Die Flucht in 30 Millisekunden

Die Schülerinnen und Schüler verfolgen einen Reflex von den Augen bis zu den Beinmuskeln in etwa 30 Millisekunden und zeigen, dass die schnelle Flucht an einem einzigen Glied hängt: der Riesenfaser.

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.

Reflexbögen

Eine vollständige Reflexbahn in drei Teilen: die sensorische Seite (die Annäherungsneuronen, die melden, was die Augen sehen), eine Schaltstation (die Riesenfaser) und Motoneuronen (die Sprungneuronen). Anders als beim Kniesehnenreflex läuft diese Verschaltung über das Gehirn.

Wie der Aufbau eines Netzwerks das Verhalten bestimmt

Das Signal läuft von Hunderten Annäherungsneuronen auf die Riesenfaser zusammen. Wegen dieses Engpasses verschwindet das Verhalten, wenn man eine einzige Zellart stummschaltet.

Synapsen und Neurotransmitter

Die Riesenfaser ist dick, und das macht ihr Signal schnell. In einer echten Fliege nutzt sie außerdem elektrische Synapsen, die schnellste Art; das Modell hat nur chemische Synapsen.

1. 5 Min.

   Einstiegsfrage

   Fragen Sie: „Warum ist es so schwer, eine Fliege zu erwischen?“ Sammeln Sie ein paar Ideen und kündigen Sie dann an, dass die Klasse misst, wie lange die Flucht der Fliege dauert, und die Leitung findet, die dahintersteckt.

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 ruht sich aus, als eine Fliegenklatsche heransaust, und springt in etwa 30 Millisekunden davon. Die Geschichte führt zu der Frage: Was in einem Gehirn kann so schnell sein?

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

   Welche Teile dieses Körpers braucht die Fliege, um zu fliehen?

2. Gehirn

   Das Signal beginnt in den Augen und endet in den Beinen. Wo muss es unterwegs durch?

3. Schaltkreis

   Hunderte blaue Zellen und nur zwei rote Linien, eine auf jeder Seite. Was fällt euch an dem Weg auf?

4. Neuron

   Diese eine Zelle ist ungewöhnlich dick. Warum hilft eine dicke Leitung bei einer schnellen Flucht?

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

   Eine Fliegenklatsche saust auf die Fliege zu. Tippe auf „Stimulieren“, um die Annäherungsneuronen (die Klatschen-Späher) feuern zu lassen.

   Die blauen Annäherungsneuronen leuchten zuerst auf, und die rote Riesenfaser folgt fast sofort.

2. Schritt 2

   Tippe noch einmal auf „Stimulieren“. Folge der Riesenfaser (der Fluchtleitung) hinunter ins Bauchmark (wie ein Rückenmark).

   Die Aktivität läuft die Riesenfaser hinunter ins Bauchmark, und die gelben Sprungneuronen feuern innerhalb von 30 Millisekunden Fliegenzeit.

3. Schritt 3

   Schalte jetzt die Riesenfaser (die Fluchtleitung) stumm. Wir schicken die Fliegenklatsche. Beobachte die Sprungneuronen (die Beinkicker).

   Blau leuchtet weiterhin, Rot bleibt dunkel, und Gelb feuert gar nicht. Die Fliege hat die Fliegenklatsche gesehen, aber die Nachricht ist nicht bei ihren Beinen angekommen.

4. Schritt 4

   Tippe noch einmal auf den Knopf der Riesenfaser (der Fluchtleitung), um sie wieder einzuschalten. Wir schicken dieselbe Fliegenklatsche.

   Gelb feuert wieder, sobald die Riesenfaser wieder eingeschaltet ist.

Du hast die Riesenfaser (die Fluchtleitung) stummgeschaltet. Warum sind die Beinkicker dunkel geblieben?

Die richtige Antwort: Die Fluchtleitung bringt das Sprungsignal zu den Beinkickern.

Die Riesenfaser bringt das Sprungsignal von den Annäherungsneuronen zu den Sprungneuronen. Ist sie stummgeschaltet, sieht die Fliege die Fliegenklatsche weiterhin, denn die blauen Zellen leuchten auf, aber das Signal bleibt vor den Beinen stecken. Echte Fliegen haben auch langsamere Fluchtwege, wie der letzte Schritt der Lektion sagt.

1. Diese Flucht ist schneller als ein Wimpernschlag. Welche Eigenschaften der Bahn machen sie so schnell?
2. Warum könnte es für ein Tier nützlich sein, einen schnellen Fluchtweg und mehrere langsamere zu haben?
3. Vergleicht diese Bahn mit einem menschlichen Reflex, den ihr kennt, etwa dem Wegziehen der Hand von etwas Heißem. Was ist gleich, und was ist anders?

• Mögliche Schülervorstellung: Die Fliege entscheidet sich zu springen.

  So gehen Sie darauf ein: Der schnellste Sprung funktioniert wie ein Reflex: Die Verschaltung leitet das Signal ohne Umweg durch. Langsamere Fluchten lassen ein wenig Zeit, den Sprung auszurichten, aber keine Zeit zum Nachdenken.

• Mögliche Schülervorstellung: Wenn die Fliege nicht gesprungen ist, hat sie die Fliegenklatsche nicht gesehen.

  So gehen Sie darauf ein: Der Schritt mit dem Stummschalten trennt beides. Die Annäherungsneuronen feuern, die Fliege hat die Klatsche also gesehen. Sehen und Handeln sind verschiedene Stufen derselben Bahn.

• Mögliche Schülervorstellung: Ein einzelnes Neuron kann in einem ganzen Gehirn keine Rolle spielen.

  So gehen Sie darauf ein: Hier leitet eine einzige Zellart das gesamte schnelle Signal. Überall, wo sich eine Bahn auf wenige Zellen verengt, kommt es auf jede von ihnen sehr an.

Die vollständige Liste, mit Zahlen

Annäherungsneuronen.

Nervenzellen hinter den Augen der Fliege. Sie feuern, wenn etwas im Blickfeld schnell größer wird, etwa eine heransausende Fliegenklatsche. In der Forschung heißen sie LC4 und LPLC2.

Riesenfaser.

Eine sehr dicke Nervenzelle, die vom Gehirn hinunter ins Bauchmark zieht. Sie leitet das schnellste Fluchtsignal der Fliege. Eine Fliege hat zwei davon, eine auf jeder Seite.

Bauchmark.

Das Rückenmark der Fliege, sozusagen: ein Bündel von Nervenzellen in ihrer Brust, das Beine und Flügel steuert.

Sprungneuronen.

Motoneuronen, die die Sprungmuskeln der Mittelbeine zum Zusammenziehen bringen, sodass die Fliege in die Luft schnellt.

Reflexbogen.

Der Weg eines Reflexes: von sensorischen Neuronen über eine oder mehrere Schaltzellen zu den Motoneuronen, die einen Muskel bewegen.

Sensorisches Neuron.

Ein Neuron, das etwas aus der Umwelt aufnimmt, etwa Licht oder einen Duft, und es dem Gehirn meldet.

Motoneuron.

Ein Neuron, das einen Befehl zu einem Muskel leitet und ihn dazu bringt, sich zusammenzuziehen.

Elektrische Synapse.

Ein direkter Kanal zwischen zwei Neuronen, der ein Signal fast ohne Verzögerung weitergibt. Die Karte hinter den Lektionen erfasst nur chemische Synapsen.

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