Modifikationen – die Umwelt beeinflusst den Phänotyp
Modifikationen in der Biologie sind nicht vererbare Veränderungen des Phänotyps durch Umweltfaktoren. Im Gegensatz zu Mutationen bleiben die Gene unverändert. Umweltbedingungen aktivieren oder deaktivieren Gene, was zu unterschiedlichen Merkmalsausprägungen führt. Erfahrt mehr über Modifikationen und ihre Bedeutung in Biologie und Landwirtschaft! Interessiert? Dies und vieles mehr findet ihr im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Modifikationen – die Umwelt beeinflusst den Phänotyp
Modifikation – Biologie
Die Gesamtheit aus äußerer Erscheinung und Eigenschaften eines Lebewesen wird als Phänotyp bezeichnet. Der Phänotyp wird vom Erbmaterial, genauer gesagt den Genen, bestimmt. Aber wusstest du, dass auch die Umwelt den Phänotyp verändern kann? Diesen Vorgang beschreibt man in der Biologie als Modifikation.
Was ist Modifikation? – Definition
Eine Modifikation ist eine nicht vererbbare Veränderung des Phänotyps, die durch Umweltfaktoren hervorgerufen wird. Die Erbinformation, zusammenfassend als Genotyp bezeichnet, bleibt hingegen unverändert.
Was ist der Unterschied zwischen Mutation und Modifikation?
Sowohl Mutationen, spontane Veränderungen des Erbguts, als auch Modifikationen rufen Abwandlungen im Phänotyp hervor. Während Mutationen die Erbinformation, also den Genotyp, verändern und somit an die Nachkommen vererbt werden können, sind Modifikationen nicht vererbbar.
Wie entsteht eine Modifikation?
Die Voraussetzung für eine Modifikation ist, dass die Gene eines Merkmals einen gewissen Rahmen für die unterschiedliche Ausprägung des Merkmals vorgeben. Betrachten wir als Beispiel die Modifikation beim Löwenzahn. Nehmen wir an, wir haben zwei identische Löwenzahnpflanzen. Eine wird im Tal in fruchtbaren, nährstoffreichen Boden gepflanzt, die andere im Gebirge auf kargen, nährstoffarmen Boden. Die Umweltfaktoren Nährstoffe und Bodenbeschaffenheit beeinflussen den Phänotyp der jeweiligen Pflanze. Der Löwenzahn im Tal hat viele Nährstoffe zum Wachsen und zeichnet sich durch große, kräftige Blätter und normale Wurzeln aus. Der Löwenzahn auf dem Berg besitzt hingegen starke, tiefe Wurzeln, um an Wasser zu gelangen und Halt im steinigen Boden zu finden. Da der Boden zudem wenige Nährstoffe hat, wachsen viel kleinere Blätter als beim Löwenzahn im Tal. Diese Modifikationen geschehen durch die Aktivierung oder Deaktivierung verschiedener Gene. All diese Gene sind zwar in beiden Pflanzen vorhanden, aber sie werden entsprechend der jeweiligen Umwelteinflüsse aktiviert oder deaktiviert.
Ein Fachgebiet der Biologie, das sich mit der Aktivierung und Deaktivierung von Genen unter bestimmten Umwelteinflüssen beschäftigt, ist die Epigenetik. Unter epigenetischen Modifikationen versteht man Modifikationen der DNA ohne eine tatsächliche Änderung des Erbguts. Der genetische Code an sich wird nicht beeinflusst. Die räumliche Struktur der DNA allerdings schon. Dabei geht es um die Zugänglichkeit von Genen, die durch die Lage der Histone (Proteine, die für die räumliche Struktur der DNA mitverantwortlich sind) bestimmt werden. Gene, die zugänglich sind, beeinflussen die Merkmalsausprägung. Die Histonmodifikation spielt dabei eine große Rolle.
Modifikation – Beispiele
Für Modifikationen gibt es in der Biologie zahlreiche Beispiele. Dabei unterscheidet man zwischen fließender und umschlagender Modifikation.
Fließende Modifikationen
Ein passendes Beispiel hierfür ist die Veränderung der Hautfarbe bei Sonneneinstrahlung. Unsere Hautfarbe ist genetisch festgelegt. Dennoch verändert sie sich, wenn wir der Sonne ausgesetzt sind. Die UV-Strahlung der Sonne regt die Melaninproduktion in unserer Haut an. Melanin ist ein Pigment und sorgt für die Färbung der Haut. Je länger wir der Sonne ausgesetzt sind, desto dunkler wird unsere Haut. Das geschieht stufenlos, daher fließende Modifikation.
Klar abzugrenzen davon ist „Albinismus“. Hierbei handelt es sich um eine Mutation eines Gens, das die Melaninproduktion reguliert. Das Fehlen des Pigments führt zu einer auffällig hellen Haut- und Augenfarbe.
Umschlagende Modifikationen
Ändert sich ein Merkmal aufgrund von Umweltfaktoren schlagartig, nennt man das umschlagende Modifikation. Im Tierreich findet man oft umschlagende Mutationen, die temperatursensitiv sind. Dabei entscheidet die Umgebungstemperatur, welche Erscheinungsform eines Merkmals ausgebildet wird.
Das Russenkaninchen bildet an kühlen Körperteilen (Ohren, Pfoten und Maul) schwarzes Fell aus. Steigt die Umgebungstemperatur jedoch über 30 °C, wird das Fell der Kaninchen weiß.
Ein weiteres Beispiel sind Krokodileier. Die Umgebungstemperatur bestimmt, welches Geschlecht die Krokodiljungtiere entwickeln. Unter 30 °C entstehen nur Weibchen, über 34 °C nur Männchen.
Modifikation – Bedeutung
Was bedeuten Modifikationen für die Vieh- und Landwirtschaft? Die Kenntnisse darüber, wie ein Merkmal durch Umweltfaktoren verändert werden kann, ist von großer Bedeutung in der Vieh- und Landwirtschaft. Futter und Düngemittel werde optimal eingesetzt, um Merkmale wie Ertrag bei Pflanzen und Muskelmasse bei Tieren zu maximieren. Ein neuartiges Feld stellt die genetische Modifikation, auch Gentechnik genannt, dar. Hierbei wird beispielsweise die DNA von Pflanzen gentechnisch verändert, um sie resistenter gegen Schädlinge zu machen. Genetische Modifikationen sind jedoch keine Modifikationen im klassischen Sinne, da das Erbmaterial verändert wird und diese Veränderungen vererbbar sind.
Transkript Modifikationen – die Umwelt beeinflusst den Phänotyp
Hallo! Willkommen zum Video zum Thema "Modifikationen". In diesem Video lernst du, was eine Modifikation ist. Du erfährst, was der Unterschied zu einer Mutation ist. Das alles wird an ein paar erläuterten Beispielen dargestellt. Um das Video optimal zu verstehen, solltest du folgendes Vorwissen haben: Du weißt, dass die DNA der Träger der Erbinformationen ist und was man unter einem Gen versteht. Außerdem solltest du Grundlagenwissen zum Thema "Mutation" haben. Zuerst wiederholen wir ein paar Grundlagen. Jedes Lebewesen hat ein bestimmtes Erscheinungsbild. Die Menge aller äußeren Merkmale eines Organismus wird in der Genetik als "Phänotyp" bezeichnet. Der Phänotyp wird zum großen Teil durch das Erbmaterial bestimmt. Das heißt, dass die Gene in der DNA für vererbbare Merkmale kodieren. Ein vererbbares Merkmal ist zum Beispiel deine Augenfarbe. Die gesamte genetische Ausstattung wird auch als "Erbbild" oder "Genotyp" bezeichnet. Der Genotyp hat einen großen Einfluss auf den Phänotyp, doch im Phänotyp spiegeln sich auch erworbene Merkmale wider. Diese Veränderungen können durch die Umwelt hervorgerufen werden. Eine Modifikation ist eine nicht vererbbare Veränderung des Phänotypen, die durch Umweltfaktoren hervorgerufen wird. Der Genotyp bleibt hingegen unverändert. Hier ein paar Beispiele: Der Grundton unserer Hautfarbe wird durch mehrere Gene bestimmt. Die einen haben einen helleren, die anderen einen dunkleren Hautton. Die Hautfarbe ist vererbbar. Die Hautfarbe ist jedoch in einem gewissen Maße ein umweltlabiles Merkmal. Wenn du von einem kühleren Klima in ein warmes Klima mit mehr Sonneneinstrahlung ziehen würdest, würde sich deine Hautfarbe in einem gewissen Maß verändern. Das Pigment Melanin wird ausgeschüttet und deine Haut wird brauner. Dein Erscheinungsbild hat sich also verändert. Dein Erbmaterial bleibt jedoch das Gleiche. Was ist der Unterschied zwischen einer Modifikation und einer Mutation? Du weißt bereits, dass Modifikationen und Mutationen sich in einer Veränderung des Phänotyps bemerkbar machen. Die Ursache liegt bei Modifikationen in den Umweltfaktoren. Bei einer Mutation hat hingegen eine spontane Veränderung des Erbmaterials stattgefunden. Modifikationen sind daher nicht vererbbar. Mutationen können hingegen vererbbar sein. Dazu ein Beispiel: Liegt bei einem Menschen eine Mutation im Gen vor, das bei der Melanin-Bildung beteiligt ist, so kann das Pigment nicht gebildet werden. Die Person leidet seit der Geburt an der rezessiven Krankheit "Albinismus" und hat eine auffällig helle Haut- und Augenfarbe. Albinismus ist somit eine erbliche Krankheit. Eine Unterscheidung zwischen einer Modifikation und einer Mutation ist oft nur möglich, wenn man genetisch gleiche Individuen, zum Beispiel Zwillinge, betrachtet, die unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt sind. Wenn man bei einem Versuch eine Pflanze zweiteilt und eine Hälfte in Felsspalten im Gebirge wachsen lässt und die andere Hälfte im fruchtbaren Boden im Tal wachsen lässt, so entwickeln sich die beiden erbgleichen Pflanzen unterschiedlich. Die Pflanze im Felsen wird kürzere Stängel, kleinere Blätter und tiefere, stärkere Wurzeln entwickeln. Die Pflanze im fruchtbaren Boden im Tal wird hingegen lange Stängel, große Blätter und normale Wurzeln aufweisen. Es handelt sich um eine Modifikation, denn die beiden Pflanzen haben den gleichen Genotypen. Die Veränderung des Phänotyps basiert auf den Einflüssen der Umwelt. Worauf basiert die Modifikation? Diese Modifikation geschieht durch die Aktivierung oder Deaktivierung verschiedener Gene. Diese Gene sind zwar alle in beiden Pflanzen vorhanden, aber sie werden entsprechend der jeweiligen Umwelteinflüsse und dem veränderten physiologischen Zustand aktiviert oder deaktiviert. Fassen wir zusammen, was du in diesem Video gelernt hast: Modifikationen sind nicht vererbbare, umweltbedingte Veränderungen des Phänotyps. Sie sind nicht zu verwechseln mit Mutationen. Darunter versteht man Veränderungen im Erbmaterial, die zu einem veränderten Phänotyp führen können. Du hast mehrere Beispiele kennengelernt. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss! Bis zum nächsten Video.
Modifikationen – die Umwelt beeinflusst den Phänotyp Übung
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Stelle den Unterschied zwischen dem Phänotyp und dem Genotyp eines Organismus dar.
TippsAnhand des äußeren Erscheinungsbildes eines Organismus lässt sich sein Erbmaterial nicht genau bestimmen.
Den Phänotyp kann man mit bloßem Auge erkennen, den Genotyp nicht.
LösungDer Phänotyp eines Organismus ist die Menge aller äußeren Merkmale dieses Organismus, also sein äußeres Erscheinungsbild. Der Phänotyp wird zum großen Teil durch das Erbmaterial bestimmt. Veränderungen des Phänotyps können durch Umweltfaktoren hervorgerufen werden.
Der Genotyp ist die gesamte genetische Ausstattung eines Organismus, auch Erbbild genannt. Er hat einen großen Einfluss auf den Phänotyp. Umgekehrt trifft dies allerdings nicht zu.
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Zeige die Unterschiede zwischen Mutation und Modifikation auf.
TippsDer Phänotyp eines Organismus ist sein äußeres Erscheinungsbild.
Der Genotyp eines Organismus ist die Gesamtheit seines Erbmaterials.
Der Phänotyp eines Organismus kann sich im Laufe des Lebens verändern.
LösungDer Phänotyp eines Organismus wird zum großen Teil durch das Erbmaterial bestimmt. Der Genotyp hat einen großen Einfluss auf den Phänotyp. Aber auch Umweltfaktoren können Veränderungen des Phänotyps hervorrufen. Eine Modifikation ist eine nicht vererbbare Veränderung des Phänotyps, die durch Umweltfaktoren hervorgerufen wird. Der Genotyp bleibt unverändert. Bei einer Veränderung des Phänotyps, der eine Veränderung des Erbmaterials zugrunde liegt, spricht man von einer Mutation. Diese kann vererbbar sein.
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Begründe, warum der Phänotyp nur begrenzt Rückschlüsse auf den Genotyp eines Organismus zulässt.
TippsDer Phänotyp ist äußerlich sichtbar, der Genotyp hingegen nicht.
Im Genotyp können dominante und rezessive Merkmale vorhanden sein.
Das dominante Merkmal setzt sich durch und zeigt sich im Phänotyp.
LösungDer Phänotyp, also das äußere Erscheinungsbild aller Nachkommen, ist rot. Dass der Genotyp aller Nachkommen aber ausschließlich Erbmaterial für rote Blüten enthält, ist nicht der Fall. Alle Nachkommen enthalten sowohl Erbmaterial für rote als auch für weiße Blüten, da die Elternpflanzen jeweils homozygot für die Farbe sind. Da Rot aber gegenüber Weiß dominant ist, zeigen sich bei den Nachkommen nur rote Blüten.
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Stelle anhand von Beispielen Modifikationen und Mutationen gegenüber.
TippsBei einer Modifikation kann sich der Phänotyp aufgrund von Umweltfaktoren verändern.
Eine Mutation liegt bereits in der genetischen Ausstattung eines Organismus vor, unabhängig von der Umwelt.
Häufig ist das Klima bzw. Wetter eine Ursache für Modifikationen.
LösungDas Winterfell bei Tieren und das Blühen der Pflanzen sind Modifikationen. Sie sind abhängig von der Umwelt, genauer gesagt dem Wetter, besonders von der Temperatur. Auch der Aufbau der Muskulatur zählt zu den Modifikationen, er kann durch Training verstärkt werden. Erblich bedingte Krankheiten, wie beispielsweise das Down-Syndrom, sind Mutationen. Sie sind im Genotyp des Organismus manifestiert und nicht durch die Umwelt beeinflussbar. Gleiches gilt auch für den Albinismus, sowohl bei Menschen also auch bei Tieren. Bei ihnen liegt eine Störung der Synthese der Hautpigmente vor, was in heller Haut, hellen Haaren (bei Tieren helles Fell oder Gefieder) und hellen Augen resultiert. Nackten Katzen, den sogenannten Sphynx-Katzen, fehlt durch eine Mutation im Erbmaterial das Fell.
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Nenne zentrale Begriffe der Genetik.
TippsDie gesuchten Begriffe sind Grundbegriffe der Genetik.
LösungDie Lösungswörter lauten wie folgt: Gen, Genotyp, Mutation, Phänotyp und DNA.
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Analysiere die genetischen Grundlagen eineiiger Zwillinge.
TippsDurch Umweltfaktoren kann es zu einer Veränderung des Phänotyps kommen, also zu einer Modifikation.
Bei einer Mutation liegt eine Veränderung des Erbmaterials vor, welche von der Umwelt unabhängig ist.
Die Ernährung und die Lebensweise allgemein kann ein Individuum beeinflussen.
LösungEineiige Zwillinge kommen mit der gleichen genetischen Ausstattung, dem gleichen Genotyp, zur Welt. Sie können sich aber im Laufe ihres Lebens in ihrem äußeren Erscheinungsbild, also ihrem Phänotyp, deutlich voneinander unterscheiden. Das liegt daran, dass der Phänotyp durch die Umwelt beeinflusst werden kann. Es kommt zu Modifikationen. Die Lebensweise, die Ernährung und auch beispielsweise das Klima, falls die Zwillinge in unterschiedlichen Regionen leben, können ihr äußeres Erscheinungsbild verändern.
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Hallo,
vielen Dank für deine Anmerkung. Das Video beschäftigt sich allgemein mit Begriff Modifikation und ihren Unterschieden zur Mutation. Daher wird hier noch nicht auf die unterschiedlichen Arten der Modifikation eingegangen.
Viele Grüße aus der Redaktion
Warum seid ihr nicht auf die fliessende und umschlagende Modifikation eingegangen?
Tolles Video!
Große Anzahl von Informationen kurz gefasst und verständlich erklärt.
Weiter so und Tschüss ^^
Super Video , deine guten bildlichen Darstellungen haben einem top geholfen alles bildlich zu verstehen. Weiter so!!!
Ah, nun is' klar -)