Diplomarbeit HLA von Markus Hari, 2006
1 Zusammenfassung
Eineiige Zwillinge sind geeignete Forschungsobjekte, um Studien über die Vererblichkeit von Merkmalen bei Menschen durchzuführen. Da eineiige Zwillinge genetisch identisch sein sollten, müsste also jeder erkennbare Unterschied zwischen ihnen, von der Umwelt und nicht von den Genen herrühren.
Zu Beginn werden die ersten drei Wochen der Embryonalentwicklung und die Bildungsarten von eineiigen Zwillingen dargestellt.
Wie kommt es aber zur Gleichartigkeit bei eineiigen Zwillingen? Diese Frage muss mit der Genetik angegangen werden. Durch die sich bildenden Erkenntnisse in der Vererbungslehre kommt es zu einem Verständnis des gegenwärtigen Wissens. Matt Ridley konnte in seinem Buch Nature Via Nurture (Ridley 2003) aufzeigen, dass Gene aktiviert und wieder deaktiviert werden können und somit auch durch die Umwelt beeinflussbar sind.
Ein kurzer Abriss der Geschichte der Zwillingsforschung soll aufzeigen, welche Ansätze bei den Studien angewendet worden sind und welche Resultate daraus gewonnen werden konnten. Es wird auch auf den Einfluss auf die Weltanschauungen eingegangen.
Wie könnte dieses Thema im Unterricht umgesetzt werden?
Mit dem exemplarisch-sokratisch-genetischen Unterrichtskonzept von Martin Wagenschein (Wagenschein 1970) wird mit einem komplexen Beispiel ein Einstieg gewählt, das die Thematik im Grunde ganz umfasst. Ein Set von Arbeitsblättern soll die Schüler – im Gruppengespräch und in selbständigem Erarbeiten – anregen, damit sie sich in die Fragen vertiefen können und ihren Erkenntnisweg bei dieser Thematik selber wählen.
2 Einleitung
Die Zahl Zwei gibt dem Leben Würze. Sie steht für Gegensätze, Verdoppelungen und Spiegelungen. Ohne sie hätten wir ein langweiliges Einerlei um uns herum. Die Zahl Zwei fordert uns heraus, provoziert uns zur Stellungnahme. Und hin und wieder führt sie zu Konfusion, Kontroversen oder gar zu Streit. In der Biologie spielt die Zahl Zwei eine grosse Rolle:
Abbildung 1: Die Zahl Zwei finden wir in der Biologie häufig: bei Symmetrien, Händen, beim Zweizellstadium zwei Tage nach der Befruchtung, bei den Herzkammern, den Augen, Chromosomenpaaren und eben: und eben, bei Zwillingen.
Eine merkwürdige Bedeutung erhält die Zahl Zwei bei Zwillingen, den gleichzeitig geborenen Menschen. Hier treffen wir auf eine Ähnlichkeit bis hin zur Übereinstimmung oder Identität.
Eineiige (monozygotische) Zwillinge sind einander zum Teil extrem ähnlich und haben immer das selbe Geschlecht, zweieiige (dizygotische) Zwillinge können ganz unterschiedliche Eigenarten, Merkmale und auch unterschiedliches Geschlecht aufweisen.
Thema der vorliegenden Arbeit sind die eineiigen Zwillinge.
Abbildung 2: Zweieiige (links) und eineiige Zwillinge (rechts). Zweieiige Zwillinge sind gleich eng verwandt wie Geschwister, nur dass sie noch das gleiche Geburtsdatum haben.
Der Anblick von Zwillingen kann in uns eine Reihe von Fragen provozieren. Hier nur eine kleine Auswahl:
– Was ist ein Individuum, ein „Unteilbares“? Sind Zwillinge Individuen, auch wenn sie, biologisch gesehen, „geteilte Wesen“ sind? Sind wir einzigartig?
– Wie gross ist die Ähnlichkeit zweier „genetisch identischer“ Menschen bzw. wie verschieden können sie sein?
– Welche Rolle spielen die Gene, welche die Umwelt?
– Welche Wirkung hat diese Frage auf unsere Weltanschauung?
Einige dieser Fragen kann man mit sogenannten Zwillingsstudien untersuchen, bei welchen Merkmale von ein- und zweieiigen Zwillingen miteinander verglichen werden.
Eineiige Zwillinge besitzen exakt die gleichen Erbanlagen, da sie Abkömmlinge derselben Eizelle sind.
Die Kombination von Zwillingsstudien mit molekulargenetischen Methoden liefert Informationen über den Einfluss von Genen bei psychischen Merkmalen (z.B. Charakterzüge) oder physischen Merkmalen (z.B. Krankheiten).
Wenn die Übereinstimmung der Merkmale (z.B. von Krankheiten) bei den eineiigen Zwillingen grösser ist als bei den zweieiigen, kann beim betreffenden Merkmal auf die Wirkung der Gene geschlossen werden. Sind Merkmale bei eineiigen Zwillingen unterschiedlich, so muss auf nicht genetische Einflüsse (Umweltfaktoren) geschlossen werden.
Im Unterricht können diese Fragen mithelfen, sowohl biologische wie auch philosophisch-psychologische Fragen zur eigenen Existenz zu stellen und in der vertiefenden Diskussion am Selbstverständnis des Jugendlichen zu bauen.
3 Die Biologischen Grundlagen
3.1 Embryologie: Die ersten drei Wochen der menschlichen Entwicklung
3.1.1 Die erste Woche der Schwangerschaft
Eine Schwangerschaft beginnt mit der Befruchtung der Eizelle durch das Spermium. Auf die Vereinigung des mütterlichen und des väterlichen Vorkernes in der Zygote folgen innerhalb von Stunden die Furchungsteilungen. Als erstes entsteht das Zweizellstadium. Durch Zellteilungen ohne Zellwachstum wird die grosse Zygote schrittweise in viele kleinere Tochterzellen, in die sogenannten Blastomeren, aufgeteilt.
Abbildung 3: Schematische Darstellung der Vorgänge von der Befruchtung an bis zum Zweizellstadium: A: Eizelle direkt nach der Ovulation. B: Ein Spermium ist in die Eizelle eingedrungen. C: Stadium mit männlichem und weiblichem Vorkern. D und E: Die erste Zellteilung wird eingeleitet. F: Zweizellstadium (aus Langman 1989)
Nach vier Tagen besteht der Menschenkeim aus etwa 16 bis 32 Blastomeren und gleicht einer Maulbeere. Man bezeichnet dieses Stadium deswegen auch als Maulbeerstadium (Morulastadium).
Abbildung 4: Das Zweizellstadium wird etwa 30 Stunden nach der Befruchtung erreicht, das 4-Zellenstadium etwa 40 Stunden nach der Befruchtung und das Morulastadium etwa drei Tage nach der Befruchtung (aus Langman 1989).
Ab dem 8 Zell-Stadium differenzieren sich die Blastomeren langsam in zwei Zellgruppen: Die äusseren Zellen beginnen sich abzuflachen und die Zellkontakte verstärken sich (tight junctions). Man bezeichnet diese epitheliale Zellgruppe als Trophoblast. Aus ihm entstehen später die Eihüllen und die Plazenta. Die Zellen im Kern des Keimes teilen sich langsamer und bleiben rundlich: man bezeichnet sie als Embryoblast. Aus ihnen entsteht später der Embryo.
Durch Wassereinlagerung entsteht im Innern des Keimes eine Höhle (Blastocystenhöhle). Den Keim nennen wir nun Blastocyste.
Am 4. bis 5. Tag nach der Befruchtung beginnt der Embryoblast, zweischichtig zu werden. Die beiden Schichten nennt man Entoderm und Ektoderm. Damit hat der menschliche Keim sein erstes Oben und Unten, seine erste Orientierung gewonnen.
Abbildung 5: A: Schematisches Schnittbild durch die etwa 4.5 Tage alte Blastocyste. Der sich bildende Embryoblast ist heller dargestellt. B: Die Blastocyste eines Rhesusaffen beim Einnisten in die Uterusschleimhaut (aus Langman).
Am Ende der ersten Woche – der Keim ist während dieser ersten Tage durch den Eileiter bis in den Uterushohlraum gewandert – schlüpft die Blastocyste aus der Glashaut. Nun treibt er frei im Uterus herum und kann sich in die Unterusschleimhaut einnisten.
Abbildung 6: Übersicht über die Entwicklungsvorgänge der ersten Woche schematisch dargestellt. (1) Eizelle direkt nach Eisprung. (2) Befruchtung etwa 12 bis 24 Stunden nach dem Eisprung. (3) Stadium mit männlichem und weiblichem Vorkern. (4) Teilungsspindel der ersten Furchungsteilung. (5) Zweizellenstadium. (6) Morula. (7) Älteres Morulastadium beim Eintritt in den Uterushohlraum. (8) Junge Blastocyste. (9) Frühes Stadium der Implantation (aus Langman 1989).
3.1.2 Zweite Schwangerschaftswoche
Während der zweiten Woche nach der Befruchtung – der Keim nistet sich in den Uterus ein, der Trophoblast entwickelt sich mächtig und stellt die Versorgung des wachsenden Keimes sicher – verändert sich der zweischichtige Embryoblast nur wenig.
Abbildung 7: Schematische Darstellung einer etwa 12 Tage alten menschlichen Blastocyste. Der Embryoblast ist klar zweischichtig geworden, der Trophoblast dehnt sich mächtig aus (aus Langman 1989).
3.1.3 Dritte Schwangerschaftswoche
Die dritte Woche nach der Befruchtung beginnt mit der Bildung des Primitivstreifens. Durch die gebildete Rinne wandert Ektodermmaterial zwischen Ektoderm und Entoderm: Es entsteht das dritte Keimblatt, das Mesoderm.
Abbildung 8: Schematische Zeichnung eines 16 Tage alten Embryos kurz vor der Organbildung. Durch den Primitivstreifen wandert Ektodermmaterial zwischen Ektoderm und Entoderm und bildet das Mesoderm. A: Ansicht von dorsal. B: Querschnitt im Bereich des Primitivstreifens (aus Langman 1989).
Dieser Moment ist der Start für die Organbildung: innert kurzer Zeit werden Blut, Gefässe, Nervensystem und andere Organe angelegt.
Es geht hier nicht um eine umfassende Darstellung der Embryologie der ersten Tage nach der Befruchtung. Detailliertere Darstellungen findet man bei Langman (1980) oder anderen Autoren.
3.2 Wie entstehen eineiige Zwillinge?
Weltweit werden durchschnittlich bei jeder 80. Geburt Zwillinge geboren. Davon sind etwa ein Drittel eineiig. Merkwürdigerweise gibt es grosse regionale Unterschiede: Bei den Yoruba in Westafrika ist es zum Beispiel jede 6. Geburt, in Japan nur jede 200. In Europa nimmt die Zwillingshäufigkeit von Norden nach Süden ab. Durch künstliche Befruchtungen in den reichen Ländern haben die Mehrlingsgeburten in den letzten Jahren zugenommen. Hier handelt es sich aber ausschliesslich um zweieiige Zwillinge.
Zweieiige Zwillinge entstehen durch zwei Eizellen, die befruchtet werden. Die daraus entstehenden Keime haben den gleichen Verwandtschaftsgrad wie normale Geschwister, nur dass sie gleichzeitig auf die Welt kommen. Bei der Entstehung der eineiigen Zwillinge liegt am Anfang eine einzige befruchtete Eizelle vor. Erst nach der Befruchtung entwickelt sich der Keim in zwei Zwillingskeime.
Die Bildung der beiden Zwillingskeime kann grundsätzlich auf drei verschiedene Arten vor sich gehen. Jede Bildungsart weist unterschiedliche Bedingungen für die Keime auf:
a) Dichoriale Zwillinge (zwei Fruchtblasen)
Die Teilung erfolgt während der Furchung bis zum dritten Tag nach der Befruchtung: Aus den beiden Zellen des Zweizellstadiums oder Zellgruppen der Morula können bereits zwei Keime entstehen. Zellen in diesem Entwicklungsstadium sind totipotent.
Beide Keime nisten sich unabhängig voneinander in der Gebärmutter ein. Jeder Keim hat seine eigene Fruchtblase.
b) Monochorial-diamniote Zwillinge
Bei der Teilung im Morula- oder Blastocystenstadium findet eine vollständige Teilung des Embryoblasts, nicht jedoch des Trophoblasts, statt. Die beiden Embryonen nisten sich gemeinsam in der Gebärmutter ein. Es entstehen zwei Fruchtblasen. Die Kinder werden von einer gemeinsamen Plazenta versorgt, wodurch das Risiko eines fetofetalen Transfusionssyndroms besteht.
c) Monochorial-monoamniale Zwillinge
Teilt sich die Keimscheibe erst nach dem 7. Tag nach der Befruchtung in zwei Zwillingskeime, entwickeln sich beide Keime in der selben Fruchtblase.
Abbildung 9: Schematische Darstellung der verschiedenen Bildungsarten von Zwillingen. A: Die Aufspaltung erfolgte im Zweizellenstadium. Jeder Embryo besitzt seine eigene Plazenta sowie sein eigenes Amnion und Chorion. B: Aufspaltung des Embryoblasten in zwei vollständig getrennte Zellhaufen. Beide Embryonen haben eine gemeinsame Plazenta und eine gemeinsame Chorionhülle, jedoch zwei getrennte Amnionhöhlen. C: Aufspaltung des Embryoblasten in einem späteren Entwicklungsstadium. Die Embryonen besitzen eine gemeinsame Plazenta, eine gemeinsame Amnion- und eine gemeinsame Chorionhöhle (aus Langman 1989).
Erfolgt die Teilung der Keimscheibe erst nach dem 13. Tag nach der Befruchtung, so besteht die Gefahr der Bildung von siamesischen Zwillinge (zusammengewachsene Zwillinge), da die Teilung häufig nicht mehr vollständig erfolgen kann.
Die in a) erwähnte Art der Zwillingsbildung führt biologisch gesehen zur grössten Unabhängigkeit und Verschiedenartigkeit des embryonalen Einflusses: Jeder Keim hat seine eigene Plazenta und seine eigene Fruchtblase. Für die Untersuchung ohne Zytologie oder Genetik ist es nicht möglich, einen Unterschied zu den zweieiigen Zwillingen zu erkennen.
3.3 Wie wirken die Gene?
3.3.1 Kurze Geschichte der Vererbungswissenschaften
Um die genetische Identität bei eineiigen Zwillingen zu untersuchen und in Frage zu stellen, müssen wir uns Klarheit über die Wirkung der Gene verschaffen, da die grosse Ähnlichkeit dieser Zwillinge auf ihrem gleichen Erbgut beruht.
Die Forschungen auf dem Gebiete der Vererbung und den Wirkungen des Erbgutes nahm vor allem im 20. Jahrhundert eine rasante Gangart. Als der Augustinermönch Johann Gregor Mendel 1865 seine „Versuche über Pflanzenhybriden“ publizierte, befand sich die Sensibilität für die Erbforschung noch im Tiefschlaf. Niemand wurde auf die bahnbrechenden Ergebnisse des Augustinermönches aufmerksam.
Erst als im Jahre 1900 die Mendelschen Gesetze von Carl Correns, Erich von Tschermak und Hugo de Vries wieder entdeckt wurden, begann die Erbforschung auf eine Synthese der phänologischen Kreuzungsexperimente und der Zellbiologie hinzusteuern. Mehr und mehr konzentrierten sich die Genetiker auf den Zellkern und die Chromosomen als Träger der Erbinformation. Theodor Boveri formulierte 1901 seine Chromosomentheorie, Thomas H. Morgan untersuchte die Drosophila-Chromosomen. Morgan und Mitarbeiter bekamen in den Zwanzigerjahren aufgrund ihrer Ergebnisse das Gefühl, die zentralen Geheimnisse des Lebens in Kürze gelüftet zu haben.
Im Jahre 1944 gelang einer der grössten Erfolge der Biologie: Oswald Avery entdeckte mit Bakterienversuchen, dass die Desoxyribonukleinsäure Träger der Erbeigenschaften ist. Von diesem Zeitpunkt an wurde fieberhaft an der Entschlüsselung der DNS gearbeitet, bis im Jahre 1965 der genetische Code geknackt wurde. Diese und andere Entdeckungen gaben die Voraussetzung, zu verstehen, wie aus einer DNS-Sequenz ein Protein gebildet wird.
Die gebildeten Proteine dienen dem Organismus als Strukturproteine für den Aufbau und die Beschaffenheit des Körpers, als Enzyme für die Beschleunigung von chemischen Prozessen, als Ionenkanäle für die Regulation der Ionenkonzentration und die Erregbarkeit der Zellen, als Muskelproteine (Aktin und Myosin) für die Bewegung, als Transportproteine (z.B. Sauerstoff), als Hormone für die Steuerung von biologischen Vorgängen.
2001 wurde in den Medien die 99%-ige Entschlüsselung des menschlichen Genoms verkündet. 2003 hat das Human Genome Project (HUGO) die Fertigstellung im Rahmen der angelegten Massstäbe verkündet. Craig Venter meinte zur Sequenzierung, sie sei „das erste, nicht das letzte Kapitel dieser Revolution“ in der Biologie. „Das letzte Kapitel wird die vollkommene Erkenntnis der Lebensprozesse zum Inhalt haben – so dass wir endlich Krankheiten direkt an der Wurzel behandeln und heilen können.“ (Venter 2000). Wiederum finden wir eine unendliche Euphorie in diesen Worten.
Es ist nicht die Aufgabe, im Rahmen dieser Arbeit die Grundlagen der Genetik, darzustellen. Diese finden wir in der Literatur (z.B. Hennig 1995). Was uns hier interessiert, ist die Frage, was wir denn heute in Kenntnis der kompletten Basensequenz des Menschen mehr über uns und unsere Beeinflussung durch die Gene wissen.
3.3.2 Wie genetische Identität entsteht
Teilen sich Zellen, so wird im Prozess der Mitose die DNA des Kernes auf die beiden Tochterkerne aufgeteilt, indem bei der Anaphase die Schwesterchromatiden auseinander wandern. Während der anschliessenden Synthese-Phase wird im Replikationsprozess der gesamte Strang der DNA wieder verdoppelt. Die Replikation erfolgt nach dem Reissverschlussprinzip semikonservativ. Allfällige Abschreibefehler werden sogar korrigiert. Damit ist gewährleistet, dass die Tochterzellen bei der Mitose nicht verändert werden.
Eineiige Zwillinge entstehen auch durch Mitosen, unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt sich die Zellen / Zellhaufen in zwei Gruppen aufteilen (siehe Kapitel 3.2).
3.3.3 Weniger Gene wirken komplizierter als angenommen
Fest steht: Gene wirken komplizierter als noch vor wenigen Jahren angenommen. Während man früher davon ausging, dass Gene wie fertige Baupläne von Organismus zu Organismus verpflanzt werden können und sie dann ihre Aufgabe wie am Ursprungsort erfüllen, muss heute der Genwirkung eine weit komplexere Aufgabe zugedacht werden. Das Human Genome Project hat es an den Tag gebracht: der Mensch hat nicht wie angenommen 100’000, sondern nur etwa 30’000 Gene, die etwa eine Million verschiedene Proteine herstellen müssen.
Es muss also angenommen werden, dass die kleinere Anzahl Gene vermehrt situationsbezogen reagieren können. Mehr als die Hälfte aller menschlichen Gene scheinen nicht nur für eine, sondern für mehrerer Funktionen zuständig zu sein. Bei Drosophila beispielsweise können vom DSCAM-Gen bis zu 38’000 verschiedene Proteine erzeugt werden (Schmucker 2000).
3.3.4 Wie werden die Gene reguliert?
Die bedeutsame Frage zur Wirkung der Gene, ist noch weitgehend ungeklärt: Nämlich, wie die Gene reguliert werden. Offenbar kann diese Frage nicht einfach durch die Basensequenz gelöst werden.
Das Erbgut von Mensch und Schimpanse stimmt zu etwa 99 Prozent überein. Wir empfinden aber zwischen uns und den Schimpansen eine grössere „Differenz“ als 1 Prozent. Erstaunlich ist aber, dass das Erbgut bei Raupe und Schmetterling identisch ist, obwohl wir zwei ganz verschieden gestaltete Formen vor uns haben.
Die Wirkung der Gene muss im Gesamtkontext erklärt werden. Eine Umweltstudie aus Deutschland weist klar darauf hin: „Gene wirken niemals isoliert, ihre Wirkung wird durch den genetischen Hintergrund und die Umwelt (mit)bestimmt.“ (Ministerium für Umwelt, Natur und Forsten des Landes Schleswig-Holstein, Juni 2002)
Die Funktion und biologische Aktivität einzelner Gene hängen also vom jeweiligen Kontext ab. Und dieser Zusammenhang von Gen und ganzem Genom (der Summe aller Gene) erweist sich als umso komplizierter, je mehr daran geforscht wird.
In der kontroversen Literatur um die Wirkung der Gene – und damit auch in der Frage zur Nature-Nurture-Debatte – hat Matt Ridley einen spannenden Syntheseansatz in seinem Buch Nature Via Nurture (Ridley 2003) aufgezeigt. Ridley macht klar, dass die Forschungen über die Frage, wie Gene aktiviert und wieder deaktiviert werden, zu einer neuen Sichtweise über die Wirkung der Gene im Organismus führen, dass nämlich genetische Einflüsse reversibel sind.
Verantwortlich für das Ein- und Ausschalten der Gene sind kleine Abschnitte auf der DNS, die sogenannten Promoters. Einige dieser Promoters reagieren auf Umwelteinflüsse. Demnach wären Gene nicht fixe Gegebenheiten, sondern beeinflussbar durch das, was von aussen kommt. Dazu ein Beispiel: Mäuse erblinden, wenn sie während einer bestimmten, kritischen Phase der Entwicklung im Dunkeln aufgezogen werden. Es ist offenbar das Licht, welches ein bestimmtes Gen in den Nervenzellen des Gehirns aktiviert.
4 Zwillingsstudien
4.1.1 Der Beginn der Zwillingsforschung
Bereits im Altertum wurden Zwillinge als etwas Besonderes angeschaut und gelegentlich auch in Schriften erwähnt, so zum Beispiel bei Augustinus (354 – 430), der bei Zwillingen durch die Gleichzeitigkeit ein sehr ähnliches Horoskop erwartete, begann die wissenschaftliche Erforschung von Zwillingen doch erst im 19. Jahrhundert mit Sir Francis Galton.
4.1.2 Sir Francis Galton (1822 – 1911)
Abbildung 10: Francis Galton
Francis Galton, Cousin des berühmten Charles Darwin, war selbst ein namhafter Naturforscher, Meteorologe und Statistiker. Sein Interesse galt unter anderem der Vererbung von menschlichen Eigenschaften. Die Analyse von Stammbäumen brachte ihn jedoch nicht weiter. Erst mit der Methode der Zwillingsforschung gewann er einen Ansatz, seine Fragen zu lösen. In seinem Werk „The history of twins, as a criterion of the relative powers of nature and nurture“ (Galton 1875) aus dem Jahre 1875 schreibt er über seine Methode:
I have therefore attacked the problem from the opposite side, seeking for some new method by which it would be possible to weigh in just scales the effects of Nature and Nurture, and to ascertain their respective shares in framing the disposition and intellectual ability of men. The life-history of twins supplies what I wanted. We may begin by inquiring about twins who were closely alike in boyhood and youth, and who were educated together for many years, and learn (…) whether they subsequently grew unlike, and, if so, what the main causes were which, in the opinion of the family, produced the dissimilarity. In this way we can obtain direct evidence of the kind we want. Again, we may obtain yet more valuable evidence by a converse method. We can inquire into the history of twins who were exceedingly unlike in childhood, and learn how far their characters became assimilated under the influence of identical nurture, is as much [sic] as they had the same home, the same teachers, the same associates, and in every other respect the same surroundings.
Galtons Frage war, ob sich Zwillinge, die sich bei der Geburt sehr ähnlich sind (eineiige Zwillinge), durch unterschiedliche Umwelteinflüsse in ihren Merkmalen auseinander entwickeln, bzw. ob sich Zwillinge, die bei der Geburt wenig ähnlich sind (zweieiige Zwillinge), als Folge ähnlicher Umwelteinflüsse einander angleichen können.
Akribisch sammelte er biographisches Material über gleichgeschlechtliche Zwillingspaare und hielt die Fakten auf 55 detailliert ausgefüllten Fragebögen fest. Er verglich sodann eine Gruppe von 35 Zwillingspaaren, die sich bei der Geburt sehr ähnlich waren mit einer Gruppe von 20 Paaren, die bei der Geburt wenig Ähnlichkeit hatten.
Galton kam in seiner Publikation zum klaren Ergebnis, dass der Einfluss der Natur wesentlich über den Einfluss der Umwelt dominiere. Bei der Geburt sehr ähnliche Zwillingspaare blieben sich auch als Erwachsene noch sehr ähnlich und bei Geburt eher unterschiedliche Zwillingspaare wurden trotz gleichen Umfeldes nicht ähnlicher. Galton beschrieb ausführlich die grosse Ähnlichkeit bei eineiigen Zwillingen und fand, dass die Ähnlichkeit auch in nichtphysische Merkmalen wie beispielsweise Talente, Leiden oder Ideen zu beobachten war. Daraus folgerte er, „dass man den Menschen durch Züchtung vollkommener machen könnte“ und wurde so zum Begründer der Eugenetik.
4.1.3 Hermann Werner Siemens (1885-1986)
Anfang der 20er Jahre kam es in Deutschland zu einem regelrechten Boom der Zwillingsforschung, nachdem Hermann Werner Siemens 1924 sein Buch „Die Zwillingspathologie – Ihre Bedeutung, ihre Methodik, ihre bisherigen Ergebnisse“ herausbrachte. Er unterschied systematisch zwischen eineiigen und zweieiigen Zwillingspaaren. Es folgten zahlreiche Studien im Hinblick auf das Anlage-Umwelt-Problem, in denen sehr spezielle Fragestellungen untersucht wurden, wie zum Beispiel Komik, Trauminhalte, Schulbegabung, Kriminalität und Geisteskrankheiten.
4.1.4 Ottmar von Verschuer (1896-1969) und Joseph Mengele (1911-1979)
Abbildung 12: Ottmar von Verschuer und Joseph Mengele
Im Dritten Reich nahm die Zwillingsforschung im Dienste der „Rassenhygiene“ Hitlers monströse Züge an. Führender Theoretiker war Ottmar von Verschuer. Dessen Assistent, Joseph Mengele, missbrauchte als KZ-Arzt in Auschwitz Häftlinge für seine „anthropologischen Untersuchungen“. Durch Experimente an zahllosen Zwillingen wollte Mengele herausfinden, wie das Erbgut gezielt zu manipulieren ist. Giftspritzen und Sektionen an Lebenden gehörten zur täglichen Praxis. Mengeles Versuche brachten Tausenden von Kindern den Tod.
Nach 1945 wurde es ruhig um die deutsche Zwillingsforschung; in anderen Ländern entwickelte sie sich aber zu einer wissenschaftlich anerkannten und häufig genutzten Methode weiter.
4.1.5 Sir Cyril Burt (1883 –1971)
Abbildung 13: Cyril Burt
Cyril Burt (1883-1971), ein angesehener Psychologe, publizierte drei beachtliche Zwillingsstudien (1943, 1955 und 1966). An getrennt aufgewachsenen eineiigen Zwillingen wollte Cyril Burt beweisen, dass für die Intelligenz das Erbgut massgeblich sei und weniger die soziale Beeinflussung.
In seiner 20-jährigen Tätigkeit als Amtspsychologe in London war er verantwortlich für die Durchführung und Auswertung von Tests an Londoner Schulen. Er folgerte aus seinen Ergebnissen beispielsweise, dass jegliche Fördermassnahmen zugunsten lernschwächerer Schüler völlig sinnlos seien, zu fördern seien einzig die ohnehin stark Begabten.
Cyril Burt übernahm später den Lehrstuhl für Psychologie am University College in London und war Herausgeber renommierter Zeitschriften. Seine Forschungsergebnisse wurden in seiner Zeit nicht angezweifelt, im Gegenteil: Für seine Verdienste um die Wissenschaft und das englische Erziehungswesen wurde er in den Adelsstand erhoben.
Dass bei seinen angeblich unabhängigen Untersuchungen zur Vererbung von Intelligenz gleiche Korrelationskoeffizienten (r = .771) auftauchten, war äusserst unwahrscheinlich: Jahre nach seinem Tod brachte Leon Kamin, Psychologieprofessor in Princeton, USA, die Fälschungen in Burts Untersuchungen ans Licht. Burt hatte – es ist keine andere Erklärung wahrscheinlich – viele Daten seiner Untersuchungen einfach frei erfunden. Seine Rohdaten hat man daher auch nie gefunden. Auch stellte sich heraus, dass die von Burt in seinen Publikationen aufgeführten Koautoren fiktive Personen waren.
Durch diese unsauberen Machenschaften brachte Burt die Zwillingsforschung international massiv in Verruf.
4.1.6 Thomas Bouchard
Abbildung 14: Thomas Bouchard
Ein bekannter Name innerhalb der Forschergemeinde der Zwillingsforschung ist der Psychologe Thomas Bouchard von der University of Minnesota. 1979 begann er ein ehrgeiziges Projekt „Minnesota Study of Twins reared apart“. 7000 getrennt aufgewachsene Zwillingspaare haben Bouchard und seine Kollegen ausfindig gemacht und sie genaustens untersucht, um ein möglichst gutes Bild ihrer Persönlichkeit zu erhalten.
Einige der Zwillingspaare, die Bouchard bekannt machte, wurden zu Legenden der Wissenschaft und haben in viele Lehrbücher Eingang gefunden. So die „Jim Twins“, Jim Lewis und Jim Springer, die als Babys getrennt wurden und sich erst im Alter von 39 Jahren das erste Mal wiedersahen.
Abbildung 15: Die Jim Twins
Über ein ganz spezielles Zwillingspaar hat Frauke Sandig 1996 eine Filmreportage gedreht: Oskar & Jack. Die Zwillinge Jack Yufe und Oskar Stöhr erlangten aufgrund ihrer beklemmend-merkwürdigen Situation eine grosse Berühmtheit: Kurz nach ihrer Geburt in der Karibik trennten sich ihre Eltern: Jack wuchs bei seinem jüdisch-orthodoxen Vater in Trinidad auf, während Oskar bei seiner katholischen Grossmutter in Nazi-Deutschland seine Jugend verbrachte.
Abbildung 16: Oskar und Jack
Hoimar von Ditfurth recherchierte Thomas Bouchards Forschung und stellte 1983 einige Ergebnisse in GEO vor (Ditfurth 1983). Der Titel provoziert: Sind wir die Marionetten der Gene? Ditfurth gab die Antwort im Artikel gleich mit: Die Ergebnisse sind klar, die Gene beeinflussen uns mehr, als wir je gedacht hätten.
Bouchards erschreckend ähnliche Zwillinge erzeugen ein Gefühl der Beklemmung: Sind Namen der Partner genetisch festgelegt? Gibt es ein Sporthemd-Gen? Eines, das seinen Träger dazu bringt, im Fahrstuhl zu niesen? Ist in den Genen fest geschrieben, welchen Beruf ein Mensch ergreifen wird? Nicht nur die körperlichen Merkmale stimmten überein, auch viele Persönlichkeitsmerkmale wie Beruf, Charakter, Religiosität, politische Einstellungen, Toleranz waren bei den Zwillingen beinahe identisch.
Bouchard erreichte mit seiner Öffentlichkeitsarbeit eine ungeahnte Publizität. Zusammen mit „seinen“ Zwillingen ging er in Talkshows auf die Suche nach neuen Zwillingspaaren, welche getrennt aufgewachsen waren.
4.2 Wie ähnlich sind eineiige Zwillinge wirklich?
Im Lehrbuch ist die Sache ganz klar: Eineiige Zwillinge sind genetisch identisch. Auch von ihrer Erscheinung her geht man davon aus, dass sie sich gleichen wie ein Ei dem anderen. Nasenboden, Ohrform, Fingerabdruck etc. werden herangezogen, um ihre äusserliche Identität zu demonstrieren.
Nun ist es aber so, dass Zwillinge keinesfalls immer so identisch sind.
In einem Diskussionsforum von Zwillinge.at fand ich die folgenden spontanen Bemerkungen von Eltern:
Meine Jungs (jetzt 1,5 Jahre) … bei der Geburt waren sie vom Gewicht her nicht viel auseinander, höchstens 60 Gramm. Mittlerweile hat es sich so eingependelt, dass sie so ca. 1/2 kg Gewichtsunterschied aufweisen… Ausserdem sind meine beiden vom Charakter her wie Tag und Nacht. Schon interessant, wie die sich entwickelt haben, obwohl sie aus einem Ei stammen.
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Meine beiden (20 Monate) …bei der Geburt hatten sie ca. 50g Gewichtsunterschied, heute sind sie ziemlich gleich schwer und gross. Trotzdem hat die Erstgeborene einen rundlicheren Kopf und grössere Augen, sie haben je 1 Muttermal am rechten Oberschenkel, aber nicht an der gleichen Stelle, die Erstgeborene hat einen Leberfleck am Unterschenkel, die zweite nicht, vom Charakter her sind sie auch komplett unterschiedlich. Die Zweitgeborene hat schiefere Zähne; sogar die Stimmen sind unterschiedlich, die Mundbewegungen beim Sprechen, obwohl im Detail die Nase und der Mund völlig identisch sind. Hände, Füsse und Körperbau sind auch völlig gleich.
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Meine beiden hatten bei der Geburt auch 300 Gramm Unterschied! Jetzt sind sie schon über 1 Kilo auseinander! Sie haben das komplett gleiche Gesicht! Nur der Schwerere hat mehr Backen! … Vom Charakter sind sie total unterschiedlich!
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Meine (21 Monate) sind auch nicht ganz gleich. Sie hatten immer 1 kg Gewichtsunterschied und nun sind’s schon fast 2 kg. Der Erstgeborene hat … einen runderen Kopf und rundere Augen. Der andere hat geschlitztere und ist überhaupt irgendwie schmaler und zarter.
Witzig find ich, dass Klaus einen Leberfleck am Unterschenkel hat (ca. 3cm Durchmesser) und Bernd hat einen weissen Fleck am Oberschenkel in der gleichen Grösse (die Form ist aber nicht ganz gleich). … Charakterlich sind sie auch unterschiedlich.
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… Wir haben uns auch schon oft gefragt, warum unsere eineiigen Töchter zwar ähnlich aussehen, aber nicht identisch sind. Auch bei uns sieht die eine eher aus wie ich und die andere wie mein Freund. … Hauptsächlich ist die Kopfform unterschiedlich. Augen, Nasen, Ohren, Gewicht, Grösse… sind nun seit fast 10 Monaten identisch. Muttermale hat auch nur die eine, die andere gar nicht…
Unterschiedliche eineiigen Zwillingen lassen sich auch im Bild dokumentieren. Hier seien stellvertretend zwei Paare näher vorgestellt:
André ist eher der Dominante, Oscar ist der Zweitgeborene, er ist zurückhaltender. Sie erhalten beiden den Preis, den der Deutsche Akademische Auslands-Dienst (DAAD) alljährlich an den besten ausländischen Studierenden vergibt.
Catharina hat eine grössere Offenheit für Erfahrungen, Ricarda zeigt einen grossen Wert im Pflichtbewusstsein. Hier wie auch im vorhergehenden Beispiel weist bereits die Frisur auf die unterschiedliche Persönlichkeit hin.
Abbildung 17: Die recht unterschiedlichen eineiigen Zwillinge Andre und Oscar (links) studieren beide Elektrotechnik. Sie haben für ihre Leistungen einen Preis gewonnen. Ebenfalls unterschiedlich sind Ricarda und Catharina (rechts). Catharina ist offener, Ricarda pflichtbewusster.
Bei Hennig (Hennig 1995) sind Ergebnisse von Forschungsarbeiten zur Ähnlichkeit bei Zwillingen in einer Tabelle dargestellt. Sie zeigt, welche Übereinstimmungen in Prozent bei den aufgeführten Eigenschaften ermittelt werden konnten.
Tabelle 1: Konkordanz und Diskonkordanz in Merkmalsausprägung bei Zwillingen
| Eigenschaft | Konkordanz in eineiigen Zwillingen in % |
Konkordanz in zweieiigen Zwillingen in % |
| Augenfarbe | 100 | 52 |
| Gewicht | 66 | 48 |
| Kopflänge | 91 | 58 |
| Schizophrenie | 34 | 12 |
| Bronchialasthma | 63 | 38 |
| Manisch depressive Psychosen | 67 | 5 |
| Mentale Retardation | 67 | 0 |
| Epilepsie | 54 | 24 |
| Tuberkulose | 54 | 27 |
| Diabetes mellitus | 60 | 13 |
| Krebserkrankungen | 16 | 13 |
| Tod durch akute Infektionen | 8 | 9 |
Bei den untersuchten Eigenschaften gibt es ein erhebliches Mass an Unterschieden, auch bei den eineiigen Zwillingen.
Eine hohe Übereinstimmung bei den eineiigen Zwillingen weist uns auf eine starke Vererblichkeit des betreffenden Merkmals hin. So ist der Wert der Übereinstimmung für die Augenfarbe bei den Eineiigen 100%, was bedeutet, dass dieses Merkmal nicht von der Umwelt beeinflusst werden kann.
Ein Wert von 0% bei zweieiigen Zwillingen für die mentale Retardation bedeutet, dass diese Eigenschaft zufällig auftaucht, d.h. sie ist vor allem situationsbezogen, so z.B.
Sauerstoffmangel bei der Geburt, Infektionskrankheiten vor oder nach, äussere traumatische Einwirkungen
Tabelle 2: Erblichkeit in % der „Big Five Factors“ (Extraversion, Agreeableness oder angenehmes Wesen, Conscientiousness oder Gewissenhaftigkeit, Neuroticism oder neurotische Tendenzen, Openness oder Offenheit) basierend auf einer Literaturrecherche (Bouchard 1997)
| Eigenschaft | Erblichkeit in % |
| Extraversion | 54 |
| angenehmes Wesen | 52 |
| Gewissenhaftigkeit | 40 |
| neurotische Tendenz | 58 |
| Offenheit | 52 |
Bouchard stellt sich in seinen Untersuchungen die Frage, welche Charaktereigenschaften vererbt werden und welche durch die Umwelt beeinflussbar sind. Seine Ergebnisse legen nahe, dass die Gewissenhaftigkeit mehr von der Umwelt abhängt als die neurotische Tendenz, welche wohl mehr vererbt wird.
Nicht nur morphologisch, auch genetisch lassen sich Unterschiede bei eineiigen Zwillingen ausmachen: Dies vor allem beim Immunsystem (B-Gedächtniszellen), wo ein Kontakt mit einem Krankheitserreger zufällig ist und zu einer Veränderung der Immunität führt (Die Welt, 1.9.2001).
Die Unterschiede zwischen eineiigen Zwillinge nimmt im Laufe des Lebens zu. Eine neue Studie (Fraga 2005) konnte zeigen, dass sich die epigenetischen Unterschiede im Laufe des Lebens vermehren. Bei den jüngsten Zwillingen fanden die Wissenschafter relativ wenig epigenetische Unterschiede. Die Anzahl der Unterschiede bei 50-jährigen Zwillingen waren mehr als dreimal so gross bzw. häufig. Speziell gross waren die Unterschiede vor allem dann, wenn die Zwillinge getrennt aufgewachsen sind, also kurz nach der Geburt zur Adoption freigegeben worden sind und zu unterschiedlichen Eltern kamen. Die Forschergruppe geht davon aus, dass Umwelteinflüsse die genetischen Anlagen in der Art und Weise, wie sie exprimiert werden, beeinflusst werden.
4.3 Zur Nature-Nurture-Diskussion
„Gebt mir ein Dutzend gesunder, wohlgebildeter Kinder und meine eigene Umwelt, in der ich sie erziehe, und ich garantiere, dass ich jedes nach dem Zufall auswähle und
es zu einem Spezialisten in irgendeinem Beruf erziehe, zum Arzt, Richter, Künstler, Kaufmann oder zum Bettler und Dieb, ohne Rücksicht auf seine Begabungen, Neigungen, Fähigkeiten, Anlagen und die Herkunft seiner Vorfahren.“ (Watson 1924)
Es ist verständlich: Eltern, die ihren Kindern eine besonders gute Erziehung zukommen lassen und sich mit Leib und Seele (und oft auch beträchtlichen Geldsummen) engagieren, hoffen, dass die Bemühungen Früchte tragen werden. Insofern ist das obige Zitat vom behaviouristischen Psychologen John Watson ein Wunschtraum vieler besorgter Eltern.
Einen regelrechten Sturm der Entrüstung wurde vor einigen Jahren ausgelöst, als DER SPIEGEL im Artikel „Eltern sind austauschbar“ den elterlichen Einfluss in Frage stellte (Rigos 1998). Darin lesen wir beispielsweise:
„Ein liebgewordener Mythos“, urteilt die amerikanische Psychologin Judith Rich Harris, 60, und mit dem räumt sie nun gründlich auf. Ihr Fazit nach Auswertung der Fachliteratur und Aufzucht zweier Töchter: Im guten wie im schlechten überschätzen Eltern maßlos ihre Macht, auf die Persönlichkeit des Kindes, seine Intelligenz, seine Werte, sein Sozialverhalten einzuwirken.
Für die Entwicklung vom Säugling zum lebenstüchtigen Erwachsenen, behauptet Harris, mache es beispielsweise keinen Unterschied, ob
– ein Vater im Haus ist oder die Mutter allein erzieht;
– die Mutter berufstätig ist oder sich ganz dem Nachwuchs widmet;
– das Kind in einer klassischen Familie aufwächst oder bei einem schwulen oder lesbischen Paar.
Soviel Mühe die Erzeuger sich auch geben, sagt die streitbare Psychologin, sie können den Charakter ihrer Kinder nicht formen ihn aber auch nicht verderben. Denn was in den Genen nicht angelegt sei, präge die „Peer group“, also der Freundeskreis, die Schulklasse, die Kids vom Spielplatz. Der Part der Eltern beschränke sich auf den Zeugungsakt, danach gesteht ihnen die Autorin nur noch eine Wartungsfunktion zu: „Wir sind austauschbar wie Fabrikarbeiter.“
Fragen dieser Art spiegeln die Problematik von Anlage und Umwelt wider. Sie werden in unterschiedlichsten Schattierungen auch in der wissenschaftlichen Forschung gestellt.
Unter dem Begriff Anlage versteht man die genetisch gegebene Natur des Menschen. Im Englischen wird oft der Begriff „nature“ gebraucht. Die Natur des Menschen steht für etwas Unveränderliches, etwas, das beim Akt der Zeugung von den Eltern an ihre Kinder weitergegeben wurde. Die genetische Ausstattung eines Menschen kann während seines Lebens nicht verändert werden.
Mit dem Begriff Umwelt wird die materielle und die soziale Umgebung eines Menschen umschrieben. Im englischen Sprachraum wird dafür oft der Begriff „nurture“ verwendet, was Pflege bedeutet. Die materielle Umgebung besteht aus den verschiedensten physikalisch-chemischen Einflüssen, der Qualität des Wohnraumes bzw. der Wohngegend und der Verfügbarkeit von Ressourcen, die soziale Umgebung umfasst alle Einflüsse durch andere Menschen (Eltern, Erziehungspersonen, peer group etc.) und die Qualität der Einflüsse.
Die Unterscheidung von Einflüssen, welche z.B. Geschwister in einer Familie alle gleich erfahren und Einflüssen, welche jede Persönlichkeit alleine und individuell erfährt, hat gezeigt, dass die nicht-geteilten, individuellen Erlebnisse und Erfahrungen stärker wirken und beeinflussen als die allgemeinen (Dunn & Plomin, 1996).
Alle diese Faktoren (und viele mehr) können auf dem Weg der Entwicklung förderlich oder hemmend sein.
Die Unterscheidung in geteilte und nicht-geteilte Umwelteinflüsse hat sich als sehr fruchtbar erwiesen. Auf der Grundlage dieser Unterscheidung ist in jüngerer Zeit deutlich geworden, dass nicht-geteilte Erfahrungen wie z. B. das von der Persönlichkeit der Kinder abhängige elterliche Verhalten gegenüber Geschwistern für die Entwicklung von Unterschieden zwischen Kindern bedeutsamer sind als geteilte Umwelterfahrungen wie z. B. das allgemeine Familienklima (Dunn & Plomin, 1996).
Die Nature-Nurture Debatte hat für die Gesellschaft noch eine andere Dimension:
In der Frustration über die Wirkungslosigkeit von aufwändigen, staatlichen Sozialprogrammen gegen Gewalt, Drogenmissbrauch, Schwangerschaften bei Kindern, Armut und andere Missstände, verfallen viele Menschen in Ansichten, welche dem Menschen keine Veränderungsfähigkeit zubilligen: Selektion statt Förderung. Todesstrafe statt Therapie, oligarchische Strukturen statt Demokratie.
Damit wird die Anlage-Umwelt-Debatte zur politischen Diskussion. Konservative und rechtsgerichtete Politiker neigen zur Ansicht, dass eine Vorherrschaft der Gene das Handeln und Denken der Bürger bestimme, während liberale, linksorientierte Politiker mehr die Ansicht vertreten, dass die Bevölkerung durch geeignete Massnahmen verändert werden könne.
Diese politische Dualität zeigte sich auch schon früher: Die vorherrschende Ansicht in der Sowietunion war der Environmentalismus während die Weltanschauung im Dritten Reich den vererbten Anlagen huldigte.
Unvereinbare Positionen führten aber nie weiter. Ich zitiere Claudia Eberhard-Metzger
„… Wissenschaftler zweifeln die Methode des Zwillingsvergleichs und die daraus ableitbaren Schlussfolgerungen öffentlich heftig an. Für wieder andere Forscher ist die Erbe-Umwelt-Debatte mittlerweile ebenso alt wie uninteressant. Dass Gene an der Intelligenz und anderen Befähigungen des Menschen beteiligt sind, so ihre Meinung, stehe inzwischen ausser Frage. Ebenso sicher sei, dass selbst allerbeste Anlagen ohne positive Umwelteinflüsse verkümmern. All das in Prozentzahlen ausdrücken zu wollen, sei wenig hilfreich. Der alte Streit, zu wieviel Prozent dieses oder jenes Verhalten angeboren oder erworben sei, gesteht zum Beispiel Daniel Cohen, einer der führenden Köpfe des französischen Genomprojektes, habe ihn immer sehr gelangweilt: „Genausogut könnte man fragen (…), was für die Oberfläche eines Rechtecks mehr zählt – die Länge oder die Breite“.
Was weiter interessant bleibt und wo wir auf neue Forschungsergebnisse gespannt sein können, ist der Zusammenhang von Umwelt und Anlagen, die Frage nämlich, wie genau die Umwelt die Realisierung der Anlagen beeinflussen, regulieren und verändern kann.
5 Umsetzung des Themas im Unterricht
5.1 Vorgehensweise
Bei der Umsetzung des Zwillingsthemas im Unterricht stelle ich mir die Aufgabe, die Anregungen von Martin Wagenschein (Wagenschein 1970) ernst zu nehmen und auf die Mittelschulstufe anzuwenden. Ich versuche die Trilogie Mut zur Lücke, Mut zur Gründlichkeit und Mut zum Ursprünglichen so anzuwenden, dass ich ohne vorgängige Darstellung den Schülern ein Einstiegsproblem vorlege.
In traditionellen Begriffen ausgedrückt geht es dabei um die Lehrbuchkapitel: Genetik, Fortpflanzung und Entwicklung und Verhaltensbiologie.
Ich wage den Versuch, vorerst alle Inhalte zu diesen Stoffgebieten fortzulassen und die Schüler mit dem Arbeitsblatt 1 (Kapitel: Unterrichtsmaterialien) selbständig arbeiten lassen.
Mit einem Beispiel sollen sie mitten in das Thema hinein geraten: Die Reportage über die Minnesota-Studie, welche Hoimar von Ditfurth (Ditfurth 1983) spannend darlegt, kann die Frage provozieren: Sind wir die Marionetten unserer Gene? Ist alles vorherbestimmt?
Die Schüler werden nun zum Tun gefordert: Um das Thema zu verstehen, sind weitere Fragen nötig:
– Was sind denn eigentlich Zwillinge?
– Kenne ich Zwillinge?
– Wie sind sie?
– Wie entstehen sie?
Dieses wiederum führt vielleicht zur Frage:
– Was passiert in den ersten Tagen nach der Befruchtung?
Alles in uns sträubt sich gegen diese Weltanschauung, welche früher auch als Präformation bezeichnet wurde. Im 17. und 18. Jahrhundert hatte man die Vorstellung von vorgebildeten Menschlein im Kopf des Spermiums. Da gibt es keine Möglichkeiten mehr zur Veränderung, wir sind hier als Menschen ist bereits vollständig vorprogrammiert.
Die gegenteilige Meinung, die der Mensch sei eine tabula rasa, ein unbeschriebenes Blatt, bezeichnete man im 18. Jahrhundert als Epigenese: Bei den Beobachtungen an bebrüteten Hühnereiern fand man keine vorgebildeten Strukturen, man folgerte also: der Embryo entsteht aus einer ungeformten Materie, wie bei der Urzeugung, als man unerwartet Würmer und Insekten aus dem warmen Schlamm hervorkriechen sah.
Mit dem Arbeitsblatt 2 kann man bei den Schülern eine Auseinandersetzung mit dieser Polarität von immer noch aktuellen Weltanschauungen ermöglichen.
Es können nun Fragen nach der Vererbung auftauchen:
– Warum erben wir von unseren Eltern Merkmale?
– Wie realisiert sich eigentlich die DNA, das Erbgut?
Wichtig scheint mir zu sein, dass die Schülerinnen und Schüler den Weg der Erkenntnis selber gehen, das Tempo und die Tiefgründigkeit selber wählen, und auch selber die Umwege und Stationen auf dem Weg zum Problem verantworten.
Verstehen einer Fragestellung heisst ja auch Einwurzelung, sich selber besser zu verstehen.
Die Schüler arbeiten immer wieder in Gruppen und im Austausch. Nur so wird der Stoff ihr eigener Stoff, nur so können sie sich mit ihm verbinden.
Sind Inputphasen gewünscht oder sinnvoll, kann das eine oder andere Unterthema durch die Lehrkraft vorgestellt werden, bzw. sie erarbeiten sich die Stoffe aus dem Lehrbuch selbst.
Weitere Arbeitsblätter liegen vor: Eines zum Thema der Epigenese (Nr. 2), einer früheren Weltanschauung, die eine Polarität zur Präformationslehre und somit auch zur Fixierung durch die Gene darstellt. Mit einem weiteren (Nr. 3) könnten sich die Schüler mit Ähnlichkeit und Unterschieden, mit Beeinflussung und Erziehung auseinandersetzen. Ein viertes Arbeitsblatt (Nr. 4) ermöglicht, sich mit tabellarischen Ergebnissen aus der Zwillingsforschung zu befassen, sie zu verstehen und zu interpretieren.
Ein klares Schema zum Unterrichtsverlauf ist nach der Methode von Wagenschein nicht sinnvoll. Die Schülerinnen geben im Gespräch mit der Lehrkraft den Erkenntnisweg auch immer selber vor. Weitere Arbeitsblätter oder Arbeitsaufträge können spontan, gemäss der aktuellen Fragestellung der Schüler neu erstellt werden. Selbststudium, Arbeit in der Gruppe mit Diskussionen, Präsentationen durch die Lehrkraft sind alles denkbare Mittel, wie die Schüler sich an die Fragestellung heranmachen.
5.2 Diskussion der Umsetzung
Es kann beobachtet werden, dass die Fragestellung, welche beispielsweise mit dem
Arbeitsblatt 1 an die Schüler herangebracht wird, voll einschlägt. Die Jugendlichen lassen sich provozieren durch die Ansicht, alles sei vorherbestimmt.
Relativ bald jedoch stellen sie fest, dass sie zur Beantwortung dieser Fragen noch über viel zu wenig biologische Kenntnisse verfügen. Insbesondere die Themen Erbsubstanz DNA und Embryologie des Menschen müssen sorgfältig erarbeitet werden.
Ein geschicktes Wechselspiel von Anregung zum Selbststudium und Darstellung von Stoffinhalten kann die Schüler-Fragen lebendig erhalten.
Das grösste Problem ist der Zeitrahmen: Um ein solches Projekt optimal durchführen zu können, müsste ein Projektrahmen vorliegen, wo keine Stundengrenzen die Fragen und die Suche nach den Antworten portioniert. Bei Einzelstunden ist es unumgänglich, dass vermehrt auch Stoffe von der Lehrkraft dargestellt werden.
6 Unterrichtsmaterialien
6.1 Arbeitsblatt 1: Oskar und Jack – Jim Springer und Jim Lewis
Einleitung: Zwillingsstudien werden angewendet, um den Anteil der Vererbung vom Anteil des Umwelteinflusses zu bestimmen. 1983 hat Hoimar von Ditfurth im GEO einen Artikel publiziert, aus dem im folgenden einige Stellen abgedruckt sind. Zu Beginn wird ein ganz bekanntes Zwillingspaar beschrieben
Textstelle zu Oskar Stöhr und Jack Jufe
Ende des Jahres 1979 trafen auf dem Flughafen von Minneapolis, USA, kurz nacheinander zwei Männer ein, die einander zum Verwechseln ähnelten. Beide waren untersetzt und von gleicher Größe. Beide hatten das gleiche Gesicht, eine beginnende Stirnglatze, die gleiche Art, sich zu bewegen, und die gleiche Stimme. Es war nicht leicht, sie auseinanderzuhalten.
Die Erklärung war sehr einfach: Es handelte sich um eineiige Zwillinge.
Beide trugen auch den gleichen Schnauzbart und fast identische Brillen, nickelgefaßte und getönte sogenannte Pilotenbrillen. Beide hatten ein blaues Sporthemd mit Schulterklappen und Brusttaschen an, beide hatten sich Gummibänder über das linke Handgelenk gestreift.
Diese Übereinstimmungen waren nun schon weniger leicht zu erklären. Denn Oskar und Jack, die beiden Zwillingsbrüder, hatten sich bis zu diesem Augenblick, 46 Jahre nach ihrer Geburt, nur ein einziges Mal gesehen. Sie trugen nicht nur unterschiedliche Familiennamen, sondern waren auch aus entgegengesetzten Richtungen nach Minneapolis angereist. Oskar aus Deutschland, Jack aus Südkalifornien.
Hier die abenteuerliche Vorgeschichte dieses denkwürdigen Treffens: 1932 heiratete eine junge Deutsche auf Trinidad einen Amerikaner jüdischer Abstammung. Im Jahr darauf wurden Zwillinge geboren. Man taufte sie Oskar und Jack. Wenige Monate nach der Geburt kam es zur Trennung und Scheidung der Eltern.
Jack blieb beim Vater, Oskar wurde von seiner Mutter mit zurück nach Deutschland genommen. Von da ab, von 1933 bis zu jenem Augenblick auf dem Flugplatz von Minneapolis im Jahre 1979, verlief das Leben der beiden Brüder getrennt. Mehr als das: Sie wuchsen in unterschiedlichen Welten auf.
Oskar, dessen Mutter es alsbald wieder ins Ausland zog, wurde der alleinstehenden Großmutter anvertraut. Sie erzog ihn. Gut katholisch, aber auch gut nationalsozialistisch. Von der Existenz eines Zwillingsbruders jenseits des großen Teichs erfuhr Oskar nichts.
Ganz anders die Welt, in der Jack groß wurde. Sein Vater erzog ihn zu einem strenggläubigen, orthodoxen Juden. Jack wanderte nach dem Kriege nach Israel aus, lebte vorübergehend in einem Kibbuz und diente als Freiwilliger in der israelischen Kriegsmarine. Nach einigen Jahren ging er zurück nach Amerika. Heute besitzt er in Kalifornien ein eigenes Textilgeschäft.
Gesehen hatten die beiden einander seit ihrer Geburt nur einmal. Jack, dem der Vater einst von der Existenz eines Zwillingsbruders im fernen Nazi-Deutschland erzählt hatte, wurde nach dem Kriege von der Neugier gepackt. Es gelang ihm, Oskar ausfindig zu machen, und sie trafen sich während einer Europareise.
Die Begegnung war ein totaler Mißerfolg. Die beiden konnten nicht einmal miteinander reden, weil Jack nur Englisch spricht und Oskar nur Deutsch. Außerdem war es für Oskar ein sichtlicher Schock, auf der Brust seines Bruders einen großen Davidstern zu entdecken und zu erfahren, daß er einen jüdischen Vater hatte.
Textstelle zu den „Jim twins“:
Er (Prof. Bouchard) und seine Kollegen ließen es an Sorgfalt nicht fehlen. So wurden die Zwillingsbrüder Jim Lewis und Jim Springer, wie alle späteren Paare, in den Kliniken der Universität Minnesota acht Tage lang ärztlich gründlicher untersucht als jemals zuvor in ihrem Leben. Gleichzeitig kümmerte sich ein ganzer Stab von Psychologen um die beiden. Alle psychologischen Tests wurden getrennt und von verschiedenen Untersuchern durchgeführt und sicherheitshalber von verschiedenen und wiederum anderen Psychologen, zum Teil in auswärtigen Instituten, ausgewertet.
Und das Ergebnis? Tom Bouchard zuckt die Achseln. Dann sieht er mich ein wenig spöttisch an und sagt: „Sie kennen es ja.“ In der Tat. Ich kenne es, denn vor allem die Geschichte der „Jim twins“ hat längst eine gewisse Berühmtheit erlangt.
Die gründliche, achttägige Untersuchung konfrontierte das Wissenschaftler-Team mit Resultaten, die genau das Gegenteil von dem darstellten, womit sie so fest gerechnet hatten. Sie stießen keineswegs auf die Unterschiede, die ihnen den überwiegenden Einfluß der verschiedenen Umweltfaktoren bestätigen sollten. Je länger die Zahlenkolonnen wurden, die Befundlisten und all die anderen Daten, die sie in ihre Computer fütterten, desto umfangreicher wuchs die Liste der Übereinstimmungen an.
Den Wissenschaftlern wurde unabweisbar vor Augen geführt, mit welcher Durchschlagskraft sich das beiden Brüdern gemeinsame erbliche „Programm“ trotz aller Unterschiede der Umwelteinflüsse durchgesetzt hatte. Da stimmten eben nicht nur Augenfarbe, Körpergröße und Schuhnummer überein, und meistens sogar das Gewicht. Da waren nicht nur die Grundmuster der Fingerabdrücke identisch. Auch die Stimmen der beiden ähnelten sich so sehr, daß die Brüder selbst oft nicht in der Lage waren, sie am Tonband zu unterscheiden.
Wohl noch bedeutsamer waren die Übereinstimmungen in Haltung, Gang und Mimik, im Temperament, in der emotionalen Reaktion auf bestimmte Testbilder. Die Ergebnisse des Intelligenztests gar waren bis auf die Stelle hinter dem Komma identisch. Dazu Bouchard: „Eine so weitgehende Übereinstimmung findet man sonst nur dann, wenn man den gleichen Test bei ein und demselben Menschen in kurzem zeitlichem Abstand wiederholt.“
Verblüffend, fast schon unheimlich waren die biographischen Übereinstimmungen – mitunter bis hinein in wahrhaft skurrile Details. Zum Beispiel: Beide Jims arbeiteten vorübergehend als Tankstellenwärter, dann als Hilfssheriffs. Beide verbrachten mehrere Jahre hintereinander den Urlaub mit ihren Familien in dem gleichen, von ihrem Wohnort weit entfernten Seebad. Beide sind zwanghafte Nägelkauer. Beide sind Kettenraucher und rauchen die gleiche Marke. Beide basteln passioniert mit Holz und haben sich in ihren Kellern nahezu professionelle Tischlerwerkstätten eingerichtet.
Alles das, ohne voneinander irgend etwas zu wissen.
Nur zögernd, weil kaum glaublich, getraut man sich, weitere Übereinstimmungen anzusprechen: Beide Brüder sind zum zweiten Male verheiratet. Beider erste Frau hieß Linda. Beide heirateten danach Frauen, die Betty hießen. Der eine taufte seinen ältesten Sohn James Allan. Der andere den seinen James Alan. Beide hatten in ihrer Jugend einen Hund namens Toy.
Ich sage Tom Bouchard, ich könnte mir beim besten Willen nicht vorstellen, daß etwa bestimmte Namen genetisch programmiert seien.
Er lacht. „Ich auch nicht. Natürlich ist diese Vorstellung absurd.“
Also alles reiner Zufall?
Auftrag 1:
Lesen Sie die Texte und versuchen Sie, in einer kurzen Zusammenfassung die Quintessenz daraus zu formulieren. Beantworten Sie die folgenden Fragen:
– Wenn eineiige Zwillinge getrennt aufwachsen, welche Möglichkeiten ergeben sich für die Forschung?
– Erwarten wir von den Persönlichkeitsmerkmalen von Jack Yufe und Oskar Stöhr, dass sie sich verändern? Warum?
– Welche Merkmale scheinen vererblich zu sein?
– Wo wird die Geschichte fast unglaubwürdig und warum?
Auftrag 2:
Besprechen Sie in der Gruppe, was sich an unserm Leben verändern würde, wenn wir ausschliesslich von Genen gesteuert wären und keine Beeinflussung durch die Umwelt möglich wäre. Schreiben Sie diese Gedanken in einem kurzen Essay auf.
6.2 Arbeitsblatt 2: Epigenese und Präformation
Auftrag:
– Versuchen Sie, das den drei Texten zugrunde gelegte Weltbild zu beschreiben.
– Welche Verbindung sehen Sie zwischen der Abbildung vom Homunculus und den Texten? Formulieren Sie.
– Diskutieren Sie, wie Sie mit diesem Weltbild leben könnten.
– Diskutieren Sie weiter, ob es eine Rolle spielt, was Sie und ich und alle anderen über diese Weltbilder denken.
John Locke (1632-1704)
Nehmen wir also an, der Geist sei, wie man sagt, ein unbeschriebenes Blatt, ohne alle Schriftzeichen, frei von allen Ideen; wie werden ihm diese dann zu¬geführt? Wie gelangt er zu dem gewaltigen Vorrat an Ideen, womit ihn die geschäftige schrankenlose Phantasie des Menschen in nahezu unendlicher Mannigfaltigkeit beschrieben hat? Woher hat er all das Material für seine Ver¬nunft und für seine Erkenntnis? Ich antworte darauf mit einem einzigen Wort: aus der Erfahrung.
John B. Watson (1878-1958)
Gebt mir ein Dutzend gesunder, wohlgebildeter Kinder und meine eigene Umwelt, in der ich sie erziehe, und ich garantiere, dass ich jedes nach dem Zufall auswähle und es zu einem Spezialisten in irgendeinem Beruf erziehe, zum Arzt, Richter, Künstler, Kaufmann oder zum Bettler und Dieb, ohne Rücksicht auf seine Begabungen, Neigungen, Fähigkeiten, Anlagen und die Herkunft seiner Vorfahren.
Jean-Jacques Rousseau (1712-1778)
Je mehr man darüber nachdenkt, desto mehr findet man, daß dieser Zustand der am wenigsten den Revolutionen ausgesetzte, der beste für den Menschen war und daß der Mensch nur aufgrund irgendeines unheilvollen Zufalls aus ihm herausgetreten sein muß, der sich zum allgemeinen Nutzen niemals hätte ereignen sollen. Das Beispiel der Wilden – die man beinahe alle an diesem Punkt angetroffen hat – scheint zu bestätigen, daß das Menschengeschlecht dazu geschaffen war, für immer in ihm zu verbleiben; daß dieser Zustand die wahrhafte Jugend der Welt ist; und daß alle späteren Fortschritte dem Scheine nach ebenso viele Schritte hin zur Vollendung des Individuums und in Wirk¬lichkeit zum Verfall der Art gewesen sind.
Das Bild aus dem Jahre 1694 zeigt den sogenannten Homunculus, ein kleines Menschlein, den man mangels guter Mikroskope in das Spermium des Menschen hineininterpretiert hat.
Die sogenannte Präformationstheorie war eine allgemein akzeptierte Sichtweise für die Entwicklung von Lebewesen:
Man dachte, dass das fertige Wesen mit all seinen Organen sich in den Keimzellen verstecke und darauf warte, sich wie eine Knospe zu entfalten.
Daraus folgt aber, dass in den Keimzellen bereits die Keimzellen von all den zukünftigen Nachfahren enthalten sein müssen, einer im anderen verschachtelt.
6.3 Arbeitsblatt 3: Ähnlichkeit und Unterschiede
Sie kennen vielleicht das Lied von der Gruppe Pink Floyd: Another Brick In The Wall. Dort heisst es eindringlich: We don’t need no education. We don’t need no thought control. Diskutieren Sie in der Gruppe, wie eine Welt ohne Erziehung und ohne Schule aussehen würde. Schreiben Sie dazu ihre Gedanken als kurzes Essay.
Auftrag:
Diskutieren Sie in der Gruppe die folgenden Fragen und halten Sie die Ergebnisse Ihrer Gesprächsarbeit schriftlich fest:
– Wie ähnlich sind wir unseren Eltern bzw. unseren Vorfahren?
– Wie stark bin ich beeinflusst von meinen Eltern?
– Wann und von wo werde ich am meisten beeinflusst?
– Welche Meinungen decken sich mit denen meiner Familie, wo bin ich gegensätzlich? Weichen meine Berufsziele von denen meiner Familie / Vorfahren ab oder ähneln sie sich?
– Braucht es wirklich Erziehung? Schule? Braucht es moralische Vorstellungen, welche uns in der Jugend Grenzen setzen?
– Wie könnte man herausfinden, ob Intelligenz überwiegend vererbt oder durch Anstrengung / Bildung erworben werden?
6.4 Arbeitsblatt 4: Interpretation von Resultaten aus der Zwillingsforschung
Auftrag:
Untenstehende Tabellen geben eine Auswahl von Eigenschaften / Krankheiten und ihre Übereinstimmung bei monozygoten und dizygoten Zwillingen. Bearbeiten Sie die folgenden Fragen:
– Was ist der Unterschied zwischen der monozygoten (eineiigen) und der dizygoten (zweieiigen) Gruppe?
– Was bedeutet ein hoher %-Wert, was ein kleiner Wert?
– Lesen Sie die Tabelle und versuchen sie, die Grundaussage in Worten zu erklären.
– Welche Werte fallen Ihnen auf?
– Wo scheint die Vererbung, wo die Umwelt besonders grossen Einfluss zu haben?
– Versuchen Sie, in Kooperation mit der Gruppe, ein kleines Referat über diese Tabelle vorzubereiten.
Tabelle 1: Konkordanz und Diskonkordanz in Merkmalsausprägung bei Zwillingen
| Eigenschaft | Konkordanz in eineiigen Zwillingen in % |
Konkordanz in zweieiigen Zwillingen in % |
| Augenfarbe | 100 | 52 |
| Gewicht | 66 | 48 |
| Kopflänge | 91 | 58 |
| Schizophrenie | 34 | 12 |
| Bronchialasthma | 63 | 38 |
| Manisch depressive Psychosen | 67 | 5 |
| Mentale Retardation | 67 | 0 |
| Epilepsie | 54 | 24 |
| Tuberkulose | 54 | 27 |
| Diabetes mellitus | 60 | 13 |
| Krebserkrankungen | 16 | 13 |
| Tod durch akute Infektionen | 8 | 9 |
Tabelle 2: Erblichkeit in % der „Big Five Factors“ (Extraversion, Agreeableness oder angenehmes Wesen, Conscientiousness oder Gewissenhaftigkeit, Neuroticism oder neurotische Tendenzen, Openness oder Offenheit) basierend auf einer Literaturrecherche (Bouchard 1997)
| Eigenschaft | Erblichkeit in % |
| Extraversion | 54 |
| angenehmes Wesen | 52 |
| Gewissenhaftigkeit | 40 |
| neurotische Tendenz | 58 |
| Offenheit | 52 |
7 Literaturverzeichnis
7.1 Benutzte Printmedien
Dittfurth, H. v., 1983: Sind wir die Marionetten der Gene? GEO Nr. 5, S. 38.
Drews, U., 1993: Taschenatlas der Embryologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York
Dunn, J., & Plomin, R. 1996: Warum Geschwister so verschieden sind. Klett-Cotta. Stuttgart
Eberhard-Metzger, C., 1998: Länge oder Breite? Studien über Zwillinge beleben den alten Streit darüber, wieviel ererbt und wieviel erworben ist, 3/1998, einblick, die Zeitschrift des Deutschen Krebsforschungszentrums, Heidelberg
Falconer, D. S., 1984: Einführung in die quantitative Genetik. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart
Fraga, M. et al., 2005: Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. PNAS 102 (30): 10604. (2005)
Galton, F., 1875: The history of twins, as a criterion of the relative powers of nature and nurture. J. Anthropol. Inst. 12: 566-576.
Gould, S. J., 1994: Der falsch vermessene Mensch, 2. Auflage, Surkamp, Frankfurt am Main.
Hartl, D.L. 1985: Our uncertain heritage: Genetics & Human diversity, 2nd ed. Harper & Row, New York
Hennig, W. 1995: Genetik. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York
Jaenike, J., A. Paul, 2004: Biologie heute entdecken S2. Gymnasium. Schroedel, Nordrhein-Westfalen.
Langman, J., 1989: Medizinische Embryologie. Die normale menschliche Entwicklung und ihre Fehlbildungen, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York
Ministerium für Umwelt, Natur und Forsten des Landes Schleswig-Holstein, 2002: Gehölz-Verbundprojekt, Grundlagen für die Risikobewertung transgener Gehölze, Juni 2002.
Pinker, S., 2003: Das unbeschriebene Blatt. Die moderne Leugnung der menschlichen Natur. Aus dem Amerikanischen von Hainer Kober. Berlin Verlag, Berlin.
Plomin, R. u.a., 1999: Gene, Umwelt und Verhalten. Einführung in die Verhaltensgenetik. Verlag Huber, Bern.
Ridley, M., 2003: Nature Via Nurture: Genes, Experience and What Makes Us Human, Harper Collins, New York
Rigos, A. 1998: „Eltern sind austauschbar“, DER SPIEGEL 47/1998
Sauermost, R. 2000: Lexikon der Naturwissenschaftler, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin
Schmucker, D., Clemens J. C., Shu. H., Worby C. A., Xiao J., Muda M., Dixon J. E., & Zipursky S.L., 2000: Drosophila Dscam Is an Axon Guidance Receptor Exhibiting Extraordinary Molecular Diversity. Cell, 101, 671-684
Spitz, R. A., 2000: Angeboren oder erworben? Die Zwillinge Cathy und Rosy, eine Naturgeschichte der menschlichen Persönlichkeit und ihrer Entwicklung. Vorw. v. Eva M. Spitz-Blum, Hrsg. u. eingel. v. Lotte Köhler, Beltz Taschenbücher Bd.45, Weinheim und Basel
Strachan, T., A. P. Read, 1996: Molekulare Humangenetik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, Oxford
Kamin L. and A. Goldberger, 2002: Twin Studies in Behavioural Research“, in: Theoretical Population Biology, Bd. 61, Heft 1, Academic Press, London
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Wagenschein, M. 1970: Verstehen lehren. Verlag Julius Beltz, Weinheim, Berlin, Basel
Watson, J. B. 1924: Behaviorism. New York: Norton.
7.2 Benutzte Internetquellen
http://www.embryology.ch/allemand/fplacenta/fecond01.html
http://neuro.med.harvard.edu/site/faculty/schmucker.html
http://umwelt.landsh.server.de/servlet/is/21838/Hintergrund.pdf
http://www.sciencenews.org/articles/20050709/fob1.asp
http://www.pnas.org/cgi/reprint/102/30/10604
http://www.webfamilie.at/forum/phorum/read.php?f=7&i=15957&t=15957
Bilderserie
Bild Eineiige und zweieiige Zwillinge: Humanbiologie von Bauer, Ernst W., 1980 Cornesen-Velhagen & Klasing Verlag für Lehrmedien, Berlin.
Ferreira-Zwillinge
Verschuer Sauermost, R. 2000: Lexikon der Naturwissenschaftler, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin
Redden: http://biochem118.stanford.edu/Projects/2003/Redden.pdf
7.3 Bildnachweis
Abbildung 1: Blossfeldt: http://www.moersch-photochemie.de/images/pic/pic_461.jpg
Herz: http://www.herz.at/images/3_herz_getrennt_kreislauf.gif
Zweizellstadium: http://www.fehr-ivf.ch/befruchtet.html
Zwillinge: http://organic.typepad.com/photos/uncategorized/richard_ernest_2.JPG
Chromosomen: http://www.gbmc.org/bin/r/x/karyotype.jpg
Abbildung 2:
Galton: http://www.huxley.net/contexts/
Siemens: nn
Burt: http://rcswww.urz.tu-dresden.de/
Bouchard: http://www.individualdifferences.info/LondonPersonnel.htm
Oskar und Jack in weiss: http://www.lichtfilm.de/efilm/efilme_12.html
Bouchard: http://www.wiesner.research.umich.edu/2001/bios.html
Jim Twins (http://www.lexi-tv.de/lexikon/) oder neu: Schroedel II
Oskar und Jack http://www.sfjff.org/
Catharina und Catharina: http://www.planet-wissen.de/
André und Oskar: http://www.presse.uni-wuppertal.de/