La fuga in 30 millisecondi

Gli studenti seguono un riflesso dagli occhi ai muscoli delle zampe in circa 30 millisecondi, e mostrano che la fuga veloce dipende da un solo anello della catena: la fibra gigante.

Uno schermo condiviso aiuta, ma è facoltativo: un proiettore, un televisore o lo schermo di un computer che tutta la classe possa vedere. Agli studenti serve un qualsiasi dispositivo connesso a internet, meglio se uno per coppia: portatile, tablet o smartphone. Non c’è niente da installare e non servono account. Ogni lezione si apre con una breve guida su come leggere lo schermo, e ogni termine scientifico si può toccare per leggerne la spiegazione.

Archi riflessi

Un’intera via riflessa in tre parti: il lato sensoriale (i neuroni di avvicinamento, che riferiscono ciò che vedono gli occhi), una stazione intermedia (la fibra gigante) e motoneuroni (i neuroni del salto). A differenza del riflesso patellare, qui il segnale passa dal cervello.

Come la struttura di una rete determina il comportamento

Il segnale si restringe da centinaia di neuroni di avvicinamento alla fibra gigante. È per questa strozzatura che silenziare un solo tipo di cellula elimina il comportamento.

Sinapsi e neurotrasmettitori

La fibra gigante è spessa, e questo rende veloce il suo segnale. In un moscerino vero usa anche sinapsi elettriche, le più veloci; il modello ha solo sinapsi chimiche.

1. 5 min

   Domanda di apertura

   Chiedi: «Perché è così difficile schiacciare una mosca?» Raccogli qualche idea, poi di’ che la classe cronometrerà la fuga del moscerino e troverà il filo che la rende possibile.

2. 10 min

   Dimostrazione con «Fammi vedere come funziona»

   Mostra la lezione in modalità classe su uno schermo condiviso (proiettore, televisore o schermo di un computer) e premi «Fammi vedere come funziona». Leggi ad alta voce ogni passaggio mentre scorre. Senza uno schermo condiviso, gli studenti aprono la stessa dimostrazione sui propri dispositivi. La dimostrazione si ferma alla domanda della lezione: per ora lasciala senza risposta.

3. 20 min

   Gli studenti esplorano

   Gli studenti lavorano a coppie sui propri dispositivi, con la scheda di lavoro. Scrivono una previsione prima di ogni tocco, svolgono la lezione, rispondono alla sua domanda e provano l’esplorazione libera.

4. 10 min

   Discussione

   Raccogli le risposte delle coppie alla domanda della lezione, poi usa le domande per la discussione qui sotto. Chiudi con ciò che il modello lascia fuori.

Dror si sta riposando quando uno scacciamosche gli piomba addosso, e lui si mette in salvo con un salto in circa 30 millisecondi. La storia prepara la domanda: che cosa, in un cervello, può essere così veloce?

La lezione si apre con un breve fumetto su Dror, il moscerino. Leggi le vignette ad alta voce o lasciale leggere agli studenti; ci vuole circa un minuto. L’ultima vignetta ritorna nella schermata di fine missione.

Proietta la lezione. Fermati a ciascuno dei quattro livelli e fai la sua domanda prima di ingrandire. I pulsanti dei livelli portano direttamente a qualsiasi livello, e il pulsante con la lente riapre lo zoom in qualsiasi momento della lezione.

1. Moscerino

   Di quali parti di questo corpo ha bisogno il moscerino per scappare?

2. Cervello

   Il segnale parte dagli occhi e finisce nelle zampe. Da dove deve passare lungo il percorso?

3. Circuito

   Centinaia di cellule blu e solo due linee rosse, una per lato. Che cosa noti nel percorso?

4. Neurone

   Questa cellula è insolitamente spessa. Perché un filo spesso aiuterebbe una fuga veloce?

Il corpo e il cervello vengono da due moscerini diversi, mostrati insieme nelle loro dimensioni reali. Dillo alla classe.

Prima del passaggio in cui si silenzia, gli studenti scelgono che cosa succederà secondo loro. Fai prima votare per alzata di mano. Non c’è nessun punteggio, e una previsione sbagliata non costa nulla.

1. Passaggio 1

   Uno scacciamosche piomba sul moscerino. Tocca «Stimola» per attivare i neuroni di avvicinamento (sentinelle).

   I neuroni di avvicinamento blu si accendono per primi, e la fibra gigante rossa li segue quasi subito.

2. Passaggio 2

   Tocca di nuovo «Stimola». Segui la fibra gigante (filo di fuga) giù nel cordone nervoso (come un midollo).

   L’attività scende lungo la fibra gigante nel cordone nervoso, e i neuroni del salto gialli si attivano entro 30 millisecondi del tempo del moscerino.

3. Passaggio 3

   Ora silenzia la fibra gigante (filo di fuga). Lo scacciamosche lo mandiamo noi. Guarda i neuroni del salto (motori delle zampe).

   Il blu si accende ancora, il rosso resta spento e il giallo non si attiva mai. Il moscerino ha visto lo scacciamosche, ma il messaggio non è arrivato alle zampe.

4. Passaggio 4

   Tocca di nuovo il pulsante della fibra gigante (filo di fuga) per riattivarla. Mandiamo di nuovo lo stesso scacciamosche.

   Il giallo si attiva di nuovo appena la fibra gigante viene riattivata.

Hai silenziato la fibra gigante (filo di fuga). Perché i motori delle zampe sono rimasti spenti?

La scelta giusta: Il filo di fuga porta il segnale del salto ai motori delle zampe.

La fibra gigante porta il segnale del salto dai neuroni di avvicinamento ai neuroni del salto. Quando è silenziata, il moscerino vede lo stesso lo scacciamosche, perché le cellule blu si accendono, ma il segnale si ferma prima delle zampe. I moscerini veri hanno anche vie di fuga più lente, come dice l’ultimo passaggio della lezione.

1. Questa fuga è più veloce di un battito di ciglia. Quali caratteristiche della via la rendono così veloce?
2. Perché a un animale può essere utile avere una via di fuga veloce e diverse vie più lente?
3. Confronta questa via con un riflesso umano che conosci, per esempio ritirare la mano da qualcosa che scotta. Che cosa è uguale e che cosa è diverso?

• Gli studenti potrebbero pensare: Il moscerino decide di saltare.

  Come affrontarla: Il salto più veloce funziona come un riflesso: i collegamenti portano il segnale dritto fino in fondo. Le fughe più lente lasciano un po’ di tempo per mirare il salto, ma non per pensarci su.

• Gli studenti potrebbero pensare: Se il moscerino non è saltato, vuol dire che non ha visto lo scacciamosche.

  Come affrontarla: Il passaggio in cui si silenzia separa le due cose. I neuroni di avvicinamento si attivano, quindi il moscerino l’ha visto. Vedere e agire sono fasi diverse della stessa via.

• Gli studenti potrebbero pensare: Un solo neurone non può contare in un cervello intero.

  Come affrontarla: Qui un solo tipo di cellula porta tutto il segnale veloce. Ovunque una via si restringa a poche cellule, ciascuna di esse conta moltissimo.

L’elenco completo, con i numeri

Neuroni di avvicinamento.

Cellule nervose dietro gli occhi del moscerino. Si attivano quando qualcosa si ingrandisce in fretta, come uno scacciamosche in arrivo. Gli scienziati le chiamano LC4 e LPLC2.

Fibra gigante.

Una cellula nervosa molto spessa che scende dal cervello fino al cordone nervoso. Porta il segnale di fuga più veloce del moscerino. Un moscerino ne ha due, una per lato.

Cordone nervoso.

Il midollo spinale del moscerino, per così dire: un fascio di cellule nervose nel torace che comanda zampe e ali.

Neuroni del salto.

Motoneuroni che fanno contrarre i muscoli del salto delle zampe centrali, così il moscerino scatta in aria.

Arco riflesso.

Il percorso di un riflesso: dai neuroni sensoriali, attraverso una o più cellule intermedie, fino ai motoneuroni che muovono un muscolo.

Neurone sensoriale.

Un neurone che coglie qualcosa del mondo, come la luce o un odore, e lo riferisce al cervello.

Motoneurone.

Un neurone che porta un comando a un muscolo e lo fa contrarre.

Sinapsi elettrica.

Un canale diretto tra due neuroni che passa il segnale quasi senza ritardo. La mappa su cui si basano le lezioni registra solo le sinapsi chimiche.

Questa sezione non è ancora compilata. La corrispondenza con il programma ufficiale di biologia è in corso di verifica con docenti di biologia.