Auf den Spuren unserer Vorfahren

Projekttag des Q2 Leistungskurses Biologie im Alfried Krupp-Schülerlabor

Mit dem Erwerb theoretischer Kenntnisse bezüglich Evolution und Molekulargenetik beschäftigte sich unser Biologie-LK zur Vorbereitung auf das Abitur bereits über mehrere Wochen. Am Mittwoch, dem 12.02.2014 fuhren wir frühmorgens mit unserer Kurslehrerin, Frau Müller, im Bus zu einem Projekttag in das Alfried Krupp-Schülerlabor der Ruhr-Universität Bochum, um unsere Kenntnisse auch in der Praxis zu erweitern. Ganz nebenbei war der Tag für uns auch noch ein Crashkurs, um sich an einer solch großen Universität zurechtzufinden. Vom Bus ging es zu Fuß durch die riesige Anlage zum richtigen Hochhaus, mit dem Fahrstuhl auf die richtige Ebene und dann durch die langen Flure zum Labor.

Um 9 Uhr standen wir dann schließlich im Labor, wo wir bereits von einem Mitarbeiter erwartet wurden.

Er gab uns die ersten Einweisungen, wir bekamen Schließfächer für unsere Jacken und Taschen und wurden mit Kitteln ausgestattet – die ersten Fotos wurden gemacht. Als dann noch die Schutzbrillen hinzukamen, wirkte so manch ein Mitschüler, der vorher jahrelang neben uns gesessen hatte, plötzlich wie verwandelt und wie jemand, der schon länger in diesem Labor arbeitete.

Nach einer Sicherheitsbelehrung ging es mit der eigentlichen Arbeit los. Man erklärte uns, was wir den Tag über machen würden:

Und zwar ging es um die Frage, woher wir Menschen kommen und wie wir an den Ort kamen, an dem wir heute leben. Die Out-of-Africa-Theorie besagt, dass die ersten Menschen in Afrika lebten und sich von dort aus über die ganze Erde verbreiteten. Es gibt aber zwei Wege, über die Menschen Afrika verlassen haben: Erstens den Nil entlang in Richtung Norden, später dann entlang der Mittelmeerküste in den Nahen Osten oder zweitens vom Horn von Afrika über das Rote Meer, das zur damaligen Zeit einen rund 100 m niedrigeren Wasserstand hatte und passierbar war.

Durch Analyse der DNA lässt sich die Ausbreitung des homo sapiens innerhalb der letzten 100.000 Jahre nachvollziehen und somit lassen sich Aussagen über die Wanderungsbewegungen machen.

Die Menschen der Gruppe, die den Weg über das Horn von Afrika nahmen, trugen ein bestimmtes mutiertes Gen in der mitochondrialen DNA in sich, weswegen sie der Haplogruppe M zuzuordnen sind. Die, die den anderen Weg wählten, wiesen ein anderes mutiertes Gen in der mitochondrialen DNA auf, wodurch sie der Haplogruppe N zugeordnet werden. Da die mitochondriale Mutation von der Mutter an ihre Kinder vererbt wird, ist es möglich herauszufinden, ob die eigene Urmutter mit ihrer Gruppe über den Weg im Norden der Sinai-Halbinsel oder über das Horn von Afrika den heimatlichen Kontinent verlassen hat.

Um also festzustellen, welchen Weg die eigenen Vorfahren gewählt haben, ist es notwendig zu bestimmen, welches mutierte Gen man selbst in sich trägt.

Dafür isolierten wir zunächst jeweils unsere eigene DNA. Kollektives einminütiges Abschaben der eigenen Mundschleimhaut mit Wattestäbchen führte zu lustigen Momenten. Dann führten wir die weiteren Schritte der DNA-Extraktion aus, u.a. Ausdrücken der Watte in einem Eppendorf-Gefäß mit Wasser, wiederholtes Zentrifugieren und Erwärmen im Thermocycler zur Freisetzung der DNA. Nachdem die Proben mit extrahierter DNA fertiggestellt waren, durften wir aus Gründen des Datenschutzes nicht mehr mit der eigenen Probe weiterarbeiten. Vielmehr mussten wir die Proben dem Dozenten übergeben, die von diesem anonymisiert und erst dann an uns für die weiteren Arbeitsschritte wieder ausgegeben wurden.

Danach erfolgte die Vervielfältigung der DNA mittels PCR-Gerät, einer Maschine, die den komplementären DNA-Strang aufbricht und jeweils einen neuen, komplementären Strang synthetisiert. Nun kamen Enzyme zum Einsatz, die die DNA immer an bestimmten Stellen schneiden. Die so behandelten Proben mussten dann für 60 Minuten wieder im Thermocycler erwärmt werden.

Die Wartezeit nutzten wir für eine Pause, um uns in der Mensa zu stärken. Auch wenn dies wenig mit Biologie zu tun hatte, war es für uns interessant, uns dort unter die Studenten zu mischen und einen Einblick auch von dieser Seite des Studentenlebens zu erhaschen. Wir fanden das Angebot vielseitig, sehr preiswert und die Mensa riesig.

Danach ging es wieder zurück in das Labor für den letzten Arbeitsschritt.

Es folgte die Analyse der DNA mittels Gelelektrophorese. Hiermit können die Längen der DNA-Fragmente untersucht werden. Um zu überprüfen, welche Mutation bei einem Individuum vorliegt, schaut man, ob die genau auf die jeweilige Mutation passenden Enzyme die DNA geschnitten haben.

Das Ergebnis wurde in einer Kammer, in deren Innenraum eine Kamera angebracht war, unter UV-Licht gelegt und die Ergebnisse fotografisch festgehalten. Das Resultat zeigte, dass unser gesamter Kurs von Menschen der Haplogruppe N, die den Weg über die Sinai-Halbinsel gewählt hatten, abstammte.

Gegen 16.30 Uhr waren wir an diesem Tag mit unserer Arbeit fertig. Die Fotos der von uns isolierten und analysierten DNA durften wir mitnehmen und mit vielen neuen Erfahrungen fuhren wir mit dem Bus wieder zurück.

Rückblickend kann man festhalten, dass dieser Projekttag als Ergänzung zu unserem theoretischen Wissen uns ein besseres Verständnis für die Durchführung von molekulargenetischen Untersuchungen und deren vernetzte Anwendung mit anderen Fachgebieten gebracht hat.

Kira Zaun