Künstliche Selektion im virtuellen Labor: Heritabilität

Aktualisiert am 2026-10-07

Diese künstliche Selektion im virtuellen Labor folgt der Untersuchung zur künstlichen Selektion mit Wisconsin Fast Plants aus AP Biology und deckt das GCSE-Thema Züchtung ab. Die Lernenden zählen Blatthaare (Trichome) an 300 Pflanzen, behalten die haarigsten 10 % als Eltern, kreuzen sie und vergleichen die Nachkommen mit der Elterngeneration. Sie notieren das Selektionsdifferenzial S und den Selektionserfolg R, berechnen die realisierte Heritabilität R/S und lassen fünf Generationen in wenigen Minuten statt in 200 Tagen laufen. Ein zweiter Durchgang mit sehr wenigen Eltern zeigt, warum Züchter Inzucht fürchten.

Dürre und Schnabelhöhe der Finken – Selektion auf ein quantitatives Merkmal, R = h²S

Lehrplanbezug

AP Biology Topic 7.3 (künstliche Selektion, EVO-1) und die AP-Biology-Untersuchung zur künstlichen Selektion mit Trichomen von Fast Plants.
AQA GCSE Biology 4.6.2.3 (Züchtung): Auswahl von Eltern mit einem gewünschten Merkmal über viele Generationen und das Risiko der Inzucht.
NGSS MS-LS4-5 (US-Standard: Technologien, die die Vererbung von Merkmalen verändern) und IB Biology D4.1 (natürliche Selektion).

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA, dem IB oder einer anderen Prüfungsstelle verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie züchten nur mit den haarigsten 10 % der Pflanzen weiter. Ihr Mittelwert liegt etwa 7 Trichome über dem Mittelwert der gesamten Population. Wie groß wird der Mittelwert ihrer Nachkommen sein?“

Viele Lernende erwarten, dass die Nachkommen genau ihren Eltern entsprechen. Andere meinen, in einer Generation ändere sich gar nichts.

Durchführung in der Simulation

Die Simulation öffnet mit Darwinfinken, deshalb wechseln die Lernenden zuerst den Modus.

Stellen Sie unter der Simulation Modus auf Künstliche Selektion. Behalten Sie das Merkmal Fast Plants: Blatthaare, h² 0,70, Eltern behalten 10 % und Wählen: höchste bei.
Lesen Sie die Zusammenfassung unter den Bedienelementen: ausgewählt 30/300, der Populationsmittelwert μ, der Mittelwert der Eltern μₛ, S = μₛ − μ und der vorhergesagte Wert R = h²S.
Klicken Sie auf Auswahl kreuzen. Das Zuchtprotokoll fügt eine Zeile mit S, h²S, dem tatsächlichen Selektionserfolg R und R/S, der realisierten Heritabilität, hinzu.
Klicken Sie noch viermal auf Auswahl kreuzen. Notieren Sie für jede Generation Mittelwert, SD, F und V_A.
Klicken Sie auf Zurücksetzen, stellen Sie h² auf 0,30 und kreuzen Sie eine Generation. Vergleichen Sie R mit dem ersten Durchgang.
Stellen Sie h² wieder auf 0,70, stellen Sie Eltern behalten auf 1 % und kreuzen Sie fünf Generationen. Vergleichen Sie F, V_A und die Warnungen mit dem Durchgang mit 10 %.

Generation	Eltern	Mittelwert μ	SD	S	h²S	R	R/S	F	V_A (% des Starts)
0 → 1	30/300
1 → 2	30/300
…
4 → 5	30/300

das Zuchtprotokoll nach fünf Generationen mit 10 % behaltenen Pflanzen, neben dem Graphen der mittleren Trichomzahl

Erwartete Ergebnisse

Die Simulation arbeitet mit Zufall, daher erhält jede Klasse leicht andere Zahlen. Diese Bereiche stammen aus Tausenden von Modellläufen und wurden im Browser bestätigt.

Generation 0: Mittelwert etwa 8 Trichome pro Pflanze (7,5 bis 8,6), SD etwa 4.
Erste Selektion, oberste 10 %, h² = 0,70: S beträgt etwa 7,0 (6,1 bis 7,9). Der vorhergesagte Wert R liegt bei etwa 4,9 und der tatsächliche R bei etwa 4,8 (3,7 bis 6,0), die Nachkommen haben also im Mittel etwa 12,8 Trichome. Die realisierte Heritabilität R/S beträgt etwa 0,69 (0,56 bis 0,83).
Fünf Generationen (etwa 200 Tage): Der Mittelwert erreicht etwa 27 Trichome (25 bis 30). F = 0,081, und V_A fällt auf etwa 60 % des Starts, daher wird jeder Schritt etwas kleiner.
h² = 0,30: Dasselbe S ergibt nur ein R von etwa 2 (1,0 bis 3,2) und R/S etwa 0,30.
1 % behalten (3 Eltern): F = 0,167 nach einer Generation und 0,598 nach fünf, V_A fällt auf etwa 25 bis 30 % des Starts, die SD schrumpft auf etwa 2,8, und die Simulation zeigt eine Inzuchtwarnung.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Zucht mit den haarigsten 10 %: Wie groß wird der Mittelwert der Nachkommen sein?
Was muss gleich bleiben, wenn Sie h² = 0,70 mit h² = 0,30 vergleichen?
Erste Generation, oberste 10 %, h² = 0,70: Wie groß ist S?
Berechnen Sie aus derselben Zeile die realisierte Heritabilität R/S.
Warum ist es riskant, nur die obersten 1 % zu behalten, obwohl das ein größeres S ergibt?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Höher als der Populationsmittelwert, aber nicht so hoch wie der Mittelwert der Eltern. (2) Der Anteil der behaltenen Eltern und die Populationsgröße. (3) Etwa 7 Trichome (akzeptiert 5,8 bis 8,3). (4) Etwa 0,7 (akzeptiert 0,5 bis 0,9). (5) Mit 3 Eltern werden die Pflanzen eng verwandt: F steigt in fünf Generationen auf etwa 0,6, und V_A fällt auf etwa ein Viertel, daher verlangsamt sich der weitere Fortschritt, und Inzuchtdepression wird wahrscheinlich.

Häufige Fehlvorstellungen

„Nachkommen erben genau das Merkmal ihrer Eltern.“ Nur der additive genetische Anteil wird weitergegeben. Der Umweltanteil nicht, daher ist R kleiner als S.
„Züchtung erzeugt neue Variation.“ Sie nutzt vorhandene Variation und verbraucht einen Teil davon: V_A und die SD sinken in jeder Generation.
„Pflanzen verändern sich, weil sie mehr Haare brauchen.“ Nichts in den Pflanzen reagiert auf einen Bedarf. Der Züchter entscheidet, welche Pflanzen sich fortpflanzen.

Erweiterung

Lesen Sie die Karte Zuchtwahl oder Gentechnik unter der Simulation und vergleichen Sie, wie viel Zeit jede Methode braucht.
Wechseln Sie zurück zu Natürliche Selektion und probieren Sie Stabilisierend und Disruptiv aus: Der Mittelwert bewegt sich kaum, aber die SD schrumpft oder wächst.

Häufige Fragen

Ersetzt das die Anzucht echter Fast Plants?

Nein. Die echte Untersuchung dauert Wochen und vermittelt Pflanzenpflege, Zählen und Bestäuben. Mit der Simulation können die Lernenden sie planen, die Rechnungen üben und fünf Generationen in einer Stunde sehen. Siehe virtuelle Labore und echte Labore im Vergleich.

Warum stimmen meine Zahlen nicht mit denen meines Partners überein?

Jede Population und jeder Zuchtschritt ist zufällig, wie bei echten Pflanzen. Vergleichen Sie den Klassenmittelwert von R/S mit dem eingestellten h².

Kann die Klasse direkt im Zuchtmodus starten?

Ja. Setzen Sie in Ihrem Klassenlink den Startwert Modus = Künstliche Selektion und wählen Sie das Merkmal und den Anteil der behaltenen Eltern.