Die Chromosomentheorie der Vererbung

Vertiefung zum ThemaVererbungslehre

Mendel rechnete mit „Erbanlagen“, ohne zu wissen, wo sie stecken. Um 1900 sahen Zellforscher unter dem Mikroskop Gebilde, die sich genau so verhielten, wie Mendels Zahlen es verlangten: die Chromosomen. Aus diesem Zusammentreffen entstand die Chromosomentheorie der Vererbung – die Brücke zwischen Kreuzungsversuch und Zelle.

Ältere Erbtheorien: Mischerbung und Pangenesis

Dass Kinder ihren Eltern ähneln, wusste man schon immer. Wie die Erbinformation weitergegeben wird, war im 19. Jahrhundert aber völlig offen. Weit verbreitet war die Vorstellung der Mischerbung: Die Eigenschaften der Eltern vermischen sich im Kind wie zwei Farben in einem Glas Wasser. Diese Erbtheorie hat einen Haken: Eine Mischung lässt sich nicht wieder entmischen. Ein Merkmal, das eine Generation überspringt und danach unverändert wieder auftaucht, kann sie nicht erklären.

Charles Darwin schlug 1868 die Pangenesis vor: Alle Körperteile sollten winzige Teilchen („Gemmulae“) abgeben, die sich in den Keimzellen sammeln. Damit wäre auch die Vererbung erworbener Eigenschaften möglich. August Weismann widersprach in den 1880er- und 1890er-Jahren mit seiner Keimplasmatheorie: Die Erbsubstanz wird nur über die Keimbahn weitergegeben, Veränderungen am Körper erreichen sie nicht. Mendel hatte schon 1865/66 gezeigt, dass Erbanlagen als unveränderliche Einheiten weitergegeben werden – doch erst nach der Wiederentdeckung seiner Arbeit im Jahr 1900 fragte man, wo diese Einheiten in der Zelle liegen.

Sutton und Boveri: Chromosomen verhalten sich wie Mendels Anlagen

Der junge US-Amerikaner Walter Sutton untersuchte die Keimzellbildung einer großen Heuschrecke (Brachystola magna). Er beobachtete, dass die Chromosomen in Paaren gleicher Gestalt vorliegen und dass in der Meiose jede Keimzelle von jedem Paar genau ein Chromosom erhält. In seinen Arbeiten von 1902 und 1903 („The chromosomes in heredity“) zog er den Schluss, dass die Chromosomen die materielle Grundlage der Mendelschen Regeln sein könnten.

Der deutsche Zoologe Theodor Boveri kam in Würzburg von einer anderen Seite zum selben Ergebnis. Er untersuchte Seeigel-Eier, die von zwei Spermien gleichzeitig befruchtet worden waren. In solchen Eiern werden die Chromosomen falsch verteilt, und die Embryonen entwickeln sich meist fehlerhaft. Boveri folgerte: Die einzelnen Chromosomen sind nicht gleichwertig, sondern tragen verschiedene Erbanlagen, und für eine normale Entwicklung braucht jede Zelle einen vollständigen Satz. Heute spricht man deshalb oft von der Sutton-Boveri-Theorie.

Mendels Regeln im Verhalten der Chromosomen

Was beide erkannten, lässt sich als Gegenüberstellung zeigen. Jede Aussage über Mendels „Anlagen“ hat ein Gegenstück im Verhalten der Chromosomen in der Meiose:

Die Belege: Morgan, Bridges und die Taufliege

Eine Theorie braucht Beweise. Sie kamen aus dem „Fliegenraum“ von Thomas Hunt Morgan an der Columbia University in New York. Drei Befunde waren entscheidend:

1. 1905: GeschlechtschromosomenNettie Stevens zeigte an Mehlkäfern, dass ein bestimmtes Chromosom in den Spermien das Geschlecht der Nachkommen festlegt. Zum ersten Mal war ein Merkmal einem bestimmten Chromosom zugeordnet.
2. 1910: das weißäugige MännchenMorgan fand unter rotäugigen Taufliegen ein Männchen mit weißen Augen. In seinen Kreuzungen tauchte die weiße Augenfarbe in der F2 nur bei Männchen auf – das Gen musste auf dem X-Chromosom liegen. Damit war erstmals ein bestimmtes Gen einem bestimmten Chromosom zugeordnet.
3. 1916: der Beweis durch FehlverteilungMorgans Student Calvin Bridges fand seltene Fliegen, deren Merkmale „falsch“ vererbt wurden. Unter dem Mikroskop zeigte sich: Genau diese Tiere hatten ein X-Chromosom zu viel oder zu wenig, weil sich die X-Chromosomen in der Meiose nicht getrennt hatten (Nondisjunction). Merkmal und Chromosom wichen gemeinsam von der Regel ab. Seine Arbeit „Non-disjunction as proof of the chromosome theory of heredity“ eröffnete 1916 den ersten Band der Fachzeitschrift Genetics.

Hinzu kamen Kopplung und Genkarten: Gene auf demselben Chromosom werden gemeinsam vererbt, und aus ihrer Rekombination lässt sich ihre Reihenfolge auf dem Chromosom ablesen. 1933 erhielt Morgan den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Entdeckungen über die Rolle der Chromosomen bei der Vererbung.

Was die Chromosomentheorie heute bedeutet

Heute wissen wir, dass ein Chromosom aus einem einzigen, sehr langen DNA-Molekül mit Proteinen besteht und die Gene Abschnitte dieser DNA sind. Die Chromosomentheorie ist damit von der Hypothese zur Grundlage der gesamten Genetik geworden: Karyogramme, Genkarten und die Sequenzierung des menschlichen Erbguts setzen sie voraus. Wie Genotyp und Erscheinungsbild zusammenhängen, erklärt die Seite Genotyp und Phänotyp; den Einstieg in die ganze Vererbungslehre findest du auf der Hauptseite.

Eine Einschränkung kennt man allerdings: Nicht die gesamte Erbinformation liegt auf den Chromosomen im Zellkern. Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene kleine DNA-Moleküle, die nicht nach Mendels Regeln vererbt werden, sondern meist nur über die Eizelle. Mehr dazu unter Was erbt man vom Vater, was von der Mutter?

Fachbegriffe

Chromosomentheorie der Vererbung

Aussage, dass die Gene auf den Chromosomen liegen und deren Verhalten in Meiose und Befruchtung die Mendelschen Regeln erklärt.

Mischerbung

Veraltete Vorstellung, dass sich die Merkmale der Eltern im Kind untrennbar vermischen.

Pangenesis

Hypothese Darwins (1868), nach der alle Körperteile Teilchen an die Keimzellen abgeben.

Nondisjunction

Fehlverteilung: Homologe Chromosomen oder Schwesterchromatiden trennen sich in der Meiose nicht.

Geschlechtschromosomen

Chromosomen, die das Geschlecht mitbestimmen, beim Menschen X und Y.

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