Genetik und Gentechnik - ISB

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HANDREICHUNG
GYMNASIUM
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HANDREICHUNG
GYMNASIUM
Genetik und Gentechnik
Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung
Schellingstraße 155, 80797 München
Tel.: 089 2170-2101
Fax: 089 2170-2105
Internet: www.isb.bayern.de
STAATSINSTITUT FÜR SCHULQUALITÄT
UND BILDUNGSFORSCHUNG
MÜNCHEN
Jahrgangsstufe 9
Materialien für einen kompetenzorientieren
Biologieunterricht
mit
CD
Betriebswirtschaftslehre/
Rechnungswesen
28.04.2011 10:16:23
STAATSINSTITUT FÜR SCHULQUALITÄT
UND BILDUNGSFORSCHUNG
MÜNCHEN
- Jahrgangsstufe 9 Materialien für einen
kompetenzorientieren
Biologieunterricht
Handreichung für den Unterricht
am Gymnasium
München 2011
Erarbeitet im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Unterricht und Kultus
Herausgeber:
Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung
Abteilung Gymnasium
Schellingstr. 155
80797 München
Tel.: 089 2170-2121
Fax: 089 2170-2125
Internet: www.isb.bayern.de
Leitung des Arbeitskreises:
Petra Reinold, ISB, Abt. Gymnasium
Mitglieder des Arbeitskreises:
Florian Bernhard, Ammersee-Gymnasium Dießen
Sonja Laleike, Holbein-Gymnasium Augsburg
Robert Wagner, Landschulheim Marquartstein
Sylvia Wengler, Simpert-Kraemer-Gymnasium Krumbach
Weitere Autorin:
Eva Hammer-Bernhard, Ammersee-Gymnasium Dießen
Redaktion:
Petra Reinold, ISB, Abt. Gymnasium
Veröffentlichung:
online
Bilder Umschlagseite:
Mitglieder des Arbeitskreises
Bildnachweise:
Die Bildquellen sind jeweils an den entsprechenden Stellen im Text angegeben. Bilder ohne
Quellenangaben stammen von den Autoren.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort .................................................................................................................................... 4
Einführung in die Genetik ...................................................................................................... 6
Rolle der Proteine bei der Merkmalsausbildung ................................................................. 9
Bedeutung von Proteinen ..................................................................................................... 9
Bau und Vielfalt von Proteinen ........................................................................................... 18
Struktur und Funktion von Proteinen .................................................................................. 23
DNA als Informationsträger ................................................................................................. 27
Ein einfaches DNA-Modell ................................................................................................. 27
Vom Gen zum Merkmal ........................................................................................................ 31
einfache Modellvorstellung der Proteinbiosynthese ........................................................... 31
Genwirkkette ...................................................................................................................... 34
Karyogramm eines Menschen ............................................................................................ 38
Wachstum ............................................................................................................................. 41
vereinfachter Ablauf der Mitose, Zellzyklus ........................................................................ 41
Bildung von Keimzellen ....................................................................................................... 44
vereinfachter Ablauf der Meiose ......................................................................................... 44
Bedeutung der Meiose ....................................................................................................... 48
Zusammenfassung Karyogramm, Mitose, Meiose ............................................................. 57
Meiosefehler ......................................................................................................................... 60
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel ............................................................................. 60
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel (Texte) ................................................................ 63
Pränatale Diagnostik (I) ...................................................................................................... 66
Pränatale Diagnostik (II) ..................................................................................................... 67
Angewandte Biologie: Grundlagen der Gentechnik ......................................................... 72
ethische Bewertungsgrundlagen ........................................................................................ 76
Methoden der Gentechnik .................................................................................................. 83
ethische Bewertung der Gentechnik .................................................................................. 90
Anhang ................................................................................................................................ 105
Vorlage für DNA-Modell ................................................................................................... 105
Methoden für Gruppenarbeiten ........................................................................................ 108
4
Vorwort
Vorwort
„Kompetenzen werden nicht unterrichtet, sie werden von den Schülern erworben.“ (Fahse,
MNU 57/8 (12/2004))
Was bedeutet diese Aussage für Lehrkräfte, die das Konzept der Kompetenzorientierung in
ihrem Unterricht verwirklichen wollen? Der Blickwinkel, aus dem man als Lehrkraft die Unterrichtsplanung betrachtet, ist ein anderer als beim klassischen lernzielorientierten Unterricht.
Ausgangspunkt für die Unterrichtsplanung war hierbei i.d.R. ein konkreter Lehrplaninhalt.
Durch Auswahl geeigneter Methoden wurde der Inhalt so aufbereitet, dass die Schülerinnen
und Schüler anschlussfähiges Wissen erwerben konnten.
Moderner naturwissenschaftlicher Unterricht verfolgt nach dem Lehrplan des achtjährigen
Gymnasiums und den Bildungsstandards zusätzlich zur Vermittlung von Fachinhalten verstärkt auch eine Handlungsdimension. Die Schülerinnen und Schüler bekommen im Unterricht Gelegenheiten zur eigenständigen Auseinandersetzung mit Inhalten. Der Unterricht bietet Situationen, in denen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen und ihre Fähigkeiten anwenden können. Bei der Unterrichtsplanung im kompetenzorientierten Unterricht ist der erste
Schritt die Frage: Welche Kompetenzen sollen die Schülerinnen und Schüler erwerben?.
Ausgehend von der angestrebten Kompetenz werden geeignete Lehrplaninhalte, Lernformen
und Lernmethoden ausgewählt, um eine Lernsituation zu schaffen, in der die Kompetenz
erworben werden kann.
Abb.: kompetenzorientierter Unterricht
Die vorliegenden Materialien wurden im Rahmen eines Arbeitskreises am Staatsinstitut für
Schulqualität und Bildungsforschung (ISB) entwickelt. Sie bieten konkrete Beispiele zur
Schaffung solcher Gelegenheiten und Situationen. Insbesondere wurden von den Erstellern
der Materialien im Vorfeld Kompetenzen ausgewählt, die im Zusammenhang mit dem Umgang mit Texten und Abbildungen und dem Arbeiten mit Modellen stehen. Auch die Reflexion alltagsrelevanter Themen aus dem Blickwinkel der Biologie ist ein wichtiger Aspekt des
Unterrichts, für den es gerade beim Thema Genetik viele Anknüpfungspunkte gibt. Die Vorschläge zum Lehrplanpunkt „B 9.5 Angewandte Biologie“ enthalten hierzu ausführliche Informationen und stellen entsprechende Unterrichtsmethoden vor.
Neben der Frage nach der Kompetenzorientierung im Unterricht möchten die Materialien
auch die Frage beantworten: „Welches fachliche Niveau soll bei Themen zur Genetik in
Jahrgangsstufe 9 angestrebt werden - welche Aspekte werden erst in Jahrgangsstufe 11
aufgegriffen?
Vorwort
5
Die einzelnen Bausteine der Materialien beschreiben eine, maximal zwei Unterrichtsstunden.
Sie enthalten:
eine „Lehrerinformation“, in der Angaben zu den benötigten Vorkenntnissen und zum
Vorwissen („Voraussetzungen“), eine kurze Skizze zum Ablauf der Stunde („Hinweise zur
Umsetzung“) und Angaben zu den angestrebten Kompetenzen („Ziele des Bausteins“)
enthalten sind,
Arbeitsblätter mit Lösungsvorschlägen,
Aufgaben,
Texte und Zeitungsartikel,
Präsentationen,
Anleitungen für das Anfertigen von Modellen.
In den Bausteinen werden alle Themen der Lehrplanunterpunkte „B 9.3 Grundlagen der Genetik“ und „B 9.5 Angewandte Biologie: Grundlagen der Gentechnik“ aufgegriffen. Es sind
Bausteine zum Üben und Wiederholen vorgesehen. Die Materialien können quasi als „Komplettpaket“ zur ausführlichen Behandlung der beiden Lehrplanunterpunkte eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, einzelne Bausteine auszuwählen und diese in ein anderes
Unterrichtskonzept zu integrieren. Alle Dateien stehen auch auf der Link-Ebene des Lehrplans zum Download zur Verfügung.
München, im Mai 2011
Petra Reinold
Einführung in die Genetik – Lehrerinformation
6
Einführung in die Genetik
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: DNA
als Informationsträger: einfaches
DNA-Modell
Basiskonzept:
Reproduktion
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
KMKBildungsstandards
Anlagen
Hinweise
zur Umsetzung
Regelstandards zu den Kompetenzbereichen
(s. KMK-Bildungsstandards im Fach Biologie;
Mittlerer Schulabschluss vom 16.12.2004)
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
6, 7
Bewertung
Zellkern als Speicherort der Erbinformation (DNA),
Umgang mit und Analyse von Texten bzw. modellhaften Darstellungen,
prinzipieller Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung
Klassensatz Aufgabenblatt
Bearbeitung des Materials: 20 Minuten
Die Schülerinnen und Schüler ermitteln an vier historischen Beispielen zur
Genetik typische Merkmale der naturwissenschaftlichen Forschung und
stellen sich berühmte Genetiker und deren Experimente gegenseitig vor.
Die Schülerinnen und Schüler ...
K 6 stellen Ergebnisse und Methoden biologischer Untersuchungen dar und
argumentieren damit,
K 7 referieren zu gesellschafts- und alltagsrelevanten biologischen Themen.
Arbeitsblatt (Einfuehrung_AB)
Die Klasse wird in vier Gruppen gegliedert. Jede Gruppe erhält einen der
vier Sachtexte. Der Arbeitsauftrag besteht darin, die Sachtexte durchzulesen, darin typische Merkmale der naturwissenschaftlichen Forschung zu
ermitteln und die Erkenntnisse aus der jeweiligen Forschungsarbeit in einem oder zwei schlagkräftigen Sätzen zusammenzufassen (mögliche Formulierungen s. u.). Am Ende der Bearbeitungszeit (ca. 7 min) sollen jeweils
ein bis zwei Schülerinnen/Schüler aus jeder Gruppe die jeweiligen Forscher
und ihre Arbeit vorstellen und die Sätze an die Tafel schreiben.
Mögliche Formulierungen:
1863: Gregor Mendel hat die Idee der Gene: portionierte Teilchen, die als
Einheit an Nachkommen weitergegeben werden.
1903: Walter Sutton und Theodor Boveri stellen eine Theorie auf, die einen Zusammenhang zwischen Mendels Vererbungslehre und den
Chromosomen beschreibt.
1952: Hershey & Chase finden einen wichtigen Beweis, der die DNA als
Träger der Erbinformation identifiziert.
1953: Watson & Crick entwerfen das Strukturmodell des DNA-Moleküls:
eine a-Doppelhelix.
Einführung in die Genetik – Texte
7
Gregor Mendel und die Idee der Erbanlagen
Merkmale werden vererbt - zumindest stellt sich dieser Eindruck beim
Betrachten von Familienfotos ein. Die Frage ist jedoch: Auf welche Weise
wird die Information von den Eltern auf die Nachkommen übertragen?
Eine Erklärungsmöglichkeit wäre die sog. „Mischhypothese“, nach der das
Erbgut beider Eltern miteinander vermischt wird, ähnlich wie man zwei Farben
miteinander mischt, um eine dritte zu erhalten.
Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts ging ein Mönch namens Gregor Mendel
diesem Gedanken auf die Spur. Er züchtete in seinem Klostergarten zwei
Sorten Erbsenpflanzen, die sich nur in einem Merkmal unterschieden: Eine
Sorte hatte rote Blüten, die andere weiße. Diese kreuzte er miteinander. Dabei machte er eine
erstaunliche Beobachtung: Sämtliche Nachkommen der Erbsenpflanzen blühten rot! Gregor Mendel
führte den Versuch fort, indem er diese Nachkommen wiederum mit den “Eltern“ kreuzte. Dabei
stellte er fest, dass nun neben roten Blüten auch wieder weiße auftraten, aber niemals Blüten der Farbe
rosa.
Diese Beobachtungen veranlassten Gregor Mendel zu folgender Erklärung über die Vorgänge bei der
Vererbung: Eltern geben die Erbinformation in festen Portionen, den Erbanlagen oder Genen, an ihre
Nachkommen weiter. Die „Gensammlung" eines Organismus gleicht demnach
eher einem Eimer Murmeln als einem Eimer Farbe. Aus diesen und anderen
Beobachtungen leitete er Gesetzmäßigkeiten ab, die heute als die „Mendelschen
Regeln“ bekannt sind und die er 1865 veröffentlichte.
Leider schenkten seine Zeitgenossen Gregor Mendel keinen Glauben. Erst 50
Jahre später - als Mendel schon lange gestorben war - sollten seine Ideen unter
Wissenschaftlern Begeisterung finden.
Bildnachweise:
Mendel: Wikimedia Commons, Gregor Mendel.png
Blüte: Wikimedia Commons, Illustration Pisum sativum0.jpg
Die Chromosomentheorie der Vererbung von Sutton und Boveri
Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden die mikroskopischen
Techniken deutlich verbessert, sodass erstmals die Vorgänge bei der
Zell- und Reifeteilung (Mitose und Meiose) genauer untersucht werden
konnten. Dabei fielen vor allem fädige Strukturen auf, die sich
während dieser Vorgänge in scheinbar geordneter Weise bewegten und
gleichmäßig an die Tochterzellen weitergegeben wurden. Da man
diese Strukturen mit bestimmten Farbstoffen anfärben konnte, nannte
man sie Chromosomen (gr. chroma: Farbe).
Walter Sutton und Theodor Boveri fielen Gemeinsamkeiten zwischen
den Erkenntnissen aus der Zellbiologie und Erkenntnissen der Genetik
auf: Gregor Mendel sprach davon, dass es von jeder Erbanlage zwei
Formen gibt, die bei der Bildung von Geschlechtszellen getrennt werden. Ebenso gibt es in einer Zelle
von jedem Chromosom zwei Exemplare, die ebenfalls bei der Bildung von Geschlechtszellen getrennt
werden. Bei der Befruchtung entsteht eine Zelle, die wieder Chromosomenpaare enthält. Dies
entspricht der Vorstellung von Mendel, dass sich in einer Zelle nach der Befruchtung Paare von
Erbanlagen befinden. Sutton und Boveri stellen daraufhin die Chromosomentheorie der Vererbung
auf: Die Erbanlagen (Gene) befinden sich an ganz bestimmten Stellen auf den Chromosomen, die als
Träger der Erbinformation bei Zellteilungen verteilt und weitergegeben werden.
Bildnachweis:
Mikroskop: Wikimedia Commons, Compound Microscope 1876.JPG
8
Einführung in die Genetik – Texte
Das Hershey-Chase-Experiment
In den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts stellten Wissenschaftler fest, dass die Chromosomen, welche
die Erbinformation tragen, aus zwei Substanzen aufgebaut sind: aus Desoxyribonukleinsäure (kurz:
DNA) und aus Eiweiß (Protein). Viele Forscher dachten, Proteine müssten der Stoff sein, aus dem das
Erbmaterial besteht. Für Proteine als Erbmaterial sprach ihre schon damals bekannte große Vielfalt
und ihre hohe Spezifität. Über Nukleinsäuren war dagegen wenig bekannt; ihr Bau erschien den Forschern als zu einfach und einförmig, um für die Vielfalt der speziellen, vererbten Merkmale aller Organismen verantwortlich zu sein.
Alfred Hershey und Martha Chase machten 1952 eine interessante Entdeckung bei ihren Untersuchungen von Phagen. Phagen sind Viren und bestehen daher nur aus Proteinen und Nukleinsäuren. Sie
vermehren sich, indem sie ihr Erbgut in Bakterien injizieren, die dann neue
Phagen bilden.
Hershey und Chase gingen folgendermaßen vor: Sie markierten in zwei getrennten Versuchen die Phagen mit einer radioaktiven Substanz. In einem Versuch wurden die Protein-Bestandteile radioaktiv markiert, im anderen die
DNA. Bei der Auswertung zeigte sich, dass Radioaktivität nur in den Bakterien nachzuweisen war, die mit Phagen in Berührung gekommen waren, deren
DNA radioaktiv markiert war. Dies war einer der Beweise dafür, dass nicht
Proteine, sondern die DNA der Träger des Erbgutes sein musste - eine Tatsache, die weithin für Erstaunen sorgte.
Bildnachweis:
Phage: Author: Leptictidium, Wikimedia Commons, lizenziert unter CC-BY-SA-3.0-DE Bacteriòfag.png
Das Watson-Crick-Modell der DNA
Um 1950 setzte sich die Vorstellung unter den Biologen durch, dass die DNA (kurz für “Desoxyribonucleinsäure“) das genetische Material ist. Daraufhin begann ein Wettstreit zwischen zahlreichen Forschungslabors. Alle wollten nun herausfinden, wie die dreidimensionale Struktur der DNA aussieht.
Die beiden Forscher, die das Rätsel schließlich lösten, waren James Watson
und Francis Crick. Der Amerikaner James Watson kam damals an die Universität von Cambridge, wo Francis Crick mit ausgefeilten Techniken, wie
z. B. der Röntgenstrukturanalyse, den Bau von Proteinen untersuchte. Bei
einem Besuch in London bekam Watson die Aufnahme einer Röntgenbeugung von kristalliner DNA zu sehen. Solche Aufnahmen zeigen das Molekül nicht direkt, sondern in verzerrtem, zweidimensionalem Muster. Kristallographen können auf der Grundlage dieser Abbildungen den Aufbau
eines Kristalls berechnen und dann Rückschlüsse auf die Anordnung der
Atome im Kristall ziehen.
Watson analysierte die Aufnahme der DNA gründlich und erkannte, dass das DNA-Molekül wie eine
Wendeltreppe aufgebaut ist. Gemeinsam mit Crick begann er aus Draht ein maßstabsgetreues DNAMolekül zu bauen. Nach einigen Fehlschlägen veröffentlichten sie schließlich 1953 ihren Vorschlag
für die Struktur der DNA: eine -Doppelhelix.
Bildnachweis:
DNA: Wikimedia Commons, DNA double helix 45.PNG
Bedeutung von Proteinen – Lehrerinformation
9
Rolle der Proteine bei der Merkmalsausbildung
Bedeutung von Proteinen
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Rolle
der Proteine bei der Merkmalsausbildung, z. B als Enzyme, Baustoffe
1.5
Fachwissen (F)
Erkenntnisgewinnung (E)
Kommunikation (K)
Basiskonzept:
Struktur und Funktion
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
1
Bewertung (B)
Umgang mit und Analyse von Texten
Klassensatz laminierte Infotexte, Folie
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler verschaffen sich einen Überblick über die
vielfältigen Bedeutungen der Proteine für den Organismus.
Die Schülerinnen und Schüler…
F 1.5 wechseln zwischen den Systemebenen (Funktionsebene, Phänotypebene, Molekülebene),
K 1 kommunizieren in verschiedenen Sozialformen.
Infotexte (Prot_Bedeutung_MA1), Folienvorlage (Prot_Bedeutung_MA2)
Die Schülerinnen und Schüler erschließen sich zunächst in Einzelarbeit
anhand von Infotexten jeweils eine von sechs verschiedenen Bedeutungen und Funktionen von Proteinen im Organismus. Anschließend tauschen sich Schülerinnen und Schüler, die den gleichen Text bearbeitet
haben, untereinander aus und erarbeiten als Gruppe gemeinsam einen
Beitrag zur Mindmap, die nach einem von der Lehrkraft als Folie präsentierten Muster gestaltet werden soll. Dabei müssen die Schülerinnen und
Schüler über die verschiedenen Systemebenen reflektieren und ihren Beitrag dementsprechend strukturieren. Die Folie mit der Strukturierungsvorgabe muss von der Lehrkraft gegebenenfalls mit einem Beispiel erläutert
werden. Die Mindmap wird von den Gruppen gemeinsam an der Tafel
erstellt. Als Ergebnissicherung wird die Mindmap ins Heft übernommen.
10
Bedeutung von Proteinen – Texte
Proteine sind ein Teil des Immunsystems des Körpers. Solche
Abwehr-Proteine bekämpfen in den Körper eingedrungene
Krankheitserreger wie z. B. Bakterien und Viren. Antikörper
sind Proteine, die durch ihre spezielle Gestalt genau zu bestimmten Strukturen an der Oberfläche der Krankheitserreger
passen – ähnlich wie ein Schlüssel genau zu einem Schloss
passt. Damit helfen Antikörper bei der Erkennung und Vernichtung der Krankheitserreger.
Abb. 1: Cholera-Bakterien
(Quelle: Wikimedia Commons, Cholera bacteria SEM.jpg)
Abb. 2: Durch eine Verletzung können Krankheitserreger in den Körper eindringen.
11
Bewegliche Proteine ermöglichen Bewegungen von Zellorganellen, Zellen und des ganzen Körpers. Aktin und Myosin
sind beispielsweise zwei längliche Proteine, die zusammen für
die Kontraktion von Muskelfasern im Muskel verantwortlich
sind. Auch das Schlagen von Geißeln und Wimpern bei Einzellern wird von beweglichen Proteinen bewirkt.
Abb. 3: Pantoffeltierchen
Abb. 4: Bewegung der Hand
(Quelle: Clipart ETC is copyright © 2010
by the University of South Florida:
File Name: paramecium_7303)
Abb. 5: Muskulatur des Menschen
(Quelle: Wikimedia Commons, Genga 19.jpg)
12
Enzyme sind Proteine, die chemische Reaktionen im Körper
beschleunigen und dadurch meist sogar erst ermöglichen. Sie
sind also biologische Katalysatoren, die den Umbau von Stoffen in den Zellen bewirken. So ist zum Beispiel die Alkoholdehydrogenase ein Enzym, das den Abbau von Alkohol in der
Leber ermöglicht. Die Amylase im Mundspeichel zersetzt die
Stärke in der zerkauten Semmel zu Malzzucker, sodass es
leicht süß schmeckt, wenn man lange kaut. Auch andere Enzyme helfen bei der Verdauung der Nahrung, z. B. das Pepsin
im Magensaft beim Abbau von Eiweiß in seine Bausteine, die
Aminosäuren. Blütenfarbstoffe werden mithilfe von Enzymen
aus ihren Vorstufen gebildet.
Abb. 6: Bier
Abb. 7: Tulpenblüte
13
Rezeptorproteine sind Bestandteile von Zellmembranen.
Kommt von außen ein chemisches Signal in Form bestimmter
Moleküle an der Zellmembran an, verbinden sich diese Moleküle mit den Rezeptorproteinen – ähnlich wie ein passender
Schlüssel sich mit einem Schloss verbinden kann. Dadurch
werden innerhalb der Zelle bestimmte Signale ausgelöst und
Vorgänge gestartet. Die Rezeptoren unserer Riechsinneszellen beispielsweise nehmen Duftmoleküle auf und lösen
dadurch elektrische Impulse aus, die über Nerven zum Gehirn
geleitet werden. Dort entsteht die Wahrnehmung des Duftes.
Ähnliches geschieht, wenn sich Moleküle mit den Rezeptoren
unserer Geschmackssinneszellen verbinden.
Abb. 8: In der Nase befinden sich Riechsinneszellen.
Abb. 9: Auf der Zunge befinden sich Geschmackssinneszellen.
14
Viele Proteine sind für die Form, die Festigkeit oder die Elastizität von den Zellen unseres Körpers verantwortlich. Sie sind
Strukturproteine. Zu ihnen gehört das sehr zugfeste Kollagen, welches in der Haut, im Bindegewebe und in den Bändern der Gelenke vorkommt. In Haaren und Nägeln sowie
Krallen, Hufen, Reptilienschuppen und Federn findet man das
Keratin. Die enorm elastischen und reißfesten Spinnweben
und die Kokons von Insektenlarven bestehen ebenfalls aus
Strukturproteinen, den Seiden.
Abb. 10: Katzenhaare bestehen aus Keratin.
Abb. 11: Bartagame
Abb. 12: Vogelfeder
15
Viele Proteine dienen dem Transport von Stoffen innerhalb
der Zelle, durch die Zellmembran hindurch oder im Körper.
Sie sind Transportproteine. Der rote Blutfarbstoff Hämoglobin zum Beispiel enthält vier Protein-Einheiten, die zu einem
Riesenmolekül verbunden sind. Er transportiert Sauerstoff von
den Lungen zu den Gewebezellen, die Sauerstoff benötigen.
Tunnelproteine sind Bestandteile der Zellmembran und wirken
oft wie Drehtüren, die nur ganz bestimmte Stoffe aus der Zelle
hinaus- bzw. in die Zelle hineinschleusen.
Abb. 13: Rote Blutkörperchen1
(Quelle: Wikimedia Commons, Redbloodcells.jpg)
16
Bedeutung von Proteinen – Folienvorlage
Bedeutung von Proteinen – Folienvorlage (Lösung)
17
Bau und Vielfalt von Proteinen – Lehrerinformation
18
Bau und Vielfalt von Proteinen
Bezug zum Lehrplan
Basiskonzept:
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
1.1
Fachwissen (F)
2.1
9
13
Kommunikation (K)
10
Bewertung (B)
Stoff- und Molekülbegriff, Teilchenmodell;
Umgang mit modellhaften Darstellungen und Schemazeichnungen
Beamer, PC/Laptop,
Klassensatz Arbeitsblatt, Klassensatz farbige Büroklammern (mind. drei
Farben) (= Aminosäure-Modelle), Präsentation zum Bau und zur Vielfalt
von Proteinen
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau von Proteinmolekülen mit einem geeigneten Modell und erklären auf der Basis dieses Modells die aus der Aminosäure-Reihenfolge resultierende enorme Vielfalt
von Proteinen. Hier handelt es sich um ein einfaches Protein-Modell, welches in der Oberstufe noch erweitert wird. Die Schülerinnen und Schüler
leiten Folgen der Protein-Vielfalt ab und bewerten die Aussagekraft verschiedener Proteinmodelle.
Die Schülerinnen und Schüler …
F 1.1 verstehen die Zelle als System,
F 2.1 beschreiben Zellen als strukturelle und funktionelle Grundbausteine
von Lebewesen,
E 9 wenden Modelle zur Veranschaulichung der Vielfalt von Struktur und
Funktion bei Proteinen an,
E 13 beurteilen die Aussagekraft eines Modells zur Proteinstruktur,
K 10 wenden idealtypische Darstellungen und Symbolsprache auf komplexe Sachverhalte an.
Präsentation (Prot_Bau_MA1), Arbeitsblatt (Prot_Bau_AB)
Die Schülerinnen und Schüler folgen einem präsentationsgestützten Lehrervortrag zum Bau von Proteinen und erschließen sich in Gruppenarbeit
mit Büroklammermodellen die enorme Vielfalt der Proteinstrukturen, die
sich aus den Aminosäure-Reihenfolgen ergibt. Danach wird die Präsentation fortgesetzt und mit einer Diskussion über die Aussagekraft verschiedener Modelle abgeschlossen.
Im Anschluss an die Präsentation füllen die Schülerinnen und Schüler ein
Arbeitsblatt als Ergebnissicherung aus.
Bau und Vielfalt von Proteinen – Arbeitsblatt
19
Bau und Vielfalt der Proteine
Die Bausteine der Proteine heißen __________________________. Sie hängen im Protein
kettenartig aneinander und bilden ein Riesenmolekül:
Val
His
Leu
Pro
Thr
Glu
Glu
Lys
Protein-Moleküle bestehen aus _______ bis ___________ solcher Bausteine. In natürlichen
Proteinen wurden ____ verschiedene solcher Bausteine gefunden.
Gib an, wie viele verschiedene Aminosäure-Dreier-Ketten sich bilden lassen, wenn man drei
verschiedene Aminosäuren zur Verfügung hat: ______
Pro
Val
Pro
Lys Lys Val
Pro
Lys Val
Lys Pro Lys
Lys Val Lys
Lys Pro Val
Pro Lys Lys
Val Lys Lys
Lys Val
Pro
Pro
Pro
Val
Val
Val Lys
Pro
Lys Lys Lys
Val
Pro Val
Val
Lys
Pro Lys
Lys Lys
Val
Pro
Val
Val
Pro Val
Pro
Val
Pro
Pro
Lys
Pro
Pro Val
Val
Val Lys
Pro
Lys
Pro
Pro
Val
Pro
Val
Lys Val
Lys Pro
Pro
Val Pro
Pro
Lys Val
Val
Gib an, wie viele verschiedene Proteine denkbar wären, wenn alle Proteine „nur“ genau aus
Ketten von 100 Aminosäuren bestünden und jeweils „nur“ alle der 20 verschiedenen Aminosäuren enthielten.
________________________________________
Die ungeheure Vielfalt der Proteine wird noch gesteigert durch:
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Folgen der Vielfalt der Proteine:
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Bau und Vielfalt von Proteinen – Arbeitsblatt
20
Aus seiner _______________________________________ ergibt sich zwangsläufig eine
ganz bestimmte ________________________ Struktur des Protein-Moleküls.
Für die Darstellung von Proteinen werden verschiedene Modelle verwendet.
Notiere jeweils, welche Informationen zum Bauprinzip eines Proteins in den folgenden modellhaften Darstellungen gut (+) bzw. schlecht ( ) dargestellt werden.
+
______________________________
______________________________
______________________________
-
______________________________
______________________________
______________________________
Abb. 1
+
______________________________
______________________________
______________________________
-
______________________________
______________________________
______________________________
Abb. 2
Bildnachweise
Abb. 1: Wikimedia Commons, Myoglobin.png
Bau und Vielfalt von Proteinen – Arbeitsblatt (Lösung)
21
Bau und Vielfalt der Proteine
Aminosäuren
Die Bausteine der Proteine heißen __________________________. Sie hängen im Protein
kettenartig aneinander und bilden ein Riesenmolekül:
Val
His
Leu
Pro
Thr
Glu
Glu
Lys
30 000
100
Protein-Moleküle bestehen aus _______
bis ___________
solcher Bausteine. In natürlichen
20 verschiedene solcher Bausteine gefunden.
Proteinen wurden _____
Gib an, wie viele verschiedene Aminosäure-Dreier-Ketten sich bilden lassen, wenn man drei
27
verschiedene Aminosäuren zur Verfügung hat: ______
Pro
Val
Pro
Lys Val
Lys Pro Lys
Lys Val
Lys
Pro Val
Pro Lys Lys
Val Lys Lys
Lys
Lys Lys
Pro
Lys Lys Val
Lys
Lys Val
Pro
Pro
Pro
Val
Val
Val
Lys
Pro
Lys Lys Lys
Val
Pro Val
Val
Pro Lys
Val
Pro
Val
Val
Pro
Pro Val
Val
Lys
Pro
Pro
Lys
Pro
Pro Val
Val
Val
Pro
Lys
Pro
Pro
Val
Pro
Val
Lys Val
Lys Pro
Pro
Val Pro
Pro
Lys Val
Val
Gib an, wie viele verschiedene Proteine denkbar wären, wenn alle Proteine „nur“ genau aus
Ketten von 100 Aminosäuren bestünden und jeweils „nur“ alle der 20 verschiedenen Aminosäuren enthielten.
20 100
________________________________________
Die ungeheure Vielfalt der Proteine wird noch gesteigert durch:
Variationen in den Aminosäure-Kettenlängen
______________________________________________________________________
Variationen in der Vielfalt der verwendeten verschiedenen Aminosäuren
______________________________________________________________________
Folgen der Vielfalt der Proteine:
Proteine
erfüllen unterschiedlichste Aufgaben im menschlichen Körper. Viele Proteine
__________________________________________________________________________
eines
Menschen sind einzigartig und unterscheiden sich von denen anderer Menschen.
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Problem bei Organtransplantationen: Abstoßung körperfremder Proteine
Bau und Vielfalt von Proteinen – Arbeitsblatt (Lösungen)
22
Aminosäure-Reihenfolge
Aus seiner _______________________________________
ergibt sich zwangsläufig eine
dreidimensionale
ganz bestimmte ________________________
Struktur des Protein-Moleküls.
Für die Darstellung von Proteinen werden verschiedene Modelle verwendet.
Notiere jeweils, welche Informationen zum Bauprinzip eines Proteins in den folgenden modellhaften Darstellungen gut (+) bzw. schlecht ( ) dargestellt werden.
+
räumliche Struktur
______________________________
______________________________
______________________________
-
Aminosäurearten, -anzahl, ______________________________
reihenfolge
______________________________
______________________________
Abb. 1
+
______________________________
Oberflächenform, Aufbau aus
Atomen
______________________________
______________________________
-
______________________________
Aminosäurearten, -reihenfolge,
Hülle um das Molekül
______________________________
______________________________
Abb. 2
Bildnachweise
Abb. 1: Wikimedia Commons, Myoglobin.png
Struktur und Funktion von Proteinen – Lehrerinformation
23
Struktur und Funktion von Proteinen
Bezug zum Lehrplan
der Proteine bei der Merkmalsausbildung, z. B. als Enzyme, Baustoffe
Basiskonzept
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
1.1
Fachwissen (F)
1.2
10
Kommunikation (K)
10
Bewertung (B)
Bau von Proteinen, Genbegriff,
Umgang mit modellhaften Darstelllungen und Schemazeichnungen
Beamer, PC/Laptop, Präsentation zur Sichelzellenanämie, Infotext für
Schülerreferat, Klassensatz Arbeitsblatt
1 Stunde, 15 Minuten in der folgenden Unterrichtsstunde
Die Schülerinnen und Schüler erklären die Bedeutung des Baus für die
Funktionsfähigkeit von Proteinen und übertragen diesen Zusammenhang
auf das Beispiel der Sichelzellenanämie.
F 1.2 erklären den Organismus und Organismengruppen als System,
E 10 analysieren Wechselwirkungen zwischen Struktur und Funktion mithilfe von Modellen,
K 10 wenden idealtypische Darstellungen und Schemazeichnungen auf
komplexe Sachverhalte an.
Präsentation (Prot_Struktur_MA1), Infotext (Prot_Struktur_MA2), Arbeitsblatt (Prot_Struktur_AB)
Z. B. im Unterrichtsgespräch wird die Wirkungsweise von Enzymen und
das Schlüssel-Schloss-Prinzip behandelt. Das Arbeitsblatt kann zu Sicherung der Ergebnisse verwendet werden.
Zur Vorbereitung eines Referats in der nächsten Stunde (Thema Sichelzellenanämie) erhält eine Schülerin / ein Schüler einen Infotext und eine
Vorlage für eine Präsentation (evtl. die Folien als Kopien).
Zu Beginn der nächsten Stunde erfolgt das materialgestützte Schülerreferat über die Sichelzellenanämie. Der Zusammenhang zwischen Bau und
Funktion eines Proteins wird auf das Beispiel der Sichelzellenanämie
übertragen.
24
Struktur und Funktion von Proteinen – Arbeitsblatt
Funktionsfähigkeit der Proteine
Viele Proteine im menschlichen Körper arbeiten als Enzyme. Ein Enzym ist ein Biokatalysator, der eine chemische Reaktion im Stoffwechsel eines Lebewesens beschleunigt und bei
unserer niedrigen Körpertemperatur oft erst überhaupt ermöglicht.
Die folgende Skizze zeigt modellhaft, wie ein Enzym die Umwandlung zweier Edukte (Substrate genannt: S1, S2) in ein Produkt katalysiert:
Beurteile anhand der Skizzen, welche Rolle die dreidimensionale räumliche Struktur eines
Enzyms für seine Funktionsfähigkeit hat.
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Gib an, welches Prinzip beim Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion hier vorliegt.
_________________________________________________________________
Zeichne zum folgenden Modell eines Enzyms ein Edukt, welches von diesem Enzym in ein
Produkt umgewandelt werden kann.
Struktur und Funktion von Proteinen – Arbeitsblatt (Lösung)
25
Funktionsfähigkeit der Proteine
Viele Proteine im menschlichen Körper arbeiten als Enzyme. Ein Enzym ist ein Biokatalysator, der eine chemische Reaktion im Stoffwechsel eines Lebewesens beschleunigt und bei
unserer niedrigen Körpertemperatur oft erst überhaupt ermöglicht.
Die folgende Skizze zeigt modellhaft, wie ein Enzym die Umwandlung zweier Edukte (Substrate genannt: S1, S2) in ein Produkt katalysiert:
Beurteile anhand der Skizzen, welche Rolle die dreidimensionale räumliche Struktur eines
Enzyms für seine Funktionsfähigkeit hat.
Die
räumliche Struktur des Enzyms ist an der Stelle, an der die Edukte sich mit dem
_________________________________________________________________
Enzym
verbinden und umgesetzt werden, ganz entscheidend für seine Funktionsfä_________________________________________________________________
higkeit.
Wenn hier die Edukte nicht genau „hinein passen“, kann das Enzym sie nicht
_________________________________________________________________
verarbeiten. Am restlichen Enzym-Molekül ist die räumliche Struktur dagegen eher
_________________________________________________________________
unwichtig.
Gib an, welches Prinzip beim Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion hier vorliegt.
Schlüssel-Schloss-Prinzip
_____________________________________________________
Zeichne zum folgenden Modell eines Enzyms ein Edukt, welches von diesem Enzym in ein
Produkt umgewandelt werden kann.
Anmerkung für Lehrkräfte:
Je nach Positionierung des „aktiven
Zentrums“, das der Schüler z. B. rot
markieren kann, sind weitere Formen
als Lösung richtig.
26
Struktur und Funktion von Proteinen – Referat
Infotext für Schülerreferat
Die Sichelzellenanämie
Symptome und Ursache
Rote Blutkörperchen, die den roten Blutfarbstoff Hämoglobin enthalten, haben bei
gesunden Personen eine runde Form. Das Hämoglobin-Molekül ist ein großes Protein aus vier Aminosäureketten mit jeweils bestimmter Aminosäure-Reihenfolge:
davon sind zwei sog. -Ketten und zwei sog. -Ketten. Es besitzt außerdem vier
Häm-Gruppen, die jeweils ein Sauerstoff-Molekül binden und transportieren können. So wird der Sauerstofftransport von der Lunge zu den einzelnen Organen im
Blut ermöglicht.
Die Sichelzellenanämie (griech. anaimos = blutlos) ist eine vererbbare Krankheit.
Die roten Blutkörperchen erkrankter Personen verformen sich v. a. bei Sauerstoffmangel in sichelförmige Zellen, sog. Sichelzellen. Dies geschieht durch die Kristallisation des Hämoglobins.
Sichelzellen verklumpen in den Blutgefäßen und bilden Zellansammlungen, die
besonders die feinen Kapillaren verstopfen können. Es kommt dadurch zu mangelnder Durchblutung von Organen („Blutarmut“ = Anämie). Die Sichelzellen werden außerdem verstärkt von der Milz abgebaut, die auch bei gesunden Personen
regelmäßig alte Blutzellen abbaut, damit sich das Blut erneuert. Menschen mit Sichelzellenanämie haben daher eine vergrößerte Milz, sind anfälliger für Pneumonien (Lungenentzündungen), leiden an Darmkoliken und Rheumatismus, werden
durch den Ausfall von Gehirnregionen mit Lähmungen beeinträchtigt und können
erblinden. Sie sterben oft an Herzversagen oder an Nierenversagen.
Das mutierte Gen eines Sichelzell-Patienten bewirkt eine veränderte AminosäureReihenfolge in der -Kette des Hämoglobin-Moleküls. Die -Kette besteht aus 146
Aminosäuren. An Stelle der Aminosäure Glutaminsäure (Glu) befindet sich hier nun
bei Erkrankten die Aminosäure Valin (Val). Die veränderte AminosäureReihenfolge hat eine veränderte räumliche Struktur des Hämoglobin-Moleküls zur
Folge, sodass das Hämoglobin leicht auskristallisiert.
Ein einfaches DNA-Modell – Lehrerinformation
27
DNA als Informationsträger
Ein einfaches DNA-Modell
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: DNA
als Informationsträger: einfaches
DNA-Modell und Prinzip der Replikation
Basiskonzept:
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
1.1, 2.1,
Fachwissen
3.1
Erkenntnisgewinnung
11
Kommunikation
10
Bewertung
Umgang mit und Analyse von Texten bzw. modellhaften Darstelllungen
Klassensatz Aufgabenblatt und Schulbuch (Abschnitt DNA-Aufbau),
zur Veranschaulichung DNA-Modell für Tafel und Klassensatz DNAModelle (Vorlage s. Anhang),
Tipp: Modelle von einer Klasse in Vertretungsstunden anfertigen lassen
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau der DNA und den
Ablauf der Replikation mit einfachen Modellen (Strickleiter, Reißverschluss). Ganz entscheidend ist es, dass es sich hier um einfache Modelle handelt, welche in der Oberstufe noch erweitert werden. Das Ausbilden
und Lösen der komplementären Basenpaarungen dient als Beispiel für
das Basiskonzept Struktur und Funktion.
F 2.1 beschreiben Zellen als strukturelle und funktionelle Grundbaueinheiten von Lebewesen,
F 3.1 erläutern die Bedeutung der Zellteilung für Wachstum, Fortpflanzung
und Vermehrung,
E 11 beschreiben Speicherung und Weitergabe genetischer Information
auch unter Anwendung geeigneter Modelle,
K 10 wenden idealtypische Darstellungen und Symbolsprache für komplexe Sachverhalte an.
Arbeitsblatt (DNA_AB), Anleitung für DNA-Modell Tafel (DNA_MA1) bzw.
Schüler-DNA-Modell (DNA_MA2)
Die Schülerinnen und Schüler lesen den entsprechenden Abschnitt im
Schulbuch zum Thema „Aufbau der DNA" und bearbeiten anschließend in
Einzel-/Gruppenarbeit die ersten beiden Aufgaben auf dem Arbeitsblatt.
Die Lösung des Arbeitsblattes wird im Klassenverband mit Tafelmodell
und/oder Schülermodellsätzen besprochen. Im Anschluss lösen die Schülerinnen und Schüler selbständig die restlichen Aufgaben. Bei der Lösung
der Filmleistenaufgabe zur Zellteilung gibt es mehrere Lösungsmöglichkeiten: Möglich wäre, wie in der Lösung dargestellt, zuerst die Verdopplung der Zellkerne, dann die Teilung der Zellen mit anschließendem
Wachstum der Zellen oder zuerst das Wachstum der Zellen mit anschließender Verdoppelung der Zellkerne und abschließender Teilung der Zelle.
Anschließend erfolgt die Besprechung im Klassenverband mit Einsatz von
Modellen/Computeranimationen.
Ein einfaches DNA-Modell – Arbeitsblatt
28
DNA als Informationsträger: einfaches DNA-Modell
Sprosse
Lies dir den passenden Abschnitt zum Aufbau der DNA in deinem Buch
aufmerksam durch und bearbeite anschließend folgende Aufgaben.
a) Skizziere einen Abschnitt aus
der DNA mit sechs Basenpaaren in die rechts vorgegebene gepunktete Grundstruktur (= Strickleiter). Verwende dafür die rechts aufgeführten Symbole.
Die Farbgebung soll der im
Buch entsprechen.
4 Basen
(Adenin,
Thymin,
Guanin und
Cytosin)
Phosphatgruppe
Desoxyribose
= Zucker
b) Vervollständige das folgende Strukturdiagramm zum Aufbau der DNA mit
folgenden Begriffen:
Schlüssel-Schloss-Prinzip / vier Basen/ Desoxyribose = Zucker/ Adenin
<--> Thymin / Sprossen / Guanin <--> Cytosin / Holme / Phosphatgruppe / Wasserstoffbrücken = zwischenmolekulare Kräfte.
Holm
in Spiralen gewickelte Strickleiter
DNA-Doppelstrang
1953 WATSON und CRICK
Sprossen
Desoxyribose = Zucker
Basenpaare
c) Du bestehst aus ca. 80 Billionen Zellen, in deren Zellkernen sich jeweils das identische genetische Material befindet. Entwickelt hast du dich aus einer einzigen befruchteten Eizelle. Ständig müssen in deinem Körper Zellen ersetzt bzw. neue Zellen gebildet werden (ca. 3 Millionen
neue Zellen pro Sekunde). Deshalb spielt der in der Filmleiste dargestellte Vorgang für dich
eine entscheide Rolle. Vervollständige den mit dieser Filmleiste dargestellten Vorgang, indem
du die zeitlich passenden Bilder 2 und 3 zeichnest. Beschreibe jeweils in einem Satz die Vorgänge, die sich von Bild 1 auf 2, von Bild 2 auf 3 und von Bild 3 auf 4 abspielen. Benenne den
dargestellten Vorgang.
Zellkern
1
2
3
4
1
Tochterzellen
Ein einfaches DNA-Modell – (Arbeitsblatt)
29
Replikation der DNA
Das DNA-Spaltenzym trennt die Wasserstoffbrücken zwischen den gegenüberliegenden
Basenpaaren und es bilden sich wie beim Öffnen eines Reißverschlusses aus dem DNADoppelstrang zwei DNA-Einzelstränge: Reißverschlussprinzip.
DNASpaltenzym
DNASpaltenzym
DNASpaltenzym
a) Zeichne die passenden Basen in die vorgegebene gepunktete Grundstruktur der DNAEinzelstränge ein und ergänze die fehlenden Basen, Phosphatgruppen und Desoxyribose-Moleküle, damit wieder DNA-Doppelstränge entstehen. Es sind stets genug freie DNABausteine im Zellkern vorhanden.
b) Vergleiche die beiden neuen DNA-Doppelstränge mit dem ursprünglichen DNA-Doppelstrang und erkläre den Zweck dieses Vorgangs für die Lebewesen.
Ein einfaches DNA-Modell – Arbeitsblatt (Lösung)
30
DNA als Informationsträger: einfaches DNA-Modell
b)
in Spiralen gewickelte Strickleiter
DNA-Doppelstrang
1953 WATSON und CRICK
Holme
Desoxyribose = Zucker
Sprossen
Phosphatgruppe
Basenpaare
Adenin
Thymin
vier Basen
Guanin
Wasserstoffbrücken =
zwischen molekulare Kräfte
Cytosin
Schlüssel-Schloss-Prinzip
c)
Filmleiste
Zellkern
1
2
3
4
1
Tochterzellen
Beschreibung des Zellzyklus
(12) Der Zellkern und damit das Erbmaterial (DNA) verdoppelt sich.
(23) Die Zelle teilt sich in zwei kleine Zellen, indem eine Zellmembran eingezogen wird.
(34) Die Zellen wachsen auf die ursprüngliche Größe. So können sich die Tochterzellen
wieder teilen. Nur so ist Größen- bzw. Massenzunahme möglich.
Replikation der DNA
b) Die beiden neuen DNA-Doppelstränge sind identisch. Es handelt sich also um eine identische Verdoppelung (= Replikation) der DNA, als Vorbereitung der Kernteilung.
einfache Modellvorstellung der Proteinbiosynthese – Lehrerinformation
31
Vom Gen zum Merkmal
einfache Modellvorstellung der Proteinbiosynthese
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Vom
Gen zum Merkmal: einfache Modellvorstellung der Proteinbiosynthese
Basiskonzept:
Information
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
1.1
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
11
Kommunikation
Bewertung
Klassensatz Arbeitsblatt und Schulbuch (Abschnitt Proteinbiosynthese)
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die schrittweise Umsetzung
der genetischen Information. Sie üben sich in der analogen Darstellung
von Sachverhalten.
auch unter Anwendung geeigneter Modelle.
Arbeitsblatt (Biosyn_AB)
Zunächst erarbeiten die Schülerinnen und Schüler ein Flussdiagramm,
das den Ablauf der Besenherstellung aus der Harry-Potter-Geschichte
übersichtlich darstellt. Sie analogisieren diesen Prozess dann mit der bildlichen Darstellung der Proteinbiosynthese auf dem Arbeitsblatt. Danach
lesen sie den entsprechenden Fachtext im Schulbuch, der ihnen Hilfen bei
der Formulierung eines eigenen kurzen Sachtextes liefert. Im Klassenverband sollten sie abschließend die Möglichkeit erhalten, ihren eigenen Text
in Form eines kurzen Schülervortrags an einem an der Schule vorhandenen Modell zur Proteinbiosynthese zu üben (vgl. DNA_MA1) und gegebenenfalls korrigieren zu lassen. Eine Modellkritik kann sich sinnvoll anschließen.
Die Fachbegriffe Transkription und Translation müssen in der Mittelstufe
noch nicht eingeführt werden.
einfache Modellvorstellung der Proteinbiosynthese – Arbeitsblatt
32
Modellvorstellung der Proteinbiosynthese
Das jährliche Quidditch-Turnier
Das jährliche Quidditch-Turnier in Hogwarts steht an und für Harry Potter und seine Freunde
bahnt sich eine Katastrophe an: Harrys Nimbus 2000 ist gestohlen worden und die Freunde
überlegen fieberhaft, wie sie doch noch an dem Turnier teilnehmen können. Ein neuer Besen
muss her! Ihr Blick fällt auf die große Bibliothek von Hogwarts: ein stiller, düsterer und geheimer Ort, voll gestopft mit dem uralten Wissen vieler Generationen in Form von vielen,
dicken Büchern. Hier ruht alles, was in Hogwarts an Wissen jemals gesammelt wurde. Da
muss sich doch auch eine Bauanleitung für den Nimbus finden lassen!
Da sie durch Zauberkraft in der Bibliothek gehalten werden, ist es allerdings nicht möglich,
die originalen Schriften zu entfernen, zu groß wäre der Verlust und die Folgen unabsehbar.
So müssen die Freunde mühsam eine Kopie anfertigen, mit der sie die Bibliothek kurz nach
Mitternacht wieder verlassen.
In einer der Werkstätten wartet Harry schon ungeduldig auf die Bauanleitung und erstellt in
den nächsten Stunden den neuen aerodynamischen Nimbus, ein Prachtexemplar! Die
Freunde sind überglücklich: Sie haben noch eine Chance zu gewinnen!
a) Erstelle aus diesem Text ein Flussdiagramm, indem die wesentlichen Schritte zur Herstellung von Harrys neuem Besen ersichtlich werden.
b) Auch die genetische Information wird durch einen vergleichbaren Prozess zu Proteinen,
aus denen zum Beispiel dein Haar aufgebaut ist, umgesetzt. In folgender Abbildung siehst
du den Prozess schematisch dargestellt. Trage in die freien Sprechblasen die analogen
Begriffe aus deinem Flussdiagramm ein.
c) Informiere dich in deinem Schulbuch über die Proteinbiosynthese. Formuliere unter Verwendung der Fachbegriffe unten einen kurzen Sachtext unter der Überschrift: Die Proteinbiosynthese.
Zellmembran
Zellkern
Ribosom
DNA
Zellplasma
mRNA
Protein
einfache Modellvorstellung der Proteinbiosynthese – Arbeitsblatt (Lösung)
Modellvorstellung der Proteinbiosynthese
a)
Flussdiagramm
Bibliothek mit dem gesammelten Wissen
I
II
Erstellen einer Kopie der Bauanleitung vom Nimbus
III
Werkstatt
IV
fertiger Nimbus
b)
Analog:
I Zellkern
II Erstellen einer DNA-Kopie (= mRNA) im Zellkern (Transkription)
III Ribosomen
IV Übersetzung der Information der mRNA in Proteine, z. B. Enzyme (Translation)
Zellmembran
Werkstatt
Bibliothek
Zellkern
Ribosom
DNA
mRNA
Protein
Zellplasma
Bücher
Kopie der
Anleitung
Nimbus
33
Genwirkkette – Lehrerinformation
34
Genwirkkette
Bezug zum Lehrplan
Basiskonzept:
1.1
Fachwissen (F)
1.2
10
Kommunikation (K)
10
Bewertung (B)
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
Bau von Proteinen, Funktion von Enzymen, Genbegriff,
Umgang mit modellhaften Darstelllungen und Schemazeichnungen
Beamer, PC/Laptop, Klassensatz Arbeitsblatt,
Semmel in Tüte, Marmelade, Messer, Präsentation zur Genwirkkette
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler übertagen die Teilschritte einer Fließbandarbeit auf das Zusammenwirken verschiedener Genprodukte bei der
Merkmalsausbildung in einer Genwirkkette. In diesem Zusammenhang
schätzen sie mögliche Konsequenzen einer Mutation ab.
F 1.2 erklären den Organismus und Organismengruppen als System,
E 10 analysieren Wechselwirkungen zwischen enzymgesteuerten Stoffwechselreaktionen mithilfe von Modellen,
K 10 wenden idealtypische Darstellungen und Schemazeichnungen auf
komplexe Sachverhalte an.
Präsentation (Prot_Genwirk_MA), Arbeitsblatt (Prot_Genwirk_AB)
Drei ausgewählte Schülerinnen bzw. Schüler stellen in Fließbandarbeit
eine verzehrfertige Marmeladensemmel als Produkt her. Der modellhafte
Vergleich dieser Fließbandarbeit mit der Funktionsweise einer Genwirkkette zur Erzeugung eines Merkmals als Produkt wird mithilfe einer Präsentation von der Lehrkraft veranschaulicht und um Beispiele aus der Biologie erweitert. Bei diesem Modell steht der Prozessablauf im Vordergrund. Während in der Realität Gen und Enzym zwei verschiedene Stoffe
sind, nimmt der Schüler im Modell eine Doppelrolle ein, indem er zugleich
die Information zu seiner Handlung besitzt (= Gen) und selbst handelt (=
Enzym).
Als Ergebnissicherung füllen die Schülerinnen und Schüler ein Arbeitsblatt
aus.
Das Anforderungsniveau der Aufgabe (S. 2) ist für die Jahrgangsstufe 9
hoch. Sie eignet sich z. B. als Zusatzaufgabe für besonders interessierte
und sehr gute Schülerinnen und Schüler.
Genwirkkette – Arbeitsblatt
35
Vom Gen zum Merkmal - Genwirkkette
Entstehung einer Marmeladensemmel
Schüler 1
Schüler 2
Schüler 3
packt aus
schneidet
schmiert
Füge die unten aufgeführten Begriffe an passender Stelle in das folgende Schema einer
Genwirkkette ein.
Zusatzinformation:
Ein Enzym ist ein Protein, das eine biochemische Reaktion katalysiert und dadurch erst ermöglicht. Es
dient quasi als Werkzeug z. B. zur Herstellung eines Stoffes aus einem anderen Stoff. Ein bestimmtes
Gen enthält die Anleitung zum Bau eines bestimmten Proteins.
Begriffe:
A (Stoff), B (Stoff), C (Stoff), D (Stoff), Enzym 1, Enzym 2, Enzym 3, Edukt, Produkt, Zwischenprodukte, Gen 1, Gen 2, Gen 3
Genwirkkette
36
Genwirkkette – Arbeitsblatt
Aufgabe
In der Haut vieler Säugetiere und der Menschen befinden sich Zellen, die einen bräunlichen
Farbstoff, das Melanin, bilden können. Dieser lässt die Haut und die Haare mehr oder weniger dunkel erscheinen.
Mäuse und Menschen mit der vererbbaren Krankheit
Albinismus haben eine Mutation des Gens, das die
Bauanleitung für das Enzym Tyrosinase enthält. Typische Symptome sind z. B. helle sonnenempfindliche
Haut und weißes Fell bzw. weißblonde Haare, schwach
blaue oder rötliche Augen.
Abb.: Albino-Mäuse (Petra Reinold)
Menschen mit der vererbbaren Krankheit Phenylketonurie (PKU) haben eine Mutation des
Gens, das die Bauanleitung für das Enzym Phenylalanin-Hydroxylase enthält. Typische
Symptome für PKU sind z. B. Schädigungen im Nervensystem infolge einer Vergiftung mit
Phenylalanin (welches mit der Nahrung aufgenommen wird) und eines Mangels an Tyrosin,
helle Haut und weißblonde Haare.
Vervollständige das folgende Diagramm. Erkläre damit, warum sowohl Patienten mit PKU als
auch Patienten mit Albinismus helle Haut und weiße Haare haben. Überlege, wie ein Patient
mit PKU die Schädigung seines Nervensystems verhindern kann.
Phenylalanin
Melanin
Erklärung:
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Therapie für PKU-Patient:_____________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Genwirkkette – Arbeitsblatt (Lösung)
37
Vom Gen zum Merkmal – Genwirkkette
Genwirkkette
Gen 1
Gen 2
Gen 3
Enzym 1
Enzym 2
Enzym 3
A
Edukt
B
C
Zwischenprodukte
D
Produkt
Aufgabe
Phenylalanin-Hydroxylase
Phenylalanin
Tyrosinase
Tyrosin
Melanin
Erklärung:
Helle Haut und weiße Haare beruhen auf dem Fehlen von Melanin in der Haut. Albinos können kein Melanin bilden, da bei ihnen durch Genmutation das Enzym Tyrosinase zur Umwandlung von Tyrosin in Melanin defekt ist. PKU-Patienten können Melanin nicht bilden, da
bei ihnen durch Genmutation das Enzym Phenylalanin-Hydroxylase defekt ist, welches zur
Bildung von Tyrosin aus Phenylalanin nötig ist. Dadurch fehlt ihnen Tyrosin, aus dem Melanin ansonsten hergestellt wird.
Therapie für PKU-Patient:
Verhindern des Tyrosinmangels und der Phenylalaninvergiftung durch eine tyrosinreiche und
phenylalaninarme Diät
Karyogramm eines Menschen – Lehrerinformation
38
Karyogramm eines Menschen
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik:
Karyogramm eines Menschen: Autosomen, Gonosomen, homologe
Chromosomen
Basiskonzept:
Reproduktion
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
2.3
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
11
Kommunikation
4
Bewertung
Klassensatz Aufgabenblatt und Schulbuch (Abschnitt „Karyogramm des
Menschen“)
Bearbeitung des Materials: 25 Minuten
Die Schülerinnen und Schüler kennen die Chromosomen als Verpackungseinheit der DNA und können das menschliche Karyogramm beschreiben.
F 2.4 stellen strukturelle und funktionelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Organismen und Organismengruppen dar,
K 4 werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen zielgerichtet aus
Arbeitsblatt (Kary_AB)
Schulbuch zum Thema „Karyogramm des Menschen" und bearbeiten anschließend in Einzel-/Gruppenarbeit die Aufgaben auf dem Arbeitsblatt.
Die Besprechung erfolgt im Klassenverband.
Karyogramm eines Menschen – Arbeitsblatt
39
Lies dir den passenden Abschnitt zum Aufbau der DNA in deinem Buch
aufmerksam durch und bearbeite anschließend folgende Aufgaben.
Auf dem nebenstehenden Bild siehst du die Schemaskizze eines Chromosoms auf elektronenmikroskopischer Ebene.
a) Beschreibe in Worten den Aufbau dieses Chromosoms und beschrifte die
Abbildung.
b) Beschrifte die beiden folgenden Karyogramme mit den folgenden Fachbegriffen: 46, XY;
46, XX; weiblicher Chromosomensatz; männlicher Chromosomensatz.
d) Vergleiche den männlichen und weiblichen Chromosomensatz des Menschen.
c) Erkläre den Fachbegriff homologe Chromosomen.
40
Karyogramm eines Menschen – Arbeitsblatt (Lösung)
a) Dieses Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden, welche an einer Verbindungsstelle (= Centromer) zusammenhaften.  Zwei-Chromatid-Chromosom; Beschriftung der Abbildung
b) linkes Karyogramm: 46, XY; männlicher Chromosomensatz; rechtes Karyogramm: 46, XX;
weiblicher Chromosomensatz
c) Gemeinsamkeiten: Doppelte Chromosomensätze (2n); 46 Chromosomen davon 44 Körperchromosomen und 2 Gonosmomen; Unterschiede: „Gonsomenpaar“; Mann: 46, XY;
Frau: 46, XX
d) Homologe Chromosomen: In einer menschlichen Körperzelle stimmen jeweils 23 Chromosomenpaare in ihrer äußeren Gestalt überein (Ausnahme: zwei Geschlechtschromosomen XY beim Mann), wobei immer eines von der Mutter und eines vom Vater stammt.
Homologe Chromosomen enthalten die gleichen Gene, aber meist in verschiedenen Ausprägungsformen.
vereinfachter Ablauf der Mitose, Zellzyklus – Lehrerinformation
41
Wachstum
vereinfachter Ablauf der Mitose, Zellzyklus
Bezug zum Lehrplan
Wachstum: vereinfachter Ablauf
der Mitose
Basiskonzept:
Struktur und Funktion; Reproduktion
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
3.1
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
11
Kommunikation
10
Bewertung
Zellkern als Speicherort der Erbinformation (DNA); Karyogramm eines
Menschen,
Umgang mit und Analyse von Texten bzw. modellhaften Darstelllungen,
kurze und präzise Darstellung eines Sachverhalts mit Fachsprache, Denken in Modellen
Klassensatz Aufgabenblatt und Schulbuch (Abschnitt „Ablauf der Mitose“),
Chromosomenmodell für Tafel, evtl. Klassensatz ChromosomenStrohhalmmodelle in Filmdose
Bearbeitung des Materials: 1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Ablauf des Zellzyklus und
zeigen die Bedeutung der Struktur der Chromosomen bei der Teilung auf.
F 3.1 erläutern die Bedeutung der Zellteilung,
K 10 wenden idealtypische Darstellungen und Symbolsprache für komplexe Sachverhalte an.
Arbeitsblatt (Mitose_AB), Anleitung für Chromosomenmodell für Tafel (Mitose_MA), evtl. Anleitung für Chromosomenstrohhalmmodell (Meiose_MA)
Schulbuch zum Thema „Zellzyklus" und bearbeiten anschließend in Einzel- oder Gruppenarbeit das Arbeitsblatt  Besprechung im Klassenverband mit Tafelmodellen, evtl. Strohhalmmodellen.
In der Mittelstufe soll der Schwerpunkt auf dem Verständnis des Grundprinzips des Zellzyklus liegen. Es kann auch auf die Bezeichnung der einzelnen Mitosephasen verzichtet werden. Um keine Fehlvorstellungen auszulösen, sollte aber deutlich gemacht werden, dass die Mitose
(=Kernteilung) nur ein Abschnitt der Zellteilung ist.
Im Anschluss an diese Einheit bietet es sich an, mit den Schülerinnen und
Schülern die Mitosestadien von Zwiebelwurzelspitzen zu mikroskopieren
(E 1).
42
vereinfachter Ablauf der Mitose, Zellzyklus – Arbeitsblatt
Vereinfachter Ablauf des Zellzyklus einer Körperzelle
Lies dir den Abschnitt zum Ablauf des Zellzyklus in deinem Buch aufmerksam durch und
bearbeite anschließend dieses Arbeitsblatt. Schneide die dargestellten fünf Phasen aus und
klebe sie in der richtigen Reihenfolge in dein Heft. Ergänze die fehlenden Schemazeichnungen und die fehlenden Kurzbeschreibungen (Chromosomen der Mutter dünner/rot und des
Vaters dicker/schwarz). Markiere im Text die Abschnitte, die zur Kernteilung (= Mitose) gehören, indem du sie farbig unterstreichst.
Schemazeichnung
mit zwei Paar homologen Chromosomen
Kurzbeschreibung des Zellzyklus in ganzen Sätzen
________________________________
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________________________________
________________________________
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________________________________
________________________________
Die DNA ist entpackt und die Zelle betreibt intensiven Stoffwechsel und Proteinsynthese. In dieser
Phase wächst die Zelle und es findet die Replikation der DNA statt (aus Ein- werden ZweiChromatid-Chromosomen).  Interphase
________________________________
________________________________
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________________________________
________________________________
vereinfachter Ablauf der Mitose, Zellzyklus – Arbeitsblatt (Lösung)
Vereinfachter Ablauf des Zellzyklus einer Körperzelle
Schemazeichnung
mit zwei Paar homologer Chromosomen
Kurzbeschreibung des Zellzyklus in ganzen Sätzen
Die DNA ist entpackt und die Zelle betreibt intensiven Stoffwechsel und Proteinsynthese. In
dieser Phase wächst die Zelle und es findet die
Replikation der DNA statt (aus Ein- werden
Zwei-Chromatid-Chromosomen).  Interphase
Die Kernmembran löst sich auf und die DNA wird
verpackt. Dabei werden die Chromosomen im
Lichtmikroskop sichtbar und der Spindelapparat
bildet sich.
Die Chromosomen (Zwei-ChromatidChromosomen) sind in einer Ebene in der Mitte
der Zelle angeordnet und über die Spindelfasern
mit den Polen verbunden.
Die Zwei-Chromatid-Chromosomen werden getrennt. Die identischen Chromatiden werden
durch die Fasern des Spindelapparates zu den
Polen gezogen.
Es bilden sich Kernmembranen und die Zellen
werden getrennt. Die Spindelfasern bilden sich
zurück und die DNA wird wieder entpackt
(Chromosomen sind nicht mehr erkennbar).
 Ergebnis zwei Zellen mit gleicher Erbinformation.
43
vereinfachter Ablauf der Meiose – Lehrerinformation
44
Bildung von Keimzellen
vereinfachter Ablauf der Meiose
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Bildung vom Keimzellen: vereinfachter Ablauf Meiose, biologische Bedeutung
Basiskonzepte:
Reproduktion; Variabilität und Angepasstheit
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
1.5, 3.1
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
11
Kommunikation
4
Bewertung
Zellkern als Speicherort der Erbinformation (DNA), Karyogramm eines
Menschen, Beschreibung der Mitose,
und Diagrammen, kurze und präzise Darstellung eines Sachverhalts mit
Fachsprache
Klassensatz Aufgabenblatt, Chromosomenmodelle für Tafel
Bearbeitung des Materials: 1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Ablauf der Meiose.
F 1.5 wechseln zwischen den Systemebenen,
F 3.1 erläutern die Bedeutung der Zellteilung,
E 11 beschreiben die Speicherung und Weitergabe genetischer Information auch unter Anwendung geeigneter Modelle,
K 4 werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen zielgerichtet aus.
Arbeitsblatt (Meiose_AB), Anleitung Chromosomenmodell für Tafel (Kary_MA2)
Nachdem die Schülerinnen und Schüler das Thema „Mitose" bereits behandelt haben, wird in Einzel-/Gruppenarbeit selbständig mithilfe des Arbeitsblatts der Ablauf der Meiose erarbeitet.
Zur Sicherung der Schülerergebnisse wird mithilfe des Chromosomenmodells an der Tafel der Ablauf der Meiose noch einmal dargestellt.
Crossing over und genaue Einzelheiten werden bewusst ausgelassen, da
diese Einzelheiten in der Jgst. 11 im Lehrplanpunkt B 11.2 „Zytogenetik“
besprochen werden.
vereinfachter Ablauf der Meiose – Arbeitsblatt
45
Bildung von Keimzellen: vereinfachter Ablauf der Meiose
In den folgenden zwei Diagrammen sind die relative DNA-Gesamtmenge und die Chromosomenanzahl für zwei aufeinander folgende Zellteilungen bei menschlichen Körperzellen und
während der Bildung von vier Spermien aus einer Urkeimzelle in den Hoden dargestellt.
4
46
2
Chromosomenanzahl
einer Zelle
relative DNA- Gesamtmenge einer Zelle
Körperzelle
Zeit
Interphase
Interphase
Mitose
Interphase
Zellzyklus
Mitose
Körperzelle
Tochterzellen
4
2
46
1
23
Chromosomenanzahl
einer Zelle
relative DNA- Gesamtmenge einer Zelle
Männliche Urkeimzelle
Zeit
Interphase
Urkeimzelle
Meiose
Tochterzellen
Zellzyklus
Spermien
a) Beschreibe zur Wiederholung die wichtigsten Schritte des Zellzyklus einer Körperzelle.
Vergleiche anschließend das Diagramm zur Teilung von Körperzellen mit dem Diagramm
der Spermienbildung.
46
vereinfachter Ablauf der Meiose – Arbeitsblatt
b) In der folgenden Filmleiste wird die Bildung von vier Spermien aus einer Urkeimzelle in
den Hoden des Mannes für zwei homologe Chromosomenpaare dargestellt. Die mütterlichen Chromosomen sind rot/dünner und die väterlichen Chromosomen sind
schwarz/dicker dargestellt.
Vervollständige die Bilder 2 bis 5 der Filmleiste, indem du die fehlenden Chromosomen,
die Spindelfasern und die Kernmembran - wo nötig - einzeichnest.
Beschreibe anschließend die wichtigsten Schritte der Keimzellenbildung.
vereinfachter Ablauf der Meiose – Arbeitsblatt (Lösung)
47
Bildung von Keimzellen: vereinfachter Ablauf der Meiose
a)
Beschreibung der Teilung von Körperzellen (z. B. als Fließdiagramm)
Chromosomen werden vom Spindelapparat in einer Ebene angeordnet  Chromatiden der
Chromosomen werden getrennt und wandern zu den Polen.  Es bilden sich neue Zellkerne
(Ende der Mitose = Kernteilung)  Die Zelle teilt sich in zwei identische Tochterzellen.
Gemeinsamkeiten
Während der Interphase wird die DNA verdoppelt (Replikation), d. h. aus Ein-ChromatidChromosomen werden Zwei-Chromatid-Chromosomen.
Aus einer Zelle bilden sich vier Zellen (im Prinzip zwei Teilungsschritte).
Während der Mitose wird die DNA-Menge pro Zelle ebenso halbiert, wie im ersten und
zweiten Schritt der Meiose. (Dabei bleibt im zweiten Schritt der Meiose auch die Chromosomenzahl konstant (Chromatidentrennung, im Prinzip Mitose).)
Unterschiede
Während der Mitose wird die DNA-Menge pro Zelle halbiert, die Chromosomenanzahl
bleibt aber konstant bei 46 (Trennung der Chromatiden).
Während der Keimzellenbildung wird im ersten Schritt die DNA-Menge pro Zelle halbiert
und dabei halbiert sich ebenso die Chromosomenanzahl auf 23 (Trennung von (homologen) Chromosomen).
Bei der Keimzellenbildung werden vier nicht identische Spermien gebildet.
Nach zwei Zellteilungen sind aus einer Körperzelle vier identische Tochterzellen entstanden.
b)
Beschreibung der Keimzellenbildung
Die Keimzellenbildung erfolgt in zwei Schritten:
Schritt 1:
Die homologen Chromosomen werden vom Spindelapparat in einer Ebene paarweise angeordnet.  Die homologen Chromosomen werden getrennt und wandern zu den Polen.  Es
bilden sich neue Zellkerne.  Die Zelle teilt sich.
Schritt 2:
Chromosomen werden vom Spindelapparat in einer Ebene angeordnet.  Chromatiden der
Chromosomen werden getrennt und wandern zu den Polen.  Es bilden sich neue Zellkern.
 Die Zellen teilen sich. Es entstehen vier nicht identische Spermien.
Neukombination des Erbmaterials – Lehrerinformation
48
Bedeutung der Meiose
Neukombination des Erbmaterials
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Bedeutung der Meiose
2.6, 3.1,
Fachwissen (F)
3.3, 3.7
Basiskonzept:
Reproduktion, Variabilität und Angepasstheit
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
9
Kommunikation (K)
Bewertung (B)
Zellkern als Speicherort der Erbinformation (DNA), homologe Chromosomen, Geschlechtschromosomen, Karyogramm eines Menschen, Ablauf
der Meiose, Potenzrechnen (Jgst. 8), Evolutionstheorie (Selektion),
Klassensatz Chromosomenstrohhalmmodelle
Folie mit Arbeitsauftrag oder Klassensatz Arbeitsblatt, Folie mit Lösung
Bearbeitung des Materials: 1 Stunde; Vorbereitung (nur beim ersten Mal):
30 Minuten
Die Schülerinnen und Schüler ermitteln das Prinzip der Rekombination
während der Meiose und der anschließenden Befruchtung mithilfe eines
Modells. Sie erschließen die Bedeutung der Meiose für die genetische
Variabilität.
F 3.1 erklären die Bedeutung der Zellteilung für Wachstum, Fortpflanzung
und Vermehrung,
F 3.7 erklären die Variabilität von Lebewesen,
E 9 wenden Modelle zur Veranschaulichung von Struktur und Funktion an
auch unter Anwendung geeigneter Modelle.
Anleitung zum Strohhalmmodell (Meiose_MA), Arbeitsblatt oder Folienvorlage (Meiose_Rekomb_MA)
Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit den Modellen und halten die
Ergebnisse im Heft oder auf dem Arbeitsblatt fest. Eine Musterlösung
kann als Folie projiziert werden.
Neukombination des Erbmaterials – Arbeitsblatt
49
Meiose: Neukombination des Erbmaterials
1.1 Entnimm die Chromosomen aus der Dose (= dem Zellkern); jeder Strohhalm stellt ein
Zwei-Chromatid-Chromosom dar. Entscheide, ob deine Filmdose einen männlichen oder
weiblichen Chromosomensatz enthält.
1.2 Stelle die Keimzellenbildung mit den Modell-Chromosmen nach.
2.1 Ermittle jetzt die Anzahl möglicher Chromosomenkombinationen einer Geschlechtszelle
und skizziere mit Buntstiften nur drei Möglichkeiten.
Kombination1
Kombination 2
Kombination 3
Ergebnis:
Es gibt _____ Kombinationen für diese „Filmdosenkeimzellen“; mathematisch kann dies
durch die Formel A = 2n ausgedrückt werden. (A= Anzahl der Kombinationen; 2 = diploider Chromosomensatz; n = Anzahl der Chromosomenpaare)
Stimmt das Ergebnis mit deiner Lösung überein?
2.2 Berechne mit dem Taschenrechner A für eine menschliche Keimzelle (Erinnerung: der
Mensch besitzt 46 Chromosomen): ___________
2.3 Bildet Zweiergruppen: Suche dir hierfür als Spermium eine Eizelle, als Eizelle benötigst
du ein Spermium. Wählt jeweils eine Kombination eurer Chromosomen aus und fügt sie
zusammen (Der Fachbegriff dafür lautet: ______________________ ).
Überlegt euch, wie viele verschiedene Chromosomenkombinationen euer „Filmdosennachwuchs“ haben könnte.
Berechnet die möglichen Chromosomenkombinationen beim Menschen: _________
Neukombination des Erbmaterials – Arbeitsblatt (Lösung)
50
Meiose: Neukombination des Erbmaterials
2.1
Z. B.:
Möglichkeit 1
Möglichkeit 2
Insgesamt gibt es 16 Möglichkeiten
2.2 Menschliche Keimzelle: 223 = 8.388.608
2.3 Fachbegriff: Befruchtung,
„Filmdosennachwuchs“:16 x 16 = 256,
mögliche Chromosomenkombinationen beim Menschen:
8.388.608 x 8.388.608 = 7,04 x 1013
Möglichkeit 3
Neukombination des Erbmaterials – Chromosomenmodelle
51
Chromosomenmodelle aus Knickstrohhalmen
Material
Packung bunte Knickstrohhalme, Klassensatz Filmdosen (bekommt man erfahrungsgemäß
trotz Digitalphotographie in Drogeriemärkten und Photogeschäften i. d. R. noch in ausreichender Menge geschenkt), (evtl. Magnetfolie; zu beziehen im Büromaterialenbedarf)
Abb. 1: Arbeitsmaterialien
Abb. 2: zwei Chromosomensätze
Vorbereitung (z. B. Vertretungsstunde)
Chromosomenmodelle für eine Filmdose (diploider Chromosomensatz mit drei Autosomenpaaren und den Gonosomen):
Von den langen Enden zweier verschieden farbiger Knickstrohhalme werden je drei Stücke
unterschiedlicher Länge abgeschnitten (z. B. 5 cm, 4 cm, 3 cm). Zudem werden zwei gleich
lange Stücke, die die Knickstellen enthalten, zugeschnitten (weiblicher Chromosomensatz).
Zur Herstellung eines männlichen Chromosomensatzes wird eines der Stücke mit Knick gekürzt.
Erklärung des Modells
Dieses Modell dient zur Veranschaulichung der Vorgänge bei der Meiose auf der chromosomalen Ebene (Rekombination, Reduktionsteilung). Dabei stellt die Filmdose den Zellkern
dar, in dem sich die Chromosomen befinden. Jedes Stück Strohhalm stellt ein 2-ChromatidChromosom dar, welches jeweils diploid (verschiedene Farben) vorhanden ist. Verschiedene
Autosomen werden durch unterschiedlich lange Strohhalmstücke symbolisiert. Die Gonosomen lassen sich durch Strohhalmstücke, die den Abschnitt zum Knicken enthalten, darstellen, wobei das Y-Chromosom kürzer als das X-Chromosom ist.
Modellkritik
Mit diesem Modell können nur Vorgänge während der Reduktionsteilung der Meiose dargestellt werden, da es keine Trennung der Chromatiden zeigen kann. Soll die Mitose oder die
Äquationsteilung dargestellt werden, muss das Modell erweitert werden.
Erweitertes Modell
Es wird jeweils die doppelte Anzahl an Strohhalmstücken wie oben beschrieben vorbereitet.
Auf die Strohhalmstücke werden ca. 5 x 10 mm große Stücke Magnetfolie (= Zentromer)
geklebt bzw. durch Umwickeln mit Klebeband auf ihnen fixiert. Zwei gleiche Strohhalmstücke
werden mit den Magnetfolien zu einem trennbaren 2-Chromatid-Chromosom zusammengefügt. Da diese mehr Platz benötigen, werden sie statt in einer Filmdose z. B. in einem wiederverschließbaren Gefrierbeutel aufbewahrt.
Alternativ können auch Chromosomen aus Chenille-Draht (im Bastelbedarf erhältlich) verwendet werden. Diese können durch einfaches Verdrillen 2-Chromatid-Chromosomen darstellen.
Die biologische Bedeutung der Meiose – Lehrerinformation
52
Die biologische Bedeutung der Meiose
Bezug zum Lehrplan
Bedeutung der Meiose
Regelstandards zu den Kompetenzbereichen (s. KMKBildungsstandards im Fach Biologie; Mittlerer
Schulabschluss vom 16.12.2004)
Fachwissen
1.5, 2.6, 3.3, 3.6, 3.7
Erkenntnisgewinnung
Basiskonzept: Reproduktion;
Variabilität und Angepasstheit; Entwicklung der Arten
Kommunikation
Bewertung
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ablauf der Meiose, Rekombination des Erbmaterials bei der Meiose,
Grundlagen zur Evolution aus der Jgst. 8 (B 8.3)
Arbeitsblatt
Ziele des
Bausteins
Die Schülerinnen und Schüler erschließen die Bedeutung der Meiose für
die genetische Variabilität und die unterschiedlichen Merkmalsausprägungen aller Individuen einer Art (Wdh. Jgst. 8: Evolution).
F 1.5 wechseln zwischen den Systemebenen,
F 2.6 beschreiben und erklären die Angepasstheit ausgewählter Organismen an die Umwelt,
F 3.3 beschreiben verschiedene Formen der Fortpflanzung,
F 3.6 beschreiben und erklären Verlauf und Ursachen der Evolution an
ausgewählten Lebewesen,
F 3.7 erklären die Variabilität von Lebewesen.
Arbeitsblatt (Meiose_Evol_MA )
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
Bearbeitung des Materials: 30-45 Minuten
Das Arbeitsblatt bietet zwei Varianten, die biologische Bedeutung der
Meise an konkreten Beispielen aufzugreifen. Durch den Wechsel von der
cytogenetischen Systemebene zur evolutiven Ebene wird die Bedeutung
der Rekombination in der Evolution deutlich (vgl. Lehrplan B 8.3).
Die Beispielaufgabe „Sensation: „Ballies aus der Antarktis!““ ist relativ
offen gestellt. Sie greift neben der geschlechtlichen auch die ungeschlechtliche Fortpflanzung auf.
Der Lückentext „Welche Vorteile hat die geschlechtliche Fortpflanzung?“
fasst die Aspekte zur geschlechtlichen Fortpflanzung noch einmal zusammen. Er kann beispielsweise auch als Hausaufgabe bearbeitet werden.
Eine Vertiefung des Themas findet in der Jgst. 12 im Bereich Evolution
statt (vgl. Lehrplan B 12.1).
Die biologische Bedeutung der Meiose – Arbeitsblatt
53
Biologische Bedeutung der Meiose
Sensation: „Ballies aus der Antarktis!“
In zwei weit voneinander entfernten Tälern in der von Schnee bedeckten Antarktis entdeckten Forscher eine neue Tierart, die sogenannten „Ballies“. Sie bewegen sich im Schnee rollend bzw. hüpfend fort und ernähren sich von im Schnee lebenden Algen. Die zwei „BalliePopulationen“ unterscheiden sich sehr in ihrer Lebensart.
Die unten links dargestellten „Ballies“ leben als scheue Einzelgänger und pflanzen sich durch
ungeschlechtliche Zweiteilung fort (Population 1).
Die unten rechts dargestellten geselligen „Ballies“ bilden Pärchen, welche sich sexuell fortpflanzen und ihre Jungen bis zur Geschlechtsreife beschützen. Sie bringen ihre Jungen lebend zur Welt. Die Männchen und Weibchen können bis jetzt nur aufgrund ihrer unterschiedlichen Quieck-Geräusche unterschieden werden (Population 2).
Die natürlichen Feinde der gleichwarmen „Ballies“ sind der Schneefuchs und der Antarktisfalke.
Die meisten „Ballies“ haben eine glatte Haut und sind weiß gefärbt. Doch es wurden in
beiden Populationen besondere „Ballies“ entdeckt, wie z. B. ein Ballie mit grauer Hautfarbe
in der links dargestellten Population und z. B. graue Ballie mit Haaren (Fellansatz) oder ein
Ballie mit dreieckigem Riechorgan in der rechts dargestellten Population.
a) Erkläre, wie diese beiden oben beschriebenen besonderen „Ballies“ in den beiden sich
unterschiedlich fortpflanzenden Populationen entstehen konnten.
b) Begründe basierend auf dem Evolutionsgedanken, wie diese besonderen „Ballies“ die
Zusammensetzung der beiden Populationen zukünftig beeinflussen könnten.
Die biologische Bedeutung der Meiose – Arbeitsblatt
54
Welche Vorteile hat die geschlechtliche Fortpflanzung?
Eltern:
Zwei Gene mit Informationen
zur Ausbildung der
- Fellfarbe
- Haarlänge
Merkmalskombinationen:
Fellfarbe _________
Haare ___________
Fellfarbe ________
Haare __________
Nachkommen:
Fellfarbe:
________
________
________
________
Haarlänge:
________
________
________
________
Bei den Nachkommen werden die Gene durchmischt:
_________________________________
Worin liegen nun die Vorteile?
Abb. 1: zwei verschiedene mögliche Lebensräume der Nachkommen1
Folge:
Im Kampf ums Dasein (struggle for life) besitzen die am ___________
angepassten ________________________ die _______________
Überlebenschancen und pflanzen sich ______________ (survival of
the fittest).
Auslese durch die ___________________=__________________
Bestimmte Gen-Kombinationen setzen sich __________________
und werden daher ______________vererbt.
Die biologische Bedeutung der Meiose – Arbeitsblatt (Lösung)
55
Biologische Bedeutung der Meiose
Sensation: „Ballies aus der Antarktis!“
a)
Mutation: Veränderung der DNA
vermutlich Mutation (Riechorgan) und
Neukombination von Erbmaterial in der
sexuellen Fortpflanzung (hellgraue Farbe)
Genetische Variabilität kann entstehen durch zufällige Verteilung von Genen/Chromosomen während der Keimzellenbildung (Meiose), Wahl eines Partners mit neuem Merkmals-/Genmix (sexuelle Fortpflanzung) oder durch Mutationen (z. B. ausgelöst
durch Fehler bei der Replikation, durch UV- oder radioaktive Strahlung).
b)
(Die Diskussion bietet sehr viele Freiräume. Von den Schülerinnen und Schülern können
zahlreiche Variationen genannt werden. Im Folgenden werden mögliche Beispiele gelistet.)
Population 1:
Graue „Ballies“ sind im Schnee schlechter getarnt.  Sie werden häufiger von Fressfeinden
erbeutet (Selektion; Selektionsfaktor: Fressfeind).  Sie pflanzen sich nicht so häufig fort. 
Sie machen nur einen geringen Anteil in der Population aus, weil die graue Farbe eine
schlechtere Anpassung an den Lebensraum darstellt.
(Unter Berücksichtigung des Klimawandels könnte eine umgekehrte Argumentation diskutiert
werden: schneefreie Bereiche nehmen zu, eventuell dann bessere Tarnung.)
Population 2:
Die behaarten „Ballies“
kommen besser mit der Kälte zurecht (Selektion; Selektionsfaktor: Kälte, Klima)  Sie
pflanzen sich häufiger fort und geben dieses begünstigte Merkmal weiter.  Höherer Anteil in der Population, weil das Fell eine bessere Anpassung an den Lebensraum Antarktis
darstellt.
„Ballies“ mit dreieckigem Riechorgan
können evtl. Fressfeinde besser wahrnehmen (Selektion, Selektionsfaktor: Fressfeind). 
Sie pflanzen sich häufiger fort.  Höherer Anteil in der Population, weil das neu gebildete
Riechorgan eine bessere Anpassung an die Lebensweise darstellt.
„Ballies“ mit grauer oder weißer Fellfarbe
s. o.
Die biologische Bedeutung der Meiose – Arbeitsblatt (Lösung)
56
Welche Vorteile hat die geschlechtliche Fortpflanzung?
Eltern:
Zwei Gene mit Informationen
zur Ausbildung der
- Fellfarbe
- Haarlänge
Merkmalskombinationen:
Fellfarbe dunkel
Haare lang
Fellfarbe hell
Haare kurz
Nachkommen:
Fellfarbe:
Haarlänge:
dunkel
dunkel
hell
hell
lang
kurz
lang
kurz
Bei den Nachkommen werden die Gene durchmischt: Rekombination der Gene ( Vielfalt
der Merkmalskombinationen)
Worin liegen nun die Vorteile?
Abb. 1: zwei verschiedene mögliche Lebensräume der Nachkommen1
Folge:
Im Kampf ums Dasein (struggle for life) besitzen die am besten angepassten Nachkommen die größten Überlebenschancen und pflanzen
sich häufiger fort (survival of the fittest).
Auslese durch die Natur = Selektion
Bestimmte Gen-Kombinationen setzen sich öfter durch und
werden daher häufiger vererbt.
Zusammenfassung Karyogramm, Mitose, Meiose – Lehrerinformation
57
Zusammenfassung Karyogramm, Mitose, Meiose
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Karyogramm eines Menschen, Wachstum: vereinfachter Ablauf der Mitose, Bildung von Keimzellen: vereinfachter Ablauf der Meiose
Fachwissen (F)
3.1
11
Kommunikation (K)
1
Basiskonzept:
Struktur und Funktion, Reproduktion
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
Bewertung (B)
Karyogramm, Mitose, Meiose
Klassensatz Arbeitsblatt
Kärtchenvorlage zum Laminieren und Ausschneiden für Gruppenarbeit
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler wiederholen und festigen ihre in den vorhergehenden Stunden erworbenen Kenntnisse über Karyogramme, Mitose und Meiose.
Die Schülerinnen und Schüler …
F 3.1 erläutern die Bedeutung der Zellteilung für Wachstum, Fortpflanzung
und Vermehrung,
K 1 kommunizieren und argumentieren in verschiedenen Sozialformen.
Kärtchenvorlage (KaryMiMei_MA), Arbeitsblatt (KaryMiMei_AB)
Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten in Gruppenarbeit (z. B. in der
Gruppenarbeitsform „wachsende Gruppe“, s. Methoden) ein Textpuzzle
aus laminierten Begriffskärtchen. Dabei wiederholen sie die neu erworbenen fachlichen Kenntnisse der letzten Stunden und üben sich im Formulieren fachsprachlich und inhaltlich korrekter Texte mit vorgegebenen
Fachbegriffen. Die erstellten Sätze werden im Anschluss an die Gruppenarbeitsphase im Klassenplenum vorgestellt und gegebenenfalls verbessert. Als Hausaufgabe werden Fragen mit den Begriffen formuliert, die in
der Rechenschaftsablage der darauf folgenden Stunde verwendet werden
können.
Zusammenfassung Karyogramm, Mitose, Meiose – Arbeitsblatt
58
Textpuzzle „Karyogramm, Mitose und Meiose“
1. Legt mit jeweils mindestens zwei der ausgeteilten Begriffskärtchen in Gruppenarbeit die
Gerüste von vier fachlich richtigen Sätzen.
2. Formuliert daraus anschließend vier fachlich und sprachlich richtige Sätze. Verben, Artikel
usw. müssen gegebenenfalls ergänzt werden.
3. Schreibt die fertigen Sätze in eure Hefte.
Hausaufgabe
Formuliere mit den unten abgedruckten Begriffen vier Fragen, die deine Mitschülerinnen und
Mitschüler in der nächsten Stunde beantworten sollen.
Begriffe:
der Mensch
Meiose
Halbierung des Chromosomensatzes
in jeder Körperzelle
Gonosomen
genetisch unterschiedliche Tochterzellen
23 Chromosomen
Mitose
= 2n
ihre Form
zwei X-Chromosomen
Männer
doppelter Chromosomensatz
die zwei Hälften (Chromatiden) eines Zwei-Chromatid-Chromosoms
Trennung der homologen Chromosomen
Autosomen
ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom
2 homologe Chromosomen
genetisch identisch (gleiche Erbinformation)
im Karyogramm
Trennung der Chromatiden
Geschlechtszellen
am Zentromer miteinander verbunden
Frauen
Chromosomen einer Zelle geordnet nach ihrer Größe
einfacher Chromosomensatz
in den Eizellen und den Spermienzellen
von jedem homologen Chromosomenpaar
=n
46 Chromosomen
stammt eines vom Vater, eines von der Mutter
Geschlechtschromosomen
genetisch identische Tochterzellen
Neukombination von Chromosomen
Zusammenfassung Karyogramm, Mitose, Meiose – Vorlage
59
Kärtchenvorlage zum Laminieren und Ausschneiden
der Mensch
Halbierung des Chromosomensatzes
= 2n
genetisch unterschiedliche Tochterzellen
Meiose
Trennung der homologen Chromosomen
Gonosomen
die zwei Hälften (Chromatiden) eines
Zwei-Chromatid-Chromosoms
=n
ihre Form
ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom
23 Chromosomen
einfacher Chromosomensatz
Frauen
doppelter Chromosomensatz
im Karyogramm
Geschlechtszellen
Trennung der Chromatiden
46 Chromosomen
Männer
genetisch identisch (gleiche Erbinformation)
Mitose
stammt eines vom Vater, eines von der Mutter
Autosomen
Neukombination von Chromosomen
zwei X-Chromosomen
Chromosomen einer Zelle geordnet nach ihrer
Größe
in jeder Körperzelle
am Zentromer miteinander verbunden
in den Eizellen und den Spermienzellen
von jedem homologen Chromosomenpaar
genetisch identische Tochterzellen
Geschlechtschromosomen
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel – Lehrerinformation
60
Meiosefehler
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Meiosefehler, z. B. Down-Syndrom
Basiskonzept:
Organisationsebene, Fortpflanzung
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
3.7
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
11
Kommunikation
10
Bewertung
Auswertung eines Karyogramms, Vorgänge in der Meiose
Klassensatz Arbeitsblatt
20 Minuten
Die Schülerinnen und Schüler üben anhand von Zeichnungen erneut die
Verteilungsvorgänge während der Meiose und ermitteln Möglichkeiten, die
zu fehlerhaften Keimzellen führen.
F 3.7 erklären die Variabilität von Lebewesen,
K 10 wenden idealtypische Darstellungen, Schemazeichnungen, Diagramme und Symbolsprache auf komplexe Sachverhalte an.
Arbeitsblatt (Meiosefehler_AB)
Zu Beginn der Stunde werden Kenntnisse aus der vorangegangenen
Stunde wiederholt, dies dient zur Festigung bzw. zur Sicherung des
Kenntnisstandes, bevor die Abweichung näher betrachtet wird.
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel – Arbeitsblatt
a) Leite aus dem Karyogramm alle Informationen
über die betreffende Person ab.
b) Wiederhole in Abbildung 1 die Vorgänge während der Meiose.
c) Skizziere in Abbildung 2 zwei Möglichkeiten,
wie es zu einer Keimzelle kommen kann, aus
der sich nach der Verschmelzung mit einer
normalen Keimzelle ein Individuum mit diesem
Karyogramm entwickelt.
d) Markiere jeweils die Keimzelle, die im Falle
einer Befruchtung die Unregelmäßigkeit auslösen würde.
Meiosevorgänge mit 2 Chromosomenpaaren
Chromosom 1:
, Chromosom 21:
Abb. 1: Keimzellen
Abb. 2: Möglichkeiten der Fehlverteilung
61
62
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel – Arbeitsblatt (Lösung)
a) Leite aus dem Karyogramm alle Informationen über die betreffende Person ab:
menschliches Karyogramm
weiblich
Chromosom 21 kommt dreimal vor
Meiosevorgänge mit 2 Chromosomenpaaren
Chromosom 1:
, Chromosom 21:
Abb. 1: Keimzellen
Auslöser der Trisomie
Abb. 2: Möglichkeiten der Fehlverteilung
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel (Texte) – Lehrerinformation
63
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel (Texte)
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Meiosefehler, z. B. Down-Syndrom; soziale und ethische Aspekte
Basiskonzept:
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
4, 7
Bewertung
1
Umgang mit Texten
Klassensatz Texte (aufgeteilt auf zwei Gruppen)
1 Stunde
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen verschiedene Texte, betrachten
die Sichtweisen der Autoren und hinterfragen deren Aussagen kritisch.
Sie erstellen selbst einen Text, der wertfrei informieren soll.
K 4 werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen zielgerichtet aus,
K 7 referieren zu gesellschafts- oder alltagsrelevanten biologischen Themen,
B 1 unterscheiden zwischen beschreibenden und wertenden Aussagen.
Texte (Meiosefehler_Down_MA)
Paarweise erhalten die Schülerinnen und Schüler beide Textblätter. Eine/einer bearbeitet Text 1 und 2, die/der andere Text 3 und 4. Nach ca.
10 Minuten Lesezeit stellen sie sich die Krankheit gegenseitig vor. Es
werden Widersprüche aufgedeckt und diskutiert. Gemeinsam wird ein
möglichst wertfreier Text erstellt. Diese Texte müssen nicht mehr in einem
größeren Rahmen diskutiert werden. Der Kontakt mit Selbsthilfegruppen
in der Umgebung könnte den Schülerinnen und Schülern jenseits der
Theorie eine eigene Einschätzung ermöglichen.
Linktipp für Kontakte: www.down-syndrom-netzwerk.de
64
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel (Texte) – Arbeitsblatt
Text 1
„Mongolismus (mit Bezug auf die mongolenähnliche Kopf- und Gesichtsbildung), DownSyndrom, Langdon-Down-Krankheit; auf einer Genommutation, Trisomie, d. h. dreifaches
Vorhandensein des Chromosoms 21 beruhende Form des Schwachsinns mit der angeborenen
Neigung zur Fehlentwicklung zahlreicher Organe und Gewebe. U. a. Kurzköpfigkeit mit abgeflachtem Hinterkopf, Schlitzaugen mit nach unten und innen gerichteter schräger Lidspalte,
Schielen, vergrößerter Zunge, Heiserkeit, Schlaffheit der Muskulatur, verzögerte Entwicklung, verminderte Infektabwehr. Eine Heilung des Mongolismus ist nicht möglich.“1
Text 2
„Down-Syndrom, benannt nach dem Londoner Arzt J.L.H. Down, Mongolismus, Trisomie
21, genetisch bedingte Erkrankung durch chromosomale Störung, wobei das Chromosom 21
dreifach nachweisbar ist. Folge ist eine Fehlentwicklung des Organismus, die sich in Minderwuchs, schräger Augenstellung mit Epikanthus („Mongolenfalte“), breiter Nasenwurzel, tief
sitzenden Ohren, vergrößerter Zunge, Muskelschwäche, Unterentwicklung von Kiefer und
Zähnen, Debilität u. a. manifestiert. Hinzu kommen häufig Missbildungen innerer Organe,
wie z. B. Herz und Darm. Auf ca. 600 Geburten kommt eine Geburt mit Down-Syndrom. Die
geistige Entwicklung bleibt meist auf der Stufe eines 6-7 Jährigen. 75 % sterben vor Eintritt
der Pubertät, 90 % vor dem 25. Lebensjahr. Das Risiko, ein Kind mit Down-Syndrom zu gebären, ist bei älteren Müttern größer. Manchmal ist eine familiäre Häufung zu beobachten.“2
Lies sorgfältig beide Texte über die Trisomie 21.
Berichte deiner Partnerin / deinem Partner, was du über die Krankheit erfahren hast.
Kennzeichnet anschließend gemeinsam wertende und beschreibende Aussagen in den
vier Texten.
Schreibt einen kurzen, möglichst wertfreien Text, in dem ihr die Krankheit vorstellt.
1
Mayers Großes Taschenlexikon, Band 14, Taschenbuchverlag Mannheim/Wien/Zürich 3/1996,
S. 357
2
Herder-Lexikon der Biologie, Band 3, Spektrum Akademischer Verlag 1994, S. 20
Fehler in der Meiose - des Guten zuviel (Texte) – Arbeitsblatt
65
Text 3
„Ich heiße Ann Margaret Forts und habe kein „Down“-Syndrom. Eigentlich bin ich nämlich
ein „Up“-Syndrom Typ und ich liebe mein Leben: Ich habe eine Menge Freunde und es gibt
die verschiedensten Dinge, die ich tue oder tun möchte. Manche Sachen kann ich sehr gut,
während ich mich bei anderen etwas schwerer tue. Aber egal, das wichtigste ist, dass ich mein
Bestes gebe und das mag, was ich tue. Manchmal wünschte ich mir, der Name des Arztes, der
das Down-Syndrom entdeckt hat, hätte „Dr. Up“ statt „Dr. Down“ gelautet. Dann hätten manche Leute weniger Vorurteile, wenn sie uns begegnen. Manchmal treffe ich Menschen, die
mich sehr unglücklich machen, weil sie denken, dass sie alles über mich wissen und mir keine
Chance geben. Es ist ein gutes Gefühl, solchen Leuten zu beweisen, dass sie sich geirrt haben.
Ich glaube einfach nicht, dass mir jemand sagen kann, welche Fähigkeiten ich habe, was ich
kann und was nicht, besonders, wenn man mir nicht einmal die Chance gibt, es zu versuchen.
Versucht nicht, unserem Können Grenzen zu setzen, weil ich euch garantieren kann, dass ihr
euch irrt und wir euch mit unseren Fähigkeiten noch in Erstaunen setzen werden.“3
Text 4
„Das Down-Syndrom kommt bei Jungen und Mädchen gleich häufig vor. Es ist eine der verbreitetsten Behinderungen, die in allen Rassen, Volksgruppen, Schichten und Nationalitäten
auftritt. Trotz vieler Versuche gelang es bis heute nicht, einen Grund dafür zu finden. Es kann
absolut jedem passieren, ein Kind mit Down-Syndrom zu bekommen. Die Chromosomen und
die darin gespeicherte Erbinformation spielen eine große Rolle für die Merkmale ihres Kindes. Das zusätzliche Chromosom wird daher das Leben ihres Kindes entscheidend beeinflussen. Das Aussehen wird in gewisser Weise „typisch“ sein, es kann einige besondere Krankheiten haben und es wird wahrscheinlich zu einem gewissen, meist geringen Grad geistig behindert sein. Intelligenz allerdings ist eine sehr individuelle (und schwer messbare) Eigenschaft!
Ihr Kind ist in erster Linie ein Individuum. Es hat eine eigene Persönlichkeit, eigene Talente
und eigene Gedanken. Und wie bei jedem Menschen gibt es nur sehr wenig, was nicht durch
das Umfeld beeinflusst werden kann. Die Schwere der geistigen Behinderung ist von erstaunlicher Bandbreite – und außer in Ausnahmefällen nicht so gravierend, wie heute noch vielfach
behauptet wird. Ihr Baby kann in jedem Fall etwas lernen. Das Wichtigste dabei: Sowohl die
soziale als auch die intellektuelle Intelligenz eines Kindes mit Down-Syndrom entfaltet sich
am besten innerhalb einer verständnisvollen, unterstützenden Familie.“4
Lies sorgfältig beide Texte über die Trisomie 21.
Berichte deiner Partnerin / deinem Partner, was du über die Krankheit erfahren hast.
Kennzeichnet anschließend gemeinsam wertende und beschreibende Aussagen in den
vier Texten.
Schreibt einen kurzen, möglichst wertfreien Text, in dem ihr die Krankheit vorstellt.
3
4
Babys mit Down-Syndrom, Edition 21 1995, S. 7 f.
Babys mit Down-Syndrom, gekürzt, Edition 21 1995, S. 14 ff.
Pränatale Diagnostik (I) – Lehrerinformation
66
Pränatale Diagnostik (I)
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: pränatale Diagnostik
Basiskonzept:
Fortpflanzung
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
3.8
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
4, 7
Bewertung
2, 3
Umgang mit dem Internet, Erstellung vergleichender Kriterien, Präsentationsformen
Aufgabenblatt mit Internetlinks (muss von der Lehrkraft erstellt werden)
1-2 Stunden
Die Schülerinnen und Schüler recherchieren verschiedene Methoden der
pränatalen Diagnostik und wägen Chancen und Risiken gegeneinander
ab. Sie erstellen und präsentieren eine vergleichende Betrachtung nach
selbst gewählten Kriterien.
F 3.8 kennen und erörtern die Eingriffe des Menschen in die Natur und
Kriterien für solche Entscheidungen,
K 4 werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen zielgerichtet aus und verarbeiten diese auch mithilfe verschiedener Techniken und Methoden adressatengerecht,
B 2 beurteilen verschiedene Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwortung,
B 3 beschreiben und beurteilen Erkenntnisse und Methoden in ausgewählten aktuellen Bezügen aus der Medizin unter Berücksichtigung gesellschaftlich verhandelbarer Werte.
Die unten angegebenen Links bieten zum Zeitpunkt der Erstellung dieser
Materialien einen sinnvollen Einstieg in die Thematik (u. a. mit kurzen Videoclips). Die Lehrkraft muss deren Aktualität überprüfen und gegebenenfalls neue Hinweise anbieten.
http://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4nataldiagnostik (einführende Übersicht)
www.planet-wissen.de (Suche: Pränatale Diagnostik)
www.praenataldiagnostik-info.de
www.frauenarzt-infos.de/Praenatal
Aufgaben für die Schülerinnen und Schüler:
Informiere dich über die folgenden drei Methoden der pränatalen Diagnostik: Sonographie, Chorionzottenbiopsie und Fruchtwasseruntersuchung
Entwickle Kriterien, nach denen du diese Methoden miteinander vergleichen kannst.
Erstelle anhand der Kriterien eine Übersicht, die deinen Mitschülerinnen und Mitschülern einen schnellen Überblick verschafft, und versuche dabei auch eine Bewertung der Methoden, indem du die Chancen
und Risiken gegeneinander abwägst.
Präsentiere deine Ergebnisse.
Pränatale Diagnostik (II) – Lehrerinformation
67
Pränatale Diagnostik (II)
Bezug zum Lehrplan
9.3 Grundlagen der Genetik: Pränatale Diagnostik; soziale und ethische
Aspekte
Basiskonzept:
Fortpflanzung
3.8
Fachwissen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
1, 7
Bewertung
2, 3
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Umgang mit längeren Texten, Methode „Placemat“
Ziele des
Bausteins
Die Schülerinnen und Schüler üben sich im Umgang mit längeren Texten,
die nicht pädagogisch aufbereitet sind. Sie werden durch den Zeitungsartikel an eine wichtige alltägliche Informationsquelle herangeführt.
Sie diskutieren ein gesellschaftlich relevantes Thema, das zur kritischen
Auseinandersetzung und Bewertung herausfordert. Die Methode Placemat ermöglicht ihnen eine zunächst geschützte Auseinandersetzung, die
jeden sofort beteiligt.
F 3.8 kennen und erörtern Eingriffe des Menschen in die Natur und Kriterien für solche Entscheidungen,
K 1 kommunizieren und argumentieren in verschiedenen Sozialformen,
B 2 beurteilen verschiedene Maßnahmen und Verhaltensweisen zur sozialen Verantwortung,
B 3 beurteilen Erkenntnisse und Methoden in ausgewählten aktuellen Bezügen wie Medizin und zwar unter Berücksichtigung gesellschaftlich verhandelbarer Werte.
Zeitungsartikel mit Aufgaben (Meiosefehler_Thal_MA)
Der „Zeit“-Artikel ist für Schülerinnen und Schüler ungewohnt lang. Eventuell kann dieser bereits als vorbereitende Hausaufgabe aufgegeben werden. Die Gegenüberstellung der Argumente ist dann Inhalt der ersten
Stunde. Die Förderung der Lesekompetenz und die Auseinandersetzung
mit primären Informationsquellen sollte nicht durch Kürzung seitens der
Lehrkraft vermindert werden. Eine Anleitung zur Durchführung der Placemat-Methode ist im Methodenteil zu finden. Diese Einheit kann ebenfalls
sinnvoll am Ende von 9.5 „Angewandte Biologie“ (Präimplantationsdiagnostik und ethische Bewertung) durchgeführt werden.
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
Klassensatz Zeit-Artikel, Placematvorlagen, Stifte, Folien für Gruppenergebnisse
2 Stunden
68
Pränatale Diagnostik (II) – Arbeitsblatt
Pränatale Diagnostik
• Fasse die Argumente des folgenden Artikels aus der Zeitung „Die Zeit“, die für bzw. gegen einen Gentest sprechen, zusammen.
• Placemat: Beziehe Stellung, ob Gentests und pränatale Diagnostik in Deutschland vorgeschrieben werden sollen, mit dem Ziel, Krankheiten oder Behinderungen in der Bevölkerung zu verhindern.
„Kinder nur nach Gentest
Zypern betreibt seit 1976 freiwillige Eugenik. Die Mediziner sind begeistert, die Ethiker
entsetzt - und die Geistlichen geben ihren Segen | CHRISTIAN SCHÜLE
Die junge Frau hat einen auffällig großen, ovalen Kopf. Ihr trauriger Blick verliert sich im Nirgendwo. Ihre oberen Backenknochen sind für eine Zypriotin ungewöhnlich kräftig, verleihen ihr
ein asiatisches Aussehen, die Zähne sind viel zu groß, die Haut wirkt wie gebleichtes Pergament.
Im rechten Unterarm der Frau steckt eine Infusionsnadel. Frisches Blut tropft aus einem Beutel.
Alle zwei Wochen ist die junge Frau hier, seit mehr als zwanzig Jahren. Die Bluttransfusionen
werden weitergehen, nochmals zwanzig oder mehr Jahre. Wäre die junge Frau nach 1980 gezeugt
worden, dann säße sie sehr wahrscheinlich nicht hier. Ihre Eltern hätten sie abgetrieben. Mit dem
Segen der Gesellschaft, mit Wissen der orthodoxen Kirche. Denn die Frau leidet an einer schweren Erbkrankheit, der Thalassämie, wegen ihres Verbreitungsgebietes auch Mittelmeeranämie
genannt. Den Patienten mangelt es an roten Blutkörperchen, die den Körper mit Sauerstoff versorgen. Die defekte Blutbildung führt zu chronischer Müdigkeit, deformierten Knochen und Organschäden, ohne Behandlung endet sie tödlich, häufig schon im frühen Kindesalter. Auf Zypern
ist die Erbkrankheit besonders häufig, deshalb wird sie hier besonders intensiv bekämpft, durch
Gendiagnostik und Abtreibung. So hat man es tausendfach getan. So geht die Lehre des Doktor
Michael Angastiniotis, und der ist in Zypern schon ein kleiner Gott.
Ein kleinwüchsiger Mann. Grauweiß gesprenkelt das volle Haar. Schnelle, kurze Bewegungen.
Ständig tätig, rastlos. Ein sehr sympathisches, werbendes Lächeln. Jedes Lob würde er von sich
weisen, aus Anstand. Angastiniotis, Kinderarzt und Berater der Weltgesundheitsorganisation
WHO, hat dafür gesorgt, dass die Zyprioten - Griechen wie Türken - ihre todbringende Volkskrankheit vor zwanzig Jahren in den Griff bekamen. Jeder siebte Zypriote ist Träger des defekten
Gens, das ist die weltweit höchste Dichte eines genetisch vererbten Defekts. Die meisten Menschen merken von der Störung im Erbgut überhaupt nichts, denn jedes Gen ist in den Zellen doppelt vorhanden, und im Fall der Thalassämie genügt ein einziges gesundes Gen, um den Defekt
des zweiten Gens zu überspielen. Zeugen hingegen zwei (äußerlich gesund wirkende) Träger des
Thalassämie-Gens viele Kinder, so ist jeweils ein Viertel ihres Nachwuchses völlig gesund (mit
zwei heilen Genen), die Hälfte der Kinder ist genauso wie die Eltern gesund, aber Überträger der
Krankheit (mit einem gesunden und einem defekten Gen), das letzte Viertel der Kinder wird jedoch erkranken, denn diese Kinder bekommen zwei defekte Gene mit auf den Lebensweg. Die
Thalassämie tritt in milden und schweren Formen auf, letztere führen bereits im Kindesalter zum
Tod durch Herz- oder Leberversagen, falls aufwändige medizinische Betreuung ausbleibt.
Michael Angastiniotis, Direktor des Thalassämie-Zentrums in Nikosia, ist einer der Schöpfer jenes bislang einzigartigen, fast legendär effizienten "Präventionsprogramms", das für die zypriotische Volksgesundheit ein Segen, für andere der Weg in den Abgrund ist, ein Projekt, das weltweit
viele Humangenetiker fasziniert, aber auch viele Ethiker mit großer Sorge erfüllt, berührt es doch
die Grundsatzfrage, wie eine Gesellschaft mit ihren "kranken" Genen umgeht.
Seit 1983 verfolgen Wissenschaft, Politik und Gesellschaft der Insel ein gemeinsames Ziel: genetische Volksdurchleuchtung, vorgeburtliche Diagnostik, "Desaster"-Prävention. In letzter Konsequenz heißt das auch Abtreibung. Ist das Selektion? Eugenik? Nehmen die Zyprioten längst lehrstückhaft vorweg, was der Medizin-Nobelpreisträger James D. Watson kürzlich für alle forderte:
dass der Mensch selbst seine Zukunft in die Hand nehme, nicht mehr Gott würfeln lasse und statt-
69
dessen die "schlechten" Gene ausmerze, die die Gesundheitskosten ins Unermessliche treiben?
Angastiniotis mag solche Fragen nicht. Für ihn ist Prävention ein Gebot der Vernunft, der rationalen Gesellschaftsorganisation.
Früher war die Thalassämie begünstigt durch die Evolution, nämlich durch die Malaria: Die Deformation der roten Blutzellen verursachte zwar Atemnot, sie bremste aber auch die Erreger der
Malaria aus, denn die vermehren sich in (gesunden) roten Blutzellen. Wer an Thalassämie litt, der
starb nicht an Malaria. Es ist deshalb kein Zufall, dass das Blutleiden vor allem in einstigen Malariagebieten auftritt: Malta, Sardinien, Griechenland, Zypern, Israel, bis in den Iran. Früher war
Zypern ein Malaria-Nest, dann begannen die britischen Kronkolonisten mit der Ausrottung,
sprühten DDT, seit 1948 ist die Insel malariafrei. Die Thalassämie hingegen raffte weiterhin viele
Kinder dahin. Fast alle Großfamilien hatten ein, zwei, drei Kindstote, sie erlebten ratlos die Qualen, das Elend, den Verfall ihrer knochenschiefen, apathisch-blassen Buben und Mädchen. Ratlos
waren auch die Gläubigen. War all dies Leid wirklich Gottes Wille?
In den frühen sechziger Jahren hatten zypriotische Ärzte begonnen, ein System der Bluttransfusionen aufzubauen. Jeder kannte die Thalassämie, und so kam fast jeder einmal im halben Jahr zum
Spenden, es entwickelte sich eine ungewöhnliche Art von nationaler Solidarität. Zypern besitzt
eine hervorragende Blutbank und deckt noch heute seinen eigenen Blutbedarf vollständig ab.
Doch schnell sah man, dass die Transfusionen den Tod nur hinauszögerten. Viele Patienten starben zwar nicht mehr als Kinder, doch dann als Jugendliche. Denn das zugeführte Blut enthält (zu)
viel Eisen, und das zerstört allmählich Leber, Herz und Drüsen. Ein Fortschritt? Hilfe brachte das
Medikament Desferal, das dem Blut überschüssiges Eisen entzieht. Dafür mussten die Patienten
fortan eine Pumpe mit sich schleppen, die stetig die Arznei unter der Haut freisetzt: rund um die
Uhr, lebenslänglich. Desferal war frei vom Staat erhältlich, er kauft es auch heute noch. Doch das
Medikament schürte einen neuen Mangel. "Die Patienten lebten länger. Umso knapper wurden die
Blutreserven. Das war einfach nicht praktikabel. Das Gen war zu weit verbreitet", rechneten Michael Angastiniotis und seine Kollegen aus. Einer von sieben Zyprioten ist Träger, das bedeutet,
dass bei einem von 49 Ehepaaren beide Partner Träger sind. Jedes Jahr wurden 11 000 Babys geboren, darunter waren 70 neue Thalassämie-Fälle. Dank Blut- und Desferal-Behandlung stieg die
Lebenserwartung, hochgerechnet ergab das 500 Transfusionen am Tag. All das kostete den Staat
ein kleines Vermögen, schon damals gingen 20 Prozent seines Budgets für Medikamente allein
für Desferal drauf. "Hätten wir zugelassen, dass sich die Thalassämie-Fälle alle zehn Jahre verdoppeln, wäre das ein Desaster geworden. Wen sollten wir dann noch behandeln und wen nicht?",
fragt Angastiniotis.
Vorbeugen ist besser als heilen, sagten sich die Inselbewohner, und so hat sich seit 1976 fast jeder
Zypriote und jede Zypriotin "im produktiven Alter" einem Gentest unterzogen, um den eigenen
Thalassämie-Status aufzuklären. Ein Tropfen Blut schuf Wissen - und Planungssicherheit. Zudem
hat es seit 1978 jährlich 200 Pränataldiagnostiken und zirka 50 Abtreibungen gegeben. Kaum eine
Mutter entschied sich für ein thalassämiekrankes Kind. Seit 1983 verlangt die Heilige Kirche Zyperns von Heiratswilligen ein "Screening"-Zertifikat, das von Doktor Angastiniotis abgestempelt
ist. Darauf steht allein, dass das Paar "informiert" ist. Keine Diagnose. Kein Überträgerstatus.
Keine Auskunft über vorgenommene Pränataldiagnostik.
Ohne dieses Zertifikat schreitet kein Priester zur Trauung. Fast alle Zyprioten heiraten kirchlich.
Ist der Bluttest also ein indirekter Zwang? Noch heute kommt es vor, dass ehewillige Paare das
Screening verweigern. Dann insistiert der Priester auf einem Test oder verweist an den Bischof
zur Unterredung.
Zwei Stunden Fahrt von Nikosia nach Limassol zur Südküste mit ihren Touristenburgen. Marios
Liassides ist der Typ Kumpel, Ende vierzig vielleicht, adrett, ein Mann, der schon in den ersten
Minuten den Arm um einen legt und lange nicht mehr loslässt. Unter seinem weißen T-Shirt
schimmert ein großes, goldenes Kreuz an der Halskette. Er spricht von Eugenik, in Zypern laufe
einiges schief - ähnlich wie einst in Sparta, wo man die Schwachen über die Klippe warf. "Wer
hat das Recht, Leben wegzunehmen? Es ist doch Leben, oder nicht?" Er als Gynäkologe ist der
festen Überzeugung, dass seine Landsleute es sich mit ihrer humanen Eugenik, ihrer Eugenik von
70
unten, unglaublich leicht machen. Wer abtreibe suche nicht nach anderen Lösungen. Wenn die
Mediziner den Auftrag hätten, Lösungen zu finden, Therapien, Alternativen, dann würden sie
welche finden. Aber die Eltern töteten ihre Kinder, weil die zypriotische Gesellschaft das so wolle, weil die Ärzte dazu rieten und die Kirche das zuließe. "Wie kann man eine Krankheit wie Thalassämie mit dem Tod des Patienten therapieren?"
Hatten Michael Angastiniotis und seine Kollegen Mitte der Siebziger eine andere Wahl? Ethische
Fragen stellten sie sich nicht. Sie mussten handeln. Von außen kamen die türkischen Festlandstruppen, besetzten Nordzypern, von innen bedrohten die defekten Gene das Volk. Angastiniotis
hatte in London die Fruchtwasserpunktion gelernt und bot die gewünschte, schnelle Lösung an.
Stufe eins: Screening. Stufe zwei: Pränataldiagnostik. Stufe drei: Abtreibung. Alles kostenlos.
Wer aber entschied letztlich? "Immer die Mutter." Gab es Einflussnahme? Nein, die Gesellschaft
brauchte gar nicht überzeugt zu werden, sagen alle. "Der tägliche Tod", meint Stelos Minas, Präsident der Vereinigung der Thalassämie-Kranken Zyperns, "das jahrzehntelange Sterben hat sie
alle sensibilisiert. Der Wunsch nach der neuen Technik und der Abtreibung kam aus der Bevölkerung."
Und man spürte den Erfolg: Die Ausgaben des Gesundheitsministeriums für Desferal sind jetzt
über die Hälfte gesunken, vor allem werden pro Jahr nur noch zwei Kinder geboren, die an Thalassämie erkranken. Sie sind einkalkuliert, denn jedes Jahr sterben zwei Patienten. Seit Jahren
leben 630 Thalassämie-Kranke auf Zypern, die Zahl ist stabil. Die Zahl der Blutspenden auch.
630 Patienten brauchen 2600 Spender im Monat. Es gab nicht einen Kritiker des Programms.
Auch heute kommt Kritik fast nur von außen. Vorurteilsbeladen nennt man auf Zypern ausländische Kritiker, und sehr katholisch. Die zypriotischen Medien brachten von jeher affirmative Aufklärungskampagnen. In den Schulen wurde Genetik zum Pflichtfach, am Beispiel Thalassämie.
Und es waren die sich allmählich zu einer Lobby vereinigenden Eltern der Thalassämie-Kinder,
die den Gesundheitsminister vom Massen-Screening überzeugten. Sie waren es, die mit dem populären Staatspräsidenten, Erzbischof Makarios, konferierten, bis er ihren Vorschlag akzeptierte.
Zwar war und ist die Kirche strikt gegen Abtreibung, aber sie nimmt sie in Kauf. Zyperns orthodoxe Kirche gilt als liberal, flexibel, volksnah.
Stelos Minas, ein hemdsärmeliger Versicherungsbroker, ist selbst Träger. Seine Frau auch. Ihre
erste Tochter Elena hat von beiden Eltern das defekte Gen geerbt. Was haben sie gelitten! "Ja",
sagt Stelos, "hätte es damals schon Pränataldiagnostik gegeben und einen negativen Befund, hätte
ich sie abtreiben lassen." Elena ist heute 25, hat in London studiert und lebt glücklich in Genf, wo
sie in Zyperns Botschaft arbeitet. Jede Schwangerschaft von Trägern ist ein Vabanquespiel, eins
zu zwei zu eins, und in Zypern hat man gerne Sicherheit. Also wurde Stelos Frau ein zweites Mal
nur schwanger, weil es die Pränataldiagnostik gab. Und die zweite Tochter wurde nur geboren,
weil der Laborbefund negativ war. Diese Art der Familienplanung ist gang und gäbe in Zypern.
"Wenn schwere Erbkrankheiten für Familie und Gesellschaft ein Problem sind, warum nicht testen und abbrechen?", fragt Stelos.
Er vertritt jenen Pragmatismus, den Michael Angastiniotis als kulturelles Grundgesetz der Zyprioten erkannt hat. Nie bedurfte es auf der Insel eines Heirats- oder Zeugungsverbotes. Ihre Landsleute, sagt Zyperns einzige klinische Genetikerin Violetta Christophidou-Anastasiadou, hätten den
Hang zum "perfekten Kind". Das Kind steht im Mittelpunkt einer paternalistischen Gesellschaft.
"Das Schlimmste, was einer zypriotischen Familie passieren kann, ist ein krankes Kind", sagt
Violetta. Früher habe es ohne Nachdenken den "Rat" gegeben, nach einem positiven Test die
Schwangerschaft zu beenden. Seit kurzem aber rückt die Art und Weise der "aufklärenden genetischen Beratung" mehr und mehr in den Mittelpunkt einer noch zaghaften Medizinethik: Unabhängige Beratung, die ethisch fundierte Aufklärung über Krankheitsbild, Konsequenzen, vor allem Alternativen und Therapieformen, ist eine hohe Kunst, der in Zukunft entscheidende Bedeutung zukommen könnte. Auf Zypern gibt es derzeit nur eine professionelle, in den USA ausgebildete "genetische Beraterin".
Natürlich hat das Land kein Gesetz, das die Bürger zum Screening zwingt. Alle reden von der
Freiwilligkeit. Wer durch Screening wisse, dass er seinem Kind die Thalassämie vererben wird,
der soll bitte keines bekommen. Und wenn doch? Da lauert die Grundsatzfrage: Wie vielen Kin-
71
dern kann man eine "hundertprozentige" Behandlung gewähren, und wo zieht man die Linie? Michael Angastiniotis hat keine Antwort: "Es ist interessant. Ich weiß es wirklich nicht."
Ist also alles doch Eugenik, eine humane, abgestimmte? "In gewissem Sinne ja." Und wird das
Präventionsprogramm in Zukunft auf andere Erbkrankheiten ausgeweitet? Für die Muskeldystrophie vom Typ Duchenne wird seit 1992 ein Massen-Screening vorgenommen, für die "Sandhoffs"-Krankheit der aus dem Libanon eingewanderten Maroniten-Minderheit im Norden ebenso,
samt Biopsie und Abtreibung. Für Trisomie wünschen sich die meisten Frauen Pränataldiagnostik.
Und dann: Brustkrebs? Zystische Fibrose? All das, was Marios Liassides voraussagt?
Nein, sagt Michael Angastiniotis. Ausweitungen seien nicht geplant. Die Thalassämie bleibe die
Ausnahme. Andere Erbkrankheiten erfüllten die Kriterien nicht: die hohe Verbreitung, die absolute Tödlichkeit. Seit kurzem lässt sich die Abtreibung vermeiden, durch Zeugung im Reagenzglas
mit anschließendem Gentest. Präimplantationsdiagnostik oder kurz PID heißt das Verfahren, um
das in Deutschland noch heftig gestritten wird. Sieben Kinder sind nach vorheriger PID in Zypern
bereits geboren. Die Bevölkerung sehe das sehr positiv, sagt Angastiniotis. Er selbst wartet sehnsüchtig auf die Gen-Therapie. Dann wäre das Föten-Töten endlich überflüssig. Jetzt, langsam
kommen erste Bedenken aus zypriotischen Wissenschaftskreisen: Muss man das ganze Programm nicht neu bedenken? Muss die genetische Aufklärung künftig nicht sehr viel feinfühliger
und weniger suggestiv erfolgen? Können nicht doch mehr Thalassämie-Kinder gut leben als bisher gedacht?
Pater Linos Petrides schwankt zwischen Zustimmung und Empörung. Screening? Ja, unbedingt,
die Eltern sollten Bescheid wissen. Da spricht er für Zyperns Kirche. Pränataldiagnostik? Pater
Linos ist nicht sicher, ja und nein, es gebe keine offizielle Stellungnahme der Kirche dagegen.
Abtreibung? Lieber Gott, das sei dann aber der Dammbruch! Ist aber nicht jeder wissenschaftliche
Fortschritt zuerst ein "Dammbruch"? "Töten ist niemals Fortschritt." Sollte nicht jede Epoche die
technischen Möglichkeiten nutzen, um Leid und Schmerz zu mindern? "Das Leid führt uns zu
Gott, und wir müssen es annehmen. Leben heißt Leid." Das sagt auch der Erzbischof. Und sein
Wort gilt von jeher.
Mitten im staubigen Land, nördlich von Larnaka, liegt das Dorf Avdellero. Dort trifft man sich im
Zentrum und redet, als gäbe es kein einundzwanzigstes Jahrhundert. Hier lebt die Familie Stavrides. Die Eltern sind beide Träger. Sie sind sehr religiös, haben sieben Kinder. Die ersten sechs
sind alle gesund, Frau Stavrides lehnt Pränataldiagnostik ab. Dem Rat der Ärzte ist sie nie gefolgt.
Gott würde es richten. Vor kurzem kam Georgios zur Welt. Er hat die Thalassämie. Gott hat es so
gewollt.“ (aus ZEIT ONLINE 2009)
72
Angewandte Biologie: Grundlagen der Gentechnik – Lehrerinformation
Angewandte Biologie: Grundlagen der Gentechnik
Stunde
0
Thema
Arbeitsauftrag: Sammeln von Überschriften,
Artikeln etc. zum Thema „Gentechnik“
1
Einstieg in das neue Thema z. B. Collage zum
Thema „Gentechnik“
Thematisierung: Bewertung von Gentechnik in
den Artikeln?
Wie komme ich zu einem fundierten Urteil
über naturwissenschaftliche Forschung und
Methoden?
2
Einführung in die Methoden der Gentechnik I:
gentechnische Veränderung von Bakterienzellen
3
Einführung in die Methoden der Gentechnik II:
gentechnische Veränderung von Bakterienzellen
konkrete Anwendungen der Gentechnik in den
Bereichen Medizin, Agrotechnologie und Lebensmitteltechnologie und deren Bewertung I
4
5
6
7*
8*
konkrete Anwendungen der Gentechnik in den
Bereichen Medizin, Agrotechnologie und Lebensmitteltechnologie und deren Bewertung II
Abschließende Zusammenfassung der Themeneinheit
fakultative Einheit: Reproduktionsbiologie:
(künstliche Befruchtung, Präimplantationsdiagnostik)
Falls ein Computerraum zur Verfügung steht,
kann auch das online-Spiel gen.ethix
(http://www.bioethikdiskurs.de/genethix_d/genethix.html) gespielt
werden.
fakultative Einheit: Einblick in die Stammzellenforschung
Falls die Einheit zum Thema Meiosefehler
„Thalassämie“ noch nicht bearbeitet wurde, so
kann sie an dieser Stelle behandelt werden;
sonst empfiehlt sich zumindest eine Wiederholung.
* Stunden 7 und 8 ohne ausgearbeitete Materialien
Materialien/Methode
Hausaufgabe (1 Woche vor
Beginn der eigentlichen Sequenz)
evtl. Collage (evtl. als Folie)
Unterichtsgespräch
Gentech_EthGrundl_LI
Gentech_EthGrundl_MA1:
„Werkzeugkoffer“
Gentech_EthGrundl_AB: Arbeitsblätter mit einfachem
Beispiel (Hühnerhaltung)
Gentech_Gentech_LI
Gentech_Gentech_AB1:
Ausschneidebeispiel
Übertragungsbeispiel
Filmleiste
Gentech_EthBew_MA1: allgemeines Basiswissen
Gentech_EthBew_MA2: 8
Fallbeispiele zur Bearbeitung
in Gruppenarbeit (PlacematMethode)
Gentech_EthBew_12: Arbeitsauftrag Placemat
Vorstellung der Ergebnisse
(foliengestützter Kurzvortrag)
Gentech_EthBew_13: Rollenspiel
Vorschläge: Bearbeitung des
Films „Gattaca“ (fächerübergreifend mit Religion, Ethik);
aktuelles Beispiel: Baby ohne
Brustkrebsgen
Ansätze einer ethischen Bewertung mithilfe des „Werkzeugkoffers“ (s. Std. 1)
Ansätze einer ethischen Bewertung mithilfe des „Werkzeugkoffers“ (s. Std. 1)
73
Aufbau der Sequenz
Im vorliegenden Entwurf (s. Tabelle) werden zunächst die Grundlagen der Gentechnik vermittelt. Den Schülerinnen und Schülern soll auch die konträre öffentliche Diskussion über
dieses Thema bewusst werden. Sie lernen Methoden der Bewertung kennen und üben deren
Anwendung. Im Kernstück soll die Gentechnik anhand von Fallbeispielen beurteilt werden.
Dies geschieht nach der Placemat-Technik. Anschließend stellen Schülergruppen ihre Ergebnisse vor. Als abschließende Kontrolle und Zusammenfassung des Gelernten dient eine
fiktive Podiumsdiskussion zum Thema.
Lehrplanbezug
Im Jahrgangsstufenprofil der Jahrgangsstufe 9 werden u. a. folgende pädagogische Akzente
genannt, die besonders auch im Themenbereich „Angewandte Biologie“ gesetzt werden
können:
„zur Reflexion über eigene und fremde Wertvorstellungen anleiten, dabei die Herausbildung eines realistischen Selbst- und Lebenskonzeptes unterstützen und das Selbstwertgefühl des Einzelnen stärken
zur Übernahme von Verantwortung für das eigene Handeln ermutigen; Möglichkeiten der
Wahrnehmung von Verantwortung in der Gesellschaft aufzeigen
Medienkompetenz vertiefen und Präsentationskompetenz fördern: Informationen sammeln, ordnen, werten und präsentieren“
Ähnliches findet sich im Fachprofil Biologie:
„Der Biologieunterricht vermittelt anschlussfähiges Orientierungswissen, Urteilsvermögen,
das den Schülern die Teilnahme an der öffentlichen Diskussion und an wichtigen Entscheidungsprozessen mit biologischen Inhalten ermöglicht.“
Gerade die Entwicklung eigener Wertvorstellungen ist zunehmend schwierig geworden; mit
dem „Werkzeugkoffer“ der vorliegenden Sequenz erhalten die Schülerinnen und Schüler
einen Einblick in Möglichkeiten ethischer Wertung.
Hinweise zu den einzelnen Stunden
Stunde 0: Ca. eine Woche vor Beginn der Sequenz werden die Schülerinnen und Schüler
dazu aufgefordert, Zeitungsausschnitte o. ä. zum Thema „Gentechnik“ zu sammeln.
Stunde 1: Die mitgebrachten Unterlagen werden gesichtet und evtl. auf einem Plakat befestigt (alternativ: von der Lehrkaft vorbereitete Folie; vorzuziehen ist aber die Eigentätigkeit der Schülerinnen und Schüler). In einem Lehrer-Schüler-Gespräch werden erste Erkenntnisse gesammelt; der Zusammenhang zwischen naturwissenschaftlicher Forschung
und ethischen Fragestellungen wird thematisiert. Lohnend ist hier auch der Hinweis auf
die Formulierungen: Bereits hier findet Wertung statt („gentechnikfrei“ als Gütesiegel,
„gentechnisch verbessert“ als Qualitätsmerkmal, ...).
Gemeinsam wird untersucht, wie man zu einem fundierten Urteil kommt. Dazu stellt die
Lehrkraft (Gentech_EthGrundl_LI; Gentech_EthGrundl_MA1 „Werkzeugkoffer“) die vier
Schritte „sehen“, „urteilen“, „handeln“ und „zurückschauen“ vor; denkbar ist, dass dies im
Team-Teaching auch von einer Religions- bzw. Ethiklehrkraft übernommen wird. Die
Schülerinnen und Schüler können dann die vier Schritte an einem fiktiven Zeitungsartikel
zum Thema „Hühnerhaltung“ (Gentech_EthGrundl_AB) selbst nachvollziehen. Ziel ist es,
dass die Klasse das dazugehörige Arbeitsblatt zur Vertiefung ausfüllt (einzeln oder in
Partnerarbeit). Die Ergebnisse werden verglichen; Schwerpunkt sollte die Güterabwägung
mit abschließendem ethischem Urteil sein.
74
Stunde 2: In einem Hefteintrag werden grundlegende Informationen zum Thema „Gentechnik“ festgehalten (Begriff, Einteilung rote, grüne, weiße Gentechnik). Im Anschluss
wird das Prinzip der Gentechnik als Informationsübertragung von den Schülerinnen und
Schülern selbst erfahren. Dazu legt die Lehrkraft eine Folie mit der Bastelanleitung für ein
Papierschiff auf (Gentech_Gentech_AB1).
1. Die Schülerinnen und Schüler bauen Papierschiffe nach Anleitung 1.
2. Eine Schülerin / ein Schüler schneidet die Folie mit den beiden Anleitungen auseinander und legt sie neu zusammen.
3. Die Schüler beginnen nochmals mit dem Schiff, brechen dann ab und basteln nach der
neu entstandenen Anleitung ein Papierflugzeug.
So wird das Einbringen neuer Information und damit die Entstehung eines völlig neuen
Produkts veranschaulicht. Das Prinzip wird auf die zelluläre Ebene transferiert, indem den
Schülerinnen und Schülern verdeutlicht wird, dass Gentechnik analog zum Modell Informationen in ein neues System überträgt.
Alternative: Die Texte werden als Audiodateien aufgenommen. Wenn diese abgespielt
werden, so ist darauf zunächst eine Faltanleitung für ein Papierschiff zu hören. Die Schülerinnen und Schüler befolgen diese Anweisung und erhalten das Schiff. Jetzt wird die
zweite Audiodatei in die erste eingefügt. Dies führt dazu, dass die Anleitung an einer beliebigen Stelle unterbrochen wird und eine neue Information, nämlich das Falten eines
Papierflugzeuges, ausgeführt wird.
Stunde 3: Das in der Vorstunde erworbene Wissen wird auf das Thema Gentechnik bei
Bakterien übertragen. Das theoretische Wissen wird zunächst anhand des Schulbuches
erarbeitet. Zur Vertiefung transferieren die Schülerinnen und Schüler die Werkzeuge und
Schritte aus der Vorstunde (Gentech_Gentech_AB2) auf die molekulare Ebene und lernen so in vereinfachter Form die Schritte der Rekombination von DNA sowie die Expression der neuen Information (die Transformation wird nur am Rande erwähnt). Als Hausaufgabe sollen die Schülerinnen und Schüler das Arbeitsblatt „Filmleiste“ (Gentech_Gentech_AB3) ausfüllen, in dem die einzelnen Schritte wiederholt werden.
Stunde 4: In Gruppen erarbeiten die Schülerinnen und Schüler jeweils ein Beispiel für
eine konkrete gentechnische Anwendung. Die Klasse wird dabei in Gruppen von jeweils
vier Schülern aufgeteilt. Jede Gruppe erhält eine Placemat (engl. für Platzdeckchen) mit
vier Außenfeldern und einer Folie in der Mitte zur Fixierung der Ergebnisse. Jede Gruppe
bekommt ein gentechnisches Verfahren zugewiesen; Ziel ist es, dieses mithilfe des
„Werkzeugkoffers“
zu
beurteilen.
Folgende Schritte sind im klassischen Vorgehen aus der Demokratiepädagogik und dem
Kooperativen Lernen vorgesehen:
Think (Nachdenken und Schreiben): Jeder notiert in seinem Segment eigene Gedanken zu der Hauptfrage (Dauer etwa fünf Minuten).
Pair (Stummes Vergleichen): Jeder liest die Notizen der anderen und stellt nur Rückfragen bei Verständnisproblemen oder Leseschwierigkeiten (Dauer etwa fünf Minuten).
Share (Teilen und Konsens finden): Die Gruppe entscheidet gemeinsam, welche der
genannten Gedanken in die Mitte des Blattes geschrieben werden. Hilfreich ist eine
Begrenzung: etwa „Einigt euch auf drei Hauptpunkte.“ Diese können dann auch noch
priorisiert werden. (Dauer etwa zehn Minuten)
(Zusammengefasst nach: http://de.wikipedia.org/wiki/Placemat_Activity)
Folgende Beispiele der Anwendung von Gentechnik stehen zur Diskussion:
Aga-Kröte
Blaue Rose
golden rice
Insulin
Lab-Ferment
Riesenlachs
Gene Pharming
75
Roundup
bt-Mais
Stunde 5: Mithilfe der Placemat-Folie präsentieren die einzelnen Gruppen ihre Ergebnisse.
Stunde 6: In einem Rollenspiel werden abschließend die erlernten Fähigkeiten und das
erworbene Wissen angewendet. Am Beispiel der grünen Gentechnik soll noch einmal die
Vielschichtigkeit der Problematik vertieft werden. Durch das Rollenspiel sollen die Schülerinnen und Schüler nochmals die Argumente sammeln und gegeneinander abwägen. Dabei werden auch Gesprächsregeln und damit die Kommunikationskompetenz geübt.
Ablauf:
Die Spielerinnen und Spieler erhalten ihre jeweilige Karte mit ihrer Identität, die Moderatorin / der Moderator zusätzlich die Liste mit den einzelnen Mitspieler. Anschließend darf
sich jeder ca. 5 Minuten vorbereiten, das Publikum kann sich ebenfalls Fragen überlegen.
Die Schülerinnen und Schüler setzen sich im Halbkreis vor die Tafel (noch besser: Podium/Bühne), in der Hand halten sie jeweils ihr Namensschild; nach einer kurzen Ansage
durch die Lehrkraft übernimmt die Moderatorin / der Moderstor die Leitung (Tipp: Name
der Sendung an die Tafel / auf Poster: „Wally will’s wissen“).
Nach 5 bis 10 Minuten Diskussion erhält das Publikum noch die Möglichkeit zur Nachfrage. Eventuell können auch noch weitere Figuren erfunden oder Figuren gestrichen werden. Zur Überprüfung des Lernfortschritts können die „Zuschauer“ das Arbeitsblatt mit
Bewertungsbogen zur Podiumsdiskussion ausfüllen.
Benötigtes Material
[Folie „Collage“ oder eigene Zeitungsausschnitte auf Plakat]
Lehrerunterlagen „Werkzeugkoffer ethische Bewertung“ (Gentech_EthGrundl_MA1)
Schülerarbeitsblätter mit fiktivem Zeitungsartikel und Aufgaben (Gentech_EthGrundl_AB)
Bastelanleitung auf Folie (Gentech_Gentech_AB1)
Bastelanleitung als Ausschneidetext für jede Schülerin / jeden Schülern (Gentech_Gentech_AB1)
Arbeitsblatt: Übertragung des Falt-Modells auf molekulare Ebene (Gentech_Gentech_AB2)
Arbeitsblatt mit Filmleiste „Gentechnik bei Bakterien“ (Gentech_Gentech_AB3)
Fallbeispiele (laminiert) (Gentech_EthBew_MA2)  1-2 pro Gruppe (immer zwei lesen
zusammen)
für je vier Schülerinnen und Schüler eine Placemat-Vorlage (DIN A3) mit einer DIN-A4
Folie in der Mitte (Anleitung unter GA_Methoden)
Folie Arbeitsauftrag (Gentech_EthBew_12)
Rollenspielkärtchen als farbiger Ausdruck; Namensschilder für Podiumsdiskussion (Gentech_EthBew_13)
Arbeitsblätter zur Beurteilung der Podiumsdiskussion (Gentech_EthBew_13)
ein Folienstift pro Arbeitsgruppe
pro Schülerin/Schüler zwei Blatt DIN-A4-Papier
evtl. Computer, Audioprogramm, z. B. Audacity (freeware: www.audacity.sourceforge.net),
die beiden Audiodateien Schiff und Flugzeug
Die Schülerinnen und Schüler benötigen während der Sequenz eine Bastelschere und
Kleber.
Weitere Anregungen:
Fallbeispiele zur ethischen Diskussion von medizinischen und Biotechnologiefällen:
http://www.bioethik-diskurs.de/genethix_d/genethix.html
ethische Bewertungsgrundlagen – Lehrerinformation
76
ethische Bewertungsgrundlagen
Bezug zum Lehrplan
9.5 Angewandte Biologie: Grundlagen der Gentechnik (ethische Aspekte)
Fachwissen (F)
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
Kommunikation (K)
1
Bewertung (B)
1
B 9.3: Grundlagen der Genetik. Die Schülerinnen und Schüler können frei
argumentieren und sich in verschiedene Positionen versetzen.
Vorlage Lehrerinformation zum Werkzeugkoffer, Fallbeispiel als Arbeitsblatt mit Anleitung
1-2 Unterrichtsstunden
Die Schülerinnen und Schüler lernen ein Bewertungssystem für ethische
Fragestellungen kennen und wenden es auf ein Beispiel an.
B 1 unterscheiden zwischen beschreibenden (naturwissenschaftlichen)
und normativen (ethischen) Aussagen.
Gentech_EthGrundl_MA1: Werkzeugkoffer Ethik (mit Vorlage für ein Tafelbild)
Gentech_EthGrundl_AB: Beispiel mit Schülerarbeitsblatt
Die Lehrerinformation kann auch als Vorlage für ein Tafelbild genutzt werden. Das Fallbeispiel beschäftigt sich mit dem Thema „Hühnerhaltung“,
das den Schülerinnen und Schülern aus der Jgst. 6 bekannt sein kann.
Anhand eines fiktiven Zeitungsartikels sollen sie die Verfahrensschritte
zuordnen und ihren eigenen Standpunkt finden. Es bietet sich hier die
Zusammenarbeit mit den Religions-/Ethiklehrkräften an. Die Thematik
wird dort in Jgst. 10 (K 10.1 Gewissen konkret, Ev 10.5 Tun und Lassen,
Eth 10.4 Medizinethik) und in Biologie nochmals eingehender in der Oberstufe (B 11.2 Genetik und Gentechnik) behandelt.
77
Werkzeugkoffer
Wie komme ich zu einem begründeten ethischen Urteil?
In Konfliktsituationen ist es sinnvoll, das Problem in vier Schritten zu bearbeiten:
Sehen
Urteilen
Handeln
Zurückblicken = Reflektieren
Für jeden dieser Schritte benötige ich unterschiedliche Werkzeuge; es liegt in meiner Verantwortung, mir adäquate Hilfen zu suchen.
1. Werkzeuge zum „Sehen“:
Sachwissen aneignen
Informationen sammeln und sortieren
Autoritäten, Fachleute hören
mögliche Probleme, Fragestellungen klar formulieren und analysieren
mögliche Folgen voraussehend zusammenstellen
2. Werkzeuge zum „Urteilen“
mögliche Probleme, Fragestellungen, Folgen unter verschiedenen Gesichtspunkten beurteilen
-> Exkurs: Modelle ethischen Handelns (in extremer Kürze):
1.
2.
3.
Gesetzesmoral: Eine Handlung ist gut, wenn sie dem Gesetz entspricht, eine Handlung ist
schlecht, wenn sie dem Gesetz widerspricht.
Situationsethik: Entschieden wird nur aus der einzelnen Situation heraus; es gibt keine höheren Normen oder Werte.
Verantwortungsethik: Gewissensentscheid durch Güterabwägung;
Hilfen: Sachwissen, Hierarchie der Werte
ethische Entscheidung: Verschiedene Güter, Grundsätze, Werte müssen gegeneinander
abgewogen werden (Problem: unterschiedliche Werthierarchien, große Eigenverantwortung).
teleologischer Ansatz: Eine Handlungsweise wird von den Zielen her beurteilt (Problem:
Einstellung „gut ist, was nützt“).
deontologischer Ansatz: Eine Handlungsweise wird aus sich selbst beurteilt; die Folgen
und Konsequenzen spielen dabei keine Rolle (Problem: Eine unmoralische Handlung
bleibt auch verboten, wenn dadurch moralisch Gutes erreicht wird (z. B. wenn durch Lügen Menschenleben gerettet werden).).
 sinnvolle Kombination: Güterabwägung mit Einbeziehung des Ziels
3. Werkzeuge zum „Handeln“
Arbeitsweise der jeweiligen Fachrichtung, Wissenschaft
4. Werkzeuge zum „Zurückblicken“
Betrachtung der tatsächlichen Ergebnisse und Folgen
Möglichkeit, frühere Einstellungen/Ansichten zu revidieren
Problem: irreversible Entscheidungen
78
Wie komme ich zu einem begründeten ethischen Urteil?
Anwendung auf das Thema “Gentechnik”
1. Sehen
Sachwissen aneignen und Fragen stellen:
*Welche gentechnischen Möglichkeiten gibt es?
*Wie funktionieren diese Verfahrensweisen genau?
*Welches Ziel verfolgen gentechnische Verfahren?
Folgen voraussehen:
*Welche Auswirkungen hat die Methode?
*Wer profitiert von gentechnischen Verfahren?
*Kann eine Entwicklung rückgängig gemacht werden?
2. Urteilen
genaue Untersuchung möglicher Zusammenhänge:
a) juristische Aspekte:
*Ist es rechtlich erlaubt, das Verfahren anzuwenden? Neue Gesetze nötig?
b) wirtschaftliche Aspekte:
*Wer profitiert von dem Verfahren? Wirtschaftliche Folgen?
c) ökologische Aspekte:
*Wie wird in ökologische Systeme eingegriffen? Folgen?
d) gesellschaftliche Aspekte:
*Inwiefern kann die Methode auch bestehende gesellschaftliche Verhältnisse verändern?
e) politische Aspekte:
*Welche Auswirkungen haben Regelungen für den Forschungsstandort Deutschland?
f) ...
Güterabwägung (Beispiel):
Schutz des Lebens
Bewahrung ökologischer
Gleichgewichte
Angst vor Kontrollverlust
Sicherung der Welternährung
Fortschritt durch Forschung
Verminderung des
Pestizideinsatzes
ethisches Urteil: Das Verfahren ist ethisch vertretbar, weil ...
ODER: Das Verfahren ist ethisch nicht vertretbar, weil …
3. Handeln
Verfahren kommt zum Einsatz / wird verboten.
4. Zurückblicken
mithilfe von 2.
ethische Bewertungsgrundlagen – Arbeitsblatt
Kleinvoliere löst Legebatterie ab Ein Resümee nach einem Jahr
Grewenburg / Berlin – Knapp ein Jahr,
nachdem Kleinvolieren-Haltung die jetzt
verbotene Legebatterie-Haltung abgelöst
hat, zieht Reporter Schlemmer im Interview mit Dr. B. Roiler, der für die Bundesregierung in dem Ethikausschuss der
EU saß, für das „Grewenburger Tagblatt“
Bilanz.
C. S: Herr Dr. Roiler, seit dem 1.1.2009 ist
durch einen Beschluss der EU die Haltung von
Legehühnern in sog. Legebatterien in Deutschland verboten; nur in Ausnahmefälllen werden
noch Genehmigungen bis 31.12.09 erteilt.
Heute, knapp ein Jahr danach, interessiert unsere Leser, wie sich dieses hart umkämpfte
Verbot durchsetzen konnte.
B. R.: Zunächst einmal muss ich betonen, dass
ich sehr froh über diese Änderung bin. Sie
kostete ja viele Jahre Überzeugungsarbeit und
wäre am Ende fast noch wegen des Verbandes
HELB (Anm. d. Red.: Hühnerhaltende EierLege-Betriebe) gekippt worden, da dieser massive Gewinneinbußen befürchtete und mit
massivem Stellenabbau in diesem Sektor gedroht hat.
C. S: Den Anstoß zur Diskussion und damit
den Beginn des Verbotes schreiben sich ja
gleich mehrere Tierschutzvereine auf ihre Fahnen; welcher Verein kann denn jetzt zu Recht
von sich behaupten, dass er dieses Ziel erreicht
hat?
B. R.: Zunächst waren die Aussagen der Biologen für den Beginn des Verfahrens wichtig.
Auf Initiative eines EU-Parlamentariers, dem
aufgefallen war, dass Hühner in der Batteriehaltung auf einer Fläche kleiner als ein DINA4-Blatt vegetieren, wurde die politische Diskussion eröffnet.
Es wurde dann ein Ausschuss gebildet, der
verschiedene Experten zu diesem Thema hörte.
So erläuterten Wildbiologen die Lebensweise
des Bankiva-Huhns (Anm. d. Red: die Ursprungsrasse des Haushuhns), Tiermediziner
berichteten über die Untersuchungsergebnisse
von Totfunden in Käfighaltungsbetrieben –
und wiesen andererseits darauf hin, dass Legebatteriehaltung das Infektionsrisiko für die
Tiere durch die saubere Kotentfernung über
Fließband minimiert. Lebensmittelhygiene-
79
Experten gaben Auskunft über die Salmonellenbelastungen bei den verschiedenen Haltungsarten. Schließlich wurden auch Betreiber
von Käfigbatterien, Bodenhaltung und Freilandhaltung befragt. All dies führte zu einer
von der EU in Auftrag gegebenen Studie, in
welcher Verhaltensbiologen nochmals das
Verhalten der Käfighühner mit den Verhalten
von Freilandhühnern verglichen und so belegen konnten, dass die Legebatteriehaltung
nicht artgerecht ist. Und danach begann dann
unsere eigentliche Arbeit als Ethikausschuss –
wir mussten aus den vielfältigen Informationen
zu einem fundierten Urteil kommen. Unser
Entschluss bestand dann letztendlich aus der
Empfehlung an die EU-Kommission, die Legebatteriehaltung möglichst zeitnah zu verbieten.
C. S: Die Kleingruppenhaltung steht nun ja
ebenfalls in der Kritik.
B. R.: Natürlich ist die Kleingruppenhaltung
eine Kompromisslösung, welche die Bedürfnisse der Produzenten berücksichtigt. Da die
Verbraucher kaum bereit sind, wesentlich höhere Preise für Eier zu zahlen, müssen diese
natürlich nach wie vor im industriellen Maßstab erzeugt werden. Ebenso wollte der Verband HELB die Investitionskosten für seine
Mitglieder möglichst gering halten, damit sie
nicht an der Umstellung pleite gehen. Dies
erklärt die weichen Übergangsfristen und die
immer noch wenig optimalen Zustände für die
Hühner in den Käfigen.
C. S: Welches Resümee ziehen Sie für das erste Jahr des Verbots?
B. R.: Die anfänglichen Widerstände gegen
das Verbot wurden weitgehend überwunden;
insgesamt ist uns somit ein Kompromiss gelungen, der die Verbraucherpreise und die
Produzenten schützt, leider aber den Hühnern
immer noch nicht die Lebensbedingungen
bietet, welche für eine komplett artgerechte
Haltung nötig sind. Der kritische Verbraucher
muss sich also nach wie vor die Frage stellen,
welche Produktionsform er mit seinem Eierkauf unterstützen will. C. S: Herr Dr. Roiler,
vielen Dank für das Interview.5
5
Beim vorliegenden Text handelt es sich um ein fiktives Beispiel mit realem Hintergrund.
ethische Bewertungsgrundlagen – Arbeitsblatt
80
Ethische Bewertungsgrundlagen
1 Beschreibe kurz das ethische Problem, das in diesem Artikel behandelt wird.
2 Markiere in dem Zeitungsartikel die unterschiedlichen Phasen der Urteilsfindung mit unterschiedlichen Farben (sehen = rot, urteilen = grün, handeln = blau, zurücksehen = gelb).
3 Beschrifte die unten stehende Waage, indem du die Pro- und die Contra-Argumente auf
die beiden Waagschalen „verteilst“.
4 Gewichte die jeweiligen Standpunkte nach deinen Maßstäben und formuliere deine Lösung des Problems.
Meine Entscheidung nach sorgfältiger Güterabwägung:
ethische Bewertungsgrundlagen – Arbeitsblatt (Lösung)
Kleinvoliere löst Legebatterie ab Ein Resümee nach einem Jahr
Grewenburg / Berlin – Knapp ein Jahr,
nachdem Kleinvolieren-Haltung die jetzt
verbotene Legebatterie-Haltung abgelöst
hat, zieht Reporter Schlemmer im Interview mit Dr. B. Roiler, der für die Bundesregierung in dem Ethikausschuss der
EU saß, für das „Grewenburger Tagblatt“
Bilanz.
C. S: Herr Dr. Roiler, seit dem 1.1.2009 ist
durch einen Beschluss der EU die Haltung von
Legehühnern in sog. Legebatterien in Deutschland verboten; nur in Ausnahmefälllen werden
noch Genehmigungen bis 31.12.09 erteilt.
Heute, knapp ein Jahr danach, interessiert unsere Leser, wie sich dieses hart umkämpfte
Verbot durchsetzen konnte.
B. R.: Zunächst einmal muss ich betonen, dass
ich sehr froh über diese Änderung bin. Sie
kostete ja viele Jahre Überzeugungsarbeit und
wäre am Ende fast noch wegen des Verbandes
HELB (Anm. d. Red.: Hühnerhaltende EierLege-Betriebe) gekippt worden, da dieser massive Gewinneinbußen befürchtete und mit
massivem Stellenabbau in diesem Sektor gedroht hat.
C. S: Den Anstoß zur Diskussion und damit
den Beginn des Verbotes schreiben sich ja
gleich mehrere Tierschutzvereine auf ihre Fahnen; welcher Verein kann denn jetzt zu Recht
von sich behaupten, dass er dieses Ziel erreicht
hat?
B. R.: Zunächst waren die Aussagen der Biologen für den Beginn des Verfahrens wichtig.
Auf Initiative eines EU-Parlamentariers, dem
aufgefallen war, dass Hühner in der Batteriehaltung auf einer Fläche kleiner als ein DINA4-Blatt vegetieren, wurde die politische Diskussion eröffnet.
Es wurde dann ein Ausschuss gebildet, der
verschiedene Experten zu diesem Thema hörte.
So erläuterten Wildbiologen die Lebensweise
des Bankiva-Huhns (Anm. d. Red: die Ursprungsrasse des Haushuhns), Tiermediziner
berichteten über die Untersuchungsergebnisse
von Totfunden in Käfighaltungsbetrieben –
und wiesen andererseits darauf hin, dass Legebatteriehaltung das Infektionsrisiko für die
Tiere durch die saubere Kotentfernung über
Fließband minimiert. Lebensmittelhygiene-
81
Experten gaben Auskunft über die Salmonellenbelastungen bei den verschiedenen Haltungsarten. Schließlich wurden auch Betreiber
von Käfigbatterien, Bodenhaltung und Freilandhaltung befragt. All dies führte zu einer
von der EU in Auftrag gegebenen Studie, in
welcher Verhaltensbiologen nochmals das
Verhalten der Käfighühner mit den Verhalten
von Freilandhühnern verglichen und so belegen konnten, dass die Legebatteriehaltung
nicht artgerecht ist. Und danach begann dann
unsere eigentliche Arbeit als Ethikausschuss –
wir mussten aus den vielfältigen Informationen
zu einem fundierten Urteil kommen. Unser
Entschluss bestand dann letztendlich aus der
Empfehlung an die EU-Kommission, die Legebatteriehaltung möglichst zeitnah zu verbieten.
C. S: Die Kleingruppenhaltung steht nun ja
ebenfalls in der Kritik.
B. R.: Natürlich ist die Kleingruppenhaltung
eine Kompromisslösung, welche die Bedürfnisse der Produzenten berücksichtigt. Da die
Verbraucher kaum bereit sind, wesentlich höhere Preise für Eier zu zahlen, müssen diese
natürlich nach wie vor im industriellen Maßstab erzeugt werden. Ebenso wollte der Verband HELB die Investitionskosten für seine
Mitglieder möglichst gering halten, damit sie
nicht an der Umstellung pleite gehen. Dies
erklärt die weichen Übergangsfristen und die
immer noch wenig optimalen Zustände für die
Hühner in den Käfigen.
C. S: Welches Resümee ziehen Sie für das erste Jahr des Verbots?
B. R.: Die anfänglichen Widerstände gegen
das Verbot wurden weitgehend überwunden;
insgesamt ist uns somit ein Kompromiss gelungen, der die Verbraucherpreise und die
Produzenten schützt, leider aber den Hühnern
immer noch nicht die Lebensbedingungen
bietet, welche für eine komplett artgerechte
Haltung nötig sind. Der kritische Verbraucher
muss sich also nach wie vor die Frage stellen,
welche Produktionsform er mit seinem Eierkauf unterstützen will.
C. S: Herr Dr. Roiler, vielen Dank für das Interview.6
6
Beim vorliegenden Text handelt es sich um ein fiktives Beispiel mit realem Hintergrund.
ethische Bewertungsgrundlagen – Arbeitsblatt (Lösung)
82
Ethische Bewertungsgrundlagen
1 Beschreibe kurz das ethische Problem, das in diesem Artikel behandelt wird.
Hühner werden in zu kleinen Käfigen in sog. Legebatterien gehalten, um möglichst billige
Eier auf möglichst effektive Weise für den Verbraucher produzieren zu können. Dabei
werden aber die Bedürfnisse der Tiere vollständig ignoriert.
2 Markiere in dem Zeitungsartikel die unterschiedlichen Phasen der Urteilsfindung mit unterschiedlichen Farben (sehen = rot, urteilen = grün, handeln = blau, zurücksehen = gelb).
s. o.
3 Beschrifte die unten stehende Waage, indem du die Pro- und die Contra-Argumente auf
die beiden Waagschalen „verteilst“.
4 Gewichte die jeweiligen Standpunkte nach deinen Maßstäben und formuliere deine Lösung des Problems.
Pro:
- hygienischer
- billiger
Contra:
- nicht artgerecht
Meine Entscheidung nach sorgfältiger Güterabwägung:
Die Hühnerhaltung in Legebatterien ist nicht artgerecht, da den Tieren sehr wenig Platz
zur Verfügung steht. Deshalb ist die Hühnerhaltung in Legebatterien abzuschaffen; eine
mögliche Ersatzform ist die Kleingruppenhaltung, die aber noch zu wenig die Bedürfnisse
der Tiere respektiert.
Methoden der Gentechnik – Lehrerinformation
83
Methoden der Gentechnik
Bezug zum Lehrplan
9.5 Angewandte Biologie: Grundlagen
der Gentechnik
Basiskonzept:
Steuerung, Struktur und Funktion, Information
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Hinweise zur
Umsetzung
(s. KMK-Bildungsstandards im Fach Biologie; Mittlerer
Schulabschluss vom 16.12.2004)
Fachwissen (F)
1.1
9, 11
Kommunikation (K)
Bewertung (B)
B 9.3: Grundlagen der Genetik,
Umgang mit Theoriemodellen
Schulbuch, Ausschneidebeispiel mit Anleitung auf Folie (Schneideanleitung auch
als Klassensatz möglich), pro Schülerin und Schüler zwei Blatt Papier,
Arbeitsblätter als Klassensatz, Arbeitsblatt „Übertragung auf molekulare Ebene“ als
Folie, Filmleiste Gentechnik mit Musterlösung als Folie oder als Animationsdatei
2 Stunden (evtl. mit Hausaufgabe)
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die gentechnische Veränderung von
Bakterienzellen mithilfe von Restriktionsenzymen und Plasmidringen als Vektoren.
Die Schülerinnen und Schüler...
E 9 wenden Modelle zur Veranschaulichung von Struktur und Funktion an,
E 11 beschreiben Speicherung und Weitergabe genetischer Information auch unter
Anwendung geeigneter Modelle.
Gentech_Gentech_AB1 (Ausschneidebeispiel), Gentech_Gentech_AB2 (Übertragung auf molekulare Ebene), Gentech_Gentech_AB3 (Filmleiste), Gentech_Gentech_AB3.ppt
Da der Stoff nochmals in der Oberstufe (B 11.2 Genetik und Gentechnik) behandelt
wird, sollen hier nur die Grundlagen (z. B. ohne Transformation) am Beispiel der
Bakterienzellen vermittelt werden.
Stunde 1: In einem Hefteintrag werden grundlegende Informationen zum Thema
„Gentechnik“ festgehalten (Begriff, Einteilung rote, grüne, weiße Gentechnik). Im
Anschluss wird das Prinzip der Gentechnik als Informationsübertragung von den
Schülerinnen und Schülern selbst erfahren. Dazu legt die Lehrkraft eine Folie mit
der Bastelanleitung für ein Papierschiff auf.
1 Schüler bauen Papierschiff nach Anleitung 1.
2 Eine Schülerin / ein Schüler schneidet die beiden Anleitungen (auch die Folie)
und legt sie neu zusammen.
3 Die Schülerinnen und Schüler beginnen nochmals mit dem Schiff; erhalten aber
nach der neu entstandenen Anleitung ein Papierflugzeug.
So wird das Einbringen neuer Information und damit die Entstehung eines völlig
neuen Produkts veranschaulicht. Das Prinzip wird auf die zelluläre Ebene transferiert, indem den Schülerinnen und Schülern verdeutlicht wird, dass Gentechnik
analog dazu Informationen in ein neues System überträgt. (vgl. auch Gentech_Gesamt_LI)
Stunde 2: Das in der Vorstunde erworbene Wissen wird auf die Gentechnik bei
Bakterien übertragen. Das theoretische Wissen wird zunächst mit dem Schulbuch
erarbeitet. Zur Vertiefung transferieren die Schülerinnen und Schüler die Werkzeuge und Schritte aus der Vorstunde auf die molekulare Ebene und lernen so in vereinfachter Form die Schritte der Rekombination von DNA sowie die Expression der
neuen Information (die Transformation wird nur am Rande erwähnt). Als Hausaufgabe sollen die Schülerinnen und Schüler das Arbeitsblatt „Filmleiste“ ausfüllen, in
dem die einzelnen Schritte wiederholt werden.
84
Methoden der Gentechnik – Lehrerinformation
Anleitung für die Lehrkraft
Der Text auf S. 2. wird auf Folie kopiert (ggf. auch als Arbeitsblatt für die Schülerinnen
und Schüler).
Die Folie wird auf den Tageslichtprojektor gelegt. (Jede Schülerin / jeder Schüler bekommt beide Anleitungen als Arbeitsblatt, evtl. das Blatt in der Mitte bereits geschnitten.)
Jede(r) soll die Anleitung 1 durchführen. (Es entsteht ein Papierschiff.)
Die Folie wird an den gestrichelten Linien geschnitten und die Anleitung auf dem Tageslichtprojektor neu zusammengeklebt. (Anschließend sollen die Schülerinnen und Schüler
beide Anleitungen an den dünn gepunktelten Linien auseinanderschneiden und den größeren Teil der Anleitung 2 in die Anleitung 1 (ins Heft) kleben.)
Jetzt sollen alle die neue Anleitung (2 in 1) befolgen. (Durch die „Informationsübertragung“
wurde jetzt ein neues Produkt, ein Papierflieger erstellt.
Methoden der Gentechnik – Arbeitsblatt
85
Anleitung 1
Nimm ein DIN-A4-Blatt. Lege die zwei schmäleren Seiten aufeinander und falte das Blatt. Wiederhole dies mit dem einmal
gefalteten Blatt und öffne es wieder. Falte jetzt die Ecken der geschlossenen Seite in die Mitte. Falte die rechteckigen Streifen
nach oben, sodass sie über die eingefalteten Ecken stehen. Biege
die Ecken nach unten, sodass ein Dreieck entsteht. Greife von unten in das Dreieck, ziehe es auseinander, bis ein flaches Quadrat
entstanden ist. Falte jetzt auf beiden Seiten die offenen Enden
des Vierecks bis zur Hälfte nach oben. Greife erneut in die entstandene Form und ziehe sie wie oben auseinander. Greife jetzt
die entstandenen Dreiecke und ziehe sie auseinander.
Anleitung 2
Nimm ein DIN-A4-Blatt. Lege die langen Seiten aufeinander, falte
das Blatt und öffne es dann wieder. Falte jetzt die beiden Ecken
auf einer schmalen Seite, bis sie sich in der Mitte treffen. Wiederhole diesen Vorgang auf der gleichen Seite nochmals. Klappe das
Blatt entlang dem Mittelfalz zusammen. Falte beide Seiten nach
unten, sodass jeweils ein paralleler Falz (ca. 2 cm entfernt) über
dem Mittelfalz entsteht. Am Ende der entstandenen „Tragflächen“
wird dann noch ein fingerbreiter Streifen nach oben gefaltet. Lege
die Bastelarbeit zur Seite.
Methoden der Gentechnik – Folienvorlage
86
Arbeitsauftrag: Ordne folgende Begriffe aus der Gentechnik
dem „Papier-Falt-Modell“ der letzten Stunde zu:
Ribosom
Eiweiß
gentechnisch gewonnenes Eiweiß
Restriktionsenzym
Zellkern
genetischer Code
Bindeenzym
Plasmid
neu kombiniertes Plasmid
Spender-DNA
Beispiel:
Ribosom
…
Schülerin/Schüler
Methoden der Gentechnik – Lösung
87
Arbeitsauftrag: Ordne folgende Begriffe aus der Gentechnik
dem „Papier-Falt-Modell“ der letzten Stunde zu:
Ribosom  Schülerin/Schüler
Eiweiß  Papierschiff
gentechnisch gewonnenes Eiweiß  Papierflieger
Restriktionsenzym  Bastelschere
Zellkern  Overhead
genetischer Code  Schrift bzw. Worte
Bindeenzym  Kleber
Plasmid  Blatt Bauanleitung Schiff
neu kombiniertes Plasmid  Blatt Bauanleitung Schiff
mit eingeschnittener Anleitung
neues Gen  Bauanleitung Flieger
88
Methoden der Gentechnik – Arbeitsblatt
Methoden der Gentechnik (Beispiel: Bakterien)
Schneide die Bilder aus und klebe sie in die logische Reihenfolge, die die Schritte bei der
Herstellung eines gentechnisch erzeugten Proteins zeigt. Beschreibe die einzelnen Schritte.
_____________________
_____________________
_____________________
gewünschtes
Protein
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
DNA
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
_____________________
____________________
gewünschtes
Gen
Methoden der Gentechnik – Arbeitsblatt (Lösung)
89
Methoden der Gentechnik (Beispiel: Bakterien)
Aus dem Spenderorganismus wird die
DNA gewonnen.
DNA
gewünschtes
Gen
Ein Plasmidring und die Spender-DNA
werden mit den gleichen Restriktionsenzymen geschnitten und anschließend
kombiniert wieder verklebt.
Das gewünschte Gen ist jetzt in dem
Plasmidring.
Der rekombinierte Plasmidring wird in
eine Bakterienzelle eingeschleust.
Die neuen Bakterienzellen werden
vermehrt und produzieren das gewünschte Eiweiß.
gewünschtes
Protein
Das Eiweiß wird von den Bakterien
abgetrennt und gereinigt.
ethische Bewertung der Gentechnik – Lehrerinformation
90
ethische Bewertung der Gentechnik
Bezug zum Lehrplan
9.5 Angewandte Biologie: Grundlagen Gentechnik (ethische Aspekte)
Fachwissen (F)
1.4, 3.8
Voraussetzungen
Benötigte
Materialien
Zeit
Ziele des
Bausteins
Anlagen
Kommunikation (K)
1, 4, 6, 7
Bewertung (B)
1, 2, 3, 5
B 9.3 Grundlagen der Genetik; 9.5 Angewandte Biologie: Gentechnische
Veränderung von Bakterienzellen, ethische Bewertungskriterien; es ist
vorteilhaft, wenn die Placemat-Methode bereits bekannt ist.
Folie zu Argumenten pro/contra Gentechnik,
Arbeitsblätter: je Placemat-Gruppe eine Placemat-Vorlage und jeweils vier
Beispiele,
Folien- oder Kopiervorlage zum Arbeitsauftrag,
Rollenspiel Gentechnik mit Anleitung für die Spielerinnen und Spieler, die
Moderatorin / den Moderator, Tischkarten, evtl. Beobachtungsbögen
2 Stunden
Die Schülerinnen und Schüler bewerten Beispiele zur Gentechnik auf Basis der erworbenen Bewertungskriterien und des Fachwissens und präsentieren ihre Ergebnisse. Anschließend nehmen sie in einem Rollenspiel
sowohl pro- als auch contra-Positionen ein.
Die Schülerinnen und Schüler ....
F 1.4 beschreiben und erklären Wechselwirkungen zwischen Organismen,
F 3.8 kennen und erörtern Eingriffe des Menschen in die Natur und Kriterien für solche Entscheidungen,
K 4 werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen zielgerichtet aus und verarbeiten diese auch mithilfe verschiedener Techniken und Methoden adressaten- und situationsgerecht,
K 6 stellen Ergebnisse und Methoden biologischer Untersuchung dar und
argumentieren damit,
B 1 unterscheiden zwischen beschreibenden (naturwissenschaftlichen)
und normativen (ethischen) Aussagen,
B 2 beurteilen verschiedene Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwortung,
B 3 beschreiben und beurteilen Erkenntnisse und Methoden in ausgewählten aktuellen Bezügen wie zu Medizin, Biotechnik und Gentechnik,
und zwar unter Berücksichtigung gesellschaftlich verhandelbarer Werte,
B 5 beschreiben und beurteilen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe
in einem Ökosystem.
Gentech_EthBew_MA1 (einführende Folie),
Gentech_EthBew_MA2 (Beispiele, Placemate-Vorlage),
Gentech_EthBew_12 (Arbeitsauftrag),
Gentech_EthBew_13 (Rollenspiel)
ethische Bewertung der Gentechnik – Lehrerinformation
Hinweise zur
Umsetzung
91
Obwohl die ethische Bewertung in Jgst.11 noch einmal ausführlich im
Biologielehrplan enthalten ist (B 11.2 Genetik und Gentechnik), soll hier
bereits auf die vielfältigen Anwendungen der Gentechnik eingegangen
werden, da nur ein Teil der Schülerinnen und Schüler Biologie in Jgst. 11
belegen. Zunächst werden auf einer animierten Folie (Gentech_EthBew_MA1) häufig genannte pro- und contra-Argumente zur grünen Gentechnologie vorgestellt. Anschließend sollen die Schülerinnen
und Schüler jeweils zu viert in der Placemat-Methode einen Fall von Gentechnik bewerten. Die Beispiele sind bewusst auf eine DIN A4-Seite komprimiert und konzentrieren sich auf die wesentlichsten Verfahrensabläufe,
sodass auch eine Schülerin / ein Schüler der Jgst. 9 mit diesen Vorlagen
zurechtkommt. Jedes Beispiel kann unterschiedlich bewertet werden. Im
anschließenden Kurzreferat wird der Fall, die Bewertungskriterien und die
(vorläufige) Bewertung vorgestellt. Wenn noch eine Stunde Zeit bleibt, so
sollte nach jedem Kurzreferat eine kurze Diskussionsrunde stattfinden.
Am Ende der Einheit soll eine Gesamtzusammenfassung an dem momentan am heftigsten diskutierten Fall in Form eines Rollenspiels gemacht
werden. Die Schülerinnen und Schüler können dabei nochmals die Argumentationen verfolgen und auch auswerten. Diese kann aber auch mit
dem Rollenspiel als Gesamtzusammenfassung geschehen.
92
ethische Bewertung der Gentechnik – Texte
Biologische Schädlingsbekämpfung mit Gentechnik
Australien wird zurzeit von Aga-Kröten überschwemmt.
Diese Tiere wurden 1935 nach Australien eingeführt, um
den Zuckerrohrkäfer, der die Ernten der Zuckerrohrfarmer drastisch reduzierte, aufzufressen. Damit hatte man
in Puerto Rico gute Erfahrungen gemacht.
Leider fraßen die Kröten in Australien aber nicht den Käfer, für den sie extra geholt wurden, sondern alles andere, was ihnen vor das Maul kam. Sie stellen für die einzigartige
Tierwelt in Australien eine Gefahr dar, da ihre Anzahl jedes Jahr um ein Viertel wächst.
Heute leben bereits mehr Kröten in Australien, als alle anderen einheimischen Amphibien zusammen. Sie haben keine Fressfeinde und sind noch dazu so giftig, dass sogar
Süßwasserkrokodile, die versehentlich eine Kröte gefressen haben, an ihr eingehen. Der
Lebensraum der Kröten breitet sich jedes Jahr in einem Radius von 40 km aus.
Forscher haben jetzt aber einen gentechnischen Ansatz gefunden, der den Vormarsch
der Aga-Kröten stoppen könnte:
Bei Amphibien unterscheidet sich der Blutfarbstoff der Kaulquappe von dem des erwachsenen Tieres. Der Farbstoff des erwachsenen Tieres wird sogar von Kaulquappen über
ihr Immunsystem bekämpft. Forscher wollen jetzt mithilfe eines gentechnisch veränderten Virus das Gen des erwachsenen Tieres in der Kaulquappe aktivieren, sodass
sofort erwachsener Blutfarbstoff gebildet wird. Die Kaulquappe entwickelt dann Antikörper, welche den Farbstoff angreifen. Diese bleiben auch nach der Metamorphose im
Körper, sodass der eigene Blutfarbstoff angegriffen wird; es entwickeln sich keine fortpflanzungsfähigen Kröten.
Noch wurde das Verfahren nicht im Freiland getestet, da der Virus auch andere Amphibienarten befallen kann und auf sie den gleichen Effekt hat. Er soll jetzt gentechnisch so
verändert werden, dass er nur die Aga-Kröte befällt.
Bildnachweis:
Wikimedia Commons, NIEdot369.jpg
93
Die blaue Rose
Für die Farbe von Blütenblätter sind verschiedene Farbstoffe verantwortlich, die von der Pflanze erzeugt werden. Je
nachdem welcher Stoffwechselweg für die Farbstoffherstellung im Erbmaterial einer Pflanze vorliegt, kann sie nur bestimmte Farbstoffe produzieren. Mit der klassischen Züchtung gelingt es bisher nicht immer, eine bestimmte Blume in
einer bestimmten Farbe leuchten zu lassen. Als Symbol für diese Unerreichbarkeit galt in
der Romantik die „Blaue Blume“. (Frage deine Deutschlehrkraft.)
Mithilfe der Gentechnik ist jetzt diese Fantasie Wirklichkeit geworden. Seit 1987 der Forscher Peter Meyer mithilfe von Maisgenen Petunien von weiß auf rot umgefärbt hat, haben Firmen versucht, die Methoden der Gentechnik für die Blumenzüchtung einzusetzen.
Die australische Firma Florigene und die japanische Firma Suntoy forschten seit vielen
Jahren an einer blauen Rose. Dazu wurde das Gen für den blauen Farbstoff Delphinidin
in die Rose eingebracht. Die Ergebnisse waren zunächst noch nicht perfekt, da daneben
noch der rote Farbstoff Cyanidin von den Rosen selbst produziert wurde und so die Blüte
lila wirkte. Erst seitdem das Gen für diesen Farbstoff ausgeschaltet werden konnte, gibt
es seit 1. November 2008 die blaue Rose.
Der Markt für diese Rose wird von den Firmen als sehr groß eingeschätzt (30 Billionen
Yen), da die blaue Rose seit alters her in vielen Kulturen (von China bis ins viktorianische England) als Symbol bekannt ist (vgl. oben). Sie ist in verschiedenen Ländern seit
Herbst 2009 im Handel erhältlich.
Eine weitere Errungenschaft der Gentechnik ist eine im Dunkeln leuchtende Rose, bei
der ein Gen aus Leuchtbakterien eingesetzt wurde.
Ob die Blume auch in Deutschland zu haben sein wird, darf bezweifelt werden, da das
Gentechnik-Gesetz den Verbraucher vor gentechnisch veränderten Waren schützt.
weitere Informationen:
Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 02.04.2006, Nr. 13 / S. 69
http://www.faz.net/s/Rub80665A3C1FA14FB9967DBF46652868E9/Doc~E62ECB51438894D21A3
206CEE34A1B7E7~ATpl~Ecommon~Scontent.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Blue_rose
http://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/asia/japan/3329213/Worlds-first-blue-roses-after-20years-of-research.html
94
Goldener Reis- eine Pflanze mit Zusatznutzen
Reis stellt für weite Teile der Weltbevölkerung die Nahrungsgrundlage dar. Da in diesen Gebieten die Bevölkerung sehr
arm ist, ernähren sich viele fast ausschließlich von Reis und
damit sehr einseitig. Ernährungsphysiologisch besteht Reis
fast ausschließlich aus einem Kohlenhydrat, der Stärke. Vor
allem der Mangel an Vitaminen wirkt sich negativ auf die Gesundheit aus (z. B. Skorbut, Beri Beri). Die Idee des „golden
rice“-Projekts ist es, dass in die Reispflanze Gene, die die
Pflanze zur Herstellung von Vitaminen bzw. deren Vorstufen
benötigt, eingebaut werden könnten, sodass Menschen, die
sich von diesem Reis ernähren, von den Mangelerkrankungen
verschont bleiben.
Das Projekt wurde von Prof. Ingo Potrykus von der ETH Zürich zusammen mit Prof.
Beyer von der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg 1992 gestartet. Dabei sollte v. a.
der in Asien häufige Vitamin-A-Mangel behoben werden. Dieser kann z. B. zu Augenleiden bis zur Erblindung, zu einer Beeinträchtigung des Immunsystems und zu Wachstumsstörungen bei Kleinkindern führen.
Beim golden-rice-Projekt wurde ein Gen der Osterglocke und ein Gen aus einem Bakterium in das Reisgenom eingefügt. Beide zusammen bilden die Vitamin-A-Vorstufe Carotin. Dieses wird dann im Körper zu Vitamin A umgebaut. Beim golden-rice-2-Projekt
wurden noch drei weitere Gene eingefügt, welche die Synthese von -Carotin noch beschleunigen.
Das Projekt wird von der Öffentlichkeit mit großer Aufmerksamkeit verfolgt. Kritikpunkte
sind u. a., dass Vitamin A als Medikament verteilt werden könnte und so golden rice
überflüssig ist. Auch ist golden rice nicht patentfrei, wenn auch Patentgebühren erst ab
einem Anbauwert von 10.000 $ verlangt werden sollen. Schließlich denken die Kritiker,
dass golden rice ein Prestigeprojekt ist, damit die grüne Gentechnik in der Bevölkerung
besser akzeptiert wird.
Die Befürworter weisen dagegen darauf hin, dass dieser Reis (im Gegensatz zu Medikamenten) keine dauerhaften Probleme bei der Verteilung bereitet und dass ein Mensch
bereits mit 70 g Reis pro Tag seinen Vitamingehalt decken könnte. Es könnten v. a. die
Mangelerscheinungen bei Kleinkindern vermieden werden. Dazu muss ein Kleinbauer
seine Arbeitsmethoden auch nicht (wie bei anderen gentechnisch veränderten Pflanzen)
ändern.
www.goldenrice.org
http://de.wikipedia.org/wiki/Goldener_Reis
Bildnachweis: Wikimedia Commons, Reis-Rispe.jpg
95
Humaninsulin aus Bakterien
Bei der Zuckerkrankheit kann der Erkrankte keinen Traubenzucker
in seine Zellen aufnehmen. Somit steht den Zellen zu wenig Energie zur Verfügung. Dabei ist Traubenzucker im Körper vorhanden,
nur fehlt das Hormon Insulin aus der Bauchspeicheldrüse, welches
für die Aufnahme in die Zelle entscheidend ist.
Bis zum Jahr 1927 war die Zuckerkrankheit tödlich. Damals wurde ein erster Patient mit
Insulin aus Tieren behandelt und konnte so überleben. Dabei deckte der Insulin-Gehalt
eines Schweins aber nur den Bedarf über drei Tage. So versuchte man andere Methoden der Insulingewinnung zu entwickeln. 1964 gelang die chemische Totalsynthese, d. h.
Insulin konnte aus einfachen chemischen Verbindungen hergestellt werden. Dies war
aber viel unwirtschaftlicher als die Aufarbeitung der Bauchspeicheldrüsen von Schlachttieren.
Seit etwa 1985 hat sich die gentechnische Herstellung von menschlichem (Human)Insulin durchgesetzt. Dazu wurde das Gen für Insulin anfangs aus menschlichen Zellen
isoliert. Inzwischen wird das Gen nach dem genetischen Code künstlich hergestellt. Zur
Insulin-Produktion wird das Gen in Bakterien- oder Hefezellen eingesetzt. Diese Zellen
bilden eine Vorstufe von Insulin (bis zu 40 % ihres Zellgewichts). Nach dem Abtöten der
Bakterienzellen wird diese Vorstufe gereinigt und anschließend durch einfache chemische Prozesse in Insulin verwandelt. Dabei entstehen aus 40.000 l Bakterienansatz ungefähr 100 g Insulin. Ein Erwachsener braucht pro Tag ca. 2 mg Insulin.
Vorteile dieses Verfahrens sind neben der Wirtschaftlichkeit v. a. die Synthese von
menschlichem Insulin. Rinder- bzw. Schweineinsulin ist geringfügig anders aufgebaut,
was zu allergischen Reaktionen im menschlichen Körper führen kann.
Durch das gentechnisch erzeugte Humaninsulin ist für 140 Millionen Menschen die Versorgung mit reinem Insulin sichergestellt.
Schmid, R. D.: Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik. Wiley-VCH Verlag, Weinheim,
2002
Huismans, H.: Lexikon der klinischen Diabetologie. Deutscher Ärzte Verlag, Köln, 2005
Bildnachweis:
Wikimedia Commons, Two insulin.JPG
96
Alles Käse mit Chymosin
Bei der Käseherstellung wird traditionell Labferment, ein Enzym, eingesetzt. Es zerlegt
das Eiweiß Kasein und bringt es zur Gerinnung. Aus diesem geronnenen Eiweiß wird
schließlich Hartkäse hergestellt. Das Chymosin kann aus Kälbermägen durch chemische
Verfahren gewonnen werden.
Da diese Lab-Quelle jedoch sehr begrenzt ist, kann der Bedarf für die moderne Käseproduktion nicht mehr mit traditionellem Kälberlab gedeckt werden. Es können auch „LabAustauschstoffe“ aus Pflanzen ("Labkraut") oder aus (gentechnisch nicht veränderten)
Mikroorganismen verwendet werden. Allerdings können dabei Geschmacksveränderungen am Käse auftreten.
Deshalb wird inzwischen Chymosin mithilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt. Dazu wurde das aus den Zellen von Kälbern isolierte Chymosin-Gen auf
geeignete Produktionsorganismen - in der Regel Schimmelpilze oder Hefen - übertragen.
Diese werden vermehrt und in geschlossenen Systemen (Fermenter) kultiviert, wo sie
das („Kälber“-)Chymosin in die umgebende Flüssigkeit abgeben. Das Chymosin wird
abgetrennt und gereinigt.
Weltweit wird ein großer Teil des Käses unter Verwendung "gentechnisch hergestellten"
Chymosins erzeugt. Ebenso wie das Labferment gilt Chymosin in Deutschland nicht als
Lebensmittelzutat und wird daher nicht auf der Zutatenliste deklariert. Eine Gentechnikbezogene Kennzeichnung von Käse im Hinblick auf Chymosin ist nicht vorgeschrieben.
2002
http://www.transgen.de/datenbank/enzyme/83.chymosin.html
97
Gentechnik per Zufall: Der Riesenlachs
Häufig hilft der Zufall den Wissenschaftlern: Als
einmal aus Versehen ein Tank mit gefangenen
Flundern gefror, stellte man mit Verwunderung
fest, dass die Tiere nach dem Auftauen immer
noch lebten. So suchte man das „Frostschutz“-Protein und das dazugehörige Gen. Als
man es gefunden hatte, wollte man es auf den Lachs übertragen, damit dieser auch bei
Temperaturen um den Gefrierpunkt gezüchtet werden kann. Überraschenderweise
wuchsen diese Lachse jedoch viel stärker als ihre Artgenossen. Der Grund: Das AntiFrost-Gen greift in den Hormonhaushalt der Lachse ein und bewirkt eine vermehrte Produktion des Wachstumshormons. In der Landwirtschaft werden (gentechnisch hergestellte) Wachstumshormone auch bei anderen Tieren (z. B. Schweinezucht bzw. Milchproduktion (nicht in der EU)) eingesetzt. Züchter erhoffen sich durch die schnell wachsenden Lachse erhebliche Kosteneinsparungen.
In den USA wird jedoch die Zulassung der Riesenlachse seit 1999 nicht gewährt. Es bestehen erhebliche Befürchtungen, dass schnell wachsende transgene Fische aus den
Zuchtfarmen entweichen könnten. Da bei der Paarung der Lachse die Größe der Individuen einen Vorteil darstellt, könnten sie sich in den natürlichen Populationen zunächst
durchsetzen. Da sie durch die Veränderungen jedoch weniger widerstandsfähig sind und
nur wenige Nachkommen produzieren, könnten nach mehreren Generationen die natürlichen Lachsbestände ein- bzw. sogar völlig zusammenbrechen („trojanischer GenEffekt“).
Um dieses Risiko auszuschließen, sollen nur unfruchtbare Riesenlachse vermarktet
werden, die sich nicht fortpflanzen können.
Ungeklärt ist noch, ob sich die betroffenen Gene innerhalb von mehreren Generationen
weiter verändern und damit evtl. die eingebauten Sicherheiten (Unfruchtbarkeit) wieder
unwirksam werden. Auch ein eventuelles Allergierisiko beim Menschen gegenüber den
Riesenlachsen muss noch erforscht werden.
Letztendlich ist die Akzeptanz der Bevölkerung von gentechnisch veränderten (tierischen) Nahrungsmitteln für den weiteren Verlauf des Projektes „Riesenlachs“ entscheidend.
2002
http://www.transgen.de/lebensmittel/tiere/145.doku.html
Bildnachweis:
Wikimedia Commons, Lachs (Blitz).png
98
Medizin von der Weide - das Gene Pharming
Moderne Arzneimittel werden oft sehr aufwändig hergestellt. Forscher faszinieren deswegen
schon seit langem die Methoden der Gentechnologie. Wurden bestimmte Arzneimittel lange
Zeit v. a. aus Schlachttieren gewonnen (z. B.
Insulin), so sollen v. a. als Medikamente verwendete Eiweißmoleküle mithilfe von Tieren
erzeugt werden. Dabei würde sich besonders
ihre Milch als „natürliche Eiweißquelle“ anbieten, aus der dann diese Medikamente isoliert werden könnten.
Zur Erzeugung eines transgenen Säugetieres muss einer Eizelle das gewünschte Gen
eingesetzt werden und diese dann nach der Befruchtung einer Leihmutter eingesetzt
werden, die das Tier austrägt. Bei dieser Methode entsteht aber aus weniger als einer
von tausend Eizellen wirklich ein transgenes Tier. Trotzdem hätte diese Methode Vorteile, da das gewünschte Protein in der Milch sehr hohe Konzentrationen erreicht. So könnte zum Beispiel eine transgene Kuh den gesamten Bedarf an Faktor VIII (fehlt BluterKranken zur Blutgerinnung) in den USA decken.
Seit 2008 ist in Deutschland ein erstes Medikament zugelassen, welches die Blutgerinnung bei erblich Erkrankten verhindert. Es wird aus Ziegenmilch isoliert.
Leider gibt es aber auch zahlreiche Probleme: Die geringen Erfolgsaussichten beim Einbringen des neuen genetischen Materials sorgen für sehr hohe Kosten. Dies steigert sich
nochmals, wenn man nicht nur ein Tier, sondern eine Herde haben möchte, die dauerhaft für die Herstellung des Medikaments eingesetzt werden soll. Außerdem sind die Tiere mit Fremdeiweißen in ihrem Körper konfrontiert, was auf Dauer zu gesundheitlichen
Problemen führen kann.
2002
http://www.transgen.de/lebensmittel/tiere/652.doku.html
Bildnachweis:
Wikimedia Commons, Cattle_herd.jpg
99
RoundUp- ein Pflanzenschutzmittel mit passenden Kulturpflanzen
Das Pflanzenschutzmittel RoundUp ist seit 1970 bekannt. Es
greift bei den Pflanzen in den Stoffwechsel ein und behindert ein
Enzym, welches für die Produktion mehrerer lebensnotwendiger
Grundbaustoffe zum Aufbau des Pflanzenkörpers wichtig ist. Die
Pflanzen gehen schließlich an diesem Mangel ein.
Der Vorteil dieses Unkrautvernichtungsmittel ist, dass es, laut
Hersteller, in der Umwelt schnell abgebaut wird und auch nicht
in andere Lebensräume verfrachtet wird. Nachteilig ist, dass
zunächst nicht nur Unkraut, sondern auch die Kulturpflanzen
betroffen sind. In der klassischen Landwirtschaft wurde
RoundUp deswegen nur zur Vorbereitung der Felder eingesetzt. Inzwischen gibt es aber
zu RoundUp gentechnisch angepasste Pflanzen. Diese haben aus dem Bakterium Escherichia coli ein Enzym erhalten, welches das durch RoundUp blockierte Enzym ersetzt, sodass die Pflanzen auch weiterhin die wichtigen Grundbaustoffe aufbauen können. Damit kann auf diesen Feldern auch während Kulturpflanzen auf dem Feld sind,
RoundUp ausgebracht werden. Das Patent auf diese Pflanzen besitzt die Firma Monsanto, sodass interessierte Landwirte dort das Saatgut kaufen müssen.
Inzwischen werden auch die Probleme von RoundUp immer augenscheinlicher: So erfolgt der biologische Abbau nicht so schnell, wie von Monsanto angegeben, es könnten
auch Gefahren beim direkten Kontakt mit RoundUp auftreten. In Experimenten mit Seeigeleiern wurde beobachtet, dass die Entwicklung der Jungen beeinträchtigt wird, da
RoundUp scheinbar die Zellteilung stört. Auch sind inzwischen erste Resistenzen bei
„Unkraut“ aufgetreten, so dass RoundUp nicht mehr die gewünschte Wirkung erzielt.
Eventuell wurde das veränderte Gen auf diese Pflanzen übertragen.
In letzter Zeit wird auch diskutiert, ob RoundUp eine Mitschuld an dem weltweiten Amphibiensterben trägt. Dabei steht aber nicht der Wirkstoff selbst, sondern ein Netzmittel,
das zur besseren Aufnahme für die Pflanzen zugegeben wird, unter Verdacht. Monsanto
möchte dieses jetzt gegen ein neues Mittel austauschen.
2002
http://www.taz.de/1/leben/medien/artikel/1/mit-gift-undgenen/?src=HL&cHash=62043cfc3f&type=98
http://de.wikipedia.org/wiki/Roundup
Bildnachweis:
Wikimedia Commons, Soybeans.jpg
100
bt-Mais - Resistenz durch ein Fraßgift
Der Maiszünsler, ein Kleinschmetterling, kann Maispflanzen auf
verschiedene Weisen schädigen. So kommt es für den Landwirt
zu erheblichen Ernteausfällen. Seit ca. 100 Jahren ist ein Gift aus
einem Bodenbakterium Bacillus thuringiensis (bt) bekannt, das
gegen Schmetterlinge wirkt. Es handelt sich um ein Eiweiß, welches nur im Darm von Schmetterlingen aktiviert wird und diese
dann abtötet. Seit ca. 50 Jahren wird mit diesem Protein der
Maiszünsler bekämpft; es darf sogar in der ökologischen Landwirtschaft verwendet werden. Die Forscher hatten jetzt die Idee,
den Bauplan dieses Eiweißmoleküls direkt in die Pflanzen einzubauen und so die Nutzpflanzen vor den Raupen des Maiszünslers zu schützen. Am bekanntesten ist der bt-Mais, der auch am
stärksten in der Diskussion steht.
Die Vorteile dieser Methode wären, dass die Pflanzen automatisch gegen den Schädling
geschützt wären. Auf das Spritzen von Insektiziden könnte u. U. vollständig verzichtet
werden und so würden auch andere Schmetterlinge geschützt, da das Gift nur noch auf
die Pflanzen fressenden Schädlinge wirken würde. Inzwischen können sogar Pflanzen
erzeugt werden, die das Gift nur noch in bestimmten Pflanzenteilen produzieren, an denen der Schädling auch vorkommt. So können z. B. Maiskolben völlig bt-Toxin-frei gehalten werden.
Die Gegenargumente betreffen mehrere Probleme: Zunächst können Schädlinge Resistenzen gegenüber dem bt-Gift entwickeln. Ein ständiger Kontakt mit den gentechnisch
veränderten Pflanzen würde dies beschleunigen und besonders der ökologische Landbau hätte das bt-Toxin als Insektizid nicht mehr zur Verfügung. Außerdem ist immer
noch nicht mit letzter Sicherheit geklärt, ob und wie das bt-Toxin auch auf andere Organismen wirkt. Eine Laborstudie mit dem Monarchfalter erbrachte Hinweise darauf.
Schließlich wurde an der Veterinärmedizinischen Uniklinik Wien bei Versuchen mit Mäusen eine fruchtbarkeitsschädigende Wirkung festgestellt. Letztendlich kann auch nicht
ausgeschlossen werden, dass das bt-Gen über Pollen in anderen Pflanzen übertragen
wird oder dass Mikroorganismen es im Boden aufnehmen. Hier wäre es besonders
schlimm, wenn das durch das technische Verfahren zugehörige Antibiotika-Resistenzgen
auf Krankheitskeime übertragen werden würde. Bisher konnte aber noch keine Position
endgültig bestätigt werden. Am 14.4.2009 wurde der Anbau von bt-810-Mais in Deutschland verboten.
2002
http://de.wikipedia.org/wiki/Transgener_Mais
http://www.transgen.de/anbau/btkonzept/210.doku.html
Bildnachweis:
Wikimedia Commons, Illustration Zea mays0_clean.jpg
ethische Bewertung der Gentechnik – Arbeitsblatt
101
Ethische Bewertung der Gentechnik
ARBEITSAUFTRAG
Bewertet
die
Verwendung
von
Gentechnik
im
vorliegenden
Fallbeispiel unter Verwendung der erlernten Kriterien nach der
Placemat-Methode.
Stellt eure Ergebnisse auf der Folie übersichtlich und verständlich
dar.
Tragt eure Ergebnisse (der Fall, die Bewertungskriterien und eure
Bewertung) in der nächsten Stunde in einem Kurzreferat (max.
5 Minuten) der Klasse vor.
102
ethische Bewertung der Gentechnik – Rollenspiel
Rollenspiel: Gentechnik
Beteiligte Personen
Eduard Feldlauf (Landwirt)
Bewirtschaftet große Flächen mit Ackerbau (Mais, Raps und Weizen), lebt von den Erträgen
eher schlecht als recht. Interessiert sich für rentablere Anbaumethoden und steht den modernen Methoden aufgeschlossen gegenüber.
Fritz Bauer (Ökobauer)
Bewirtschaftet einen kleinen Bauernhof, lebt von seinen Produkten selbst und verkauft den
Rest im Ökoladen. Vermeidet alle „künstlichen“ Mittel, auch wenn dadurch der Ertrag geschmälert wird. Als Biobauer ist es ihm erlaubt, das Botulinustoxin (bt) als Lösung gegen den
Zünsler auszubringen. Er fürchtet, dass das Mittel durch Resistenzen gegen den bt-Mais
bald nicht mehr wirken wird.
Sabine Schwärmer (Imkerin)
Hat mehrere Bienenvölker, mit denen sie jedes Jahr zu den Bauern zieht und dort die Feldfrüchte bestäubt. Sie möchte gentechnikfreien Honig verkaufen, kann aber ihre Bienen nicht
von Gen-Feldern fernhalten, sodass die Bienen genveränderte Pollen (Blütenstaub) eintragen.
Dr. Galileo Einstein (Forscher)
Untersucht Wechselwirkungen von Schädlingsbekämpfungsmitteln mit der Umwelt und die
Alternativen aus der Gentechnik. Er sieht die Chance, den Gifteinsatz zu minimieren und die
Auswirkungen auf alle Insekten durch die Gentechnik einzuschränken. Die Wahrscheinlichkeit zur Verbreitung des Gens erachtet er als eher gering.
Dr. Zea Müller (Firmeninhaberin)
Ihre Firma hat den Genmais und Safe-Mais, ein Unkrautvernichtungsmittel, das alle Pflanzen
bis auf gentechnisch angepasste Nutzpflanzen abtötet, entwickelt und dafür mehrere
100.000 € investiert. Sie beschäftigt 5000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Ihre Firma will
weitere Pflanzen entwickeln, die durch gentechnische Veränderungen mehr Ertrag liefern
oder nicht mehr mit Schädlingsbekämpfungsmitteln besprüht werden müssen. Dazu soll das
Saatgut patentiert werden und ausschließlich durch ihre Firma verkauft werden.
Johannes Beer (Biologe)
Erforscht Schmetterlinge und befürchtet, dass durch das spezifische Gift in Pflanzen die
Schmetterlinge sterben können. Erste Ergebnisse seiner Arbeit am bt-Mais stützen seine
Befürchtungen. Er denkt, dass durch gentechnisch hergestellte spritzmittelresistente Pflanzen Landwirte sorgloser mit Spritzmitteln umgehen und damit mehr Gifte in die Umwelt einbringen.
Christina Kindlieb (Familienmutter)
Möchte sich und ihre Familie möglichst gesund ernähren, muss aber auch aufs Geld schauen.
Gottlieb Amadeus (Theologe und Entwicklungshelfer)
Sieht auf der einen Seite die großen Ernteeinbußen, die einer wachsenden Weltbevölkerung
entgegenstehen, auf der anderen Seite möchte er aber auch keine Abhängigkeiten der
Landwirte von den produzierenden Firmen. Er stellt sich auch die Frage, ob man in die
Schöpfung auf dieser Ebene eingreifen darf.
Wally / Willi Wackler (Moderator/in)
103
weitere Materialien in dieser Datei:
Karten als Informationsgrundlage für die jeweiligen am Rollenspiel mitwirkenden
Personen
Namensschilder
Beobachtungsbogen für die zuschauenden Schülerinnen und Schüler
Informationskarten für die mitwirkenden Personen
Johannes Beer (Biologe)
Fritz Bauer (Ökobauer)
Erforscht Schmetterlinge und
Bewirtschaftet einen kleinen Bauern-
befürchtet, dass durch das
hof, lebt von seinen Produkten selbst
spezifische Gift in Pflanzen die
und verkauft den Rest im Ökoladen.
Schmetterlinge sterben können. Erste Vermeidet alle „künstlichen“ Mittel,
Ergebnisse seiner Arbeit am bt-Mais
auch wenn dadurch der Ertrag
stützen seine Befürchtungen. Er
geschmälert wird. Als Biobauer ist es
denkt, dass durch gentechnisch
ihm erlaubt, das Botulinustoxin (bt) als
hergestellte spritzmittelresistente
Lösung gegen den Zünsler
Pflanzen Landwirte sorgloser mit
auszubringen. Er fürchtet, dass das
Spritzmitteln umgehen und damit
Mittel durch Resistenzen gegen den
mehr Gifte in die Umwelt einbringen.
bt-Mais bald nicht mehr wirken wird.
Sabine Schwärmer (Imkerin)
Dr. Galileo Einstein (Forscher)
Hat mehrere Bienenvölker, mit denen Untersucht Wechselwirkungen von
sie jedes Jahr zu den Bauern zieht
Schädlingsbekämpfungsmitteln mit
und dort die Feldfrüchte bestäubt. Sie der Umwelt und die Alternativen aus
möchte gentechnikfreien Honig ver-
der Gentechnik. Er sieht die Chance,
kaufen, kann aber ihre Bienen nicht
den Gifteinsatz zu minimieren und die
von Gen-Feldern fernhalten, sodass
Auswirkungen auf alle Insekten durch
die Bienen genveränderte Pollen (Blü- die Gentechnik einzuschränken. Die
tenstaub) eintragen.
Wahrscheinlichkeit zur Verbreitung
des Gens erachtet er als eher gering.
104
Eduard Feldlauf (Landwirt)
Christina Kindlieb (Familienmutter)
Bewirtschaftet große Flächen mit
Möchte sich und ihre Familie
Ackerbau (Mais, Raps und Weizen),
möglichst gesund ernähren, muss
lebt von den Erträgen eher schlecht
aber auch aufs Geld schauen.
als recht. Interessiert sich für
rentablere Anbaumethoden und steht
den modernen Methoden
aufgeschlossen gegenüber.
Dr. Zea Müller (Firmeninhaberin)
Gottlieb Amadeus (Theologe und
Ihre Firma hat den Genmais und
Entwicklungshelfer)
Safe-Mais, ein Unkrautvernichtungs-
Sieht auf der einen Seite die großen
mittel, das alle Pflanzen bis auf
Ernteeinbußen, die einer wachsenden
gentechnisch angepasste
Weltbevölkerung entgegenstehen, auf
Nutzpflanzen abtötet, entwickelt und
der anderen Seite möchte er aber
dafür mehrere 100.000 € investiert.
auch keine Abhängigkeiten der Land-
Sie beschäftigt 5000 Mitarbeiterinnen wirte von den produzierenden Firmen.
und Mitarbeiter. Die Firma will weitere Er stellt sich auch die Frage, ob man
Pflanzen entwickeln, die durch
in die Schöpfung auf dieser Ebene
gentechnische Veränderungen mehr
eingreifen darf.
Ertrag liefern oder nicht mehr mit
Schädlingsbekämpfungsmitteln
besprüht werden müssen. Dazu soll
das Saatgut patentiert werden und
ausschließlich durch ihre Firma
verkauft werden.
Anhang
105
Anhang
Vorlage für DNA-Modell
DNASpaltenzym
106
Anhang
Val
Ala
Arg
Trp
Glu
Leu
Ribosom
Ribosom
Hinweis: Die gestrichelten
Linien symbolisieren Ribose
bzw. Uracil.
Anhang
107
108
Anhang
Methoden für Gruppenarbeiten
Methode „Placemat- Activity“
Think and write privately
•
Formuliere deine Überlegungen in ganzen Sätzen auf deinem Segment der Placemat.
Share your ideas silently
•
•
•
•
Drehe das Placemat um 90° und lies die Erklärung deines Nachbarn durch.
Ergänze oder korrigiere diese Erklärung ggf. durch eigene Überlegungen.
Wiederhole dies, bis deine eigene Darstellung wieder bei dir ankommt.
Lies die Ergänzungen deiner Mitschüler durch.
Discuss and agree
•
•
Diskutiert eure Überlegungen und formuliert eine gemeinsame Hypothese.
Schreibt das gemeinsame Ergebnis in das Mittelfeld.
Räume für die individuellen Überlegungen und Hypothesen
Raum für die
gemeinsam erarbeiteten Überlegungen und Hypothesen
(Am besten legt man hier eine Folie bereit, sodass die Ergebnisse
über den OH-Projektor vorgestellt
werden können.)
Räume für die individuellen Überlegungen und Hypothesen
Einsetzbarkeit der Methode bei den Materialien zur Genetik (Jgst. 9) z. B.:
Pränatale Diagonostik (II): „Thalassämie“
Ethische Bewertung der Gentechnik
Anhang
109
Methode „wachsende Gruppe“ bzw. „Aushandeln“
Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten ihren Arbeitsauftrag in Einzel- bzw 2er-Gruppenarbeit in der vorgegebenen Zeit.
Anschließend fasst die Lehrkraft die Schülerinnen und Schüler zu größeren Gruppen zusammen und verdoppelt die Gruppenstärke (2er- bzw. 4er-Gruppen). In ca. 5 bis 10 Minuten
(je nach Größe des Arbeitsauftrags, jedenfalls wesentlich kürzer als die ursprüngliche Arbeitszeit) werden die Ergebnisse vorgestellt, diskutiert, erklärt, ergänzt und korrigiert. Dabei
einigen sich die Gruppen auf eine Lösungsversion („Aushandeln“). Die ganze Gruppe ist
dafür verantwortlich, dass alle Gruppenmitglieder die Lösung verstehen, akzeptieren und
richtig niederschreiben.
Jetzt fasst die Lehrkraft erneut die Schülerinnen und Schüler zu größeren Gruppen zusammen und verdoppelt erneut die Gruppenstärke (4er- bzw. 8er-Gruppen). In nochmals 5 bis 10
Minuten werden die Ergebnisse vorgestellt, diskutiert, erklärt, ergänzt, korrigiert. Dabei einigen sich die Gruppen auf eine Lösungsversion. Die ganze Gruppe ist dafür verantwortlich,
dass alle Gruppenmitglieder die Lösung verstehen, akzeptieren und richtig niederschreiben.
U. s. w.
Diese Methode kann so lange durchgeführt werden, bis zum Abschluss die gesamte Klasse
mit der Lehrkraft eine Gruppe bildet und die End-End-End-...-version diskutiert.
Es ist dabei sinnvoll, die Gruppenarbeit von zwei Schülern auf Folie anfertigen zu lassen und
damit die Abschlussbesprechung durchzuführen. Diese kann aber sehr knapp und ohne
langwieriges Abschreiben ausfallen, weil alle Schülerinnen und Schüler ja bereits die richtige
und mehrfach erklärte Endversion in geschriebener Form vor sich haben. So kann man sich
darauf beschränken, strittige und schwierige Aspekte zu klären bzw. wichtige Punkte zu wiederholen.
Gruppensprecher
stellt Lösung vor!
Einzelarbeit
2er-, 4er-,8er-,16er-Gruppenarbeit ... u.s.w.
Einsetzbarkeit der Methode bei den Materialien zur Genetik (Jgst. 9) z. B.:

Genetik und Gentechnik - ISB

Transcrição

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