Biologie · Klasse 11

Ideen für aktives Lernen

Belege für die Evolution: Molekulare Homologien

Aktives Lernen funktioniert hier besonders gut, weil der Vergleich von DNA- und Proteinsequenzen abstrakt ist und durch haptische oder digitale Aktivitäten greifbar wird. Schülerinnen und Schüler begreifen evolutionäre Prozesse besser, wenn sie selbst Sequenzen vergleichen und Unterschiede zählen statt nur Texte zu lesen.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe II - Erkenntnisgewinnung: Vergleichende Analyse
• KMK: Sekundarstufe II - Kommunikation: Darstellung von Verwandtschaft

• 30–60 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Fallstudienanalyse
• 45 Min. · Kleingruppen

Stationenrotation: Sequenzvergleiche

Richten Sie vier Stationen ein: Ausrichten von Hämoglobinsequenzen mit Papieren, Proteinmodelle aus Ton bauen, Mutationsraten zählen und Stammbäume skizzieren. Gruppen rotieren alle 10 Minuten und notieren Unterschiede zwischen Arten.

Warum liefert der Vergleich von Aminosäuresequenzen präzisere Stammbäume als die Morphologie?

Moderationstipp

Legen Sie für die Stationenrotation klare Zeitlimits fest, damit alle Gruppen fokussiert arbeiten und die Materialien nicht überlastet werden.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülerinnen und Schülern eine Tabelle mit den Aminosäuresequenzen eines bestimmten Gens (z.B. Cytochrom c) für fünf verschiedene Arten zur Verfügung. Bitten Sie sie, die Anzahl der Unterschiede zwischen jedem Paar von Arten zu zählen und eine Rangfolge der Verwandtschaft zu erstellen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 02

• Fallstudienanalyse
• 30 Min. · Partnerarbeit

Paararbeit: Molekulare Uhr simulieren

Paare erhalten Karten mit Mutationssequenzen verschiedener Arten. Sie zählen Mutationen pro Generation und berechnen Divergenzzeiten. Diskutieren Sie dann reale Beispiele wie Primaten.

Erklären Sie die Konzepte der molekularen Uhr und ihre Anwendung.

Moderationstipp

Bereiten Sie für die Simulation der molekularen Uhr bunte Karten mit Mutationsraten vor, damit Schülerinnen und Schüler die Zeitachsen visuell nachvollziehen können.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Warum sind molekulare Vergleiche oft zuverlässiger als rein morphologische Vergleiche, wenn es darum geht, evolutionäre Stammbäume zu erstellen?' Ermutigen Sie die Schüler, Beispiele für konvergente Evolution zu nennen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 03

• Fallstudienanalyse
• 50 Min. · Kleingruppen

Klassenaktivität: DNA-Hybridisierung modellieren

Die Klasse teilt sich in Gruppen, die Garnstränge als DNA-Hybride verknüpfen und Schmelzpunkte durch Erhitzen simulieren. Jede Gruppe misst Stabilität und schätzt Verwandtschaft.

Analysieren Sie, wie DNA-Hybridisierung und Sequenzvergleiche Verwandtschaftsgrade aufzeigen.

Moderationstipp

Modellieren Sie die DNA-Hybridisierung mit farbigen Gummibändern, um die Basenpaarung und Schmelztemperaturen anschaulich zu machen.

Worauf zu achten ist

Bitten Sie die Schüler, auf einer Karteikarte zu erklären, wie die molekulare Uhr funktioniert, und nennen Sie ein Beispiel für eine Divergenzzeit, die mit dieser Methode geschätzt wurde (z.B. Trennung Mensch-Schimpanse).

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 04

• Fallstudienanalyse
• 60 Min. · Einzelarbeit

Individuelle Aufgabe: Stammbaum digitalisieren

Schülerinnen und Schüler laden Sequenzdaten herunter, vergleichen sie mit Tools wie Clustal und erstellen interaktive Stammbäume. Präsentieren Sie Ergebnisse in der Runde.

Warum liefert der Vergleich von Aminosäuresequenzen präzisere Stammbäume als die Morphologie?

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülerinnen und Schülern eine Tabelle mit den Aminosäuresequenzen eines bestimmten Gens (z.B. Cytochrom c) für fünf verschiedene Arten zur Verfügung. Bitten Sie sie, die Anzahl der Unterschiede zwischen jedem Paar von Arten zu zählen und eine Rangfolge der Verwandtschaft zu erstellen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit einfachen Sequenzvergleichen und steigern sich zu komplexeren Analysen. Vermeiden Sie zu frühe Überforderung durch zu viele Arten oder Gene. Betonen Sie, dass nicht alle Mutationen gleich wichtig sind, sondern funktionale Veränderungen die Evolution prägen. Nutzen Sie reale Daten aus Datenbanken wie NCBI, um Authentizität zu schaffen.

Erfolg zeigt sich, wenn Lernende eigenständig Verwandtschaftsgrade aus Sequenzdaten ableiten und begründen können. Sie erkennen, dass molekulare Homologien präzisere Rückschlüsse zulassen als morphologische Merkmale allein.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Stationenrotation 'Sequenzvergleiche' wird oft angenommen, dass DNA-Sequenzen unveränderlich sind.

  Fordern Sie die Schülerinnen und Schüler auf, in ihren Daten nach Insertionen, Deletionen oder Punktmutationen zu suchen und diese als Belege für kontinuierliche Veränderungen zu markieren.

• Während der Klassenaktivität 'Molekulare Uhr simulieren' wird Morphologie als immer zuverlässiger als Moleküle angesehen.

  Lassen Sie die Lernenden die simulierten Mutationsraten mit morphologischen Merkmalen vergleichen und diskutieren, warum Sequenzen unabhängiger von Umweltanpassungen sind.

• Während der individuellen Aufgabe 'Stammbaum digitalisieren' wird angenommen, dass alle Aminosäureunterschiede gleich bedeutsam für die Evolution sind.

  Verweisen Sie auf Alignment-Tools wie Clustal Omega und bitten Sie die Schüler, funktionale Domänen in den Proteinen zu identifizieren und deren Bedeutung für die Stammbaumerstellung zu erläutern.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Fallstudienanalyse