Evolutionsfaktoren: Gendrift und Genfluss

Aktive Lernformen eignen sich besonders gut, weil Gendrift und Genfluss abstrakte Konzepte sind, die durch Zufall und Wahrscheinlichkeit geprägt werden. Schülerinnen und Schüler erfahren durch Simulationen und Modelle direkt, wie zufällige Ereignisse genetische Vielfalt beeinflussen können, was das Verständnis nachhaltig festigt.

• Klasse 11
• Biologie der Oberstufe: Von der Zelle zur Biosphäre
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie die Unterschiede zwischen Gründereffekt und Flaschenhalseffekt anhand konkreter Beispiele.
2. Berechnen Sie die Veränderung von Allelfrequenzen in einer Population nach einer zufälligen Ereigniskette.
3. Analysieren Sie die Auswirkungen von Genfluss auf die genetische Vielfalt zweier isolierter Populationen.
4. Bewerten Sie die relative Bedeutung von Gendrift und Genfluss im Vergleich zur natürlichen Selektion für die Populationsentwicklung.

Planspiel

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Planspiel: Bohnen-Gendrift

Verteilen Sie farbige Bohnen als Allele auf Gruppen von 20 Schülern. Lassen Sie sie zufällig 10 Bohnen für die nächste Generation ziehen und Allelfrequenzen notieren. Wiederholen Sie über 5 Generationen und besprechen Sie Veränderungen.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Mechanismen des Gründereffekts und des Flaschenhalseffekts.

Moderationstipp: Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in der Bohnen-Simulation bewusst mehrere Runden mit unterschiedlichen Populationsgrößen durchführen, um den Unterschied zwischen großen und kleinen Populationen direkt zu erleben.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Planspiel

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Modellbau: Gründereffekt

Gruppen modellieren eine Population mit 100 Perlen (verschiedene Farben als Allele). Ziehen Sie zufällig 10 Perlen für eine Gründerpopulation und vergleichen Sie die Frequenzen. Diskutieren Sie den Verlust der Vielfalt.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie, wie Gendrift die Allelfrequenzen in kleinen Populationen beeinflusst.

Moderationstipp: Bauen Sie beim Modellbau des Gründereffekts bewusst nur wenige Bauteile ein, um den Verlust an genetischer Vielfalt sichtbar zu machen.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Rollenspiel

⏱ 40 Min.·Ganze Klasse

Rollenspiel: Genfluss durch Migration

Teilen Sie die Klasse in zwei Populationen mit unterschiedlichen Markerfarben ein. Lassen Sie pro Runde 2-3 Schüler migrieren und mischen Sie Marker neu. Berechnen Sie Frequenzveränderungen und bewerten Sie Homogenisierung.

Vorbereitung & Details

Beurteilen Sie die Bedeutung des Genflusses für die Homogenisierung von Populationen.

Moderationstipp: Im Rollenspiel zum Genfluss achten Sie darauf, dass die Schülerinnen und Schüler Migration aktiv dokumentieren, um die Homogenisierung oder Veränderung der Allelfrequenzen nachvollziehbar zu machen.

Setup: Spielfläche oder entsprechend angeordnete Tische für das Szenario

Materials: Rollenkarten mit Hintergrundinfos und Zielen, Szenario-Briefing

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Planspiel

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Datenanalyse: Flaschenhalseffekt

Geben Sie Tabellen mit Populationsdaten vor und nach einer Katastrophe. Schüler berechnen Allelfrequenzen mit Formeln und prognostizieren Entwicklungen in Excel oder per Hand. Präsentieren Sie Ergebnisse.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Mechanismen des Gründereffekts und des Flaschenhalseffekts.

Moderationstipp: Bei der Datenanalyse zum Flaschenhalseffekt fordern Sie die Lernenden auf, ihre Ergebnisse graphisch darzustellen, um Trends klar zu erkennen.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Dieses Thema unterrichten

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit zufälligen Ereignissen wie Würfeln oder Münzwürfen, um den Zufallsaspekt von Gendrift zu veranschaulichen. Sie vermeiden es, Selektion und Gendrift zu vermischen, und betonen stattdessen die Unabhängigkeit von Fitness. Modelle werden konkret und mit einfachen Materialien umgesetzt, um Abstraktion zu reduzieren. Die Lehrkraft lenkt durch gezielte Fragen die Aufmerksamkeit auf die Auswirkungen von Populationsgröße und Migration.

Was Sie erwartet

Am Ende der Einheit können die Lernenden zufällige genetische Veränderungen von gezielten Anpassungen unterscheiden und die Auswirkungen von Populationsgröße sowie Migration auf die genetische Zusammensetzung erklären. Sie wenden die Konzepte auf reale Beispiele an und argumentieren mit Daten.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Simulation: Bohnen-Gendrift, watch for...

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lenken Sie die Aufmerksamkeit auf die Tatsache, dass die Auswahl der Bohnen rein zufällig erfolgt und keine Anpassung an eine Umgebung darstellt. Fragen Sie explizit: 'Würde eine bestimmte Bohne in der nächsten Generation häufiger vorkommen, weil sie besser ist?'

Häufige Fehlvorstellung

Während des Rollenspiels: Genfluss durch Migration, watch for...

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fragen Sie die Schülerinnen und Schüler, ob Genfluss immer zur Homogenisierung führt oder ob er auch neue genetische Varianten einführen kann. Nutzen Sie die beobachteten Allelfrequenzen, um dies zu diskutieren.

Häufige Fehlvorstellung

Während des Modellbaus: Gründereffekt, watch for...

Was Sie stattdessen lehren sollten

Heben Sie hervor, dass die kleine Gründergruppe nur einen Ausschnitt der ursprünglichen genetischen Vielfalt trägt. Fragen Sie: 'Warum sind manche Allele in der neuen Population nicht mehr vorhanden?'

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach der Simulation: Bohnen-Gendrift erhalten die Schülerinnen und Schüler die Aufgabe, eine kurze Erklärung dafür zu formulieren, warum in einer kleinen Population bestimmte Allele verloren gehen können, obwohl sie nicht nachteilig sind.

Diskussionsfrage

Während des Modellbaus: Gründereffekt diskutieren die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen, wie sich die genetische Vielfalt einer Population verändert, wenn nur wenige Individuen eine neue Insel besiedeln. Die Lehrkraft sammelt die Ergebnisse an der Tafel.

Kurze Überprüfung

Nach dem Rollenspiel: Genfluss durch Migration analysieren die Schülerinnen und Schüler eine vorgegebene Tabelle mit Allelfrequenzen vor und nach der Migration. Sie berechnen die Veränderungen und begründen sie schriftlich in einem Satz.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler auf, eine eigene Simulation für den Flaschenhalseffekt zu entwerfen und auf einen neuen Kontext (z.B. Pandemie bei Tieren) zu übertragen.
• Unterstützen Sie Schülerinnen und Schüler mit Schwierigkeiten, indem Sie eine vorbereitete Tabelle mit Allelfrequenzen bereitstellen, die sie Schritt für Schritt ausfüllen können.
• Vertiefen Sie die Thematik mit einer Rechercheaufgabe: Die Schülerinnen und Schüler suchen nach realen Beispielen für Gründereffekte oder Flaschenhälse in der Natur und präsentieren ihre Ergebnisse.

Schlüsselvokabular

Gendrift	Zufällige Schwankungen der Allelhäufigkeiten in einer Population, die unabhängig von der Selektion sind und besonders in kleinen Populationen stark wirken.
Gründereffekt	Eine Form der Gendrift, bei der eine kleine Gruppe von Individuen eine neue Population gründet und dabei nur einen Teil der ursprünglichen genetischen Vielfalt repräsentiert.
Flaschenhalseffekt	Eine drastische Reduktion der Populationsgröße durch zufällige Ereignisse, die zu einem Verlust genetischer Vielfalt führt, da nur wenige Individuen überleben.
Genfluss	Der Austausch von genetischem Material zwischen Populationen durch Migration von Individuen oder deren Gameten, was zu einer Homogenisierung der Allelfrequenzen führen kann.
Allelfrequenz	Das Verhältnis der Häufigkeit eines bestimmten Allels zu allen Allelen eines Gens in einer Population.