Rätsel II: Genetische Untersuchungen

Da ihr aufgrund der vorherigen Überlegungen keine eindeutigen Aussagen zur Verwandtschaft des Vogels machen konntet, sind jetzt wohl doch genetische Untersuchungen des Vogels nötig. Gut, dass ihr eine Blutprobe des Vogels habt, denn die Ursache für solch unterschiedliche Entwicklungen müssen in jedem Fall genetische Veränderungen, also Mutationen, sein.

1. Mutation

Was ist eine Mutation?

1. Mutationen sind spontan auftretende oder gezielt im Labor herbeigeführte, dauerhafte Veränderungen des Erbgutes.
2. Mutationen sind eine wichtige Ursache für die Variabilität von Organismen.
3. Keimbahn-Mutationen werden durch Vererbung an die Nachkommen weitergegeben.
4. Mutationen in somatischen Zellen liegen nicht in den Keimzellen (Gameten), sondern in einem anderen Gewebe des Körpers vor.

Richtig ist/sind die Antwort/en

 

Notiert euch die erste Codezahl.

 

2. Konservative Proteine

Jemand aus Eurer Gruppe macht den Vorschlag, Cytochrom c zu untersuchen, da dies eine Aussage zu den Verwandtschaftsverhältnissen zwischen verschieden Arten geben könnte.

Das Protein Cytochrom c wird in den Mitochondrien zur Zellatmung benötigt und hat eine sehr spezifische Struktur. Es eignet sich gut für die Analyse von Verwandtschaftsbeziehungen, da es in allen tierischen Organismen verbreitet und hoch konserviert ist. Die Funktion und Struktur des Proteins mit nur 104 Aminosäuren wurde im Laufe der Evolution nur geringfügig verändert, weshalb Unterschiede in der Sequenz als Indikator für evolutionäre Distanz dienen können. So unterscheiden sich Mensch- und Rhesusaffen-Protein nur in einer Aminosäure. Vergleicht man z.B. die Aminosäuresequenzen und die Nukleotidsequenzen von Cytochrom c von Mensch und Hefe so finden sich 44 verschiedene Aminosäuren, jedoch 66 verschiedene Nukleotidsequenzen.

Der Grund ist:

1. Es gibt weniger Aminosäuren als Nukleobasen.
2. Durch die Degeneration des genetischen Codes führen nicht alle Basen zum Einbau einer anderen Aminosäure.
3. Menschen und Hefen haben keine gemeinsamen Vorfahren.

Richtig ist/sind Antwort/en

 

Notiert euch die zweite Codezahl.

 

3. Cytochrom c

Wieso gibt es bei tierischen Organismen keine anderen Proteine, die exakt dieselbe Funktion wie das Cytochrom c übernehmen?

1. Weil es in der Evolution immer nur eine Proteine-Variation für eine Aufgabe bei allen Organismen gibt
2. Der Austausch nur einer oder weniger Aminosäuren kann dazu führen, dass die Funktionsfähigkeit nicht mehr gegeben wäre, so dass der Organismus nicht lebensfähig wäre und eine derartige Mutation würde sofort ausgelöscht werden.
3. Da es sehr spezifisch gebaut ist, ist ein zufälliges Entstehen eines anderen Proteins mit diesen Eigenschaften in der Evolutionsgeschichte sehr unwahrscheinlich.

Richtig ist/sind Antwort/en

 

Notiert euch die dritte Codezahl.

 

4. Verwandte Arten

Ist die Methode der Cytochrom-c Analyse hilfreich für die Fragestellung zwischen zwei nahe verwandten Vogel-Arten?

1. Ja, die Unterschiede in der Cytochrom c-Sequenz sind ausreichend, um zwei Vogelarten auseinander zu halten, da Mutationen sehr häufig sind.
2. Nein, da es sich bei Cytochrom c um ein konservatives Protein handelt. Die Unterschiede bei nah verwandten Arten sind zu gering, um eine Aussage zu machen, um welche Art es sich handelt.

Richtig ist Antwort

 

Notiert euch die vierte Codezahl.

 

5. Vergleich von DNA-Sequenzen

Da verwandte Arten sich unterschiedlich ernähren können, macht es Sinn ein Gen zu untersuchen, das mit der Ausbildung von Geschmacksrezeptoren in Zusammenhang steht – also ein Gen des Umami-Rezeptors.

Man kann entsprechende DNA-Sequenzen von verschiedenen Singvogel-Arten und Specht-Arten in einer Datenbank finden. Darunter sind auch Arten, die in Asien vorkommen. Die Mutationen prägen sich üblicherweise dominant aus. Ihr wählt mehrere typische Arten Asiens aus. Dabei stellt ihr fest, dass sich die Sequenzen des unbekannten Vogels und der ausgewählten Singvögel doch signifikant unterscheiden, während die ausgewählten Specht-Arten sehr große Übereinstimmung zeigen. Also muss der Vogel doch eher mit den Spechten verwandt sein. Aber um welche Specht-Art handelt es sich?

Im Folgenden findet Ihr die fiktive Sequenz des betroffenen Gens eines Buntspechts, eines Zwergspechts und eines Wendehalses (ebenfalls ein Specht) – alle Arten kommen auch in Asien vor. Schaut Euch die verschiedenen Sequenzen an und vergleicht diese.

 

Um welche Art von Mutationen handelt es sich bei den oben gezeigten Beispielen?

1. Numerische Aberration
2. Chromosomenmutation
3. Punktmutation
4. Deletion
5. Insertion
6. Genommutation

Richtig ist/sind die Antwort/en

 

Notiert euch die fünfte Codezahl.

 

6. Folgen von Mutationen

Welche Konsequenzen können die dargestellten Mutationen haben?

1. Austausch einer Aminosäure
2. Keine Auswirkung, falls die ausgetauschte Aminosäure nicht relevant für die Funktion des Proteins ist
3. Keine Auswirkung, da der Code redundant ist
4. Verschiebung des Leserasters

Richtig ist/sind die Antwort/en

 

Notiert euch die sechste Codezahl.

 

7. Artzugehörigkeit

Zu welcher Art gehört der unbekannte Vogel?

1. Buntspecht
2. Wendehals
3. Zwergspecht

Richtig ist Antwort

 

Notiert euch die siebte Codezahl.

 

Ergebnis Rätsel II

Fügt eure Codezahlen in der Reihenfolge der Fragen aneinander und gebt sie am Ende der folgenden URL anstelle von „XXXXXXX“ in eurem Browser ein, um zum nächsten Rätsel zu gelangen: www.bi.mpg.de/codeXXXXXXX

Wenn ihr das Escape-Game mit zu öffnenden Schlössern spielt, erhaltet ihr die zweite Zahlenkombination wie folgt: Multiplikation der Codezahlen. Davon wird die erste Zahl gestrichen. Daraus ergibt sich die dreistellige Schlosskombination für das zweite Schloss.

Solltet ihr nicht weiterkommen, schaut euch die Fragen und Antworten oben noch einmal genau an.