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Lernaufgabe zum Thema

Meiose

Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie

am Institut für Sekundarstufe II der Pädagogischen Hochschule Bern

Annina Schlapbach

Bern, 13. November 2012

FD Biologie Annina Schlapbach

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Vorbemerkungen zur Lernaufgabe

Rahmenbedingungen

Nach kantonalem Lehrplan wird die Meiose in der Tertia behandelt. In der klassischen Gene-

tik sollen die SuS die historische Bedeutung der Vererbungsregeln und deren Zusammen-

hang zu den zellbiologischen Erkenntnissen begreifen. Als Inhalt dieses Grobzieles soll die

Meiose durchgenommen werden.

Leitidee

Bei der Fertilisation verschmilzt das Sperma des Mannes mit der Eizelle der Frau. Es ent-

steht eine befruchtete Eizelle mit den genetischen Informationen beider Elternteile. Dabei

findet eine Rekombination des Erbguts der beiden Eltern statt. Während des Vorgangs muss

eine Halbierung der Chromosomenzahl erfolgen, sonst würde sich bei jeder Generation die

Anzahl der Chromosomen verdoppeln. Der Halbierungsvorgang wird durch einen Prozess

namens Meiose erreicht.

Dispositionsziele

Die SuS kennen den Ablauf der Meiose.

Die SuS kennen die Begriffe Rekombination und Crossing Over.

Die SuS erklären die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Mitose und Meiose.

Operationalisierte Lernziele

Die SuS können den Ablauf der Meiose mit Knete darstellen und erklären.

Die SuS definieren die Begriffe Rekombination und Crossing Over in zwei bis drei

Sätzen und beziehen die Begriffe in ihr Ablaufschema mit ein.

Die SuS nennen mindestens fünf Unterschiede zwischen Mitose und Meiose. (Vor-

kommen - Funktion, Paarung, Anzahl der Tochterzellen, Chromosomensatz der

Tochterzellen, Interphase, Rekombination, Crossing Over).

Vorwissen

In der Quarta wurden der Zellzyklus und die Phasen der Mitose sowie die lichtmikroskopi-

schen Strukturen der Chromosomen ausführlich mit den SuS besprochen. Mit Hilfe eines

Einstimmungsvideos aktivieren die SuS ihr Vorwissen zur Mitose, sie können den Ablauf der

Mitose skizzieren und dem Pultnachbar erklären. Weiter kennen die SuS Begriffe (Chromo-

som, Gen, Allel etc.), die für das Verstehen der Meiose wichtig sind.

Sozialform

Einstieg: Plenum, Video zur Einstimmung

Lernaufgabe: Partnerarbeit

Ergebnissicherung: Schülervortrag, Plenum

Zeitaufwand (Lektion: 45 Minuten, Lernaufgabe: 30 Minuten)

Einstieg/Einführung: 5 Minuten

Einarbeitung/Lesen des Textes: 10 Minuten

Darstellen des Ablaufs der Meiose mit Knete, evtl. Zusatzaufgabe: 20 Minuten

Ergebnissicherung: 10 Minuten


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Material

Beamer und Laptop für Einstiegsvideo

Text zur Meiose oder Buch „Biologie Oberstufe“ von Cornelsen

„Play Doh“ oder „Pfeiffenputzer“ (je nach Klasse ist Knete nicht geeignet)

Schreibzeug

Hinführen zur Lernaufgabe

Durch die Lehrperson erfolgt eine Einstimmung in das Thema. Ein informativer Unterrichts-

einstieg der Lehrperson wird durch eine Videosequenz unterstützt, aktiviert das Vorwissen

der SuS zur Mitose und soll das Interesse an der Meiose wecken.

Videosequenz, Minute 7.04 – 10.03: http://www.youtube.com/watch?v=xC67V2LewrE,

Ergebnissicherung

Die SuS versammeln sich um einen Arbeitsplatz. Die Lehrperson wählt Freiwillige aus, die

den Ablauf, nach Ende der Lernaufgabe, anhand ihrer gekneteten Chromosomen vorzeigen.

Wenn sich niemand meldet, wird ein Zweierteam bestimmt. Nach der Präsentation der Er-

gebnisse ergänzt die Lehrperson die Erläuterungen und klärt allfällige Fragen. Die Zusatz-

Aufgabe 3 „Kontrolle zur Mitose/Meiose“ wird in späteren Lektionen, insbesondere als Prü-

fungsvorbereitung, wieder hervorgenommen und braucht in dieser Lektion keine besondere

Beachtung mehr.

Weiterführung des Themas

Es scheint mir sinnvoll, in den darauffolgenden Lektionen den SuS nochmals klar zu ma-

chen, wo und wann genau die Meiose stattfindet. Das Zusatz-Arbeitsblatt zur Mitose und

Meiose soll aufgegriffen und die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen der Mitose

und Meiose sollen festgehalten werden.

Den SuS sollte ein Alltagsbezug aufgezeigt werden. Zum Beispiel kann man eine Verbin-

dung zum Menstruationszyklus, (Beginn 1. Reifeteilung kurz vor dem Eisprung, 2. Reifetei-

lung erst nach dem Eisprung) herstellen. Auch wenn dieses Thema einigen SuS unter Um-

ständen peinlich ist, denke ich trotzdem, dass ein solcher Bezug das Interesse weckt. Weiter

ist das Thema der Befruchtung und Fetogenese eine sinnvolle Weiterführung. Hier ist ein

Exkurs zur Thematik der künstlichen Befruchtung denkbar. Mehrlingsgeburten, die u.a. auch

mit der künstlichen Befruchtung zusammenhängen, könnten anschliessend behandelt wer-

den. Zudem wäre es interessant zu sehen, welche sonstigen Fehler/Mutationen während der

Meiose geschehen können.

Literatur

Biologie Oberstufe (2009). Gesamtband. (S 174-176, 2. Auflage). Berlin: Cornelsen.

Bütikofer, M., Lüde, O., Hopf, Z., Rutz, G., & Zürcher F. (2006). Genetik. Lerntext, Aufgaben

mit Lösungen, Glossar und Zusammenfassungen. Compendio, Bildungsmedien Natur-

wissenschaften.

http://www.youtube.com/watch?v=xC67V2LewrE


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Arbeitsmaterialien

Lernziele................................................................................................................................ 5

Arbeitsaufträge ...................................................................................................................... 5

Arbeitsauftrag 2: Visualisieren der Meiose ............................................................................. 6

Arbeitsauftrag 3: Kontrolle zur Mitose / Meiose...................................................................... 7

Lösung: Arbeitsauftrag 2: Visualisieren der Meiose ............................................................... 8

Lösung: Arbeitsauftrag 3: Kontrolle zur Mitose / Meiose .......................................................11

Glossar zur Meiose ..............................................................................................................13

Text: Meiose .........................................................................................................................14


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Lernaufgabe zum Thema Meiose

Arbeitsaufträge

Arbeitsauftrag 1: Lesen Sie die Seiten 174 bis 176 in Ihrem Biologiebuch durch und bespre-

chen Sie anschliessend zu zweit Unklarheiten.

Arbeitsauftrag 2: Visualisieren Sie zu zweit den Ablauf der Meiose mit Knete (Hilfe: Glossar

und Buch).

Arbeitsauftrag 3: Falls Ihnen der Ablauf der Meiose klar ist, bearbeiten Sie die Zusatzaufga-

be. Ideal als Prüfungsvorbereitung!

Lernziele

Sie können den Ablauf der Meiose darstellen und erklären.

Sie kennen die Begriffe Rekombination und Crossing Over.

Sie können die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Mitose und Meiose erklä-

ren.


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Arbeitsauftrag 2: Visualisieren der Meiose

Gehen Sie zum Lehrerpult und nehmen Sie Play-Doh-Knete. Beachten Sie, dass Sie zwei

verschiedenen Farben brauchen. Nehmen Sie eine angemessene Menge heraus.

Stellen Sie den Ablauf der Meiose mit der Knete dar. Machen Sie das Ganze exemplarisch

für drei Chromosomenpaare. Die Begriffe Rekombination und Crossing Over müssen bei

ihrem Ablauf miteinbezogen werden. Nehmen Sie bei Unklarheiten den Text oder das

Glossar zur Hilfe.

Am Schluss werden die Ergebnisse angeschaut und kontrolliert.


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Arbeitsauftrag 3: Kontrolle zur Mitose / Meiose

Diskutieren und notieren Sie Ihre Überlegungen zu den folgenden Aufgaben in Zweiergrup-

pen.

1. Zeichnen Sie eine Zelle (schematisch mit 2 Chromosomenpaaren)…

…in der späten Metaphase der Mitose

…in der späten Metaphase der 1.Reifeteilung (Meiose)

…in der Anaphase der Mitose

…in der Anaphase der 1.Reifeteilung (Meiose)

Vergleichen und diskutieren Sie die Skizzen im Hinblick auf Gemeinsamkeiten und Un-

terschiede. Versuchen Sie dabei vor allem auf die Schlagwörter Äquatorialplatte, Chro-

matiden, Spindelfasern, Chromatiden-Tetraden einzugehen.


…unmittelbar nach der Mitose

…nach der 1. Reifeteilung der Meiose.

Vergleichen Sie die beiden Skizzen unter folgenden Aspekten:

n (= Anzahl Chromosomen)

Welche Phase kommt vorher, welche Phase nachher?

3. Im Text finden Sie folgende Angaben:

Reifeteilung der menschlichen Meiose: 223 (=8.93 mio)

Menschliche Befruchtung: (8.93 x 106)2

Erklären Sie die Zahlenverhältnisse. Was sagen Sie aus und welche Wirkung haben

Sie?

4. Vergleichen Sie die männliche und weibliche Meiose des Menschen im Hinblick auf:

Unterschiede in 1. und 2. Reifeteilung

Endresultat

Welche Folgen hat das für einen Mann bzw. eine Frau? Welcher Sinn steckt dahinter? Schlagwörter: Spermien, Eizellen, Plasma, asymmetrisch, Pol-und Richtungskörper


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Lösung: Arbeitsauftrag 2: Visualisieren der Meiose

Prophase I:

Die Chromatinfasern spiralisieren sich zu

Chromatiden.

6 Chromosomen (diploid). Je ein Chromo-

som von der Grossmutter (rot) und eines

vom Grossvater (blau).

Normal: 23 Chromosomenpaare, exempla-

risch mit 3 Chromosomen.

Prophase I:

Die identischen Schwesterchromatiden

liegen nebeneinander und sind am

Centromer zu einem Chromosom verbun-

den. Kernkörperchen und Kernhülle lösen

sich auf.

Im Plasma entsteht der Spindelapparat.

Die homologen Chromosomen paaren sich,

je vier Chromatiden bilden eine Tetrade

Crossing Over:

Stückaustausch zwischen väterlichen und

mütterlichen Chromosomen während der

Entwicklung der Keimzellen. An die nach-

folgende Generation werden also Chromo-

somen weitergegeben, die eine Mischung

aus väterlichen und mütterlichen Abschnit-

ten darstellen und dadurch eine große ge-

netische Vielfalt ermöglichen.

Metaphase I:

Einordnung der Chromosomen in der

Äquatorialebene.

Die Chromosomen werden mit dem Spin-

delapparat verbunden. An jedem Centro-

mer setzen Fasern zu beiden Polen an. Sie

ziehen die Centromere der gepaarten

Chromosomen in die Äquatorialebene der

Zellen.


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Anaphase I:

Die homologen Chromosomen. Je ein

Chromosom wandert zu einem Pol. An

jedem Pol sammelt sich ein haploider Satz

von Chromosomen. Jedes Chromosom

besteht immer noch aus zwei Chromatiden.

Rekombination

= Verteilung der Chromosomen bei der

Keimzellenbildung in der Meiose. In der

Metaphase zieht der Spindelapparat zufäl-

lig ein Chromosom zum einen Pol und das

homologe Chromosom zum anderen Pol.

So kommt es zu einer Neuverteilung der

Chromosomen.

Telophase I:

Durch die Teilung des Zytoplasmas entste-

hen zwei haploide Zellen. Der Spindelap-

parat verschwindet in beiden Zellen.

Prophase II: Die Chromatinfasern spirali-

sieren sich wieder vollständig und ein neu-

er Spindelapparat entsteht.


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Metaphase II:

Die Centromere der Chromosomen werden

mit dem Spindelapparat verbunden und in

die Äquatorialebene der Zelle gezogen.

Anaphase II: Wie bei einer Mitose trennen

sich die beiden Schwesterchromatiden von

jedem Chromosom und wandern zu einem

der beiden Pole.

Telophase II: In der Telophase bilden sich

die Kernhülle und Kernkörperchen, der

Spindelapparat löst sich auf. Jede Chroma-

tide entspiralisiert sich zu einer Chromatin-

faser. Durch die Teilung des Zytoplasmas

entstehen vier haploide Zellen.

Geschlechtszellen (haploid): Aus einer Spermienmutterzelle entstehen durch die beiden Reifeteilungen 4 Sper-mien, aus einer Eimutterzelle 1 Eizelle (3 Polkörper gehen zugrunde, die Meiose sieht grundsätzlich gleich aus). Die Chromatiden werden repliziert und es entsteht wieder ein Chromosom. Bei der Befruchtung vereinigen sich ein Spermium und eine Eizelle und bilden die Zygote; sie ist wiederum diploid. (je ein Chromosom von der Mutter und eines vom Vater ergibt wieder 46 Chromosomen)


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Lösung: Arbeitsauftrag 3: Kontrolle zur Mitose / Meiose

Diskutieren und notieren Sie Ihre Überlegungen zu den folgenden Aufgaben in Zweiergrup-

pen und geben Sie pro Gruppe eine Version der Lösung ab.


…in der späten Metaphase der Mitose / in der späten Metaphase der 1. Reifeteilung

(Meiose)

Gemeinsamkeiten: Spindelfasern heften sich an die Chromosomen und die Chromosomen

befinden sich in der Äquatorialebene.

Unterschiede: Mitose: Spindelfasern heften sich von beiden Seiten an ein Chromosom, Ver-

teilung in der Äquatorialebene immer gleich, Chromatiden hängen an Centro-

mer aneinander.

Meiose: Spindelfasern heften sich nur auf einer Seite an Chromosom, Ver-

schiedene Kombinationsmöglichkeiten bei der Verteilung, Homologe Chromo-

somen hängen an Chromatid-Tetraden zusammen.

…in der Anaphase der Mitose / in der Anaphase der 1.Reifeteilung (Meiose)

Gemeinsamkeiten: Spindelfasern spielen eine entscheidende Rolle (Sie ziehen Chromoso-

men, Meiose und Chromatiden, Mitose auseinander)

Unterschiede: Mitose: Identische Schwesterchromatide werden getrennt

Meiose: Schwesterchromatiden bleiben zusammen, Homologe Chromosomen

werden getrennt, getrennte Chromosomen sind homolog aber nicht identisch.


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…unmittelbar nach der Mitose / nach der 1. Reifeteilung der Meiose.

Vergleichen Sie die beiden Skizzen unter folgenden Aspekten:

n (= Anzahl Chromosomen)

Mitose: 2n (diploid), Bei einer Zelle nach der Mitose (in der Interphase) gibt es einen doppel-

ten Chromosomensatz, die bei der Teilung entstandenen Zellen sind identisch!

Meiose: n (haploid), Bei einer Zelle nach der 1. Reifeteilung der Meiose gibt es nur einen

einfachen Chromosomensatz, die bei der Teilung entstandenen Zellen sind unterschiedlich.

Welche Phase kommt vorher, welche Phase nachher?

Mitose: Telophase vorher, Interphase nachher

Meiose: Anaphase I vorher, 2. Reifeteilung nachher.

3. Im Text finden Sie folgende Angaben:

1. Reifeteilung der menschlichen Meiose: 223 (=8.93 Mio.)

Menschliche Befruchtung: (8.93 x 106)2

Erklären Sie die Zahlenverhältnisse. Was sagen Sie aus und welche Wirkung haben

Sie?

223: Diese Zahl sagt aus, dass bei der menschlichen Meiose 223 unterschiedliche Keimzellen

entstehen können. Die homologen Chromosomen werden in der Metaphase zufällig ange-

ordnet. Da der Mensch 23 verschiedene Chromosomenpaare hat hoch 23.

(8.93 x 106)2 : Diese Zahl sagt aus, dass bei einer menschlichen Befruchtung (8.93 x 106)2

unterschiedliche befruchtete Eizellen entstehen können, da die weibliche Eizelle/Keimzelle

mit einem männlichen Spermium/Keimzelle kombiniert wird.

4. Vergleichen Sie die männliche und weibliche Meiose des Menschen im Hinblick auf:

Unterschiede in 1. und 2. Reifeteilung

Endresultat

Mann: 4 gleich grosse Keimzellen, Frau: 1 grosse Zelle (Eizelle), 3 kleinere (Polkörper), die absterben. Die Eizelle ist grösser als ein Spermium.


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Glossar zur Meiose

PROPHASE I: Die Chromatinfasern spiralisieren sich zu Chromatiden. Die identischen

Schwesterchromatiden liegen nebeneinander und sind am Centromer zu einem Chromosom

verbunden. Kernkörperchen und Kernhülle lösen sich auf.

Im Plasma entsteht der Spindelapparat. Die homologen Chromosomen paaren sich, je vier

Chromatiden bilden eine Tetrade.

METAPHASE I: Die Chromosomen werden mit dem Spindelapparat verbunden. An jedem

Centromer setzen Fasern zu beiden Polen an. Sie ziehen die Centromere der gepaarten

Chromosomen in die Äquatorialebene der Zellen.

ANAPHASE I: Im Gegensatz zu Mitose trennen sich in der Anaphase I der Meiose die ho-

mologen Chromosomen. Je ein Chromosom wandert zu einem Pol. An jedem Pol sammelt

sich ein haploider Satz von Chromosomen. Jedes Chromosom besteht immer noch aus zwei

Chromatiden.

TELOPHASE I: Durch die Teilung des Cytoplasmas entstehen zwei haploide Zellen. Der

Spindelapparat verschwindet in beiden Zellen. Die Chromosomen können sich vorüberge-

hend etwas entspiralisieren.

PROPHASE II: Die Chromatinfasern spiralisieren sich wieder vollständig und ein neuer

Spindelapparat entsteht.

METAPHASE II: Die Centromere der Chromosomen werden mit dem Spindelapparat ver-

bunden und in die Äquatorialebene der Zelle gezogen.

ANAPHASE II: Wie bei einer Mitose trennen sich die beiden Schwesterchromatiden von

jedem Chromosom und wandern zu einem der beiden Pole.

TELOPHASE II: In der Telophase bilden sich die Kernhülle und Kernkörperchen, der Spin-

delapparat löst sich auf. Jede Chromatide entspiralisiert sich zu einer Chromatinfaser. Durch

die Teilung des Cytoplasmas entstehen vier haploide Zellen.


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Text: Meiose


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