Ontsnappen in 30 milliseconden

Leerlingen volgen een reflex van de ogen naar de pootspieren in ongeveer 30 milliseconden, en laten zien dat de snelle ontsnapping afhangt van één schakel: de reuzenvezel.

Een gedeeld scherm helpt, maar hoeft niet: een beamer, digibord, tv of een computerscherm dat de hele klas kan zien. Leerlingen hebben een apparaat met internet nodig, het liefst één per tweetal: een laptop, tablet of telefoon. Je hoeft niets te installeren en er zijn geen accounts nodig. Elke les begint met een korte uitleg over hoe je het scherm leest, en op elke wetenschappelijke term kun je tikken voor uitleg.

Reflexbogen

Een complete reflexroute in drie delen: de sensorische kant (de naderingsneuronen, die doorgeven wat de ogen zien), een schakel (de reuzenvezel) en motorneuronen (de springneuronen). Anders dan bij de kniepeesreflex loopt deze schakel door het brein.

Hoe de bouw van een netwerk het gedrag bepaalt

Het signaal van honderden naderingsneuronen komt samen op de reuzenvezel. Door dat knelpunt verdwijnt het gedrag als je één soort cel stillegt.

Synapsen en neurotransmitters

De reuzenvezel is dik, en dat maakt zijn signaal snel. In een echte vlieg gebruikt hij ook elektrische synapsen, de snelste soort; het model heeft alleen chemische synapsen.

1. 5 min

   Openingsvraag

   Vraag: “Waarom is het zo moeilijk om een vlieg dood te slaan?” Verzamel een paar ideeën en vertel dan dat de klas de ontsnapping van de vlieg gaat timen en de draad erachter gaat zoeken.

2. 10 min

   Demonstratie met “Laat zien hoe het werkt”

   Laat de les in klasmodus zien op een gedeeld scherm (beamer, digibord, tv of computerscherm) en druk op “Laat zien hoe het werkt”. Lees elke stap hardop voor terwijl hij afspeelt. Is er geen gedeeld scherm, dan openen leerlingen dezelfde demonstratie op hun eigen apparaat. De demonstratie stopt bij de vraag van de les: laat die nog even onbeantwoord.

3. 20 min

   Leerlingen gaan zelf aan de slag

   De leerlingen werken in tweetallen op hun eigen apparaat, met het werkblad erbij. Voor elke tik schrijven ze een voorspelling op. Ze doorlopen de les, beantwoorden de vraag en proberen vrij spel uit.

4. 10 min

   Nabespreking

   Verzamel de antwoorden van de tweetallen op de vraag van de les en gebruik daarna de discussievragen hieronder. Sluit af met wat het model weglaat.

Dror zit uit te rusten als er een vliegenmepper op hem af suist, en hij springt in ongeveer 30 milliseconden weg. Het verhaal leidt naar de vraag: wat in een brein kan zo snel zijn?

De les begint met een korte strip over Dror, de vlieg. Lees de plaatjes hardop voor of laat de leerlingen ze zelf lezen; dat duurt ongeveer een minuut. Het laatste plaatje komt terug op het eindscherm van de missie.

Projecteer de les. Sta stil bij elk van de vier niveaus en stel de bijbehorende vraag voordat je inzoomt. Met de niveauknoppen spring je naar elk niveau, en met de knop met het vergrootglas open je de zoom opnieuw op elk moment in de les.

1. Vlieg

   Welke delen van dit lijf heeft de vlieg nodig om te ontsnappen?

2. Brein

   Het signaal begint in de ogen en eindigt in de poten. Waar moet het onderweg langs?

3. Circuit

   Honderden blauwe cellen, en maar twee rode lijnen, één aan elke kant. Wat valt je op aan de route?

4. Neuron

   Deze ene cel is ongewoon dik. Waarom zou een dikke draad helpen bij een snelle ontsnapping?

Het lijf en het brein komen van twee verschillende vliegen en worden samen op ware grootte getoond. Vertel dat aan de klas.

Vóór de stap met het stilleggen kiezen leerlingen wat er volgens hen gaat gebeuren. Laat ze eerst hun hand opsteken. Er worden geen punten gegeven, en een verkeerde gok kost niets.

1. Stap 1

   Een vliegenmepper duikt op de vlieg af. Tik op Stimuleren om de naderingsneuronen (de meppermelders) te laten vuren.

   De blauwe naderingsneuronen lichten als eerste op, en de rode reuzenvezel volgt bijna meteen.

2. Stap 2

   Tik nog een keer op Stimuleren. Volg de reuzenvezel (de ontsnappingsdraad) omlaag, de zenuwstreng (een soort ruggenmerg) in.

   De activiteit loopt via de reuzenvezel omlaag de zenuwstreng in, en de gele springneuronen vuren binnen 30 milliseconden vliegentijd.

3. Stap 3

   Nu ga je de reuzenvezel (de ontsnappingsdraad) stilleggen. Wij sturen de vliegenmepper. Kijk naar de springneuronen (de pootschoppers).

   Blauw licht nog op, rood blijft donker en geel vuurt helemaal niet. De vlieg zag de vliegenmepper wel, maar de boodschap kwam niet bij zijn poten aan.

4. Stap 4

   Tik nog een keer op de knop van de reuzenvezel (de ontsnappingsdraad) om hem weer aan te zetten. Wij sturen dezelfde vliegenmepper.

   Geel vuurt weer zodra de reuzenvezel weer aan staat.

Je hebt de reuzenvezel (de ontsnappingsdraad) stilgelegd. Waarom bleven de pootschoppers donker?

Het juiste antwoord: De ontsnappingsdraad brengt het springsignaal naar de pootschoppers.

De reuzenvezel brengt het springsignaal van de naderingsneuronen naar de springneuronen. Is hij stilgelegd, dan ziet de vlieg de vliegenmepper nog wel, want de blauwe cellen lichten op, maar het signaal stopt vóór de poten. Echte vliegen kunnen ook op tragere manieren ontsnappen, zoals de laatste stap van de les zegt.

1. Deze ontsnapping gaat sneller dan je met je ogen kunt knipperen. Door welke kenmerken van de route gaat het zo snel?
2. Waarom kan het voor een dier handig zijn om één snelle ontsnappingsroute te hebben en een paar tragere?
3. Vergelijk deze route met een reflex bij mensen die je kent, zoals je hand terugtrekken van iets heets. Wat is hetzelfde, en wat is anders?

• Leerlingen denken misschien: De vlieg besluit om te springen.

  Zo ga je erop in: De snelste sprong werkt als een reflex: de bedrading stuurt het signaal er rechtstreeks doorheen. Bij tragere ontsnappingen is er wat tijd om de sprong te richten, maar geen tijd om erover na te denken.

• Leerlingen denken misschien: Als de vlieg niet sprong, heeft hij de vliegenmepper niet gezien.

  Zo ga je erop in: De stap met stilleggen haalt die twee uit elkaar. De naderingsneuronen vuren, dus de vlieg zag hem. Zien en reageren zijn verschillende stappen van één route.

• Leerlingen denken misschien: Eén neuron kan er in een heel brein niet toe doen.

  Zo ga je erop in: Hier draagt één soort cel het hele snelle signaal. Overal waar een route versmalt tot een paar cellen, doet elke cel er enorm toe.

De volledige lijst, met getallen

Naderingsneuronen.

Zenuwcellen achter de ogen van de vlieg. Ze vuren als iets snel groter wordt in beeld, zoals een naderende vliegenmepper. Wetenschappers noemen ze LC4 en LPLC2.

Reuzenvezel.

Een heel dikke zenuwcel die van het brein omlaag loopt, de zenuwstreng in. Hij vervoert het snelste ontsnappingssignaal van de vlieg. Een vlieg heeft er twee, één aan elke kant.

Zenuwstreng.

Het ruggenmerg van de vlieg, zeg maar: een bundel zenuwcellen in het borststuk die de poten en vleugels aanstuurt.

Springneuronen.

Motorneuronen die de springspieren van de middelste poten laten samentrekken, zodat de vlieg de lucht in schiet.

Reflexboog.

De route die een reflex volgt: van sensorische neuronen, via één of meer schakelcellen, naar de motorneuronen die een spier bewegen.

Sensorisch neuron.

Een neuron dat iets uit de buitenwereld oppikt, zoals licht of een geur, en dat aan het brein doorgeeft.

Motorneuron.

Een neuron dat een opdracht naar een spier brengt en die laat samentrekken.

Elektrische synaps.

Een rechtstreeks kanaal tussen twee neuronen dat een signaal bijna zonder vertraging doorgeeft. De kaart achter de lessen legt alleen chemische synapsen vast.

Dit onderdeel is nog niet ingevuld. De aansluiting op het officiële biologiecurriculum wordt nog nagegaan met biologiedocenten.