Neben der Mutation und der Selektion ist die genetische Rekombination einer der wichtigsten Evolutionsfaktoren. Die Rekombination ist die Neuverteilung von Erbinformation im Zuge der Fortpflanzung und trägt somit maßgeblich zur Merkmalsvariabilität der Nachkommen bei. Die Merkmalsvielfalt ist entscheidend für die Anpassung einer Art an Umwelteinflüsse und trägt zur Evolution einer Art bei.
Rekombination in der Evolution
Rekombination spielt eine wichtige Rolle bei der Evolution von Arten. Evolution ist die Veränderung der vererbbaren Merkmale einer Art über einen längeren Zeitraum. Häufig werden evolutionäre Veränderung durch Umwelteinflüsse beeinflusst, aber auch zufällige Ereignisse können entsprechende Veränderungen einleiten. Evolutionäre Veränderungen werden durch sogenannte Evolutionsfaktoren hervorgerufen.
Evolutionsfaktoren sind Prozesse oder Ereignisse, welche den Genpool einer Population respektive einer Art verändern. Die Veränderung des Genpools spiegelt sich in einer Veränderung der ausgeprägten Merkmale der Art wider.
Die wichtigsten Evolutionsfaktoren sind Selektion, Mutation, Gendrift, Genfluss und Rekombination. Sie bilden die Grundlage der Evolution. Die Evolutionsfaktoren sind die Ursache, dass sich eine Art verändert und ermöglichen so die Anpassung von Arten an ihre Umwelt.
Zu den einzelnen Evolutionsfaktoren findest du gesonderte StudySmarter Artikel. Mit ihnen kannst Du die einzelnen Begriffe vertiefen. Schau mal vorbei!
Rekombination Definition
Die Rekombination verändert den Genpool einer Art nicht direkt, sondern beeinflusst, in welcher Kombination Gene und Merkmale von den Eltern auf ihre Nachkommen vererbt werden.
Unter Rekombination versteht man die Neuverteilung von Erbinformation, genauer gesagt Allelen. Dadurch entstehen neue Allelkombinationen. Die Rekombination kann sexuell oder parasexuell erfolgen. Durch neue Genkombinationen können unterschiedliche phänotypische Ausprägungen entstehen. Das bedeutet, dass unterschiedliche Merkmalskombinationen entstehen.
Durch die Rekombination entsteht eine Variabilität der Nachkommen. Die Nachkommen weisen unterschiedliche Merkmalskombinationen auf.
Du hast die Nase Deiner Mutter und die Augen Deines Vaters. Solche Bemerkungen hast auch Du vielleicht schon mal auf einem Familienfest bekommen. Und falls Du Geschwister hast, sind diese mit anderen Merkmalen ausgestattet und sehen vielleicht deiner Mutter ähnlicher, während Du Deinem Vater ähnlicher siehst. Diese Merkmalsverteilung liegt der Rekombination zugrunde.
Diese genetische Variabilität spielt eine große Rolle bei der Anpassung von Arten und ihre Umwelt. Die genetische Variation einer Population wird durch Rekombination aufrechterhalten. Das ist für das Überleben der Art entscheidend: Ändern sich die Umweltbedingungen, muss sich eine Population anpassen können.
Das geht nur mithilfe der Rekombination, die ständig zur Entwicklung neuer Merkmalskombinationen führt, die besser an neue Umgebungsbedingungen angepasst sind, als frühere Merkmale.
Rekombinationsprozesse
Rekombination kann durch verschiedene Prozesse hervorgerufen werden. Rekombination kann im Zuge der geschlechtlichen Fortpflanzung, aber auch parasexuell stattfinden. Im folgenden Abschnitt werden dir verschiedene Rekombinationsprozesse vorgestellt.
Sexuelle/geschlechtliche Rekombination
Unter geschlechtliche Rekombination versteht man die Neuverteilung von Erbinformation im Zuge der geschlechtlichen Fortpflanzung von Eukaryoten. Während der Meiose (Bildung von Keimzellen) wird die Erbinformation der Eltern bei den Nachkommen neu und individuell kombiniert.
Meiose
Die Meiose ist eine Form der Zellteilung und findet nur bei Keimzellen statt. Dabei wird der diploide (2n) Chromosomensatz reduziert und es entstehen haploide (1n) Keimzellen. Die Meiose läuft in zwei Reifeteilungen ab, zunächst findet die Reduktionsteilung statt, gefolgt von der Äquationsteilung.
Parasexuelle Rekombination
Die parasexuelle Rekombination ist der Austausch von genetischem Material zwischen Organismen, welche keine geschlechtliche Fortpflanzung aufweisen. Parasexuelle Rekombination findet durch Gentransfer zwischen Prokaryoten wie Bakterien und Vieren statt. Durch den Gentransfer werden allerdings keine neuen Merkmale gebildet.
Rekombination in der Genetik
Rekombination beschreibt die Neuverteilung der elterlichen DNA. In der Genetik unterscheidet man zwischen interchromosomaler und intrachromosomaler Rekombination.
Intrachromosomale Rekombination
Die intrachromosomale Rekombination bezeichnet die Neukombination von Teilen eines Chromosoms, das kann in Form von Crossing-over passieren.
Die intrachromosomale Rekombination kennt ihr auch als Crossing-over. Von dieser Art der Rekombination sind homologe Chromosomen während der Meiose betroffen. Während der Prophase (1. Reifeteilung) lagern sich die Chromatiden der homologen Chromosomen übereinander.
Einige Abschnitte der Chromosomen – auch Chromatiden – können abgebrochen werden. Diese Teile werden mit dem homologen Partner des Chromosoms ausgetauscht. Es kommt zu einem partiellen Austausch von mütterlichen und väterlichen Chromosomen.
Crossing-over bedeutet übersetzt „überkreuzen“.
Wenn Spermazellen gebildet werden, kommt es bis zu 26 Mal zum Crossing-over. Bei der Bildung von Eizellen kann es sogar bis zu 45 Mal zum Crossing-over kommen.
Interchromosomale Rekombination
Die interchromosomalen Rekombination betrifft im Gegensatz zur intrachtromosomalen Rekombination komplette Chromosomen.
Die interchromosomalen Rekombination ist die Neuverteilung von komplette Chromosomen, welche im Zuge der Meiose oder bei der Verschmelzung der Keimzellen zur Zygote stattfinden kann.
Interchromosomale Rekombination Meiose
Während der Metaphase 1 ordnen sich alle Chromosomen an der Äquatorialebene an. Anschließend werden die homologen Chromosomen während der Anaphase 1 zufällig aufgeteilt. Die Chromosomen werden von Zugfasern zu den Polen gezogen. So werden die Chromosomen der Chromosomenpaare neu vermischen und neu kombiniert.
Verschmelzung zur Zygote
Bei der sexuellen Vermehrung verschmelzen nun zwei haploide Keimzellen der Eltern zur befruchteten Eizelle (Zygote). Jetzt bilden die beiden haploiden Chromosomensätze einen vollständigen diploiden Chromosomensatz. Die Kombinationsmöglichkeiten der Gene, genauer gesagt Allele, sind hierbei riesig. Die Wahrscheinlichkeit, genetisch identische Nachkommen zu zeugen, ist nahezu Null.
Rekombination bei Bakterien
Die bakterielle Rekombination ist eine Form der genetischen Übertragung bei Bakterien. Bakterien vermehren sich nämlich nicht sexuell, sondern parasexuell durch Zellteilung. Des Weiteren tauschen einige Bakterien und andere Mikroorganismen genetische Information untereinander aus. Hierbei spricht man von parasexueller Rekombination.
Ein Spender gibt DNA an einen Empfänger ab. Die abgegebene DNA muss in die DNA des Empfängers eingebaut werden. Wenn dies nicht geschieht, geht die genetische Information bei der nächsten Zellteilung verloren.
Durch parasexuelle Rekombinationen können beispielsweise Antibiotikaresistenzen zwischen Bakterien ausgetauscht werden und werden so verbreitet. Die bakterielle Rekombination durch den Transfer von genetischem Material kann auf drei Arten ablaufen:
- Transformation
- Transduktion
- Konjugation
Transformation ist die Übertragung, genauer gesagt die Aufnahme von freier DNA (aus der Umgebung) in die Bakterienzelle.
Transduktion ist die Übertragung von Erbgut durch Vieren (Bakteriophagen) auf Bakterien.
Konjugation ist der Austausch von Erbgut zwischen einer Spenderzelle und einer Empfängerzelle durch direkten Zellkontakt.
Evolutionsfaktor Rekombination – Probleme
Da die Rekombination nur die Erbinformation neu vermischt, können keine neuen Variationen der genetischen Information entstehen. Dadurch verändert sich der Genpool nicht.
Aber nur durch die schnelle Durchmischung der DNA durch die Rekombination ist es Lebewesen möglich, sich schnell an die Umweltbedingungen anzupassen. Kombiniert mit der Mutation führen beide Evolutionsfaktoren zur Erhöhung der genetischen Variabilität und Anpassungsfähigkeit der Lebewesen.
Durch inter- und intrachromosomale Rekombination werden die Chromosomen von Generation zu Generation neu gemischt. Während der Prozess des Crossing-over werden Chromosomenabschnitte zwischen homologen Chromosomenpaare ausgetauscht. Dies hat die Bedeutung, dass die Chromosomen der Menschen aus verschiedensten Chromosomenstücken bestehen. Das hat die Folge, dass es unmöglich ist, die Herkunft einzelner Individuen nachzuverfolgen.
Rekombination – Beispiel
Nimm mal an, dass zwei Individuen gekreuzt werden, die sich in mindestens zwei Merkmalen unterscheiden.
Die Merkmale werden frei voneinander vererbt und können dann bei der Keimzellenbildung neu kombiniert werden.
Hier spricht man von einem dihybriden Erbgang, da für die Untersuchung der 3. Mendel'schen Regel mindestens zwei Merkmale untersucht werden müssen.
Hier werden die Merkmale Musterung und Federfarben betrachtet. Die Merkmalsausprägungen sind:
- blaue (B) und rote (r) Federfarben
- einfarbige (E) und gepunktete (g) Musterung
Jedes Individuum hat zwei genetische Informationen je Federfarbe und Muster.
In diesem Beispiel ist ein Elterntier blau (BB) und gepunktet (gg). Das andere Elterntier ist rot (rr) und einfarbig (EE). Die Nachkommen sind uniform und mischerbig (Br und gE).
Diese Genotypen liegen vor:
- Eltern: BB und gg; rr und EE
- 1. Nachkommengeneration (F1): alle uniform Br und gE
- 2. Nachkommengeneration (F2): Alle mögliche Kombinationen
Wenn man hier von einem dominant-rezessiven Erbgang spricht, ergibt sich folgendes Zahlenverhältnis: 9:3:3:1
- 9 = BE = blau einfarbig
- 3 = rE = rot einfarbig
- 3 = Bg = blau gepunktet
- 1 = rg = rot gefleckt
Da die Merkmale unabhängig voneinander vererbt werden, werden die Merkmale der Eltern neu kombiniert. Die Nachkommen haben je ein Merkmal eines Elternteils, aber in einer neuen Mischung. Das heißt, dass in F1 und F2 neue Merkmalskombinationen entstehen, die es in der Elterngeneration nicht gab.
Evolutionsfaktor Rekombination – Das Wichtigste
- Die Rekombination liefert neue Genotypen, was zur genetischen Vielfalt der Individuen führt. Dadurch entstehen neue Phänotypen. Die Rekombination erzeugt keine neuen Allele, sondern neue Kombinationen von Allelen, und somit erwerben Nachkommen neue Kombinationen von Merkmalen.
- In die Rekombination kann durch sexuelle und parasexuelle Prozesse stattfinden:
- Rekombination durch sexuelle Prozesse (Eukaryoten): Inter- und intrachromosomale Rekombination
- Rekombination durch parasexuelle Prozesse (Bakterien): Transformation, Transduktion, Konjugation
- Während der Meiose werden die väterlichen und mütterlichen Chromosomen zufällig verteilt. Außerdem werden Eizellen und Spermienzellen während der Befruchtung zufällig ausgewählt.
- Sich asexuell fortpflanzende Organismen wie Pantoffeltierchen oder Sporentierchen sind nicht in der Lage, neue Allele einzubauen. Daher ist die Entwicklung der sexuellen Fortpflanzung ein wichtiger evolutionärer Schritt, da die genetische Variation für das Überleben der Art unerlässlich ist.
- Viele Probleme, die durch die Rekombination entstehen können, wurden noch nicht gefunden. Der einzige Nachteil bisher ist, dass die Herkunft verschiedener Lebewesen manchmal schwer nachweisbar ist.
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