Genetik & Vererbungslehre

Warum hat ein Kind die Augenform der Mutter, aber die Haarfarbe des Vaters? Und warum taucht ein Merkmal manchmal erst bei den Enkeln wieder auf? Die Vererbungslehre (Genetik) erklärt, nach welchen Regeln Erbanlagen weitergegeben werden – von der Zellteilung über Mendels Erbsen bis zum Stammbaum einer Familie.

Was ist Vererbungslehre? Einfach erklärt

Die Genetik ist die Wissenschaft von der Vererbung. Den Namen prägte der britische Biologe William Bateson um 1905/1906. Sie fragt: Wie wird Erbinformation von Zelle zu Zelle und von Generation zu Generation weitergegeben – und wie entstehen dabei Gleichheit und Vielfalt zugleich?

Die klassische Genetik beantwortet diese Frage mit Kreuzungsversuchen und genauem Zählen, so wie Gregor Mendel es mit Erbsen tat. Die Molekulargenetik schaut auf die DNA selbst. Diese Themenwelt verbindet beides: Du verfolgst, wie Chromosomen bei der Zellteilung verteilt werden, und verstehst damit, woher Mendels Zahlenverhältnisse kommen.

Gen, Genort und Allel

Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der die Information für ein Genprodukt enthält – meist ein Protein, manchmal eine RNA. Gene liegen auf den Chromosomen an festen Stellen, den Genorten (Fachwort: Locus, Mehrzahl Loci). Der Mensch besitzt nach aktuellen Genkatalogen rund 19.400 bis 20.000 Gene, die Proteine codieren.

In Körperzellen liegen die Chromosomen paarweise vor: Ein Chromosom jedes Paares stammt von der Mutter, eines vom Vater. Diese beiden homologen Chromosomen tragen an denselben Genorten dieselben Gene – aber nicht unbedingt in derselben Ausführung. Die verschiedenen Varianten eines Gens heißen Allele. Beispiel Erbse: Das Gen für die Samenfarbe gibt es als Allel G (gelb) und als Allel g (grün).

Genotyp und Phänotyp

Der Genotyp ist die Kombination der Allele, die ein Lebewesen für ein Merkmal besitzt, zum Beispiel Gg. Der Phänotyp ist das sichtbare oder messbare Erscheinungsbild, zum Beispiel gelbe Samen. Zum Phänotyp zählen nicht nur Farben und Formen, sondern auch Eigenschaften wie die Blutgruppe oder die Aktivität eines Enzyms.

Der Phänotyp hängt nicht allein vom Genotyp ab, sondern auch von der Umwelt. Ein bekanntes Beispiel ist das Russenkaninchen: Ein Enzym für die Fellfarbe arbeitet bei ihm nur bei niedrigeren Temperaturen. Deshalb sind die kühleren Körperteile – Ohren, Pfoten, Nase und Schwanz – dunkel. Rasiert man eine Stelle am Rücken und kühlt sie, wächst dort dunkles Fell nach. Vereinfacht gilt also: Genotyp + Umwelt → Phänotyp. Mehr Beispiele und den Begriff Reaktionsnorm findest du im Kapitel Genotyp und Phänotyp.

Homozygot oder heterozygot, dominant oder rezessiv?

Trägt ein Lebewesen für ein Gen zwei gleiche Allele (GG oder gg), ist es homozygot (reinerbig). Trägt es zwei verschiedene Allele (Gg), ist es heterozygot (mischerbig).

Heterozygote Erbsen (Gg) sind gelb. Das Allel G setzt sich im Phänotyp durch, es ist dominant. Das Allel g ist rezessiv: Es zeigt sich nur, wenn es doppelt vorliegt (gg). Dominante Allele schreibt man mit einem Großbuchstaben, rezessive mit dem passenden Kleinbuchstaben.

Was steckt dahinter? Grüne Erbsen bauen beim Reifen ihr Chlorophyll nicht ab, weil ihnen ein funktionsfähiges Protein für diesen Abbau fehlt. Ein einziges intaktes Allel G liefert genug davon – deshalb sind auch Gg-Erbsen gelb. Viele rezessive Allele sind so zu erklären: Sie sind Varianten, die ihre Funktion verloren haben, und die zweite, intakte Kopie gleicht das aus. Neben dieser klaren Dominanz gibt es auch andere Erbgänge, etwa den intermediären, bei dem Mischformen entstehen.

Die Chromosomentheorie der Vererbung

Mendel wusste noch nicht, wo seine „Erbanlagen“ in der Zelle stecken. Ältere Erbtheorien nahmen oft an, dass sich die Eigenschaften der Eltern im Kind vermischen wie zwei Farben. Das konnte nicht erklären, warum ein Merkmal eine Generation überspringt und danach unverändert wieder auftaucht.

Die Antwort kam mit dem Mikroskop. 1902 und 1903 erkannten der US-Amerikaner Walter Sutton (an Heuschrecken) und der Deutsche Theodor Boveri (an Seeigeln) unabhängig voneinander: Die Chromosomen verhalten sich genau so, wie es Mendels Regeln verlangen. Sie liegen in Körperzellen paarweise vor – je eines von Mutter und Vater –, werden bei der Meiose getrennt und zufällig auf die Keimzellen verteilt. Daraus folgt die Chromosomentheorie der Vererbung (auch Sutton-Boveri-Theorie): Die Gene liegen auf den Chromosomen.

Entscheidende Belege lieferte ab 1910 Thomas Hunt Morgan mit der Taufliege Drosophila. Er fand ein Männchen mit weißen statt roten Augen und zeigte, dass dieses Merkmal gemeinsam mit dem X-Chromosom vererbt wird. Seine Arbeitsgruppe entdeckte außerdem, dass Gene auf demselben Chromosom gekoppelt weitergegeben werden – die Grenze von Mendels Unabhängigkeitsregel. 1933 erhielt Morgan den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Wie die Belege Schritt für Schritt zusammenkamen, erzählt die Seite zur Chromosomentheorie der Vererbung.

Dein Weg durch diese Themenwelt

1. Zellteilung verstehenZellzyklus, Mitose und Meiose: Wie werden Chromosomen auf Tochterzellen und Keimzellen verteilt?
2. Mendels Regeln knackenKreuzen, zählen, Punnett-Quadrate zeichnen: Uniformität, Spaltung und Unabhängigkeit – zum Ausprobieren im Kreuzungslabor.
3. Erbgänge vergleichenDominant-rezessiv, intermediär, kodominant, gekoppelt oder X-chromosomal: Welche Regel gilt wann?
4. Beim Menschen anwendenStammbäume lesen und den Erbgang einer Krankheit bestimmen.

Alle Kapitel dieser Themenwelt

Fachbegriffe

Erbinformation

In der Basenfolge der DNA gespeicherte Bauanleitung eines Lebewesens.

Chromosomentheorie der Vererbung

Aussage von Sutton und Boveri (1902/1903): Die Gene liegen auf den Chromosomen.

Gen

DNA-Abschnitt mit der Information für ein Genprodukt (meist ein Protein).

Genort (Locus)

Feste Position eines Gens auf einem Chromosom.

Allel

Eine Variante eines Gens, z. B. G oder g.

Genotyp

Allelkombination eines Lebewesens für ein oder mehrere Merkmale.

Phänotyp

Erscheinungsbild: alle sichtbaren und messbaren Merkmale.

homozygot / heterozygot

Reinerbig mit zwei gleichen bzw. mischerbig mit zwei verschiedenen Allelen.

dominant / rezessiv

Setzt sich im heterozygoten Zustand durch bzw. wirkt nur doppelt vorhanden.

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