Woher eine Fliege weiß, wohin sie schaut

Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass ein Ring aus Neuronen die Blickrichtung der Fliege als einen einzigen Fleck von Aktivität festhält und dass die Hemmung durch die Ringneuronen diesen Fleck an seinem Platz hält.

Ein gemeinsamer Bildschirm hilft, ist aber nicht nötig: ein Beamer, ein Fernseher oder ein Computerbildschirm, den die ganze Klasse sieht. Die Schülerinnen und Schüler brauchen ein beliebiges Gerät mit Internetzugang, am besten eines für je zwei: Laptop, Tablet oder Smartphone. Es muss nichts installiert werden, und niemand braucht ein Konto. Jede Lektion beginnt mit einer kurzen Einführung, wie der Bildschirm zu lesen ist, und jeder Fachbegriff lässt sich antippen und wird dann erklärt.

Erregung und Hemmung

Das deutlichste Beispiel der drei Lektionen. Die Drehneuronen erregen den Kompass und schieben den Leuchtfleck weiter; die Ringneuronen hemmen ihn und halten den Leuchtfleck fest.

Synapsen und Neurotransmitter

Für die Ringneuronen ist GABA vorhergesagt, ein hemmender Transmitter. Die Kompass- und die Drehneuronen schütten Acetylcholin aus, das erregt.

Wie der Aufbau eines Netzwerks das Verhalten bestimmt

Die Kompassneuronen sind ringförmig verschaltet. Erst diese Form macht es möglich, dass ein einzelner Leuchtfleck für genau eine Richtung steht.

1. 5 Min.

   Einstiegsfrage

   Fragen Sie: „Schließt die Augen und dreht euch einmal im Kreis. Woher wisst ihr trotzdem, wohin ihr schaut?“ Erklären Sie dann, dass eine Fliege das mit einem kleinen Ring aus Zellen schafft und dass die Klasse diese Zellen gleich anschubsen wird.

2. 10 Min.

   Vorführung mit „Zeig mir, wie es funktioniert“

   Zeigen Sie die Lektion im Klassenmodus auf einem gemeinsamen Bildschirm (Beamer, Fernseher oder Computerbildschirm) und drücken Sie auf „Zeig mir, wie es funktioniert“. Lesen Sie jeden Schritt laut vor, während er abläuft. Ohne gemeinsamen Bildschirm öffnen die Schülerinnen und Schüler dieselbe Vorführung auf ihren eigenen Geräten. Die Vorführung hält bei der Frage der Lektion an: Lassen Sie diese vorerst unbeantwortet.

3. 20 Min.

   Die Klasse erkundet selbst

   Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zu zweit an ihren eigenen Geräten, mit dem Arbeitsblatt. Vor jedem Tippen notieren sie eine Vermutung, dann gehen sie die Lektion durch, beantworten deren Frage und probieren das freie Experimentieren aus.

4. 10 Min.

   Besprechung

   Sammeln Sie die Antworten der Zweiergruppen auf die Frage der Lektion und nutzen Sie dann die Diskussionsfragen unten. Sprechen Sie zum Schluss darüber, was das Modell weglässt.

Dror steuert auf einen Lichtspalt zu, ein Luftzug dreht ihn, und er steuert zurück auf Kurs. Die Geschichte führt zu der Frage: Woher weiß ein Gehirn, wohin sein Körper schaut?

Die Lektion beginnt mit einem kurzen Comic über die Fliege Dror. Lesen Sie die Texte vor oder lassen Sie die Schülerinnen und Schüler selbst lesen; das dauert etwa eine Minute. Das letzte Bild erscheint noch einmal auf dem Abschlussbildschirm.

Projizieren Sie die Lektion. Halten Sie auf jeder der vier Ebenen an und stellen Sie die zugehörige Frage, bevor Sie hineinzoomen. Mit den Ebenen-Knöpfen springen Sie zu jeder Ebene, und der Lupen-Knopf öffnet den Zoom an jeder Stelle der Lektion erneut.

1. Fliege

   Die Fliege hat keine Karte und kein GPS. Womit könnte sie einen geraden Kurs halten?

2. Gehirn

   Auf welche Sinne müsste ein Kompass hier drin hören?

3. Schaltkreis

   Diese Zellen bilden einen Ring. Warum könnte ein Ring eine gute Form für einen Kompass sein?

4. Neuron

   Das ist eine Richtungszelle. Wenn sie feuert: Was sagt sie wohl darüber, wohin die Fliege schaut?

Körper und Gehirn stammen von zwei verschiedenen Fliegen und werden zusammen in ihrer wahren Größe gezeigt. Sagen Sie das der Klasse.

Vor dem Schritt mit dem Stummschalten wählen die Schülerinnen und Schüler, was ihrer Meinung nach passiert. Lassen Sie zuerst per Handzeichen abstimmen. Nichts wird bewertet, und eine falsche Vermutung kostet nichts.

1. Schritt 1

   Tippe auf „Stimulieren“, um die linken Drehneuronen (das Drehsignal) feuern zu lassen. Beobachte dann die Kompassanzeige.

   Eine Gruppe grüner Kompassneuronen leuchtet auf einer Seite des Rings auf, und die Nadel der Kompassanzeige zeigt auf sie. Das ist der Leuchtfleck.

2. Schritt 2

   Tippe jetzt bei den rechten Drehneuronen (dem anderen Signal) auf „Stimulieren“. Behalte den Leuchtfleck im Blick.

   Der Leuchtfleck wandert über die Kompassanzeige. Die beiden Drehsignale schieben ihn in entgegengesetzte Richtungen.

3. Schritt 3

   Schalte die Ringneuronen (die Landmarkenboten) stumm. Sie melden, was die Fliege sieht. Wir lassen das rechte Drehsignal für dich feuern.

   Sind die violetten Ringneuronen ausgeschaltet, lässt dasselbe Signal den Leuchtfleck umherwandern, statt dass er an einer Stelle zur Ruhe kommt.

4. Schritt 4

   Tippe noch einmal auf den Knopf der Ringneuronen (der Landmarkenboten), um sie wieder einzuschalten. Wir schicken dasselbe Drehsignal.

   Der Leuchtfleck bleibt wieder an seinem Platz. Vergleichen Sie die Kompassanzeige mit dem Schritt davor.

Du hast die Landmarkenboten (die violetten Zellen) stummgeschaltet. Warum ist der Leuchtfleck abgedriftet?

Die richtige Antwort: Nichts hat dem Kompass gezeigt, wo die Landmarken sind, deshalb ist der Leuchtfleck verrutscht.

Nichts hat dem Kompass gezeigt, wo die Landmarken sind, also hat nichts den Leuchtfleck an seinem Platz gehalten. Das Drehsignal ist angekommen, denn die grünen Zellen haben geleuchtet. Gefehlt hat also ein Anker, kein Eingangssignal. Für Ältere: In diesem Modell ist der Anker die Hemmung durch die Ringneuronen.

1. Warum ist ein Ring eine gute Form für Zellen, die eine Richtung festhalten?
2. Die Ringneuronen dämpfen andere Zellen, statt sie zu erregen. Wie kann es einem Netzwerk helfen, besser zu arbeiten, wenn Zellen ausgeschaltet werden?
3. Auch Menschen verlieren im Dunkeln oder im Nebel die Orientierung. Was hat das mit dem Schritt gemeinsam, in dem die Ringneuronen stummgeschaltet werden?

• Mögliche Schülervorstellung: Die Fliege hat einen Magnetkompass, wie der im Handy.

  So gehen Sie darauf ein: Dieser Kompass ist ein Aktivitätsmuster, das die Fliege anhand ihrer eigenen Drehungen und dessen, was sie sieht, auf dem Stand hält. Nichts in diesem Schaltkreis nimmt Magnetismus wahr.

• Mögliche Schülervorstellung: Je mehr Zellen aktiv sind, desto besser ist das Signal.

  So gehen Sie darauf ein: Vergleichen Sie die letzten beiden Schritte: Ohne Hemmung wurde der Kompass schlechter. Hemmung gehört dazu, damit der Schaltkreis funktioniert.

• Mögliche Schülervorstellung: Der Leuchtfleck ist ein Gegenstand, der durchs Gehirn wandert.

  So gehen Sie darauf ein: Keine Zelle bewegt sich. Benachbarte Zellen sind nacheinander aktiv, wie bei einer La-Ola-Welle, die durchs Stadion läuft.

Die vollständige Liste, mit Zahlen

Drehneuronen.

Nervenzellen, die feuern, wenn sich die Fliege dreht, und den Leuchtfleck um den Kompass schieben. In der Forschung heißen sie P-EN2-Neuronen.

Kompassneuronen.

Ein Ring aus Nervenzellen, der festhält, wohin die Fliege gerade schaut. In der Forschung heißen sie E-PG-Neuronen.

Aktivitätsfleck.

Der Fleck aktiver Kompassneuronen. Seine Lage auf dem Ring zeigt, wohin die Fliege gerade schaut.

Ringneuronen.

Nervenzellen, die dem Kompass melden, was die Fliege sieht, zum Beispiel Landmarken. Sie dämpfen die Kompassneuronen, und das hält den Leuchtfleck an seinem Platz.

Landmarke.

Etwas, das die Fliege sieht und das an seinem Platz bleibt, wie die Sonne oder ein Baum. Damit hält die Fliege ihren Richtungssinn stabil.

Protozerebralbrücke.

Ein balkenförmiger Teil des Fliegengehirns, die Protozerebralbrücke. Durch sie ziehen sowohl die Kompassneuronen als auch die Drehneuronen.

Dieser Abschnitt ist noch nicht ausgefüllt. Die Zuordnung zum offiziellen Biologielehrplan wird derzeit mit Biologielehrkräften abgestimmt.