Populationsgenetik

Rund zwei Drittel aller Erwachsenen weltweit verdauen Milchzucker schlecht – in West-, Süd- und Nordeuropa ist es dagegen nur gut ein Viertel. Solche Unterschiede lassen sich nicht an einem einzelnen Menschen erklären, sondern nur an ganzen Gruppen. Genau das macht die Populationsgenetik: Sie zählt, wie häufig Genvarianten in einer Population sind und warum sich diese Häufigkeiten verändern.

Von der Familie zur Population

Mendel kreuzte einzelne Erbsenpflanzen und sagte voraus, welche Nachkommen entstehen (Mendelsche Gesetze). Die Populationsgenetik zoomt heraus: Sie fragt nicht „Welches Kind bekommen diese Eltern?“, sondern „Wie häufig ist ein Allel unter allen Mitgliedern einer Gruppe – und bleibt das so?“

Eine Population ist eine Gruppe von Lebewesen derselben Art, die zur selben Zeit im selben Gebiet leben und sich untereinander fortpflanzen können. Sie bilden eine Fortpflanzungsgemeinschaft. Die Karpfen in einem Teich sind eine Population, die Karpfen aller Teiche Europas nicht – sie treffen sich ja nie.

Genpool und Allelfrequenz

Jedes Lebewesen trägt von einem Gen (bei diploiden Organismen) zwei Allele, also zwei Varianten: eine von der Mutter, eine vom Vater. Wirfst du gedanklich alle Allele aller Individuen einer Population in einen Topf, erhältst du den Genpool. Wie groß der Anteil eines bestimmten Allels in diesem Topf ist, gibt die Allelfrequenz an (oft auch Genfrequenz genannt). Sie ist eine Zahl zwischen 0 und 1. Was alles zum Genpool gehört und warum seine Größe für den Artenschutz zählt, erklärt ein eigenes Kapitel.

So rechnest du: Ein AA-Individuum steuert zwei A-Allele bei, ein Aa-Individuum ein A und ein a, ein aa-Individuum zwei a. In Abb. 1 sind das 4 · 2 + 4 · 1 = 12 A-Allele von insgesamt 20. Die Frequenz von A nennt man meist p, die von a q. Weil es nur diese zwei Allele gibt, gilt immer p + q = 1. Wie du Schritt für Schritt vorgehst, auch bei drei Allelen, zeigt die Anleitung Allelfrequenz berechnen.

Daneben gibt es die Genotypfrequenzen: In Abb. 1 sind 40 % der Individuen AA, 40 % Aa und 20 % aa. Ob diese Verteilung „zu den Allelfrequenzen passt“, prüft das Hardy-Weinberg-Modell.

Was verändert einen Genpool?

Ein einzelnes Lebewesen kann seine Gene nicht ändern – es lebt mit dem Genotyp, den es geerbt hat. Was sich ändert, ist die Zusammensetzung des Genpools von Generation zu Generation. Die Ursachen heißen Evolutionsfaktoren:

• Mutation bringt neue Allele in den Genpool.
• Selektion: Träger bestimmter Allele überleben besser oder haben mehr Nachkommen.
• Gendrift: In kleinen Populationen schwanken Allelfrequenzen zufällig.
• Migration (Genfluss): Zu- und Abwanderung bringt Allele hinein oder trägt sie fort.

Wie das konkret aussieht – vom Birkenspanner bis zur Milchverträglichkeit – erfährst du unter Die Verschiebung von Genfrequenzen. Die Rechenwerkzeuge dafür liefert Mathematik und Biologie. Und im Evolutions-Simulator kannst du Drift und Selektion live beobachten.

Alle Kapitel dieser Themenwelt

Die Themenwelt „Evolution & Ethik“ verbindet zwei Fragen: Wie verändern sich Gene in Populationen? und Was dürfen wir mit unserem Wissen über Gene tun? Starte mit dem Rechnen oder mit der Debatte – oder mit dem Zeitstrahl, der zeigt, wie alles zusammenhängt.

Probier es aus: der Evolutions-Simulator

Verändere Populationsgröße, Selektion und Mutation und beobachte die Allelfrequenzen über viele Generationen.

Fachbegriffe

Population

Fortpflanzungsgemeinschaft von Lebewesen einer Art, die zur selben Zeit im selben Gebiet leben.

Genpool

Gesamtheit aller Allele aller Individuen einer Population.

Allel

Eine Variante eines Gens, z. B. A oder a.

Allelfrequenz

Relativer Anteil eines Allels im Genpool (p bzw. q); auch Genfrequenz genannt.

Genotypfrequenz

Anteil der Individuen mit einem bestimmten Genotyp (AA, Aa oder aa).

Evolutionsfaktor

Vorgang, der Allelfrequenzen verändert: Mutation, Selektion, Gendrift, Migration.

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