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