Biologie · Klasse 10

Ideen für aktives Lernen

Molekulare Belege der Evolution

Aktives Lernen macht abstrakte Konzepte wie molekulare Evolution greifbar, weil Schülerinnen und Schüler durch direkte Analyse von Sequenzdaten selbst Zusammenhänge zwischen genetischer Ähnlichkeit und evolutionärer Verwandtschaft erkennen. Praktische Übungen fördern nicht nur das Fachwissen, sondern auch die Kompetenzen in der Erkenntnisgewinnung und Informationsverarbeitung.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe I - Erkenntnisgewinnung
• KMK: Sekundarstufe I - Fachwissen Information und Kommunikation

• 20–40 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Fallstudienanalyse
• 25 Min. · Partnerarbeit

Paararbeit: DNA-Sequenzen vergleichen

Schüler erhalten DNA-Sequenzen verschiedener Arten. Sie bestimmen Übereinstimmungen und zeichnen einen einfachen Stammbaum. Gemeinsam diskutieren sie die evolutionäre Bedeutung.

Wie nutzen wir DNA-Vergleiche, um den Stammbaum des Lebens zu rekonstruieren?

Moderationstipp

Während der Paararbeit zu DNA-Sequenzen gehen Sie durch die Reihen und hören Sie gezielt zu, wie Schülerinnen und Schüler ihre Zählungen und Schlussfolgerungen begründen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülerinnen und Schülern drei kurze DNA-Sequenzen (z.B. 10 Basenpaare) von fiktiven Organismen A, B und C. Lassen Sie sie die Anzahl der Unterschiede zwischen den Paaren zählen und entscheiden, welche beiden Organismen am engsten verwandt sind. Fragen Sie: 'Welche Sequenzunterschiede haben Sie gezählt und warum deuten diese auf eine engere Verwandtschaft hin?'

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 02

• Fallstudienanalyse
• 35 Min. · Kleingruppen

Gruppenarbeit: Proteinsequenzen analysieren

In Gruppen vergleichen Schüler Aminosäuresequenzen von Hämoglobinen. Sie berechnen Ähnlichkeitsprozente und ordnen Arten ein. Eine Präsentation fasst Ergebnisse zusammen.

Erklären Sie, wie die Aminosäuresequenz von Proteinen als evolutionärer Marker dienen kann.

Moderationstipp

Fordern Sie die Gruppen bei der Proteinanalyse auf, gezielt nach konservierten und variablen Bereichen in den Sequenzen zu suchen und diese in Beziehung zur evolutionären Verwandtschaft zu setzen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie die Frage: 'Stellen Sie sich vor, Sie finden ein Fossil mit einzigartigen Merkmalen. Welche molekularen Vergleiche (DNA, Proteine) könnten Sie durchführen, um seine Position im Stammbaum des Lebens genauer zu bestimmen, und warum sind diese molekularen Belege oft aussagekräftiger als rein morphologische Merkmale?'

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 03

• Fallstudienanalyse
• 20 Min. · Einzelarbeit

Individuelle Aufgabe: Molekulare vs. morphologische Belege

Jeder Schüler bewertet Belege anhand gegebener Daten. Er notiert Vor- und Nachteile. Im Plenum teilen sie Erkenntnisse.

Bewerten Sie die Aussagekraft molekularbiologischer Belege im Vergleich zu morphologischen Belegen.

Moderationstipp

Nutzen Sie die individuelle Aufgabe zu morphologischen und molekularen Belegen, um gezielt Gespräche über die Stärken und Grenzen beider Ansätze zu initiieren.

Worauf zu achten ist

Bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, auf einer Karteikarte zu notieren: 1. Eine Methode, wie DNA zur Rekonstruktion von Stammbäumen genutzt wird. 2. Ein Beispiel für ein Protein, dessen Aminosäuresequenz als evolutionärer Marker dienen kann. 3. Einen Vorteil molekularer Belege gegenüber morphologischen Belegen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 04

• Fallstudienanalyse
• 40 Min. · Ganze Klasse

Klassenaktivität: Stammbaum rekonstruieren

Die Klasse baut gemeinsam einen Stammbaum mit molekularen Daten. Jede Gruppe trägt eine Verzweigung bei. Diskussion schließt ab.

Wie nutzen wir DNA-Vergleiche, um den Stammbaum des Lebens zu rekonstruieren?

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülerinnen und Schülern drei kurze DNA-Sequenzen (z.B. 10 Basenpaare) von fiktiven Organismen A, B und C. Lassen Sie sie die Anzahl der Unterschiede zwischen den Paaren zählen und entscheiden, welche beiden Organismen am engsten verwandt sind. Fragen Sie: 'Welche Sequenzunterschiede haben Sie gezählt und warum deuten diese auf eine engere Verwandtschaft hin?'

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit klaren Sequenzvergleichen, die Schritt für Schritt erklärt werden, um Überforderung zu vermeiden. Vermeiden Sie es, zu früh auf komplexe Algorithmen einzugehen – stattdessen steht das Prinzip des Vergleichs und der Interpretation im Vordergrund. Forschung zeigt, dass Schülerinnen und Schüler besonders gut lernen, wenn sie zunächst mit einfachen, handlungsorientierten Beispielen beginnen und dann schrittweise zu komplexeren Daten geführt werden.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass Schülerinnen und Schüler DNA- und Proteinsequenzen systematisch vergleichen, Verwandtschaftsgrade begründet ableiten und die Bedeutung molekularer Belege für Stammbäume erklären. Sie erkennen, dass genetische Unterschiede auf evolutionäre Prozesse hinweisen und morphologische sowie molekulare Daten unterschiedliche Perspektiven bieten.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Paararbeit 'DNA-Sequenzen vergleichen' könnte der Eindruck entstehen, dass DNA-Sequenzen bei allen Lebewesen identisch sind.

  Greifen Sie während der Paararbeit gezielt Sequenzen auf, die offensichtliche Unterschiede aufweisen, z.B. zwischen Mensch und Schimpanse, und lassen Sie die Schülerinnen und Schüler die Unterschiede zählen und in Beziehung zur Verwandtschaft setzen. Betonen Sie, dass diese Unterschiede durch Mutationen über Millionen von Jahren entstanden sind.

• Während der Gruppenarbeit 'Proteinsequenzen analysieren' könnte die Annahme auftauchen, dass morphologische Belege immer zuverlässiger sind als molekulare.

  Nutzen Sie die Proteinsequenzen der Gruppenarbeit, um gezielt auf konservierte Bereiche hinzuweisen, die morphologisch nicht sichtbar sind. Zeigen Sie z.B. an Cytochrom c, wie identische Aminosäuresequenzen bei weit entfernten Arten auf gemeinsame Abstammung hinweisen.

• Während der individuellen Aufgabe 'Molekulare vs. morphologische Belege' könnte die Meinung entstehen, dass Proteine keine evolutionäre Relevanz haben.

  Verweisen Sie in der individuellen Aufgabe auf konkrete Proteine wie Hämoglobin oder Insulin, die in den vorherigen Aktivitäten analysiert wurden. Zeigen Sie, wie konservierte Funktionen in Proteinen auf evolutionäre Verwandtschaft hinweisen, auch wenn äußere Merkmale täuschen können.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Fallstudienanalyse