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Stammbaum: Evolution und Erbgänge verstehen
Das Wort Stammbaum hat in der Biologie zwei Bedeutungen: Ein evolutionärer Stammbaum zeigt Verwandtschaft zwischen Arten, ein Familienstammbaum verfolgt Merkmale über Generationen. In beiden Fällen liest du Verzweigungen und Muster – aber du beantwortest unterschiedliche Fragen.
Auf dieser Seite lernst du, beide Stammbaumarten sicher zu unterscheiden, einfache Verwandtschaftshypothesen zu begründen und monogene Erbgänge systematisch zu prüfen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Zwei Arten von Stammbäumen unterscheiden
Die Form eines Stammbaums ähnelt sich in beiden Bereichen: Linien verbinden Einheiten, Verzweigungen zeigen Beziehungen. Entscheidend ist, was an den Enden und Verzweigungen steht.
| Stammbaumart | Einheiten | Zentrale Frage |
|---|---|---|
| evolutionärer Stammbaum | Arten oder Artengruppen | Welche Gruppen gehen auf gemeinsame Ausgangsarten zurück? |
| genetischer Familienstammbaum | Personen und Generationen | Wie wird ein Merkmal in einer Familie vererbt? |
Ausgangsart
Eine Ausgangsart ist eine gemeinsame Vorläuferart, von der sich spätere Gruppen ableiten. In einem evolutionären Stammbaum steht ein Verzweigungspunkt für eine solche gemeinsame Ausgangsart.
Phänotyp und Genotyp
Der Phänotyp ist das beobachtbare oder ausgeprägte Merkmal. Der Genotyp ist die Kombination der Allele, die eine Person für das betrachtete Gen besitzt. Allele sind Varianten eines Gens.
Evolutionäre Verwandtschaft begründen
Ein evolutionärer Stammbaum stellt eine Verwandtschaftshypothese dar. Du beginnst bei heute lebenden Arten, vergleichst ihre Merkmale und arbeitest gedanklich von „heute“ in Richtung gemeinsamer Ausgangsarten.
Homologie
Homologe Merkmale gehen auf denselben evolutionären Ursprung zurück. Für einen Stammbaum ist deshalb nicht bloße äußere Ähnlichkeit entscheidend, sondern eine begründete Homologie.
Ein Merkmal heißt in einem Vergleich abgeleitet, wenn es gegenüber einem früheren Merkmalszustand neu aufgetreten ist. Teilen mehrere Gruppen ein solches homologes Merkmal, stützt das die Hypothese, dass sie eine gemeinsame Ausgangsart besitzen, bei der dieses Merkmal bereits vorhanden war.
Eine vereinfachte Merkmalsliste enthält drei Arten A, B und C. Alle drei teilen das homologe Merkmal M1. Nur B und C teilen zusätzlich das abgeleitete Merkmal M2.
- M1 verbindet A, B und C mit einer gemeinsamen älteren Ausgangsart.
- M2 verbindet B und C an einem späteren gemeinsamen Verzweigungspunkt.
- Deshalb sind B und C in dieser Hypothese enger miteinander verwandt als jeweils mit A.
Die Arten an den Spitzen sind dabei keine Ahnenreihe. B stammt also nicht von A ab; beide Linien führen zu gemeinsamen Ausgangsarten zurück.
Monophyletische Gruppe
Eine monophyletische Gruppe umfasst eine gemeinsame Ausgangsart und die von ihr abstammenden Gruppen.
Familienstammbäume lesen
In einem Familienstammbaum stehen Personen derselben Generation in einer Zeile: Generation I oben, Generation II darunter und so weiter. Häufig verwendete Symbole sind:
- Kreis: Frau;
- Viereck: Mann;
- ausgefüllt: Merkmal ausgeprägt;
- nicht ausgefüllt: Merkmal nicht ausgeprägt;
- Mittelpunkt im Symbol: Trägerin oder Träger eines rezessiven Allels.
Die Stammbaumanalyse schließt vom beobachtbaren Phänotyp auf mögliche Genotypen und Erbgänge. Auf dieser Seite gilt dabei das vereinfachte Modell einer monogenen Vererbung: Ein betrachtetes Gen ist für das Merkmal entscheidend.
Dominant und rezessiv
Ein dominantes Allel prägt den Phänotyp bereits aus, wenn es einmal vorhanden ist. Ein rezessives Merkmal erscheint im einfachen Modell erst bei zwei rezessiven Allelen. Eine Person mit einem rezessiven Allel kann daher gesund und trotzdem Trägerin oder Träger sein.
Autosomal und gonosomal
Bei einem autosomalen Erbgang liegt das betrachtete Gen auf einem Autosom, also nicht auf X oder Y. Bei einem gonosomalen Erbgang liegt es auf einem Geschlechtschromosom; hier betrachten wir X-chromosomale Erbgänge.
Den Erbgang Schritt für Schritt prüfen
Ein einzelnes Indiz beweist den Erbgang meist nicht. Prüfe deshalb immer mehrere Beobachtungen und suche auch nach Widersprüchen.
- Lies den Stammbaum von oben nach unten und markiere betroffene Personen.
- Prüfe, ob das Merkmal jede Generation betrifft oder Generationen überspringt.
- Suche nach betroffenen Kindern nicht betroffener Eltern. Das spricht im einfachen Modell für Rezessivität.
- Vergleiche die Geschlechter und die Übertragungsrichtung. Ähnlich betroffene Geschlechter sprechen eher für einen autosomalen Erbgang.
- Prüfe die Vater-Sohn-Übertragung. Ein Sohn erhält vom Vater das Y-Chromosom, nicht dessen X. Eine Vater-Sohn-Übertragung widerspricht daher einem rein X-chromosomalen Erbgang.
- Trage nur Genotypen ein, die durch die Familienbeziehungen erzwungen sind. Lasse mehrere Möglichkeiten stehen, wenn die Daten nicht entscheiden.
| Erbgang | Typische Hinweise im einfachen Modell |
|---|---|
| autosomal-dominant | meist in jeder Generation; beide Geschlechter; Vater-Sohn-Übertragung möglich |
| autosomal-rezessiv | kann Generationen überspringen; nicht betroffene Eltern können ein betroffenes Kind haben; beide Geschlechter |
| X-chromosomal-dominant | betroffener Vater gibt sein betroffenes X an alle Töchter, aber an keinen Sohn weiter |
| X-chromosomal-rezessiv | häufig mehr Männer betroffen; Frauen können gesunde Trägerinnen sein; Generationssprünge möglich |
„Typischer Hinweis“ bedeutet nicht „sicherer Beweis“. Entscheidend ist, welcher Erbgang zu allen bekannten Beziehungen passt.
Genotypen und Wahrscheinlichkeiten herleiten
Für einen dominant-rezessiven autosomalen Erbgang verwenden wir A für das dominante und a für das rezessive Allel:
AA: homozygot dominant;Aa: heterozygot;aa: homozygot rezessiv.
Bei einem rezessiven Merkmal sind nur Personen mit aa betroffen. Eine Person mit Aa ist nicht betroffen, kann das rezessive Allel aber weitergeben.
Zwei gesunde heterozygote Träger:innen bekommen ein Kind: Aa × Aa.
A | a | |
|---|---|---|
A | AA | Aa |
a | Aa | aa |
Die vier gleich wahrscheinlichen Kombinationen sind einmal AA, zweimal Aa und einmal aa. Damit gilt für jedes Kind:
- 25 % Wahrscheinlichkeit für
AA; - 50 % Wahrscheinlichkeit für
Aa; - 25 % Wahrscheinlichkeit für
aaund damit für die rezessive Merkmalsausprägung.
Die Wahrscheinlichkeit wird bei jedem Kind neu betrachtet. Das Ergebnis früherer Geburten verändert diese Verteilung nicht.
Bei einem dominanten Merkmal sind AA und Aa betroffen. Hat eine betroffene Person mit einer nicht betroffenen Person (aa) ein nicht betroffenes Kind, muss die betroffene Person Aa sein: Das Kind benötigt ein a von jedem Elternteil.
Ist dagegen nur bekannt, dass die betroffene Person AA oder Aa sein kann, gibt es keine einzelne sichere Prozentangabe. Mit AA × aa wären alle Kinder betroffen; mit Aa × aa wären es 50 %.
Aussagen als Hypothesen bewerten
Beim Menschen sind Kreuzungsexperimente ethisch ausgeschlossen. Außerdem umfassen Familienstammbäume oft nur wenige Personen. Ein passendes Muster liefert deshalb häufig eine Hypothese, keine endgültige Diagnose.
Dasselbe Grundprinzip gilt für evolutionäre Stammbäume: Sie ordnen die verfügbaren homologen Merkmale zu einer begründeten Verwandtschaftshypothese. Kommen neue Merkmalsdaten hinzu und widersprechen der bisherigen Ordnung, muss der Stammbaum geprüft und gegebenenfalls geändert werden.
Die hier verwendeten Regeln gelten für vereinfachte monogene Modelle. Komplexe oder polygene Merkmale lassen sich damit nicht zuverlässig erklären. Reale Personen werden nicht allein aus einem Lernstammbaum diagnostiziert; genetische Aussagen müssen Unsicherheit, Vertraulichkeit und freiwillige Beratung berücksichtigen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Stammbaum
- Evolution: Arten, homologe Merkmale, gemeinsame Ausgangsarten
- Familie: Personen, Generationen, Phänotypen und mögliche Genotypen
- Erbgang: dominant oder rezessiv, autosomal oder X-chromosomal
- Prüfung: Muster vergleichen, Widersprüche suchen, Unsicherheit benennen