Am Anfang der Humangenetik steht eine Fallbeschreibung.
http://www.bossert-bcs.de/biologie/humgenetik/index.htm
Die Fragen, die aufgeworfen werden, können aus ethischen (und auch methodischen) Gründen nicht durch Experimente am Menschen geklärt werden. Es sind Kreuzungsexperimente mit geeigneten Lebewesen nötig; die Gültigkeit der Ergebnisse für den Menschen kann anschließend leicht geprüft werden.
http://www.bossert-bcs.de/biologie/epistem/index.htm
Unter „1.1 Experimentalsystem“ werden die Grundlagen der Versuchsserien erläutert; Planung, Durchführung und Auswertung waren genial. Er hatte außergewöhnliche Ergebnisse – „Misserfolg“ hatte er bei der Vermittlung. Da seine Zuhörer und Leser ihm nicht folgen konnten, blieb die Anerkennung aus.
Die naturwissenschaftliche Denkweise war zu Mendels Zeit in der Botanik nicht sehr weit ausgeprägt. Es wurden zwar aufwendige Experimente durchgeführt, aber in Planung und Deutung gab es häufig willkürliche Brüche, die zu nicht abgesicherten Ergebnissen führten. Die unbegründete Meinung eines Lehrstuhlinhabers rangierte weit vor den Ergebnissen exakter Experimente.
Freundliche Formulierung:
„Wer die Arbeiten auf diesem Gebiete (künstliche Befruchtungen an Zierpflanzen) überblickt, wird zu der Überzeugung gelangen, dass unter den zahlreichen Versuchen keiner in dem Umfange und in der Weise durchgeführt ist, dass es möglich wäre, die Anzahl der verschiedenen Formen zu bestimmen, unter welchen die Nachkommen der Hybriden auftreten, dass man diese Formen mit Sicherheit in den einzelnen Generationen ordnen und die gegenseitigen numerischen Verhältnisse feststellen könnte.“
Gregor Mendel: Versuche über Pflanzenhybriden, Frankfurt 1995 (Ostwalds Klassiker)
Weniger freundliche Formulierung:
„Die Botaniker züchteten zahlreiche Pflanzen und führten Kreuzungen mittels künstlicher Befruchtung durch, doch sie schlossen unerwünschte Befruchtungen nicht immer sorgfältig aus und protokollierten auch Ziel und Ergebnis ihrer Experimente nicht immer präzise. Sobald eine neue Pflanzengeneration herangewachsen war, traten diese Möchtegernbotaniker einen Schritt zurück, kratzten sich am Bart und lieferten eine subjektive, ungenaue Beschreibung dessen, was sie sahen, zu sehen meinten oder zu sehen wünschten. Aus derart dubiosen Daten versuchten sie dann exakte Schlussfolgerungen abzuleiten.“
Laura Gould: Das Geheimnis der dreifarbigen Katzen, Basel 1997
Gregor Mendel dagegen war ein sehr moderner Naturwissenschaftler. Aus seinem umfangreichen Vorwissen und genauen Vorstellungen zu Fragestellung, Hypothesen und Zielen (Gaston Bachelard: Noumenon) entwickelte er einen kompletten Entwurf von Versuchsserien (Gaston Bachelard: Phänomenotechnik), für deren Durchführung er viele Jahre benötigte.
1.1.1 Wahl der Versuchspflanzen
Erbsenpflanzen wurden gewählt, weil der Blütenbau Fremdbestäubung verhindert. Dafür war die künstliche Befruchtung allerdings etwas umständlich. Erbsensorten zeigten eine Reihe konstanter unterschiedlicher Merkmale.
Erbsen lassen sich leicht im Freiland oder in Töpfen kultivieren.
1.1.2 Vorversuche
Zwei Jahre lang kreuzte er 34 Erbsensorten aus verschiedenen Samenhandlungen unter sich selbst, bis 22 Sorten gleiche und konstante Nachkommen hatten. Mit ihnen führte er dann anschließend die Kreuzungsversuche durch.
1.1.3 Merkmale
Samen rund oder kantig
Samen gelb oder grün
unreife Hülse grün oder gelb
Blüte achsenständig (längs der Achse verteilt) oder endständig (am Ende der Achse)
…
Alle Merkmale waren gut zu unterscheiden und es gab keine Übergänge (oder!).
1.1.4 Versuchsplanung
Die Versuche waren im Voraus über Jahre exakt durchgeplant. Alles wurde genau protokolliert. Es wurden tausende von Pflanzen untersucht, so dass die Ergebnisse statistisch abgesichert waren. So kam er zu dem Verhältnis 3 : 1 mit 8023 Samen, die das Verhältnis 6022 : 2001 ergeben hatten.
1.1.5 Auswertung
Die Auswertung war für die damalige Zeit und Sichtweise eine enorme Leistung. Die gültige (und einzige) Vorstellung war, dass Merkmale wie Farben gemischt wurden (links) und damit verloren waren, weil sie nicht mehr aus der Mischung separiert werden konnten. – Diese Vorstellung hat Charles Darwin viel Kopfzerbrechen bereitet, weil eine „tolle“ Eigenschaft sogleich wieder verschwände.
Gregor Mendel ging bei seiner Deutung von Faktoren aus, die er mit Buchstaben bezeichnete. Sie konnten in dem Organismus gemeinsam wirken, lagen aber immer getrennt vor.
Seine neuen Modellvorstellungen enthielten dominant / rezessiv / codominant, homozygot / heterozygot, diploide Organismen / haploide Gameten, …
Seine drei Vererbungsregeln bezogen sich nicht auf eine bestimmte Art, noch auf das Geschlecht, noch auf bestimmte Merkmale, noch auf bestimmte Zahlenverhältnisse – sie waren allgemein formuliert!
Wenn ein Wissenschaftler eine bisher nie erreichte Versuchsfülle über Jahre durchgeführt hat, die zugrunde liegenden Mechanismen völlig durchschaut, mit seiner Erklärung die geltende Vorstellung von Vererbung (blending) umstürzt und seine Ergebnisse allgemeingültig formuliert, so muss eigentlich jeder Zuhörer überfordert sein. Und so kam es auch.
Michael Foucault: Die Ordnung des Diskurses, Frankfurt 2003 – Antrittsvorlesung 02.12.1970
Hier werden die Gründe sehr präzise dargestellt.
„Man hat sich oft gefragt, wie die Botaniker oder die Biologen des 19. Jahrhunderts es fertiggebracht haben, nicht zu sehen, dass das, was Mendel sagte, wahr ist. Das liegt daran, dass Mendel von Gegenständen sprach, dass er Methoden verwendete und sich in einen theoretischen Horizont stellte, welche der Biologie seiner Epoche fremd waren. …
Mendel ist es, der das Erbmerkmal als absolut neuen biologischen Gegenstand konstituiert, indem er eine bis dahin unbekannte Filterung vornimmt: er löst das Erbmerkmal von der Art ab, er löst es vom Geschlecht ab, das es weitergibt; und der Bereich, in dem er es beobachtet, ist die unendlich offene Serie der Generationen, in der es nach statistischen Regelhaftigkeiten auftaucht und verschwindet.“
Michael Foucault wurde durch
Francois Jacob: Die Logik des Lebenden, Frankfurt 2002 – Erstausgabe 1970
angeregt. „Jede Epoche ist durch den Bereich des Möglichen gekennzeichnet, der nicht nur von den gerade geltenden Theorien oder Glaubensvorstellungen geprägt wird, sondern vor allem von der Natur der der Analyse zugänglichen Objekte, von dem zu ihrer Erforschung notwendigen Instrumentarium, von der Art und Weise sie zu beobachten und über sie zu sprechen. Die Logik kann sich nur innerhalb dieses Bereichs entwickeln. In diesem Rahmen können die Ideen spielen, sich erproben und bekämpfen.“
Nochmals Foucault: „Mendel sagte die Wahrheit, aber er war nicht <Im Wahren> des biologischen Diskurses seiner Epoche: biologische Gegenstände und Begriffe wurden nach ganz anderen Regeln gebildet. Es musste der Maßstab gewechselt werden, es musste eine ganz neue Gegenstandsebene in der Biologie entfaltet werden …“
Gregor Mendel berichtete Anfang 1865 in zwei Vorträgen über seine „Versuche über Pflanzenhybriden“; 1866 wurden sie gedruckt. Die großen Umbrüche standen noch bevor; man betrachtete damals den Organismus in seiner Gesamtheit – seine Organisation war vorgegeben.
Im Rahmen der Humangenetik ist die klassische Genetik nur Mittel zum Zweck; d.h. es geht nur um die knappe Untersuchung, wie und nach welchen Grundsätzen das Erbgut weitergegeben wird.
Die erste und zweite Mendelsche Regel sollte kennen gelernt werden; die dritte kann im Rahmen des Evolutionskurses (Variabilität) behandelt werden.
Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufe 9 sind in einer vergleichbaren Umbruchsituation wie die Menschen zu Mendels Lebzeiten. Im bisherigen Unterricht stand die Vielfalt der Lebewesen mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften und den kaum zu überblickenden mannigfaltigen Fortpflanzungsweisen im Vordergrund.
Über die Arbeit mit den Erschließungsfeldern wurde immer wieder versucht, das Wissen zu strukturieren – wie weit das bei dem zeitlich zerrissenen Unterricht gelungen ist, bleibt fraglich.
Diese eventuell bestehenden Schwierigkeiten sollten bei der Unterrichtsplanung bedacht werden.
Man kann die folgenden Punkte erwägen:
2.1.1. Fragestellung
Aus der Betrachtung eines Falles (Erbkrankheit einer bestimmten Person) ergeben sich von selbst Fragen. Die entscheidende Ungewissheit betrifft die Weitergabe an die Kinder (genetische Familienberatung).
2.1.2 Versuche
Für Kreuzungsversuche sind nur Lebewesen mit besonderen Eigenschaften geeignet. Sie können im Unterrichtsgespräch zusammengestellt werden.
Beispiel Drosophila: einfache Haltung, viele Nachkommen, kurze Generationsdauer, gute Erkennbarkeit zahlreicher Erbmerkmale, zahlreiche Mutanten, …
(später: geringe Chromosomenzahl, Riesenchromosomen, x und y Geschlechtschromosomen, die sich gut von den übrigen Chromosomen unterscheiden, …)
Falls man Pflanzen als Versuchsobjekte wählt, muss man kurz auf technische Einzelheiten der praktischen Kreuzungsarbeit eingehen. D.h. betrachtet man Kreuzungsexperimente mit Tieren, spart man Zeit und ist „näher am Menschen“.
2.1.3 Auswertung
Das Ergebnis (Mendelsche Regeln 1 und 2) wird kennen gelernt, ist aber nicht das Ziel. Wichtig ist die Analyse der Versuchsergebnisse (Weg), die dazu führt herauszufinden, dass zwei (Erb-) Faktoren ein Merkmal bestimmen, aber nur einer an die Nachkommen weitergegeben wird und dass es dominante und rezessive Faktoren gibt.
Man kann ein kleines Glossar anlegen, da eine große Zahl neuer Fachbegriffe in einem relativ kurzen Zeitraum gelernt werden soll.
„Mendel“ sollte nur eine zeitlich kurze Schleife sein. In den anschließenden Stunden steht wieder der Mensch im Mittelpunkt der Betrachtung. Die Übertragbarkeit auf den Menschen wird durch Stammbaumanalysen geprüft.
2.2. Material
Man kann aus den Beispielen die für die jeweilige Unterrichtsituation geeigneten auswählen.
Kreuzungsversuche von Lebewesen, die sich in zwei Merkmalspaaren unterscheiden, sind für späteren Unterricht (Evolution) auch schon aufgeführt.
Beispiel Wunderblume
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Juni 2007, ergänzt Juli 2010
© B.Bossert