Modellierung des Meiosis Lab-Unterrichtsplans

Manchmal haben die Schüler Probleme mit bestimmten Konzepten, die sich auf die Evolution beziehen. Meiose ist ein etwas komplizierter Prozess, der jedoch notwendig ist, um die Genetik der Nachkommen zu verwechseln, damit die natürliche Selektion eine Population beeinflussen kann, indem die wünschenswertesten Merkmale ausgewählt werden, die an die nächste Generation weitergegeben werden.

Praktische Aktivitäten können einigen Schülern helfen, die Konzepte zu verstehen. Besonders in zellulären Prozessen, wenn es schwierig ist, sich etwas so Kleines vorzustellen. Die Materialien in dieser Aktivität sind allgemein und leicht zu finden. Das Verfahren erfordert keine teuren Geräte wie Mikroskope oder benötigt viel Platz.

Vorbereitung für die Modellierung der Meiose-Klassenzimmer-Laboraktivität

Vorlabor-Wortschatz

Stellen Sie vor Beginn der Übung sicher, dass die Schüler die folgenden Begriffe definieren können:

• Meiose
• Chromosom
• Überqueren
• Haploide
• Diploid
• Homologes Paar
• Gameten
• Zygote

Zweck der Lektion

Verstehen und Beschreiben des Meioseprozesses und seines Zwecks anhand von Modellen. 

Hintergrundinformation 

Die meisten Zellen in mehrzelligen Organismen wie Pflanzen und Tieren sind diploid. Eine diploide Zelle besteht aus zwei Chromosomensätzen, die homologe Paare bilden. Eine Zelle mit nur einem Chromosomensatz gilt als haploide Zelle. Gameten sind, wie das Ei und das Sperma beim Menschen, Beispiele für haploide Tiere. Gameten verschmelzen während der sexuellen Fortpflanzung zu einer Zygote, die wiederum diploid mit einem Chromosomensatz jedes Elternteils ist.

Meiose ist ein Prozess, der mit einer diploiden Zelle beginnt und vier haploide Zellen erzeugt. Meiose ähnelt Mitose und muss die DNA der Zelle replizieren, bevor sie beginnen kann. Dadurch entstehen Chromosomen, die aus zwei Schwesterchromatiden bestehen, die durch ein Zentromer verbunden sind. Im Gegensatz zur Mitose erfordert die Meiose zwei Teilungsrunden, um die Hälfte der Chromosomenzahl in alle Tochterzellen zu bringen.      

Meiose beginnt mit Meiose 1, wenn homologe Chromosomenpaare gespalten werden. Die Stadien der Meiose 1 sind ähnlich wie die Stadien der Mitose benannt und haben auch ähnliche Meilensteine:

• Prophase 1: Homologe Paare schließen sich zu Tetraden zusammen, Kernhülle verschwindet, Spindelformen (Überkreuzungen können auch in dieser Phase auftreten)
• Metaphase 1: Tetraden reihen sich am Äquator nach dem Gesetz des unabhängigen Sortiments
• Anaphase 1: Homologe Paare werden auseinandergezogen
• Telophase 1: Das Zytoplasma teilt sich, die Kernhülle kann sich reformieren oder nicht

Die Nuceli haben nur noch 1 Satz (duplizierter) Chromosomen.

In Meiosis 2 werden die Schwesterchromatiden getrennt. Dieser Prozess ist wie eine Mitose. Die Namen der Stadien sind die gleichen wie bei der Mitose, sie haben jedoch die Nummer 2 (Prophase 2, Metaphase 2, Anaphase 2, Telophase 2). Der Hauptunterschied besteht darin, dass die DNA vor Beginn der Meiose 2 keine Replikation durchläuft.

Materialien und Vorgehensweise

Sie benötigen folgende Materialien:

• String
• 4 verschiedene Papierfarben (vorzugsweise hellblau, dunkelblau, hellgrün, dunkelgrün)
• Lineal oder Messstab
• Schere
• Marker
• 4 Büroklammern
• Band

Verfahren:

1. Bilden Sie mit einem 1 m langen Stück Schnur einen Kreis auf Ihrem Schreibtisch, um die Zellmembran darzustellen. Machen Sie mit einem 40 cm langen Stück Schnur einen weiteren Kreis in der Zelle für die Kernmembran.
2. Schneiden Sie einen 6 cm langen und 4 cm breiten Papierstreifen aus jeder Papierfarbe (einen hellblauen, einen dunkelblauen, einen hellgrünen und einen dunkelgrünen). Falten Sie jeden der vier Papierstreifen der Länge nach in zwei Hälften . Legen Sie dann die gefalteten Streifen jeder Farbe in den Kern, um vor der Replikation ein Chromosom darzustellen. Die hellen und dunklen Streifen derselben Farbe repräsentieren homologe Chromosomen. Schreiben Sie an einem Ende des dunkelblauen Streifens ein großes B (braune Augen) auf das hellblaue und machen Sie ein kleines b (blaue Augen). Schreiben Sie auf das dunkelgrüne an einer Spitze T (für groß) und auf das hellgrüne ein kleines t (kurz)
3. Modellierung der Interphase: Um die DNA-Replikation darzustellen, falten Sie jeden Papierstreifen auseinander und schneiden Sie ihn der Länge nach in zwei Hälften. Die zwei Stücke, die aus dem Schneiden jedes Streifens resultieren, repräsentieren die Chromatiden. Befestigen Sie die beiden identischen Chromatidstreifen in der Mitte mit einer Büroklammer, sodass ein X entsteht. Jede Büroklammer repräsentiert ein Zentromer.4
4. Modellierung der Prophase 1: Entfernen Sie die Kernhülle und legen Sie sie beiseite. Platzieren Sie die hellen und dunkelblauen Chromosomen nebeneinander und die hellen und dunkelgrünen Chromosomen nebeneinander. Simulieren Sie das Überqueren, indem Sie eine 2-cm-Spitze für einen hellblauen Streifen abmessen und abschneiden, der die Buchstaben enthält, die Sie zuvor darauf gezeichnet haben. Machen Sie dasselbe mit einem dunkelblauen Streifen. Kleben Sie die hellblaue Spitze auf den dunkelblauen Streifen und umgekehrt. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die hellen und dunkelgrünen Chromosomen.
5. Modellierungsmetaphase 1: Platzieren Sie vier 10-cm-Fäden in der Zelle, sodass sich zwei Fäden von einer Seite in die Mitte der Zelle und zwei Fäden von der gegenüberliegenden Seite in die Mitte der Zelle erstrecken. Die Zeichenfolge repräsentiert die Spindelfasern. Kleben Sie eine Schnur mit Klebeband auf das Zentromer jedes Chromosoms. Bewegen Sie die Chromosomen in die Mitte der Zelle. Stellen Sie sicher, dass die an den beiden blauen Chromosomen angebrachten Ketten von gegenüberliegenden Seiten der Zelle stammen (dasselbe gilt für die beiden grünen Chromosomen).. 
6. Modellierungsanaphase 1: Greifen Sie an den Enden der Saiten auf beiden Seiten der Zelle und ziehen Sie die Saiten langsam in entgegengesetzte Richtungen, damit sich die Chromosomen zu den entgegengesetzten Enden der Zelle bewegen.
7. Modellierung Telophase 1: Entfernen Sie die Schnur von jedem Zentromer. Legen Sie ein 40 cm langes Stück Schnur um jede Gruppe von Chromatiden und bilden Sie zwei Kerne. Legen Sie ein 1 m langes Stück Schnur um jede Zelle und bilden Sie zwei Membranen. Sie haben jetzt 2 verschiedene Tochterzellen.

MEIOSE 2

1. Modellierung der Prophase 2: Entfernen Sie die Fäden, die die Kernmembran in beiden Zellen darstellen. Befestigen Sie ein 10 cm langes Stück Schnur an jedem Chromatiden.
2. Modellierungsmetaphase 2:  Bewegen Sie die Chromosomen in die Mitte jeder Zelle, so dass sie am Äquator ausgerichtet sind. Stellen Sie sicher, dass die an den beiden Streifen in jedem Chromosom angebrachten Schnüre von gegenüberliegenden Seiten der Zelle stammen.
3. Modellierungsanaphase 2: Fassen Sie die Saiten auf beiden Seiten jeder Zelle an und ziehen Sie sie langsam in entgegengesetzte Richtungen. Die Streifen sollten sich trennen. Nur eine der Chromatiden sollte noch mit der Büroklammer versehen sein.
4. Modellierung der Telophase 2: Entfernen Sie die Fäden und Büroklammern. Jeder Papierstreifen repräsentiert nun ein Chromosom. Legen Sie eine 40 cm. Fadenstück um jede Chromosomengruppe, das vier Kerne bildet. Platzieren Sie eine 1 m lange Schnur um jede Zelle und bilden Sie vier separate Zellen mit jeweils nur einem Chromosom.

Analyse-Fragen

Lassen Sie die Schüler die folgenden Fragen beantworten, um die in dieser Aktivität untersuchten Konzepte zu verstehen.

1. Welchen Prozess haben Sie modelliert, als Sie die Streifen in der Zwischenphase in zwei Hälften geschnitten haben??
2. Was ist die Funktion Ihrer Büroklammer? Warum wird es verwendet, um ein Zentromer darzustellen?
3. Was ist der Zweck der Platzierung der hellen und dunklen Streifen der gleichen Farbe nebeneinander?
4. Wie viele Chromosomen befinden sich in jeder Zelle am Ende der Meiose 1? Beschreiben Sie, was jeder Teil Ihres Modells darstellt.
5. Was ist die diploide Chromosomenzahl der ursprünglichen Zelle in Ihrem Modell? Wie viele homologe Paare hast du gemacht??
6. Wenn eine Zelle mit einer diploiden Zahl von 8 Chromosomen eine Meiose durchläuft, zeichnen Sie, wie die Zelle nach Telophase 1 aussieht.
7. Was würde mit einem Nachwuchs passieren, wenn sich die Zellen vor der sexuellen Reproduktion keiner Meiose unterziehen würden??
8. Wie verändert das Überqueren die Vielfalt von Merkmalen in einer Population??
9. Sagen Sie voraus, was passieren würde, wenn homologe Chromosomen in Prophase 1 nicht gepaart würden. Zeigen Sie dies anhand Ihres Modells.