Big Ideas. Das Ökologie-Buch. John Farndon

Vererbungsregeln

      Mendel entwickelte die Theorie, dass zwei Faktoren ein Merkmal kontrollieren. Bei der Bestäubung wird von jeder Elternpflanze je ein Faktor übertragen. Faktoren können dominant oder rezessiv sein. Sind beide geerbten Faktoren dominant, zeigen die Nachkommen die dominante Ausprägung. Mit zwei rezessiven Faktoren hat das Merkmal die rezessive Form. Wenn ein dominanter und ein rezessiver Faktor vorliegen, setzt sich die dominante Merkmalsausprägung durch.

       Pionier der Genetik

      Mendel veröffentlichte seine Ergebnisse 1866. Sie wurden aber kaum beachtet, bis 1900 die Botaniker Hugo de Vries, Carl Erich Correns und Erich Tschermak von Seysenegg sie wiederentdeckten. Forscher bestätigten von da an Mendels Theorien vielfach.

      Etwa zehn Jahre später nannte man die Faktoren »Gene« und wies nach, dass sie mit Chromosomen verbunden sind. Heute weiß man, dass Vererbung viel komplexer ist, doch Mendels akribische Forschungen bilden immer noch die Grundlage für moderne Studien.

      Erbsenpflanzen lieferten die Rohdaten, auf deren Basis Mendel seine Theorien zur Vererbung von Merkmalen auf Folgegenerationen entwickelte.

       Gregor Johann Mendel

      Der als Johann Mendel 1822 auf einem Kleinbauernhof in Schlesien (damals Teil des Kaisertums Österreich, heute Tschechische Republik) geborene Mendel studierte von 1840 bis 1843 Philosophie und Physik an der Universität Olmütz (Olomouc). Schon damals interessierten ihn die Arbeiten von Johann Karl Nestler, der erbliche Merkmale bei Pflanzen und Tieren erforschte. 1847 trat er in ein Kloster in Brünn (Brno) ein und erhielt den Ordensnamen Gregor. Später studierte er in Wien weiter (1851–1853).

      Als Mendel 1853 ins Kloster zurückkehrte, erlaubte ihm der Abt Cyrill Franz Napp, die Gärten für Versuche zur Hybridisierung zu nutzen. Als Mendel 1868 selbst Abt wurde, hatte er für seine Versuche keine Zeit mehr. Zu Lebzeiten wurde Mendel für seine Entdeckungen nicht geehrt, doch heute gilt er allgemein als Begründer der modernen Genetik.

       Hauptwerke

      1866 Versuche über Pflanzen-Hybriden, in: Verhandlungen des Naturforschenden Vereines in Brünn

      WIR HABEN DAS GEHEIMNIS DES LEBENS ENTDECKT

      DIE ROLLE DER DNA

       IM KONTEXT

      SCHLÜSSELFIGUREN

      Francis Crick (1916–2004),

      Rosalind Franklin (1920–1958),

      James Watson (*1928),

      Maurice Wilkins (1916–2004)

      FRÜHER

      1910–1929 Der US-Amerikaner Phoebus Levene beschreibt die chemischen Komponenten der DNA.

      1944 Die US-Forscher Oswald Avery, Colin Macleod und Maclyn McCarty zeigen, dass DNA die Vererbung bestimmt.

      SPÄTER

      1990 Britische Forscher um den Embryologen Ian Wilmut klonen erfolgreich ein erwachsenes Tier: das Schaf Dolly.

      2003 Die Kartierung des menschlichen Genoms liegt vollständig vor.

      Die Entdeckung der DNA-Struktur im Jahr 1953 ist einer der wichtigsten wissenschaftlichen Durchbrüche. Dieses Wissen war der Schlüssel zum Verständnis der Bausteine des Lebens und erklärte, wie Erbinformationen gespeichert und weitergegeben werden. Der Engländer Francis Crick und der US-Amerikaner James Watson sind berühmt dafür, dass sie ihre gemeinsame Entdeckung in einer Kneipe in Cambridge feierten, es folgt ein Artikel in der Fachzeitschrift Nature. Ihre Erkenntnisse bargen großes Potenzial und hatten starken Einfluss auf viele Forschungsfelder: von Medizin über Forensik und Taxonomie bis hin zur Landwirtschaft. Noch immer wirkt ihre Arbeit nach, während neue Einsatzmöglickeiten entwickelt werden und wir mehr darüber lernen, wie Gene funktionieren.

      Die Molekularbiologen James Watson (links) und Francis Crick (rechts) 1953 mit einem Modell der DNA-Doppelhelix. Watson nannte die DNA »das interessanteste Molekül der Natur«.

      Der Durchbruch von Crick und Watson war der Höhepunkt jahrzehntelanger Forschung vieler Wissenschaftler, darunter Rosalind Franklin und Maurice Wilkins. Während Crick und Watson anhand von 3-D-Modellen überlegten, wie die Komponenten der DNA zusammenpassten, entwickelten Franklin und Wilkins am King’s College (London) Methoden, um die Struktur der DNA mit Röntgenstrahlen zu erkunden. Kurz bevor Watson und Crick ihren Durchbruch verkündeten, hatte Watson Ergebnisse von Franklin gesehen, die auf eine Spiralstruktur der DNA hindeuteten.

      Im Jahr 1962 erhielten Crick, Watson und Wilkins den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Franklin, die 1958 gestorben war, bekam für ihre Leistung zu Lebzeiten nie Anerkennung, obwohl Crick und Watson offen erklärten, dass ihre Arbeit für den Erfolg entscheidend war.

       Doppelhelixstruktur

      Die DNA ist ein Molekül aus zwei langen, dünnen Strängen, die sich ähnlich einer verdrehten Leiter umeinanderwinden; diese Form nennt man Doppelhelix. Die beiden »Holme« der »Leiter« bestehen aus Desoxyribose (einem Zucker) und Phosphat, während die »Leitersprossen« aus Paaren von Nukleinbasen gebildet werden: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). A ist stets mit T zu dem Basenpaar AT gepaart, G immer mit C zum Paar GC.

      »… wir denken, dass wir den grundlegenden Kopiermechanismus gefunden haben, mit dem Leben aus Leben entsteht.«

      Francis Crick In einem Brief an seinen Sohn, 19.03.1953

      Die DNA beinhaltet den Bauplan des Lebens. Die Sequenz (Abfolge) der Basen entlang des DNA-Strangs liefert die Informationen, die die Form und Physiologie des Organismus bestimmen; Gene sind Abschnitte dieser Basensequenz. Tripletts (Dreiergruppen) von Basen nennt man Codons; jedes Codon codiert eine von 20 Aminosäuren. Ihre Abfolge bestimmt, welches Protein sich bildet, wenn sich die Aminosäuren zu einer Kette verbinden. Es gibt 64 mögliche Dreierkombinationen von vier Basen, 61 davon legen jeweils eine Aminosäure fest. Die anderen drei sind Signale wie Start und Stopp, die steuern, wie die Information von der Zellmaschinerie gelesen wird. Die DNA ist zudem in Form von Chromosomen organisiert. Bei menschlichen Zellen gibt es 23 Chromosomenpaare.

       Kopieren des Codes

      Bei der Zellteilung muss die DNA kopiert werden. Dazu werden die Basenpaare getrennt, sodass sich die »Leiter« in der Mitte in zwei Einzelstränge teilt. Die beiden Einzelstränge dienen jeweils als Vorlage für einen zweiten komplementären DNA-Strang, der entsteht, indem jede seiner Basen wieder mit der jeweils komplementären Base gepaart wird. Insgesamt entstehen bei diesem Vorgang zwei Doppelstränge der gesamten DNA, die genau dem Original entsprechen.

       Die Struktur der DNA

      Ein