Dieses Arbeitsmaterial bezieht sich auf die Felder d5 und e4 des Lernstrukturgitters „Gene und Vererbung“ für die Jahrgangsstufe 9/10.
In einem ersten Schritt vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihr Verständnis für die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung, indem sie mit einem ungewöhnlichen Ergebnis eines ihnen aus M2 und M3 bekannten Kreuzungsexperiments konfrontiert werden.
Als Kontext dient die Schulgarten-AG, die Mendels Experimente nachgestellt hat und in der F₂ Generation über das für sie untypische Verhältnis von 138:102, also 1,35:1 stolpert.
Dieser durch das „falsche“ Zahlenverhältnis ausgelöste kognitive Konflikt wird über einen Modellversuch mit Münzen geklärt und ermöglicht auf konkrete Weise und in haptischer Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand die Erkenntnis, dass die Kombination der Erbanlagen nach einem statistischen Muster erfolgt.
Somit kann der Fehlvorstellung entgegengewirkt werden, dass ein Verhältnis von 3:1 bedeutet, dass bei vier Nachkommen drei den einen und einer den anderen Phänotyp aufweisen müssen. Durch das Sammeln der Ergebnisse in der ganzen Klasse, wird deutlich, dass eine hohe Stichprobenzahl für das statistische Verhältnis von 3:1 nötig ist. Man erhält bei einer Klassenstärke von 24 Kindern in Partnerarbeit zwar immerhin 180 Ergebnisse für die F₂ Generation, Mendel zählte aber 8.023 Samen aus (vgl. Clip 13).
Dieser Zusammenhang ist kognitiv durchaus herausfordernd, aber dennoch ist das Material für alle Lernenden geeignet, da die Wahrnehmungsebene durch das Werfen und Betrachten der Münzen angesprochen wird. Es bietet sich auch an, pro Wurf eine entsprechend gefärbte Erbse in ein Röhrchen am Pult zu geben, so dass das Verhältnis auch durch die sichtbare Verteilung von gelben und grünen Erbsensamen deutlich wird. Die Veranschaulichung durch 180 Erbsen, also 18 Röhrchen à 10 Erbsensamen, lohnt diesen Mehraufwand.

Hinweis: Als Röhrchen eignen sich Vanilleschoten- Röhrchen. Sie sind so klein, dass die Erbsensamen übereinander liegen. Schülerinnen und Schüler, deren feinmotorische Fähigkeiten Unterstützung bedürfen, können Schuhkartondeckel zur Verfügung gestellt werden. Diese werden mit einem Vlies ausgelegt, welches das Rollen der Erbsen verlangsamt. Der Rand des Deckels unterstützt bei der Aufnahme der Erbsen in die Röhrchen.

Im zweiten Schritt steht die Anwendung der Mendelschen Regeln auf ein humanbiologisches Beispiel im Vordergrund. Hier werden zwei Versionen angeboten.
Im Material für den mittleren Bildungsgang (Version A) setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Phänomen des Zungenrollens auseinander und lernen bei der Durchführung, dass die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung nicht immer als Erklärung für bestimmte Merkmale ausreichen. In der Annahme, dass es sich bei der Vererbung des Zungenrollens um einen monogenen, dominant-rezessiven Erbgang handelt, können die Schülerinnen und Schüler fehlende Genotypen rekonstruieren und erkennen zudem, dass das Merkmal „Zungenrollen“ nicht ausschließlich auf Vererbung zurückgeführt werden kann, weshalb es auch „Ausnahmen“ im Zusammenhang von Genotyp und Phänotyp geben kann.
Während dieser Erarbeitungsphase bietet es sich an, leistungsschwächeren und zieldifferent zu fördernden Schülerinnen und Schülern das überschaubarere Mystery zur Vererbung der Anlagen für die Augenfarbe (Version B) zu geben. In diesem Mystery ist eine deutlich geringere Kartenanzahl vorhanden. Die Lösung des familiären Vererbungsproblems bezieht sich lediglich auf drei Personen. Eine Hilfekarte bezieht sich auf ein bekanntes Mendelsches Kreuzungsexperiment (Blütenfarbe), wodurch der Transfer besonders anschaulich erfolgen kann. Tippkarten unterstützen die Schülerinnen und Schüler im Lösungsprozess.

Bei der Durchführung des Modellexperimentes wird nicht erwartet, dass die Schülerinnen und Schüler der zieldifferenten Bildungsgänge die den Mendelschen Regeln zugrundeliegende Statistik darlegen können. Eine Teilhabe ergibt sich vielmehr durch die Arbeitsteilung (Werfen der Münzen/ Einfüllen der Erbsensamen in die Röhrchen zur Veranschaulichung des Ergebnisses/ Protokollieren). Die ersten beiden Arbeiten sprechen die enaktive Ebene an und unterstützen die Wahrnehmung des Kreuzungsvorgangs und des Entstehens einer neuen Generation.

Das abschließende Mystery „Augenfarbe“ lässt sich je nach Lerntempo nochmals differenzieren. Schülerinnen und Schüler können zunächst ausschließlich die Karten zur Vererbung der Anlagen zur Augenfarbe bekommen und mit Hilfe der Tipps und der Hilfekarte das Rätsel lösen.

Das Zusatzmaterial bezieht sich auf die Felder d1 und d2 des Lernstrukturgitters „Gene und Vererbung“ für die Jahrgangsstufe 9/10. Ausgehend von Fehlvorstellungen werden auf phänologischer Ebene Erklärungen zur Weitergabe von Erbanlagen gegeben.

Im zieldifferenten Lernen kann sowohl ein Zugang über das fachliche Lernen als auch über die Entwicklungschancen gelegt werden.

In diesem Unterrichtssetting können auf der Grundlage der individuellen Lern- und Entwicklungsplanung schwerpunktmäßig folgende Entwicklungschancen zum Tragen kommen.

Präsentation der Schulgarten-AG

Ziel: Du kannst nach der Bearbeitung des Materials „Schulgarten-AG“ Abweichungen von der Spaltungsregel im Verhältnis von 3:1 erklären.

Aufgabe 1:

Ermittelt mit Hilfe eines Modellversuchs zur Spaltungsregel das Verhältnis der Samenfarben in der F₂ Generation.

Durchführung:

• Simuliert 15 Bestäubungsereignisse, indem ihr beide Münzen aus geringer Höhe auf den Tisch fallen lasst.
• Notiert das Ergebnis als Genotyp (AA/ Aa/ aa) in den Protokollbogen.

Protokollbogen:

Auswertung:

• Zählt die Häufigkeiten der Genotypen aus: AA:______ Aa:______ aa:_____
• Ermittelt das Phänotypenverhältnis

gelbe Samenfarbe : grüne Samenfarbe = ___: ___

• Ermittelt das Phänotypenverhältnis aus allen Versuchen (N= ______) in der Klasse

gelbe Samenfarbe : grüne Samenfarbe = ___: ___

Ziel:
Du kannst deine Kenntnisse zu den Mendelschen Regeln zur Lösung des Mysterys „Zungenrollen“ verwenden.

Aufgaben

• Sortiere die Karten des Mysterys in einer sinnvollen Reihenfolge.
• Ermittle die Genotypen der Familienmitglieder, indem du die Vererbung mit Hilfe der Mendelschen Regeln analysierst.
• Notiere deine Ergebnisse auf den Karten.
• Beantworte die Frage von Herrn Peters.

Mystery-Karten



nach einer Idee von Keven Münchhalfen (LAA 2017, ZfsL Münster)

Ziel:
Du kannst deine Kenntnisse zu den Mendelschen Regeln zur Lösung des Mysterys „Augenfarbe“ verwenden.

 Aufgaben

• Sortiere die Karten des Mysterys.
• Ermittle die Genotypen der Familienmitglieder. Nutze hierfür die Beispiele.
• Notiere deine Ergebnisse auf den Karten der Familienmitglieder.
• Beantworte Tims Frage.

 Mystery-Karten






nach einer Idee von Clara Schuster (LAA 2013, ZfsL Münster)

Erklärung zur Vererbung von Anlagen

Merkmal

Ein Merkmal kannst du sehen wie zum Beispiel die Augenfarbe oder die Nasenform.

!   Deine Mutter kann dir ihre blauen Augen nicht weitergeben.

! Sie kann dir aber ihre Anlagen für blaue Augen (Erbanlagen) vererben.

Anlage

Eine Anlage bestimmt Merkmale wie zum Beispiel die Augenfarbe.

Die Anlagen für Merkmale (Erbinformationen) können an die Nachkommen vererbt werden.

Genetik

Die Genetik untersucht mit unterschiedlichen Methoden die Weitergabe von Erbinformationen zur Ausbildung von Merkmalen bei Lebewesen.

Wo befinden sich die Erbanlagen im Körper?

Gene

Die Anlagen für bestimmte Merkmale nennt man in der Biologie auch Gene.

Bei zahlreichen Merkmalen (z.B. Hautfarbe) sind mehrere Gene beteiligt.

Allele

sind mögliche Ausprägungsformen einer Anlage/ unterschiedliche Varianten einer Erbanlage.

Für jedes Merkmal sind zwei Erbanlagen vorhanden. Eine Anlage stammt vom Vater und die andere Anlage von der Mutter. Das sichtbare Merkmal nennt man Phänotyp.

Für das Merkmal Augenfarbe kann es unterschiedliche Ausprägungen geben, z.B. braune und blaue Augen (Phänotyp-Ebene).

Für jeden Genort gibt es zwei Allele. So kann es ein Allel für braun und ein Allel für blau geben. Die Allele bilden den Genotyp.

Familienforschung

Das Auftreten von einem Merkmal wie zum Beispiel die Augenfarbe kann über viele Generationen hinweg untersucht werden.
Aus diesen Untersuchungen kannst du einen Familienstammbaum aufstellen.

Eine Generation ist in der Biologie die Gesamtheit aller Lebewesen, die eine Abstammungsgruppe bilden. Diese Gruppe hat ungefähr denselben Abstand von den gemeinsamen Vorfahren oder ihren Nachkommen.
Es gibt zum Beispiel die Generation der Großeltern oder der Eltern oder der Kinder.

Um einen Stammbaum zu erstellen, werden alle Familienmitglieder nach Generationen geordnet. Das sind alle Personen, die in einem bestimmten Zeitraum geboren sind.