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Arbeitsaufträge für Fr., 04.03.
Zu bearbeiten: Am besten heute.
Zur Bearbeitung benötig ihr das Schulbuch, einen Zettel, einen Stift und eine Internetverbindung um Videos zu schauen. Und Ruhe!
Die Bearbeitungszeit sollte 90 Minuten nicht überschreiten.
Die optionalen Inhalte sind nicht in die Bearbeitungszeit mit eingerechnet.
Worum geht´s`?
In den nächsten Wochen werden wir uns intensiv mit der Frage beschäftigen, wie es sein kann, dass ein Stück Erbgut überhaupt für ein bestimmtes Merkmal verantwortlich sein kein. Bildlich könnte man sich das ganze so vorstellen: Was passiert alles an der Stelle, an der im folgenden Bild der Pfeil mit dem Fragezeichen steht.
Das Ganze ist nicht neu. Fast alles wurde bereits in der 9. Jahrgangsstufe besprochen (bzw. "sollte besprochen worden sein"). Vielleicht habt ihr die Stichworte Proteinbiosynthese, Transkription oder Translation noch in Erinnerung. Bevor wir diese molekularen Mechanismen wieder auffrischen zunächst noch eine Wiederholung der anderen Art: Im oberen Bild ist wie selbstverständlich abgebildet, dass die DNS verantwortlich für ein Merkmal (Farbe der Samen) verantwortlich ist. Woher weiß man das? Am Anfang der Thematik "Genetik" haben wir einen Versuch analysiert, der zeigen konnte, dass der Zellkern die Informationen über die Merkmale einer Zelle enthält.
- Sucht diesen Versuch in eurem Skript (es war ein Arbeitsblatt)!
- Lest euch die entsprechende Einheit gut durch!
- Legt dann das Skript beiseite!
- Skizziert den Versuch nun (mit Worten, nicht mit "Skizzen")! Am besten macht ihr das tatsächlich schriftlich. Ihr könnt es auch jemandem (von mir aus auch einem Gegenstand in eurem Zimmer) erzählen. Aber bitte bildet ganze, sinnvolle Sätze! Zum Skizzieren eines Versuchs gehört: Der Versuchsaufbau, das Ergebnis, die Interpretation des Ergebnisses soweit möglich.
- Versuchsaufbau: Man verwendet verschiedene Arten von Acetabularia. Das sind einzellige Grünalgen, die sich vor allem in der Form ihres Hutes unterscheiden. Eine typische Eigenschaft dieser Algen ist das Nachwachsen des Hutes, wenn man ihn abschneidet. die Hüte zweier verschiedener Acetabularia-Arten wurden entfernt und die Zellkerne, die im Rhizoid sitzen vertauscht.
- Ergebnis: Es wächst (nach einigen Zwischenformen) die Hut-Form, die zum transplantierten Zellkern passt.
- Schlussfolgerung: Der Zellkern enthält die Informationen über die Merkmale der Zelle.
Damit könnte man sich eigentlich zufrieden geben. Fachlich hätte man dann aber etwas übersehen. Warum belegen die Versuch mit Acetabularia NICHT, dass die DNS die Informationen über die Merkmale einer Zelle enthalten?
Bei Atecabularia wird der Zellkern ausgetauscht. Im Zellkern befindet sich nicht nur DNS. Die Informationen über die Merkmale könnten daher auch an ein anderes Medium gekoppelt sein, dass im Zellkern vorkommt, z.B. Proteine oder RNA.
Einen tatsächlichen Beleg dafür, dass die DNS der Träger der Erbinformation sein muss lieferten die Versuche von Oswald Avery 1944. Dessen Versuche waren eine Weiterentwicklung von Versuchen, die Frederik Griffith 1928 durchführte. Betrachten wir zunächst diese.
- Beschreibt mit Worten (wie oben: Am besten schriftlich oder jemandem laut in ganzen Sätzen erklären) die folgenden Abbildungen Schritt für Schritt und versucht so weit es geht die dargestellten Ergebnisse auch zu interpretieren (also eine Begründung dafür zu finden)!
Mäuse werden mit verschiedenen Streptokokken infiziert. Man unterscheidet Streptokokken vom r-Stamm und vom s-Stamm. Diese unterscheiden sich in ihrem Aussehen unter dem Mikroskop (daher der Name), molekularbiologisch besitzen die Bakterien des s-Stamms eine Schleimhülle um ihre Zellen.
Eine Infektion mit r-Stamm-Pneumokokken ist für die Mäuse unproblematisch, bei der Infektion mit s-Stamm-Pneumokokken sterben sie
Erhitzt man die s-Stamm-Pneumokokken, verlieren Sie ihre tödlich Wirkung. Das ist verständlich, da durch das starke Erhitzen die Bakterien abgetötet werden und nicht mehr lebensfähig bzw. vermehrungsfähig sind.
Bringt man abgetötete s-Stamm-Pneumokokken mit lebenden r-Stamm-Pneumokokken in Kontakt, so führt die Infektion einer Maus mit dieser Kombination zu ihrem Tod.
Griffith deutete die Ergebnisse seines Versuchs nicht ganz korrekt. Wie würdet ihr dieses Versuchsergebnis erklären?
R-Stamm-Pneumokokken sind nicht tödlich, weil das Immunsystem der Maus über die Oberfläche der Pneumokokken-Zellen eine leichte Angriffsmöglichkeit hat (s. Blutgruppen, Antikörper, Verklumpung). s-Stamm-Pneumokokken "verstecken" ihre Oberfläche in der Schleimschicht und sind so für das Immunsystem der Maus quasi nicht "sichtbar".
Prinzipiell sind nun zwei Szenarien denkbar: Die abgestorbenen s-Stamm-Pneumokokken werden durch die r-Stamm-Pneumokokken wieder zum Leben erweckt... Das ist jedoch nicht möglich, Pneumokokken-Zombies gibt es nicht. Die zweite Möglichkeit: Der Informationsträger, der bei den s-Stamm-Pneumokokken dafür verantwortlich ist, dass sich eine Schleimhülle bildet ist noch da! - Die s-Stamm-Pneumokokken haben sich ja nicht in Luft aufgelöst, sie sind nur tot. Irgendwie muss der Träger der Information "Mach-Schleim" noch vorhanden sein und in die Erbinformation der r-Stamm-Pneumokokken übergegangen sein.
Tatsächlich ist genau das passiert: Die Pneumokokken können DNS aus dem sie umgebenden Medium aufnehmen und in ihre eigene DNS einbauen. Der Vorgang nennt sich Transformation.
Avery verfeinerte den Versuch nun so, dass das eingangs beschriebene Dilemma (was genau im Zellkern ist denn jetzt Träger der Erbinformation: DNS, Proteine, RNS?) umgangen werden konnte. Beschreibt die Versuchsreihe und das Ergebnis!
- Versuchaufbau: Avery stellte einen zellfreien Extrakt von s-Stamm-Pneumokokken her. Dieser löst zwar keine Erkrankung mehr aus, enthält aber noch alle Bestandteile. Diesen zellfreien Extrakt mischte er mit lebenden r-Stamm-Pneumokokken, wobei er jedoch in verschiedenen Ansätzen verschiedene Bestandteil (auf chemischem Wege) zerstörte: Einmal die DNS, einmal die Proteine und einmal die RNS.
- Ergebnis: Die Mäuse überleben eine Infektion mit dem Gemisch aus r-Stamm-Pneumokokken und s-Stamm-Bestandteilen, wenn die DNS zerstört wurde.
- Schlussfolgerung: Die DNS muss die Information über den Bau der Schleimkapsel enthalten haben und hat sich damit als Träger der Erbinformation erwiesen.
Optional (= freiwillig)
Ich habe kein wahnsinnig schönes Video gefunden, das mich persönlich anspricht, aber wer lieber jemandem "Zuhören" will und nicht bloß immer "Lesen", der kann sich das folgende Video zu den Versuchen von Griffith und Avery anschauen:
O.k., Zeit sich die DNS etwas genauer anzuschauen. Schaut das folgende Video:
Beantwortet nun folgende Fragen:
- Erwin Chargaff experimentierte zu Zeiten von Griffith und Avery ebenfalls mit DNS. Hauptsächlich zerlegte er die DNS von verschiedenen Lebewesen in ihre Bestandteile und bestimmte die enthaltene Menge. In eurem Buch auf der S. 61 oben rechts ist eine Abbildung, die im Prinzip einen Teil seiner Ergebnisse zeigte. Interpretiert diese Abbildung!
- Die Grafik zeigt das Verhältnis der vier in der DNS vorkommenden Basen bei verschiedenen Lebewesen.
- Bei unterschiedlichen Lebewesen ist das Verhältnis der Basen unterschiedlich
- Stets gilt jedoch: Die Basen A und T kommen immer im gleichen Verhältnis vor ebenso wie die Basen G und C
- Die Begründung für diesen Effekt ist die Komplementarität der beiden DNS-Einzelstränge: Die Basen Adenin und Thymin können über Wasserstoffbrücken eine stabile Bindung eingehen, die Basen Guanin und Cytosin ebenso. Für jede Adenin-Base auf dem einen Strang muss auf dem anderen eine Thymin-Base enthalten sein. Daher ist die Anzahl dieser beiden Teilchen immer gleich. Diese Begründung gilt auch für die Basen Guanin und Cytosin.
- Ein DNS-Einzelstrang soll folgende Sequenz enthalten: 3´-GATTACA-5´. Wie lautet die entsprechend komplementäre Sequenz des gegenüberliegenden Stranges?
Der komplentäre Einzelstrang muss die Sequenz 5´-CTAATGT-3´ aufweisen.
Etwas weitergehende Ausführungen zu den einzelnen Stufen: Kommentkampf.
Ein Kommentkampf läuft nach bestimmten, ritualisierten Regeln mit besonderen Pariertechniken ab.
- Schutz des angegriffenen Körperteils (Bsp.: Wildschweine rammen sich gegen die Schulter, die mit einer dicken Schulterplatte geschützt ist),
- Normalerweise tödlichen Waffen werden nicht eingesetzt (Bsp.: Piranha: Verwenden im Kommentkampf anstatt der extrem spitzen Zähne die Flossen, um Stärke zu demonstrieren (Flossenschlag); Giftschlangen: statt sich mit ihren Giftzähnen zu beißen, umwinden sie sich mit ihren Körpern; Antilopen: Schlagen nicht mit Hörnern zu, sondern stemmen Stirn gegeneinander),
- Ein Kommentkampf endet bei Tieren mit hoher Fluchtbereitschaft (Ratten/Tauben) durch Flucht des Unterlegenen. Falls eine Flucht nicht möglich ist (z.B. weil zwei Tiere in einem Käfig gehalten werden, entsteht ein Ernstkampf)
- Bei sozial lebenden Tieren mit geringer Fluchtbereitschaft endet ein Kommentkampf durch Demuts- und Beschwichtigungsverhalten; auf diese Weise kann der Unterlegene sich rechtzeitig absetzen und in Sicherheit bringen und/oder seine aggressionsauslösenden Signale verbergen; oftmals sind diese Verhaltensweisen ritualisiert (z.B. Hunde legen sich auf den Rücken und präsentieren verwundbare Stelle (Kehle).
- Demutsverhalten löst häufig beim Überlegenen eine Tötungshemmung aus
Das erste Video zeigt zwei Sandrasselotter, die zu den giftigsten Schlangen (für den Menschen) überhaupt zählen. Trotzdem setzen sie ihre Giftzähne bei diesem Kommentkampf nicht ein, sondern versuchen sich gegenseitig auf den Boden zu drücken. (In diesem Video nicht besonders deutlich)
Spektakulärer sind die Kommentkämpfe der Zornnattern. Diese sind allerdings ungiftig. Das Video hat ein 20sekündiges Intro, dieses könnt ihr überspringen.
Etwas weitergehende Ausführungen zu den einzelnen Stufen: Beschädigungskampf.
Falls ein Kommentkampf nicht entschieden werden kann, geht dieser in einen Beschädigungskampf über! Es muss aber nicht immer erst ein Kommentkampf stattfinden.
- Ziel: Töten des Unterlegenen
- keine festen Regeln
- Beispiele gibt es bei Krebsen, Spinnen, Ratten, Löwen....
Ein sehr grausames Beispiel dafür, wie sich der Mensch diese genetisch bedingte Veranlagung bei manchen Tieren zu Aggressionsverhalten ausnutzt, sind Hahnenkämpfe. Fast weltweit verboten, finden sie immer noch z.B. auf den Philippinen statt: Zwei Hähne werden in eine Arena gesteckt. Die Tiere gehen solange aufeinander los, bis einer der beiden stirbt. In freier Wildbahn würde vermutlich der Unterlegene vorher versuchen zu fliehen. In der Arena kann er es aber nicht.
Optional (= freiwillig)
Das folgende Video ist eine kurze (3min.) Reportage über solche Hahnenkämpfe. Das Video kann Szenen enthalten, die für manche schwer zu ertragen sind. Ihr müsst es nicht schauen!
Welche Möglichkeiten gibt es aggressives Verhalten zu beenden?
Die Möglichkeiten wurden bereits aufgezeigt: Bei Tieren, die z.B. in einem weitläufigen Gebiet leben und deren Zusammenhalt in der Gruppe nicht groß oder gar nicht vorhanden ist, hilft die Flucht. In engeren sozialen Verbänden können Demuts- oder Beschwichtigungsgesten aggressive Auseinandersetzungen beenden. Häufig werden dazu empfindliche Körperteile (z.B. die Kehle) dem Überlegenen präsentiert, so dass die Aggression endet oder gar nicht erst entsteht.
Japan-Makaken lausen sich.
Der weiße Hund unterwirft sich.
Speichel lecken zählt ebenfalls zu den Demutsgesten.
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Verschiedene Strategien können die Entstehung von aggressiven Verhaltensweisen von vorneherein minimieren. Dazu zählen:
- Ausbildung einer Rangordnung (s. S. 131 - nicht verpflichtend)
- Etablierung eines Reviers (s. S. 132 - nicht verpflichtend)
- Migration (s. S. 133 - nicht verpflichtend): In einem zu dicht besiedeltes Gebiet (oder einem Gebiet, dessen Ressourcen erschöpft sind) können sich Tiere entschließen das Gebiet zu verlassen.
Welche Theorien gibt es, die aggressives Verhalten (beim Menschen) erklären?
Man muss hier zwischen proximaten und ultimaten Ursachen unterscheiden.
- Wiederholung: Kläre diese beiden Begriffe im Zusammenhang mit Ethologie!
- Proximate Ursachen: Hier werden eher physiologische Abläufe im Körper untersucht, die ein bestimmtes Verhalten auslösen. Z.B. könnten hier Hormone, bestimmte Umweltreize o.ä. eine Rolle spielen.
- Ultimate Ursachen: Diese werden eher dem Gebiet der Verhaltensökologie zugeordnet. Es geht darum zu klären, warum diese Verhaltensweisen den Erhalt der Art sichern. Letztlich also, um zu zeigen, dass eine bestimmte Verhaltensweise einen höheren Fitness-Gewinn erzielt (im Sinne evolutionärer Fitness).
Auf die ultimaten Ursachen, die z.B. mit der "Spieltheorie" untersucht werden können, werde ich hier nicht eingehen. Obwohl das ein (für mich) äußerst interessantes Feld ist. Nur eine sehr kurze Zusammenfassung anhand eines stark vereinfachten Beispiels: Mit der Spieltheorie kann man z.B. zeigen, dass es (unter bestimmten Voraussetzungen) besser ist, wenn sich in einer Gruppe ein paar Individuen aggressiv verhalten, während der Großteil eher "pazifistisch" ist. Nach diesem Modell wäre es evolutionär also gar nicht möglich, dass sich ALLE Individuen einer Gruppe friedfertig verhalten. Denn eine konkurrierende Gruppe, in der es einige aggressive Individuen gäbe, wäre im Vorteil, man sagt, sie besitzt die "evolutionsstabilere Strategie" (ESS). Dieser Begriff ist im Skript schön erklärt und sollte verstanden worden sein.
Hier soll es zum Abschluss nur um die Frage gehen, woher kommt die Aggression (bezogen auf den Menschen), also um proximate Ursachen.
Heute geht man davon aus, dass zahlreiche Faktoren die Entstehung von aggressiven Verhaltensweisen beeinflussen. Das folgende Schema zeigt einige Parameter:
Das Schema zeigt, dass sowohl angeborene als auch erlernte Komponenten eine Rolle spielen. Früher gab es oft Streit um die Frage, ob sich Verhaltensweisen genetisch bedingt (angeboren) oder durch Umwelterfahrungen (erlernt) entwickeln. Heute weiß man, dass nahezu alle Verhaltensweisen oft etwas von beidem haben. Wenn auch in unterschiedlicher Zusammensetzung.
Trotzdem ein paar historische Aspekte dazu: Das (aus bekannten Gründen als überholt geltende) psychohydraulische Modell lieferte eine zeitlang Erklärungsansätze für eher angeborene Verhaltensweisen.
- Skizzieren Sie mit einer Zeichnung das psychohydraulische Modell grob!
- Gibt es Situationen, die mit diesem Modell gut erklärt werden könnten (in Bezug auf Aggression beim Menschen)?
- Warum kann dieses Modell nicht als allgemeingültig für aggressives Verhalten (beim Menschen) herangezogen werden?
- Mit diesem Modell könnte man z.B. erklären, warum manche Menschen bei einem bestimmten Auslöser / in einer bestimmten Situation ausrasten, andere nicht. Aufgrund der doppelten Quantifizierung (dieser Begriff ist immer noch gültig, auch wenn das psychohydraulische Modell nicht mehr verwendet wird) spielt nämlich nicht nur der Reiz eine Rolle, sondern auch "innere Faktoren" und die könnten bei unterschiedlichen Menschen ja gerade unterschiedlich sein. Konkretes Beispiel: Ein Lehrer kommt in die Klasse und sagt: "Wir schreiben heute eine Ex". Manche Schüler rasten aus, zerbrechen ihren Stift und schlagen mit dem Lineal auf ihren Rucksack... Während andere sich gechillt zurücklehnen und die Sache auf sich zukommen lassen.
- Probleme mit dem psychohydraulischen Modell: Man müsste Leerlaufhandlungen beobachten können (weil das aktionsspezifische Potential sich so stark angestaut hat). Das bedeutet, wenn lange keine aggressive Handlung ausgeführt würde, müssten schon kleinste äußere Reize (im Extremfall auch ohne) eine aggressive Handlung hervorrufen. Das ist nicht zu beobachten. Aus eigener Erfahrung würde ich eher sagen: Im Gegenteil! Menschen, die wenig aggressives Verhalten zeigen, sind äußerst schwer aus der Ruhe zu bringen. (Das ist jetzt aber tatsächlich eine Meinung, keine wissenschaftlich fundierte Aussage)
- Ein weiteres Problem: Es gibt keine physiologische Entsprechung zum "aktionsspezifischen Potential". Das bedeutet: Man findet im Körper keinen Stoff o.ä., der sich anreichert, wenn keine aggressiven Handlungen ausgeführt werden.
Eine ziemlich berühmte Studie (bobo doll study) von einem sehr bedeutenden Verhaltensforscher bzw. Psychologen (A. Bandura) hat sich mit Lerneffekten beim Thema Aggression beschäftigt. Im folgenden Video (3:22 min) wird der Versuch erklärt und es enthält Original-Filmaufnahmen (omg!). Wenn ihr den einleitenden englischen Text (bis 00:26 min) nicht versteht oder übersetzen könnt, lest zunächst die WIKIPEDIA-Seite bevor ihr weiter schaut!
- Link zur Wikipedia-Seite (ist echt nur kurz): Hier klicken
- yt-Video:
Fazit: Dieser Versuch und seine Interpretationsmöglichkeiten sprengen den Rahmen, der im Biologie-Oberstufenlehrplan für das Thema vorgesehen ist. Vor allem, weil hier der Mensch im Vordergrund steht und die Psychologie viel speziellere Ansätze verfolgt. Ihr solltet nur sehen: Aggressives Verhalten kann offensichtlich auch erlernte Komponenten enthalten.
