Englisch heisst Sauerstoff Oxygen. Die DNA besteht also aus Ribosebausteinen, denen ein Sauerstoff-Atom fehlt.

Das ist einer der Unterschiede zur RNA. RNA heisst nämlich ribonucleic acid – sie besteht aus Ribosebausteinen, denen kein Sauerstoff-Atom fehlt.

Mehr zum Thema DNA kannst du in unserem Dossier "DNA – Bauplan des Lebens" lesen.

Gibt es Gene in der Milch?

Fast alle unsere Lebensmittel enthalten Gene. Schliesslich bestehen Kartoffeln oder ein Stück Fleisch aus Zellen, und in jedem Zellkern hat es Gene.

Milch hingegen besteht nicht aus Zellen. Die Milch ist das Produkt der Milchdrüsen. Spezialisierte Zellen stellen die Milch her und scheiden sie aus. Daher enthält Milch keine Gene und ist eine Ausnahme unter den Nahrungsmitteln.

Aus welchen Basen, Eiweissen und anderen Stoffen besteht ein Gen?

Ein Gen ist ein Abschnitt auf dem DNS-Faden. Die DNS besteht aus den vier Bausteinen Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). Diese Stoffe sind Basen. Wenn Du Dir die DNS wie eine Leiter vorstellst, dann sind die Basen die Tritte. Die zwei langen Stangen der Leiter bestehen aus einer Zucker-Phosphat-Kette (s. auch hier).

Das Gen selber besteht nicht aus Eiweissen. Wenn das Gen aber zu RNS abgeschrieben wird, kommen verschiedene Eiweisse dazu, die sich ans Gen anhaften und diesen Abschreibprozess durchführen.

Warum sehen Geschwister, die dieselben Eltern haben, nicht gleich aus?

Lebewesen vermehren sich. Und zwar so, dass je aus der Hälfte des Erbguts (also der Hälfte der Chromosomen) eines Männchens und eines Weibchens ein neues Erbgut gemischt wird. Die Hälfte des Erbguts vom Weibchen steckt in der Eizelle, die männliche Erbgut-Hälfte im Spermium. Der Vorgang, der die Hälfte der Chromosomen in die Eizelle oder ins Spermium packt, heisst Meiose.

Für die Vererbung entscheidend ist folgendes: Welche Hälfte aller Chromosomen wird im weiblichen Körper in die Eizelle gepackt? Und welche im männlichen Körper ins Spermium?

Erstaunlicherweise geschieht das durch Zufall! Daher enthält jede Eizelle und jedes Spermium eines Lebewesens eine andere Mischung. Wenn Du Dir die Chromosomenpaare aufgelistet vorstellst (siehe Artikel "Unsere Gene"), dann ist es Zufall, ob in einer Eizelle vom 1. Chromosom das linke oder das rechte vorliegt, vom 2. Chromosom das linke oder das rechte etc. So gibt es sehr viele Möglichkeiten! Und darauf kommt es für die Vererbung an! Denn obwohl das linke und das rechte Chromosom die gleichen Gene tragen, sind sie doch verschieden: Sie haben für die einzelnen Gene verschiedene Gen-Ausprägungen. Man nennt sie Allele.

Bei der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle gibt es sehr viele Möglichkeiten für das neu kombinierte Erbgut des Kindes. Daher sehen alle Geschwister anders aus.

Was ist eigentlich der Unterschied zwischen DNS und RNS?

Die beiden Stoffe DNS und RNS unterscheiden sich nur in zwei Dingen: Einerseits enthält die RNS statt der Base Thymin (T) die Base Uracil (U). Uracil ist ein dem Thymin sehr ähnlicher Stoff. Andererseits unterscheidet sich der Zucker-Baustein: DNS hat Desoxy-Ribose, also einen Zucker mit einem Sauerstoff weniger (des-oxy = ohne Sauerstoff) als RNS, deren Zucker Ribose heisst.

Mit nur diesen beiden Unterschieden hat die RNS ganz andere Eigenschaften als die DNS: Während die DNS über Jahrtausende stabil bleibt, baut sich RNS schnell ab. Für das Funktionieren unserer Zellen und für die Evolution ist dies zentral.

 

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Dieser Inhalt stammt von der ehemaligen Website gene-abc.ch, die im Jahr 2016 in die Website SimplyScience.ch integriert wurde. Das Gene ABC war eine Initiative des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) und wird seit 2016 von der SimplyScience Stiftung weitergeführt.