SIMPLY. Genetik E-Book

Derek Harvey

• Herausgeber: Dorling Kindersley Verlag
• Kategorie: Fachliteratur
• Serie: Simply
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 118

Veröffentlichungsjahr: 2026

Beschreibung

Grundwissen Genetik – anschaulich und verständlich • Alles über Genetik in der visuellen Sachbuchreihe SIMPLY • Auf den Punkt gebracht: Komplexe Inhalte werden kompakt erklärt • Was ist DNA? Wie funktioniert Evolution? Über 90 Konzepte und Grundideen der Vererbungslehre in Grafiken • Wissen to go: spannend und anschaulich aufbereitet Genetik einfach erklärt Was ist das Humangenomprojekt? Wie funktioniert CRISPR? Mit dem Genetik-Buch aus der Reihe SIMPLY bleibt keine deiner Fragen offen. Ob Chromosomen, Gentechnik oder Heilen durch Gentherapie: Über 90 Grundlagen und Begriffe der Vererbungslehre werden hier anschaulich und mit vielen Grafiken erklärt. Neun Kapitel führen dich durch die Themen genetische Grundlagen, Vererbung, Variation, DNA, Gene und Reproduktion, Funktionsweise von Genen, Genmutationen, Evolution sowie Gen-Editing. Hier erhältst du einen einfachen und fundierten Einblick in die Genetik. Das kompakte Nachschlagewerk ist ideal für Wissbegierige, die einen spannenden Einstieg in die Genetik suchen. Genetik für Anfänger*innen: 90 Konzepte der Vererbungslehre anschaulich in Grafiken erklärt. Dieses Buch ist Teil der Reihe "SIMPLY".

Leseprobe

GENETIK

SIMPLY

WISSEN AUF DEN PUNKT GEBRACHT

BERATER UND MITARBEITER

Derek Harvey ist ein Naturforscher mit

besonderem Interesse an der Evolu-

tionsbiologie. Er schloss sein Studium

der Zoologie an der Universität von

Liverpool in Großbritannien ab und

führte Exkursionen für Studenten nach

Costa Rica, Madagaskar und Austral-

asien durch. Derek arbeitet nun vor

allem als Autor und Berater für wissen-

schaftliche und naturgeschichtliche

Bücher.

MITARBEITERIN

Jo Locke ist eine erfahrene Berate-

rin und Autorin im Bildungsbereich.

Sie hat an der Universität von Bath,

Großbritannien, Biologie studiert und

ist für ihre Beiträge zur wissenschaft-

lichen Bildung bekannt, insbesondere

bei der Entwicklung von motivierenden

und effektiven Lehrmaterialien für

Studenten.

INHALT

7 WAS IST GENETIK?

DIE GENETISCHE

LANDSCHAFT

10 GENE UND LEBEN

Lebendig oder nicht?

11 EINE FRAGE DER ZUCHT

Gene und Arten

12 DIE VIELFALT DES LEBENS

Gene und Variabilität

14 BAUSTEINE DES LEBENS

Zellen

16 DER DATENSPEICHER

Gene und Chromosomen

17 VOM GEN ZUM PROTEIN

Kontrolle der Zellaktivität

18 MEHR ODER WENIGER

Anzahl der Chromosomen

ÜBER DIESES EBOOK

Aufgrund der komplexen Integration

von Bildern und Text wurde dieses

DK eBook so formatiert, dass das

Design der Printausgabe beibehalten

wurde. Daher sind alle Elemente an

Ort und Stelle fixiert, können aber mit

der Pinch­to­Zoom­Funktion leicht ver-

größert werden. Um gedrehte Seiten

oder Doppelseiten in der Vorschau

anzeigen zu können, müssen Sie die

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zunächst sperren. Wenn Sie dieses

eBook auf einem Mobiltelefon ansehen,

wird das Hochformat empfohlen. Wenn

Sie die Vorschau auf einem Tablet oder

einem größeren Bildschirm betrachten,

können Sie im Querformat die gegen-

überliegenden Seiten gleichzeitig sehen

(Zwei­Seiten­Ansicht).

19 EINE FRAGE DES GESCHLECHTS

Geschlechtschromosomen

20 CHROMOSOMENMUSTER

Karyotypen

22 KONTINUITÄT DES LEBENS

Formen der Reproduktion

24 HALB UND HALB

Chromosomen und Keimzellen

25 GENVARIATIONEN

Allele

26 INTERAKTIONEN DER ALLELE

Dominant oder rezessiv

40 DIE ERBFAKTORENSUCHE

Die Chromosomentheorie

der Vererbung

42 MITEINANDER VERBUNDEN

Gekoppelte Gene

43 GENKARTIERUNG

Kopplungskarten

44 MENDELS GLÜCKSFALL

Die physikalische Basis der

Vererbung

VARIATION

48 GENOTYP UND PHÄNOTYP

Variation beschreiben

49 MEHRERE VARIANTEN

Diskrete Merkmale

50 GENKOMBINATIONEN

Allele und Populationen

51 EINE GLEITENDE SKALA

Kontinuierliche Variation

ERFORSCHUNG

DER VERERBUNG

30 VERSCHACHTELTES LEBEN?

Präformationslehre

31 GENETISCHE FAKTOREN?

Materielle Vererbung

32 GEMISCHTE FARBEN

Mechanismen der Vererbung

34 TESTFELDER DER GENETIK

Modellorganismen

36 IM VERHÄLTNIS 3 : 1

Einfache Kreuzung

38 VERERBUNGSVERHÄLTNISSE

Dihybrider Erbgang

52 GEN-INTERAKTION

Epistase

53 ÄUSSERE EINFLÜSSE

Variation durch die Umwelt

DAS DNA-

MOLEKÜL

56 DIE LEITER DES LEBENS

Die Bausteine der Vererbung

58 SCHICKSALSWINDUNGEN

Die Doppelhelix

60 MOLEKÜLE MIT GEDÄCHTNIS

Matrizen und Replikation

62 VERPACKT

DNA-Kondensation

63 BOTEN DER ZELLE

Ribonukleinsäure

64 DIE 98 PROZENT

Nichtcodierende DNA

65 NICHTNUKLEÄRE DNA

Mitochondriale DNA

66 LEBENSKREISLAUF

Der Zellzyklus

67 VERDOPPLUNG

Formen der Zellteilung

68 TANZ DER CHROMOSOMEN

Phasen der Mitose

70 SCHNELLKOPIEN

DNA-Replikation

GENE UND

FORTPFLANZUNG

74 HIN ZUM BESSEREN

Genetische Diversität erzeugen

76 ZWEI DASEINSZUSTÄNDE

Diploid und haploid

78 REDUKTIONSTEILUNG

Meiose I

80 GAMETENBILDUNG

Meiose II

GENE MIT

FEHLFUNKTION

104 KOSTSPIELIGE FEHLER

Ursachen von Genmutationen

105 MUTATIONEN

Somatische und

Keimbahnmutationen

106 KOPIERFEHLER

Genmutationen

DIE FUNKTION

DER GENE

84 EIN GEN, EIN PROTEIN

Spezifische Codierung

85 MOLEKÜLE DES LEBENS

Die Funktion der Proteine

86 FORM UND FUNKTION

Proteinstruktur

87 BIOLOGISCHE KATALYSATOREN

Proteine und Enzyme

88 DAS ZENTRALE DOGMA

Das Informationssystem der Zelle

89 DREI-BUCHSTABEN-WORTE

Triplettcode

90 DNA AUSLESEN

Transkription

92 PROTEINE AUFBAUEN

Translation

94 RNA SCHNEIDEN

RNA-Editing

96 AN- UND AUSSCHALTEN

Genregulation bei Prokaryoten

98 KONTROLLSYSTEME

Genregulation bei Eukaryoten

100 DNA-MARKIERUNG

Epigenetik

101 CHEMISCHE ASYMMETRIE

Frühe Embryonalentwicklung

A

B

C

D

E

F

A

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

C

A

F

E

D

107 VERSCHIEBUNGEN

Frameshift-Mutationen

108 ZUSÄTZLICHES CHROMOSOM

Mutation ganzer Chromosomen

109 CHROMOSOMENMUTATION

Strukturmutationen

110 PROTEINVERÄNDERUNGEN

Mutationen und Genfunktion

112 UNERWÜNSCHTES ERBE

Erbkrankheiten

POPULATIONS-

GENETIK UND

EVOLUTION

116 GENE IN POPULATIONEN

Individuen, Populationen

und Arten

117 STABIL BLEIBEN

Genetisches Gleichgewicht

118 VERÄNDERUNGEN

Die Mechanismen der Evolution

120 GLÜCK IM UNGLÜCK

Evolution durch Mutation

121 ZUFÄLLE

Flaschenhälse und Gründer

122 AM BESTEN ANGEPASST

Natürliche Selektion

124 POPULATIONSDRUCK

Formen der Selektion

126 PAARUNGSSPIELE

Sexuelle Selektion

127 FORMEN DER EVOLUTION

Mikro- und Makroevolution

128 AUFSPALTUNG

Allopatrische Artbildung

130 GEMEINSAME EVOLUTION

Sympatrische Artbildung

131 GETRENNT BLEIBEN

Reproduktive Isolation

132 AUSSTERBEN DER ART

Genetik und Aussterben

133 EGOISTISCHE GENE

Einheiten der Selektion

GEN-

MANIPULATION

136 PROTEINSEQUENZIERUNG

Gene über Proteine analysieren

137 SCHLECHTE GENE SUCHEN

Medizinische Gentests

138 DNA ABGLEICHEN

Genetischer Fingerabdruck

140 DNA KLONEN

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

142 BASE NACH BASE

DNA-Sequenzierung

144 DIVERSITÄT KARTIEREN

Das Humangenomprojekt

145 EINSATZGEBIETE DER

GENETIK

Lebewesen verändern

146 MIKROBENMECHANIK

Bakterien gentechnisch verändern

148 VEHIKEL FÜR VERÄNDERUNG

Genvektoren

150 WEITERGABE

Somatische und

Keimbahn-Gentherapie

151 HEILENDE GENE

Gentherapie

152 GENE VERÄNDERN

CRISPR/Cas

154 WIEDERAUFERSTEHUNG

Klonen und zum Leben erwecken

156 REGISTER

160 DANK

WAS IST GENETIK?

Die Welt des Lebens zeichnet sich sowohl durch ihre Geschlos-

senheit als auch durch ihre Diversität aus. Organismen, die so

unterschiedlich wie Bäume und Trüffel, Bakterien und Affen sind,

teilen ein gemeinsames Erbe, das unter dem Mikroskop oder

durch chemische Analyse nachweisbar ist. Sie alle bestehen aus

Zellen, die DNA enthalten – das berühmte Doppelhelixmolekül,

das unsere Eigenschaften bestimmt. In seiner Struktur ist der

Code enthalten, der das Wesen alles Lebendigen definiert.

Im Jahr 1909 prägte der dänische Biologe Wilhelm Johann-

sen den Begriff »Gen« (abgeleitet vom griechischen Genos, das

»Ursprung« bedeutet), um den chemischen Faktor zu beschrei-

ben, der ein vererbtes Merkmal bestimmt. Das war nahezu ein

halbes Jahrhundert, nachdem ein österreichischer Mönch namens

Gregor Mendel vorgeschlagen hatte, dass solch ein Faktor die

Vererbungsmuster bei Erbsen erklären könne, und ein halbes

Jahrhundert, bevor Wissenschaftler in Cambridge und London die

physikalische Basis der Gene in der DNA fanden. Auf Johannsens

Begriff geht auch die Bezeichnung eines neuen Zweigs der Biolo-

gie zurück, der sich auf die Vererbung konzentriert: die Genetik.

Heute führen Genetikerinnen und Genetiker die Arbeit die-

ser frühen Pioniere in den Feldern der Evolutionsbiologie, der

Medizin, der Landwirtschaft, des Bioengineering und weiterer

fort. Sie studieren die in diesem Buch vorgestellten Aspekte der

Genetik – von den Prinzipien der Vererbung und der biologischen

Variabilität bis zur Basis der Veränderung durch Entwicklung und

Evolution. Und während sie das Verständnis der lebenden Welt

verbessern, können mit modernen Techniken vertraute Genetiker

weiter als je zuvor vordringen – indem sie Gene zur Heilung von

Krankheiten manipulieren, Organismen und ihre Produkte maß-

schneidern und sogar die Wiederauferstehung ausgestorbenen

Lebens ins Auge fassen.

EINLEITUNG 7

Die gene-

tische

Land-

sc haft

Genetik ist die biologische Wissenschaft von der Ver-

erbung. Sie untersucht, wie Merkmale über die Generationen

hinweg weitergegeben werden und wie sie für die Vielfalt der

Lebewesen sorgen. Von Molekülen und Zellen über Körper

und Populationen erklärt die Genetik, wie winzig kleine,

vererbbare »Faktoren« oder Gene den physischen Aufbau

und das Verhalten von Organismen sowie die Unterschiede

zwischen Individuen und Arten bestimmen können. Mole-

kulare Mechanismen sorgen für die Kontinuität des Lebens:

Gene bestehen aus einer besonderen Substanz namens DNA

(Desoxyribonukleinsäure), die das Wachstum, die Reproduk-

tion und die Evolution von Organismen prägt.

W

Lebewesen können

ihre Größe oder Anzahl

durch Zellteilung

vermehren.

Lebewesen

bestehen aus

Bausteinen, die als

Zellen bezeichnet

werden – einige

aus einer einzigen,

andere aus

Milliarden.

Lebewesen können

physisch oder chemisch

auf äußere Reize

reagieren.

Lebewesen

können die

Lebewesen können sich

in langen Zeiträumen in

Reaktion auf eine sich

verändernde Umwelt

anpassen.

Lebewesen führen chemische

Reaktionen aus, die Energie

benötigen oder freisetzen.

Zustände inner-

halb ihrer Körper

regulieren.

Lebewesen

können sich

vermehren.

GENE UND LEBEN

Lebewesen besitzen Eigenschaften, die unbelebten Dingen fehlen.

Vor allem können sie sich vermehren und ihre physischen und bio-

chemischen Eigenschaften sowie ihr Verhalten an ihre Nachkommen

weitergeben. Die dazu benötigten Informationen werden von den

Genen in jeder Zelle des Körpers codiert und vererbt. Diese Informatio-

nen können im Verlauf der Generationen verändert werden, sodass sich

das Leben an Veränderungen in seiner Umwelt anpassen kann.

10 LEBENDIG ODER NICHT?

A

C

R

H

E

S

P

T

N

R

O

U

O

L

M

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B

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G

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L

G

N

A

N

P

A

S

S

U

EINE FRAGE DER ZUCHT

Ein bestimmtes Lebewesen besitzt einen Satz von Genen (das

Genom), die dessen Eigenschaften bestimmt. Dieser Organismus

kann sich nur mit anderen vermehren, deren Genom mit seinem

(zumindest weitgehend) übereinstimmt. Organismen, die mit-

einander fruchtbare Nachkommen erzeugen können, ordnet man

in der Regel der gleichen Art zu. Manchmal paaren sich auch nah

verwandte Arten, doch ihre Nachkommen sind oft unfruchtbar.

PFERDE

ESEL

ELTERN DER

GLEICHEN ART

MAULTIER/MAULESEL

MAULTIER/

MAULESEL

Pferd, Esel, Maultier und Maulesel

Pferde und Esel gehören zur Gattung

Equus, jedoch unterschiedlichen Arten

(E. caballus und E. asinus) an. Die Nach-

kommen von Pferdestute und Eselhengst

nennt man Maultier, im umgekehrten Fall

Maulesel. Ihre Nachkommen sind steril.

KEINE

NACHKOMMEN

GENE UND ARTEN

11

KREUZUNG ALS

NACHKOMME

DIE VIELFALT DES LEBENS

Wissenschaftler haben über 2 Mio. Arten von Lebe -

wesen beschrieben, und geschätzte 10 Mio. sind noch nicht

benannt worden. Lebewesen können aufgrund ihrer Eigen-

schaften in Reiche (das vorgestellte Modell ist nur eins davon)

eingeteilt werden. Diese Reiche umfassen Organismen ver-

schiedener Größen, Formen und Lebensweisen: von weniger als

ein Tausendstel Millimeter großen Bakterien bis zu gewaltigen

Pott walen und Bäumen. Die Vielfalt des Lebens beruht auf den

Eigenschaften des genetischen Materials, das von Generation zu

Generation evolutionäre Veränderungen ermöglicht.

Diese einzelligen Orga-

nismen besitzen keinen

Zellkern. Sie nehmen

Nahrung auf oder betrei-

ben Fotosynthese.

Pflanzen sind

Vielzeller und

ernähren sich

meist über

Fotosynthese.

Die meisten Pilze

sind Vielzeller. Sie

betreiben keine

Fotosynthese,

sondern nehmen

Nahrung auf.

Diese Einzeller

haben eine feste

Zellwand. Ihnen

fehlt der Zellkern.

Die meisten

Arten sind Ein-

zeller, besitzen

aber einen

Zellkern.

1,5 MIO.

350 000

200 000

10 000

30 000

12 GENE UND VARIABILITÄT

ARCHAEEN

BAKTERIEN

PROTOZOEN

PFLANZEN

PILZE

Reiche

Die geschätzten Zahlen

der Lebewesen in jedem

Reich geben nur wieder,

wie intensiv es unter-

sucht worden ist. Einige

Biologen und Biologin-

nen gehen von insge-

samt mehr als 2 Mrd.

Arten aus.

Heutige Arten sind nur

ein winziger Teil der

biologischen Vielfalt.

Über 99 Prozent aller

Pflanzen- und Tierarten

sind ausgestorben.

Tiere sind viel-

zellige Organismen

mit Nerven und

Muskeln. Sie ver-

zehren Nahrung.

GENE UND VARIABILITÄT

13

9

M

I

. O

TIERE

BAUSTEINE DES LEBENS

Alle Lebewesen bestehen aus den als Zellen bezeichneten Bau steinen.

Komplexe Organismen wie Menschen besitzen Billionen von Zellen,

während einfachere wie die Bakterien und Protozoen (siehe S. 12–13)

als einzelne Zelle leben. Zellen verleihen dem Körper eine Struktur,

nehmen Nahrung auf, verarbeiten sie und liefern die Energie, um

Bewegung, Wachstum, Entwicklung und Vermehrung zu ermöglichen.

Jede Zelle enthält DNA – das Material, das die Funktionen der Zelle

steuert und es ihr ermöglicht, sich zu vermehren.

Bewegt

die Zelle

durch

Flüssig-

keiten

Hilft der

Zelle, sich an

einem Wirt

oder einer

Oberfläche zu

verankern

Spielen eine

Rolle beim

Ausstrecken

der Hyphen

Körper, der

Pigmente für die

Fotosynthese

enthält

Enthält die

Zell-DNA

ZELLKERN

Schwimmt

lose in der

Zelle

RING-

FÖRMIGE

DNA

Bakterienzelle

Bakterien sind Pro karyoten.

Sie besitzen keinen Zell-

kern (Nukleus) und haben

eine einfachere Struktur als

andere Zellen.

Pilzzelle

Pilzzellen bilden lange

Fäden, die Hyphen. Sie

geben Enzyme ab, die

organisches Material

verdauen können.

Pflanzenzelle

Pflanzenzellen haben feste,

aus Zellulose bestehende

Wände. Sie können durch

Fotosynthese eigene

Nahrung erzeugen.

Erhält die

Form der

Zelle

ZELLWAND

Feste Wand

unterstützt

die Struktur.

ZELLWAND

Speichert

Wasser

und Nähr-

stoffe,

festigt die

Zelle

14 ZELLEN

FLAGELLUM

PILUS

VESIKEL

CHLOROPLAST

VAKUOLE

Gibt

Energie

in die

Zelle ab

Ermöglicht die

Produktion

von Lipiden

und anderen

wichtigen

Stoffen

Enthält

die DNA

der Zelle

Ist an der

Protein-

biosynthese

beteiligt

(siehe

S. 92–93)

Ein Teil

des »Zell-

skeletts«,

das die Orga-

nisation des

Zellinhalts

unterstützt

Kontrol-

liert, was in

die Zelle ein-

dringt und was

sie verlässt

Enthält

Enzyme, um

Moleküle zu

zerlegen

Tierzelle

Wie Pilz- und Pflanzenzellen sind Tierzellen

eukaryotisch – ihr Erbmaterial ist in einem

Zellkern enthalten. Tierzellen haben keine

festen Zellwände. Strukturen (Organellen) im

Cytoplasma übernehmen besondere Rollen.

Eine

Proteinfabrik

Verarbeitet und sortiert

lange Moleküle

Eine gelatine artige

Flüssigkeit

ZELLEN 15

ZELL-

MEMBRAN

MITOCHONDRIUM

GLATTES ENDOPLASMA-

TISCHES RETIKULUM

ZELLKERN

CYTOPLASMA

RAUES ENDO-

GOLGI-

APPARAT

RIBOSOM

LYSOSOM

PLASMATISCHES

RETIKULUM

ZENTRIOL

Chromosomen wer-

den vom Cytoplasma

durch die Kern-

CHROMOSOMEN-

PAARE

membran getrennt.

Jedes Chromosom

gibt es in doppelter

GESCHLECHTSCHROMOSOM

Bei Eukaryoten bestimmt ein

Paar nichtidentischer Chro-

mosomen das Geschlecht

(siehe S. 19).

Ausfertigung. Die Paare

sind ähnlich, aber nicht

gleich. Sie werden als

homolog bezeichnet.

CHROMOSOMENFORM

Die Chromosomen in

einer Zelle variieren in

Größe und Form.

DER DATEN-

SPEICHER

Der Zellkern in fast jeder Zelle eines

eukaryotischen Organismus (siehe

S. 14–15) enthält eine Kopie seiner

genetischen Information. Sie wird in

Form der langen, leiterähnlichen Mole-

küle der DNA (Desoxyribonukleinsäure)

gespeichert. In eukaryotischen Zellen

ist die DNA in Strukturen verpackt, die

als Chromosomen bezeichnet werden.

Die Zahl der Chromosomen hängt

von der Art (siehe S. 18) ab, meist

treten sie jedoch paarweise auf –

von jedem Elternteil wird eins bei

der sexuellen Fortpflanzung vererbt.

16 GENE UND CHROMOSOMEN

Die DNA ist ein langes

Molekül, das den genetischen

Code in seiner chemischen

Struktur abspeichert.

DNA

Ein Gen ist ein

DNA-Abschnitt,

der z. B. die Zelle

anweist, ein

bestimmtes Pro-

tein herzustellen.

GEN

Doppelhelix

Die DNA hat die

Form einer spira-

ligen Doppel-

helix. Sie ist in

den Chromo-

somen verpackt.

ZELLKERN

ZELLE

VOM GEN ZUM PROTEIN

Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA. Darin sind Anweisungen zur Her-

stellung eines bestimmten Proteins und der Zeitpunkt der Produktion

codiert. Proteine (Eiweiße) sind lange, komplexe organische Moleküle, die

eine entscheidende Rolle im Körper spielen (siehe S. 85–87). Einige die-

nen als Bausteine, andere kontrollieren lebenswichtige chemische Pro-

zesse. Gene steuern die Herstellung verschiedener Proteine in einer Zelle

durch die Prozesse der Transkription und Translation (siehe S. 90–93).

Die DNA in einem

Chromosom kann

Tausende von Genen

enthalten.

DNA-STRANG

GEN 1

GEN 2

GEN 3

Einige Proteine

tragen als Bau-

steine zur Struktur