Stammbaum

Wenn du in Biologie einen Stammbaum siehst, geht es fast immer um eine Frage: Wer ist mit wem verwandt, und woran erkennt man das? Das kann eine Familie mit einem vererbten Merkmal sein oder eine Gruppe von Arten in der Evolution. Danach kannst du Stammbäume lesen, typische Zeichen deuten und begründet entscheiden, welches Vererbungsmuster am besten passt.

Deine Lernziele

• Ich kann erklären, was ein Stammbaum in der Biologie darstellt.
• Ich kann die Zeichen in einem Familienstammbaum lesen.
• Ich kann Phänotyp, Genotyp und Allel unterscheiden.
• Ich kann dominante, rezessive, autosomale und gonosomale Erbgänge erkennen.
• Ich kann evolutionäre Stammbäume als Verwandtschaftsdiagramme deuten.
• Ich kann bei Prüfungsaufgaben eine begründete Vermutung statt nur ein Bauchgefühl formulieren.

Was ein Stammbaum in der Biologie zeigt

Ein Stammbaum ist kein normales Bild mit oben und unten wie eine Rangliste. Er zeigt Beziehungen: Welche Personen oder Arten gehören zusammen, und wo liegt ein gemeinsamer Ursprung?

Definition

Stammbaum

Ein Stammbaum ist ein Diagramm, das Abstammung oder Verwandtschaft darstellt. In der Genetik zeigt er Familienmitglieder über mehrere Generationen. In der Evolution zeigt er Arten oder Artengruppen und ihre gemeinsamen Vorfahren.

Bei Familien fragst du: Wie wandert ein Merkmal durch die Generationen? Bei Arten fragst du: Welche Gruppen haben einen gemeinsamen Vorfahren?

Beispiel

Stell dir zwei Stammbäume vor.

1. In einem Familienstammbaum sind Oma, Eltern und Kinder eingetragen. Einige Personen haben ein bestimmtes Merkmal, zum Beispiel eine erbliche Rot-Grün-Sehschwäche.
2. In einem evolutionären Stammbaum stehen Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere. Die Verzweigungen zeigen, welche Gruppen näher miteinander verwandt sind.

Beide Stammbäume arbeiten mit derselben Grundidee: Eine Verzweigung bedeutet, dass sich Linien von einem gemeinsamen Ausgangspunkt trennen.

Merke

Ein Stammbaum zeigt Verwandtschaft, nicht automatisch "besser" oder "höher entwickelt".

Familienstammbaum: Zeichen und Grundbegriffe

In der Schule geht es bei "Stammbaum" sehr oft um die Stammbaumanalyse. Dabei untersuchst du, wie ein Merkmal oder eine Erbkrankheit in einer Familie auftritt.

Definition

Stammbaumanalyse

Die Stammbaumanalyse ist eine Methode der Genetik. Du vergleichst die Phänotypen mehrerer Generationen und schließt daraus, welcher Erbgang wahrscheinlich ist.

Die Symbole sind meistens festgelegt: Kreise stehen für weibliche Personen, Quadrate für männliche Personen. Ausgefüllte Symbole tragen das betrachtete Merkmal. Leere Symbole zeigen, dass das Merkmal nicht sichtbar ist. Ein Punkt in der Mitte kann eine Überträgerin oder einen Überträger markieren, also eine Person mit dem Allel ohne sichtbaren Phänotyp. Eine waagerechte Verbindung zeigt ein Elternpaar, eine senkrechte Linie führt zu Kindern.

Definition

Phänotyp

Der Phänotyp ist das sichtbare oder messbare Merkmal einer Person. Bei einer Erbkrankheit heißt das zum Beispiel: betroffen oder nicht betroffen.

Definition

Genotyp

Der Genotyp ist die Kombination der Erbanlagen für ein Merkmal. Häufig schreibt man zwei Allele, zum Beispiel AA, Aa oder aa.

Definition

Allel

Ein Allel ist eine Variante eines Gens. Ein Mensch besitzt für viele Merkmale zwei Allele, eines von der Mutter und eines vom Vater.

Beispiel

Eine Aufgabe zeigt drei Generationen.

• Generation I: Zwei nicht betroffene Eltern.
• Generation II: Ein betroffenes Kind und ein nicht betroffenes Kind.
• Generation III: Das betroffene Kind hat später selbst ein betroffenes Kind.

Der erste wichtige Hinweis ist schon Generation II: Zwei nicht betroffene Eltern können ein betroffenes Kind haben. Das passt nicht zu einem einfachen dominanten Erbgang, denn dann müsste mindestens ein Elternteil das Merkmal sichtbar tragen. Es passt gut zu einem rezessiven Erbgang: Beide Eltern können Überträger sein.

Gut zu wissen

Bei Menschen sind Stammbaumanalysen oft Hinweise, keine absolute Gewissheit. Kleine Familien, unbekannte Verwandtschaftsdaten, Neumutationen oder unvollständige Angaben können das Bild verändern.

Dominant oder rezessiv entscheiden

Die erste große Prüfungsfrage lautet: Reicht ein verändertes Allel aus, oder braucht man zwei?

Definition

dominanter Erbgang

Bei einem dominanten Erbgang reicht ein entsprechendes Allel aus, damit das Merkmal im Phänotyp sichtbar wird. Typische Genotypen betroffener Personen sind AA oder Aa.

Definition

rezessiver Erbgang

Bei einem rezessiven Erbgang wird das Merkmal nur sichtbar, wenn beide Allele rezessiv sind. Betroffene Personen haben dann den Genotyp aa. Personen mit Aa sind meist gesund, können das Allel aber weitergeben.

Eine wichtige Regel ist: Wenn gesunde Eltern ein betroffenes Kind haben, spricht das stark für rezessiv. Umgekehrt spricht ein Merkmal in fast jeder Generation eher für dominant. "Eher" ist wichtig, denn echte Stammbäume können Ausnahmen enthalten.

Beispiel

Beispiel: Zwei Eltern sind nicht betroffen. Ihr Kind ist betroffen.

1. Wenn das Merkmal dominant wäre, müsste das Kind mindestens ein dominantes Merkmal-Allel bekommen haben.
2. Dieses Allel müsste von einem Elternteil stammen.
3. Dann wäre mindestens ein Elternteil normalerweise ebenfalls betroffen.
4. Beide Eltern sind aber nicht betroffen.

Die einfachste Erklärung ist daher: Das Merkmal ist rezessiv. Beide Eltern sind wahrscheinlich Aa. Das Kind ist aa.

Merke

Gesunde Eltern mit betroffenem Kind sind ein Klassiker für rezessive Vererbung.

Autosomal oder gonosomal unterscheiden

Wenn du dominant oder rezessiv geprüft hast, kommt die zweite Entscheidung: Liegt das Gen auf einem Autosom oder auf einem Geschlechtschromosom?

Definition

autosomaler Erbgang

Ein autosomaler Erbgang betrifft ein Gen auf einem Autosom. Autosomen sind die Chromosomen, die nicht zu den Geschlechtschromosomen X und Y gehören. Männer und Frauen können ähnlich häufig betroffen sein.

Definition

gonosomaler Erbgang

Ein gonosomaler Erbgang betrifft ein Gen auf einem Geschlechtschromosom. In Schulaufgaben ist damit meist ein X-chromosomaler Erbgang gemeint.

Bei X-chromosomalen Erbgängen ist wichtig, welches X-Chromosom ein Elternteil weitergibt. Ein Vater gibt sein X-Chromosom an Töchter und sein Y-Chromosom an Söhne weiter. Eine Mutter kann eines ihrer beiden X-Chromosomen an Söhne und Töchter geben.

Beispiel

Ein betroffener Vater und eine nicht betroffene Mutter haben Kinder. Das Merkmal ist X-chromosomal dominant.

1. Töchter bekommen das X-Chromosom des Vaters.
2. Dieses X trägt das dominante Merkmal-Allel.
3. Deshalb sind alle Töchter betroffen.
4. Söhne bekommen vom Vater das Y-Chromosom.
5. Deshalb bekommen Söhne dieses väterliche X-Allel nicht.

Dieses Muster passt nicht zu einem autosomalen Erbgang, denn bei autosomaler Vererbung könnte ein Vater das Merkmal auch an Söhne weitergeben.

Merke

Keine Vater-Sohn-Weitergabe bei einem X-chromosomalen Merkmal: Der Sohn bekommt vom Vater das Y-Chromosom.

Evolutionäre Stammbäume lesen

In der Evolution heißen Stammbäume oft auch phylogenetische Bäume. Sie zeigen Verwandtschaft zwischen Arten oder Artengruppen.

Definition

phylogenetischer Stammbaum

Ein phylogenetischer Stammbaum stellt die Stammesgeschichte von Lebewesen dar. Verzweigungen stehen für gemeinsame Vorfahren, aus denen verschiedene Linien hervorgegangen sind.

Damit ein evolutionärer Stammbaum sinnvoll ist, vergleicht man homologe Merkmale. Homolog bedeutet: Ein Merkmal geht wahrscheinlich auf einen gemeinsamen Ursprung zurück, auch wenn es heute unterschiedlich aussehen kann. Beim Erstellen beginnt man meist mit heute lebenden oder fossil bekannten Gruppen und fragt dann Schritt für Schritt zurück: Welche gemeinsamen Merkmale müssen von einem gemeinsamen Vorfahren stammen?

Definition

Homologie

Eine Homologie ist eine Ähnlichkeit, die durch gemeinsame Abstammung erklärbar ist. Zum Beispiel können Vordergliedmaßen verschiedener Wirbeltiere denselben Grundbauplan haben.

Beispiel

Du vergleichst mehrere Wirbeltiergruppen und legst eine Merkmalsliste an.

• Fische besitzen eine Wirbelsäule.
• Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere besitzen ebenfalls eine Wirbelsäule.
• Lungenatmung, Gliedmaßen oder bestimmte Schädelmerkmale können zusätzliche Hinweise auf nähere Verwandtschaft geben.

Beim Erstellen eines Stammbaums suchst du also nicht einfach nach "sehen ähnlich aus". Du ordnest Merkmale so, dass Gruppen mit jüngeren gemeinsamen Merkmalen näher zusammenstehen. Dadurch arbeitest du von den heutigen Formen zurück zu möglichen gemeinsamen Vorfahren.

Definition

monophyletische Gruppe

Eine monophyletische Gruppe umfasst einen gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachkommen. Solche Gruppen sind in der modernen Systematik besonders wichtig.

Gut zu wissen

Die Reihenfolge der Namen am Rand eines Stammbaums kann täuschen. Entscheidend sind die Verzweigungen. Zwei Gruppen sind näher verwandt, wenn sie einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren teilen.

Merke

Einen evolutionären Stammbaum baust du gedanklich von heute nach gestern: erst Merkmale vergleichen, dann die wahrscheinlichsten gemeinsamen Vorfahren erschließen.

Prüfungsmodus

In Prüfungen sollst du selten nur Begriffe aufsagen. Meist musst du ein unbekanntes Muster auswerten und deinen Schluss begründen.

Beispiel

So gehst du bei einer Stammbaumanalyse vor:

1. Lies zuerst die Legende: Welche Symbole sind betroffen, welche nicht?
2. Ordne die Generationen von oben nach unten.
3. Suche nach gesunden Eltern mit betroffenem Kind. Das ist ein starkes Rezessiv-Indiz.
4. Prüfe, ob das Merkmal in jeder Generation vorkommt. Das ist ein Dominanz-Indiz, aber noch kein endgültiger Beweis.
5. Vergleiche Männer und Frauen. Sind beide ähnlich betroffen, spricht das eher für autosomal.
6. Suche nach Vater-Sohn-Weitergabe. Wenn sie vorkommt, ist X-chromosomal unwahrscheinlich.
7. Formuliere am Ende nicht nur "autosomal-rezessiv", sondern auch den Beleg.

Merke

In der Stammbaumanalyse zählt die Begründung: Nenne immer das Muster im Stammbaum, das deinen Erbgang stützt.

Abschluss-Check

Jetzt übst du mit neuen Situationen. Entscheide nicht nach einem einzelnen Wort, sondern nach dem Muster.

Zusammenfassung: Alles auf einen Blick

Ein Stammbaum hilft dir, Verwandtschaft sichtbar zu machen. In der Genetik leitest du aus sichtbaren Merkmalen einen wahrscheinlichen Erbgang ab. In der Evolution erkennst du gemeinsame Vorfahren und Verzweigungen. Am sichersten arbeitest du, wenn du jedes Ergebnis mit einem konkreten Muster im Stammbaum begründest.