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Die Serumreaktion zur Bestimmung stammesgeschichtlicher Verwandtschaft

Planet Schule lädt zu einem spannenden Laborversuch ein: Wir wollen wissen, ob der Mensch näher mit dem Schimpansen oder mit dem Orang-Utan verwandt ist. Obwohl es inzwischen viele Möglichkeiten zur Verwandtschaftsanalyse gibt, sind die meisten Methoden – wie der Vergleich des Erbmaterials – recht aufwendig. Es gibt jedoch auch einfache Methoden, die uns Hinweise auf stammesgeschichtliche Verwandtschaft liefern können. Ein solcher Test ist die Serumreaktion – der Präzipitin-Test. Dieser lässt sich im interaktiven Testlabor erproben!

Serum-Präzipitin-Test starten

Die stammesgeschichtlichen Verwandtschaftsbeziehungen von Mensch, Orang-Utan und Schimpanse werden mittels des Präzipitin-Tests auf die Probe gestellt. Wer ist näher mit dem Menschen verwandt? Der Orang-Utan oder der Schimpanse?

Willkommen im Testlabor!

Detailansicht der interaktiven Animation: Ein Kaninchen bekommt das Serum gespritzt.

Das menschliche Serum wird einem Kaninchen injiziert.

Das interaktive Testlabor lässt sich intuitiv bedienen. Ein Sprecher führt die Schüler durch die Versuchsanordnung, gibt Anweisungen zum konkreten Handeln und liefert wissenschaftliche Erklärungen zum Versuch. Schrittweise können sich die Schüler durch den Ablauf des Präzipitin-Tests arbeiten und die Bedeutung dieser Forschungsmethode nachvollziehen.

Wie in einem "Point-and-Click"-Computerspiel gilt es, bewegliche Gegenstände (z.B. eine Spritze) mit der Maus auf sensitive Flächen zu ziehen (z.B. das Kaninchen) und durch einen Mausklick eine Reaktion auszulösen. Die falsche Kombination von Objekten wird durch kurze Animationssequenzen wie Kopfschütteln angezeigt.

Weiterführende Informationen

Der Serum-Präzipitin-Test bietet die Möglichkeit, mithilfe einer Antigen-Antikörper-Reaktion differenzierte Ähnlichkeiten in den Blutserum-Proteinen von Mensch und Affe nachzuweisen. Dadurch lassen sich Aussagen über den stammesgeschichtlichen Verwandtschaftsgrad treffen.

Das Testverfahren wird in drei Schritten durchgeführt: Gewinnung des Anti-Serums, Bestimmung der Bezugsgröße für die Testreihe und Vergleich der Ausfällungsgrade.

1. Gewinnung des Anti-Serums

Detailansicht der interaktiven Animation: Reagenzglas mit Serum und Blutkuchen

Im Serum des Kaninchenbluts befinden sich die Antikörper, die das Kaninchen gegen die menschlichen Proteine gebildet hat.

Als erster Schritt wird das Human-Serum, d.h. die flüssigen Anteile des menschlichen Blutes, benötigt. Dazu nimmt man einem Menschen Blut ab und gibt es in ein Reagenzglas. Nach einiger Zeit setzen sich die festen Bestandteile wie Blutzellen am Boden ab, sodass als obere Schicht das Blutserum, welches frei von Gerinnungsfaktoren ist, zurückbleibt.

Das menschliche Blutserum wird nun einem Tier, das weder dem Menschen noch dem Affen nahesteht, injiziert: besonders geeignet ist ein Kaninchen. Nach ein paar Tagen hat das Immunsystem des Kaninchens Antikörper gegen die Eiweiße des menschlichen Serums gebildet. Zu diesem Zeitpunkt entnimmt man dem Kaninchen Blut und stellt daraus ein Test-Serum her. Dieses Anti-Human-Serum wird auf eine Spritze gezogen.

2. Bestimmung der Bezugsgröße für die Testreihe

Das aus dem Kaninchen gewonnene Anti-Human-Serum wird nun in vitro in das Serum des Menschen gegeben. Die im ersten Arbeitsschritt gebildeten Antikörper reagieren mit den menschlichen Antigenen und führen zu einer Fällungsreaktion, d.h., im Reagenzglas bildet sich ein Niederschlag – das Präzipitat. Den Verklumpungsgrad definiert man als 100%, d.h. er fungiert als Eichmarke bzw. Vergleichsstandard.

3. Vergleich der Ausfällungsgrade

Detailansicht der interaktiven Animation: Reagenzglas mit verklumptem Blut

Die Säulenhöhe des ausgefällten menschlichen Bluts dient als Eichmarke.

In der Vergleichstestreihe wird nun das Anti-Human-Serum in das Blutserum von Orang-Utan und Schimpanse gegeben. Erwartungsgemäß fällt das Präzipitat in beiden Fällen geringer aus, da die Antikörper am eindeutigsten mit jenen Antigenen reagieren, die ihre Entstehung verursacht haben. Im Falle des Orang-Utans kommt es nur zu einer 42-prozentigen Ausfällung des Bluts. Die Proteine im Blut des Schimpansen ähneln denen im menschlichen Blut wesentlich stärker, deshalb ist der Grad der Ausfällung mit 85% auch doppelt so hoch wie beim Orang-Utan.

Schlussfolgerungen

Anhand der Fällungsreaktion lässt sich folglich der Verwandtschaftsgrad zwischen Mensch und Affe ablesen, denn je ausgeprägter die Verklumpung ist, desto ähnlicher sind sich die Eiweißbausteine der Lebewesen. Das heißt: Je mehr sich die Aminosäuresequenzen der Eiweiße gleichen, desto größer ist auch die genetische Übereinstimmung, woraus man eine nähere Verwandtschaft folgern kann. Somit ist der Schimpanse dasjenige Lebewesen, welches von den Affen am nächsten mit dem Menschen verwandt ist.

Die Ergebnisse des Serum-Präzipitin-Tests decken sich mit anderen Methoden der Verwandtschaftsforschung. Das Blut anderer, mit dem Menschen nur entfernt verwandter Tiere, weist einen noch niedrigeren Ausfällungsgrad als der des Orang-Utans auf. So sind beispielsweise Beuteltier und Vogel stammesgeschichtlich so weit vom Menschen entfernt, dass gar keine Ausfällung mehr im Präzipitin-Test stattfindet.

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