Humangenetik: Stammbaumanalyse

Aktive Lernformen eignen sich besonders für die Stammbaumanalyse, weil Schülerinnen und Schüler Vererbungsmuster durch eigenes Handeln begreifen. Durch das Zeichnen und Analysieren konkreter Familienstammbäume verbinden sie abstrakte Regeln mit lebensnahen Beispielen, was nachhaltiger ist als reines Frontalwissen.

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

Lernziele

1. Analysieren Sie vorgegebene Stammbäume, um den autosomal-dominanten, autosomal-rezessiven oder X-chromosomalen Erbgang einer Merkmalsausprägung zu bestimmen.
2. Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines bestimmten Merkmals bei Nachkommen, basierend auf der Analyse eines Stammbaums und der Identifizierung von Konduktoren.
3. Erklären Sie die Funktion und Bedeutung von Konduktoren bei rezessiven Erbgängen im Kontext menschlicher Stammbäume.
4. Bewerten Sie die ethischen Implikationen der genetischen Beratung und pränatalen Diagnostik anhand von Fallbeispielen aus Stammbaumanalysen.

Problemorientiertes Lernen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Stationenrotation: Erbgang-Stationen

Richten Sie vier Stationen ein: 1. Autosomal-dominant (Stammbaum mit betroffenen Eltern), 2. Autosomal-rezessiv (Konduktoren), 3. X-chromosomal (Geschlechtsabhängigkeit), 4. Wahrscheinlichkeitsberechnung. Gruppen rotieren alle 10 Minuten, notieren Hypothesen und Begründungen. Abschließende Plenumdiskussion.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie Stammbäume, um den Erbgang (autosomal-dominant, -rezessiv, X-chromosomal) zu bestimmen.

Moderationstipp: Lassen Sie in der Stationenrotation pro Station eine kurze Reflexionsrunde einbauen, in der Paare ihre Ergebnisse vergleichen und Unklarheiten notieren.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Recherchequellen

Materials: Dokumentation des Problemszenarios, KWL-Tabelle (Wissen, Wollen, Lernen) oder Inquiry-Framework, Ressourcenpool / Handapparat, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Problemorientiertes Lernen

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Paararbeit: Eigener Stammbaum

Schüler zeichnen anonymisierten Familienstammbaum zu einer erblichen Eigenschaft wie Lockenhaar. Partner analysieren den Erbgang und berechnen Risiken. Tausch mit anderer Paarung für Peer-Review.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Bedeutung von Konduktoren und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Erbkrankheiten.

Moderationstipp: Fordern Sie bei der Paararbeit zum eigenen Stammbaum auf, dass beide Partner ihre Annahmen schriftlich begründen, um Fehlinterpretationen früh zu erkennen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Recherchequellen

Materials: Dokumentation des Problemszenarios, KWL-Tabelle (Wissen, Wollen, Lernen) oder Inquiry-Framework, Ressourcenpool / Handapparat, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Gruppenpuzzle

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Gruppenpuzzle: Ethische Fälle

Teilen Sie Klasse in Expertgruppen auf (pro Erbgang eine). Experten analysieren Fall und ethische Implikationen, berichten dann in gemischten Gruppen. Jede Gruppe fasst Empfehlungen zusammen.

Vorbereitung & Details

Beurteilen Sie die ethischen Implikationen genetischer Beratung und pränataler Diagnostik.

Moderationstipp: Geben Sie im Jigsaw die ethischen Fälle so vor, dass jede Gruppe zunächst ihre Lösung schriftlich festhält, bevor sie mit anderen tauscht.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Problemorientiertes Lernen

⏱ 35 Min.·Ganze Klasse

Klassenweite Simulation: Risikoberechnung

Projektieren Sie interaktiven Stammbaum, Schüler voten per App für Erbgang-Hypothesen. Gemeinsam Wahrscheinlichkeiten mit Punnett-Quadraten berechnen und Ergebnisse diskutieren.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie Stammbäume, um den Erbgang (autosomal-dominant, -rezessiv, X-chromosomal) zu bestimmen.

Moderationstipp: Simulieren Sie in der Risikoberechnung eine Pause, in der Schüler ihre Zwischenergebnisse mit einer anderen Gruppe vergleichen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Recherchequellen

Materials: Dokumentation des Problemszenarios, KWL-Tabelle (Wissen, Wollen, Lernen) oder Inquiry-Framework, Ressourcenpool / Handapparat, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Dieses Thema unterrichten

Stammbaumanalyse gelingt am besten durch schrittweise Steigerung von einfachen zu komplexen Familienstammbäumen. Vermeiden Sie es, sofort alle Erbgänge parallel zu behandeln, da dies überfordert. Nutzen Sie stattdessen gezielte Stationen, die jeweils einen Erbgang vertiefen. Forschung zeigt, dass visuelle Hilfen wie farbige Markierungen der Generationen das Verständnis deutlich verbessern.

Was Sie erwartet

Erfolgreiches Lernen zeigt sich, wenn Schülerinnen und Schüler Erbwege korrekt benennen, Konduktoren identifizieren und Wahrscheinlichkeiten für Erbkrankheiten berechnen. Sie argumentieren zudem sachlich über ethische Aspekte und wenden ihr Wissen in neuen Kontexten an.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation zur Erbgang-Station könnte beobachtet werden, dass Schüler annehmen, autosomal-dominante Erkrankungen treten immer in jeder Generation auf.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Geben Sie in dieser Station gezielt Stammbäume mit unvollständiger Penetranz vor und lassen Sie Schüler die Häufigkeit der Erkrankung pro Generation berechnen. Diskutieren Sie anschließend, warum das Muster nicht immer durchgängig ist.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation zur Erbgang-Station könnte geäußert werden, dass X-chromosomale Erkrankungen nur Männer betreffen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie in dieser Station geschlechtsspezifische Stammbäume, in denen Frauen als Konduktorinnen auftreten. Lassen Sie Schüler die Symbole markieren und erklären, warum auch Frauen Symptome zeigen können.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Gruppenarbeit im Jigsaw zu ethischen Fällen könnte der Begriff 'Konduktor' falsch verwendet werden.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie in dieser Gruppenarbeit die Schüler zunächst Rollenkarten erstellen, auf denen sie Konduktoren für rezessive Erbgänge definieren und Beispiele aus ihrem eigenen Stammbaum nennen. Peer-Teaching vertieft hier das Verständnis.

Ideen zur Lernstandserhebung

Kurze Überprüfung

Nach der Stationenrotation zur Erbgang-Station geben Sie einen einfachen Stammbaum mit autosomal-dominantem Erbgang vor. Bitten Sie die Schüler, den Erbgang zu identifizieren und zwei Belege aus dem Stammbaum zu nennen, die ihre Entscheidung stützen.

Diskussionsfrage

Nach der Paararbeit zum eigenen Stammbaum teilen Sie die Ergebnisse im Plenum. Stellen Sie eine Fallbeschreibung einer Familie mit einer Erbkrankheit vor und fordern Sie die Schüler auf, gemeinsam zu diskutieren: Welche Informationen aus ihrem eigenen Stammbaum wären für eine genetische Beratung entscheidend?

Lernstandskontrolle

Nach der Simulation zur Risikoberechnung lassen Sie die Schüler auf einer Karteikarte den Begriff 'Konduktor' definieren und ein konkretes Beispiel aus ihrer Simulation nennen, in dem eine Person als Konduktor für eine autosomal-rezessive Erkrankung identifiziert wurde.

Erweiterungen & Unterstützung

• Challenge: Fordern Sie Schüler auf, einen fiktiven Stammbaum mit zwei unterschiedlichen Erbgängen zu erstellen und die Wahrscheinlichkeiten für beide zu berechnen.
• Scaffolding: Geben Sie Schülern, die unsicher sind, einen vorbereiteten Stammbaum mit Lücken, die sie durch logische Schlüsse füllen müssen.
• Deeper exploration: Lassen Sie Schüler eine echte Erbkrankheit recherchieren und einen Stammbaum mit realen Daten erstellen, inklusive Diskussion über aktuelle Therapieansätze.

Schlüsselvokabular

Autosomal-dominant	Ein Erbgang, bei dem ein Merkmal bereits bei Vorhandensein eines einzigen dominanten Allels auf einem Autosom (nicht-Geschlechtschromosom) ausgeprägt wird.
Autosomal-rezessiv	Ein Erbgang, bei dem ein Merkmal nur dann ausgeprägt wird, wenn beide Allele eines Autosoms rezessiv sind. Heterozygote sind Konduktoren.
X-chromosomal	Ein Erbgang, bei dem das verantwortliche Gen auf dem X-Chromosom liegt, was zu geschlechtsspezifischen Verteilungsmustern führt.
Konduktor	Eine Person, die ein rezessives Allel für ein bestimmtes Merkmal trägt, dieses aber nicht phänotypisch zeigt, da das zweite Allel dominant ist.