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Modellarbeit zum Weiterleiten von Aktionspotenzialen

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Im zweiten Halbjahr der 13. Klasse beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler des Leistungskurses Biologie (von Frau Kluge/Beuermann) mit dem Thema Neurobiologie.

Im Februar haben sich die Schülerinnen und Schüler mit der Weiterleitung von Erregungen in Form von Aktionspotentialen befasst. Bei einem Aktionspotential handelt es sich um einen Nervenimpuls, welcher für die Weiterleitung von Reizen verantwortlich ist.

Das Nervensystem leitet Informationen in Form von elektrische Impulsen weiter. In der Vorstellung ähnelt diese Weiterleitung dem Umfallen einer Reihe von Dominosteinen, nachdem diese angestoßen wurden. Aus diesem Grund wurde zur Veranschaulichung ein Versuch mit Dominosteinen durchgeführt, bei dem die Weiterleitung von Aktionspotentialen mit und ohne Myelinscheide verdeutlicht / visualisiert wurde.

Um dies gut darzustellen wurden zwei unterschiedliche Reihen mit Dominosteinen aufgebaut. Eine Reihe aus hochkant aufgestellten Dominosteinen und eine gleichlange Reihe mit Strohhalmen als Brücke zwischen zwei hochkant aufgestellten Dominosteinen. (siehe Beitragsbild)
Im Folgenden wurden beide Reihen zeitgleich angestoßen und die Schülerinnen und Schüler beobachteten das Umfallen der Dominosteine beider Reihen, um mögliche Unterschiede festzustellen.

Es ließ sich beobachten, dass die Reihe, welche mit Strohhalmbrücken versehen war, deutlich schneller umfiel.

Auf die Erregungsweiterleitung am Axon einer Nervenzelle kann dieses Ergebnis nun wie folgt übertragen werden:
Besitzt ein Axon isolierende Myelinscheiden, so kann die Erregung von Schnürring (Dominostein) zu Schnürring springen. Dieser Vorgang wird als saltatorische Erregungsleitung bezeichnet.
Gibt es am Axon jedoch keine Myelinscheiden und Schürringe, so muss die Erregung über die gesamte Länge der Axonmembran erfolgen. Dieser Vorgang nennt sich kontinuierliche Erregungsweiterleitung und dauert deutlich länger als die saltatorische Erregungsleitung.

Somit lässt sich mit Hilfe der „Dominosteine“ veranschaulichen, dass die Geschwindigkeit der Erregungsweiterleitung der Nervenzellen von deren Bau abhängig ist.

Malte Conrady

Die kleinen Helfer im Stoffwechsel…

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Liebe Biologinnen und Biologen,

wir beschäftigen uns im Biologieunterricht nun schon seit einigen Wochen intensiv mit dem Thema Enzymatik und wir haben schon viel gelernt, von Enzymen im Alltag, über Enzyme als Biokatalysatoren bis hin zum Mechanismus und der Energetik einer Enzymreaktion. Da der Themenbereich aber sehr breit gefächert ist und man nie auslernt, haben wir in der vergangenen Stunde das Zellgift Wasserstoffperoxid (H2O2) kennengelernt, welches ein Abfallprodukt bei vielen Stoffwechselprozessen ist. Es zerfällt im Kontakt mit Metallsalzen, die als Katalysatoren wirken, zu ganz normalem Wasser und Sauerstoff.

Das ist ja alles erst einmal schön und gut, aber nun stellte sich uns noch eine Frage: Verfügen Lebewesen über Substanzen, die Wasserstoffperoxid unschädlich machen?

Um diese Frage zu beantworten, haben wir einen Versuch gestartet, bei dem wir jeweils Sand, Mangandioxid, rohe Kartoffelstreifen, rohe zerkleinerte Kartoffelstreifen und gekochte Kartoffelstreifen mit 2mL Wasserstoffperoxid in 5 Reagenzgläser gegeben und dann die Reaktion beobachtet hatten. Wie man im Bild sehen kann, fand bei den Reagenzgläsern 2, 3 und 4 ein „Blubbern“ und eine Schaumbildung statt. Dies ist ein Zeichen für die Freisetzung von Sauerstoff, der als Gasbläschen in der Flüssigkeit eingeschlossen wird. Dieser Sauerstoff ließ sich mit der Glimmspanprobe nachweisen. Reagenzglas 2 mit Mangandioxid war dabei die Kontrolle mit maximaler Reaktion (Positivkontrolle).

Bei den Reagenzgläsern 1 und 5 jedoch fanden „Blubbern“ und Schaumbildung nicht statt, was darauf schließen ließ, dass das H2O2 nicht gespalten wurde. Hier war die Glimmspanprobe auch negativ.

Das Reagenzglas mit Sand war ein Kontrollversuch ohne Katalysator (Negativkontrolle). Nun fragt man sich vielleicht, weshalb die gekochten Kartoffelstreifen anders auf das H2O2 reagiert hatten als die rohen Kartoffeln. Die Antwort darauf ist einfach: Gekochte Kartoffeln haben eine niedrigere Enzymaktivität, da das Kochen Enzyme inaktivieren (denaturieren) kann. Daher reagiert eine gekochte Kartoffel weniger intensiv mit Wasserstoffperoxid als eine rohe Kartoffel.

Anhand der Erkenntnisse, die uns dieser Versuch gebracht hat, können wir nun auch die Frage beantworten:

Ja, viele Lebewesen verfügen über Substanzen, die in der Lage sind, Wasserstoffperoxid unschädlich zu machen. Eine dieser Substanzen ist das Enzym Katalase, das in vielen Zellen von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen vorkommt. Katalase katalysiert die Spaltung von H2O2 in Wasser und Sauerstoff, wodurch es unschädlich gemacht wird und keinen Schaden an der Zelle anrichten kann.

Hoffentlich konntet Ihr durch diesen Artikel ein bisschen mehr über das Enzym Katalase und seine Funktion im Zusammenhang mit Wasserstoffperoxid erfahren.

(Anna, Marleen, Weda, Klasse 11a)

Die Milch macht´s – erster Science-Nachmittag am EGD

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„Erst dachte ich, dass Chemie ein schwieriges Fach sei, aber jetzt gefällt mir sehr gut, dass es so viel mit dem echten Leben zu tun hat und wir viel selbst experimentieren dürfen. Deshalb habe ich mich zum Experimentalwettbewerb angemeldet“, erklärt Emily aus der 7a. Sie ist genauso bei der diesjährigen Ausgabe von „Das ist Chemie“, einem Experimentalwettbewerb für Schüler:innen der Sekundarstufe I (weitere Infos: wordpress.nibis.de/dich/) dabei wie knapp 25 weitere Lernende aus den Klassen 7a und 7b. Alle haben sich gemeinsam mit Frau KUM und Frau WIE am Mittwoch, 25.01.2023 zum ersten Science Nachmittag am EGD in den Räumen der Naturwissenschaften eingefunden, um in den Wettbewerb zu starten.

Dieses Jahr geht es beim Wettbewerb um Milch: es gilt, vier komplexere Versuche mit Milch und Milchersatzprodukten wie Hafer- oder Sojadrink durchzuführen und möglichst exakt und genau zu arbeiten, damit die Ergebnisse in den einzureichenden Protokollen dann Gewinnaussichten haben. Die Schüler:innen treten dabei in Teams zu zweit oder zu dritt an und freuen sich, dass in den Experimentalräumen des EGDs gearbeitet werden kann. „Es ist schon praktisch, dass wir all die Laborgeräte hier nutzen dürfen. Und es gefällt mir, dass die Lehrerinnen jetzt nicht die ganze Zeit so genau gucken wie im Unterricht. Wir müssen uns halt besser selbst organisieren, aber das kriegen wir auch hin.“, meinen Elena und Fabienne.

Knapp zwei Stunden wird gefiltert, Molke, Milch und Ersatzprodukte in verschiedenen Fettstufen mit dem eigens gebauten Aräometer untersucht und natürlich alles so genau wie möglich in Protokollen festgehalten. Dabei werden unterschiedliche Strategien gefahren: „Wir machen jetzt erst einmal nur Notizen und schreiben das dann zu Hause nochmal alles richtig gut auf“, sagen Niklas, Mica und Jonas. „Können wir die Restzeit jetzt auch noch zum Schreiben hier nutzen?“, fragt Mira. Alle sind sich einig, dass es ganz schön schwierig ist, alle Beobachtungen genau festzuhalten und dabei auch fachsprachlich richtig zu formulieren. „Wichtig ist vor allem, dass Beobachtungen und Erklärungen getrennt werden. Hier zum Beispiel haben wir als Beobachtung geschrieben, dass nach dem Filtern „Molke“ im Erlenmeyerkolben ist, aber eigentlich sehen wir nur eine klare Flüssigkeit – das müssen wir noch ändern!“, wird in einer Gruppe diskutiert.

Am Ende ist keine Gruppe ganz fertig mit allen vier Versuchen, sodass wir den zweiten Science Nachmittag schon planen. Dann kann auch schon die Recherche zur Auswertung mit in Angriff genommen werden. Egal, ob am Ende eine oder sogar mehrere Gruppen etwas gewinnen, die Freude am Experimentieren und dem Fach Chemie soll auf jeden Fall weiter im Mittelpunkt stehen und hoffentlich sind beim nächsten Termin wieder so viele motivierte Jungchemiker:innen dabei!

Autorinnen: KUM und WIE

 

„Moderne Batterien und Akkumulatoren“ – ein Online-Kurs des Xlab Göttingen

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Seit 20 Jahren ermöglicht es das X-Lab Göttingen, dass Jugendliche einen Tag Pause von der Theorie des naturwissenschaftlichen Unterrichts nehmen und in die bunte Welt der Praxis eintauchen können. Durch verschiedene Experimente in den Bereichen Physik, Chemie, Biologie und Informatik kann man sich den Fächern von einer neuen Seite nähern.

Zu Corona sind zwar die Türen geschlossen, aber inzwischen sind mehrere Online-Angebote möglich.

Eine erste Kostprobe dieser Innovation bekam der Chemie eA des EGD am Dienstag, dem 9.2.21. Passend zum aktuellen Unterrichtsthema, der Elektrochemie, wurden verschiedene Batterien und Akkumulatoren, wie die Volta-Säule, der Lithium-Ionen-Akku und die Redox-Flow-Batterie, vorgestellt und erklärt.

Insgesamt wurde das Seminar positiv angenommen und auch die Technik spielte weitgehend mit.

So können sich schon bald viele weitere Klassen über qualitativ hochwertige Exkurse aus den Händen des X-Lab Teams freuen.

(Paul Link)

„Der genetische Fingerabdruck“ – online-Kurs vom XLAB

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Das Göttinger XLAB bietet aufgrund der besonderen Situation eine Reihe von online-Kursen zur Unterstützung des Unterrichts-Geschehens an. Dabei können die Schülerinnen und Schüler auch moderne Methoden aus erster Hand kennen lernen.

Im Fach Biologie kamen die Schülerinnen und Schüler des Grundkurses im Jg. 13 von Frau Spiess in den Genuss, etwas über den genetischen Fingerabdruck zu erfahren. Abiturinhalte, wie PCR (PolymeraseChainReaction) und Gel-Elektrophorese wurden spannend eingebunden in Unter-suchungen zu alter DNA (Ötzi, Tut-Ench-Amun und Familie) und neueren kriminalistischen Inhalten (NSU-Morde, Verunreinigung von Proben durch Fabrikpersonal). Mit Hilfe der aktuell im Labor angewendeten Methoden konnten die Schülerinnen und Schüler den leiblichen Vater von Lisa Simpson ermitteln und dabei auch gleichzeitig etwas über die Vererbung von Eigenschaften oder Intelligenz lernen. Dass Tut-Ench-Amun so interessante Verbindungen innerhalb seiner Großfamilie besaß, überraschte uns alle, nähere Details sollen hier nicht verraten werden, damit weitere Kurse das spannende Angebot noch unvoreingenommen nutzen können. Wir sind uns alle einig, dass es weiterhin unser Wunsch ist, persönlich im XLAB anwesend zu sein und die Experimente selber durchzuführen, aber trotzdem geben die online-Kurse neue Impulse und Abwechslung im Schulalltag, der sich aufgrund der aktuellen Situation ja deutlich verändert hat.

Mikroskopieren in besonderen Zeiten

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Schülerinnen und Schüler des Grundkurses Biologie von Frau Spiess haben im Unterricht unter strengen Hygieneauflagen mikroskopiert und dabei Unterschiede von Sonnen- und Schattenblättern einer Rotbuche (Fagus sylvatica) kennen gelernt. Dadurch wurde die Theorie mit ein bisschen Praxis verknüpft, was in Zeiten von Corona zugegebenermaßen einige Herausforderungen bereit hält. Jede/r Schüler/in bekommt dazu ein eigenes Mikroskop, Desinfektion von Gerät und Fertigpräparaten, ist selbstverständlich, im Raum wird der größtmögliche Abstand gewahrt.

Die Schülerinnen und Schüler hatten die Gelegenheit, ihren mikroskopischen Eindruck zeichnerisch umzusetzen und mit Hilfe des Smartphones zusätzlich anschauliche Fotos zu machen. Der Aspekt „Blattaufbau“ bietet eine gute Schnittfläche zwischen den Oberthemen Fotosynthese und Ökologie und ist demzufolge ein wichtiger Unterrichtsgegenstand. Die mikroskopische Praxis, sowie das Zeichnen naturwissenschaftlicher Skizzen ist eine willkommene aber nicht zu unter-schätzende Weiterentwicklung der Kompetenzen der Lernenden. Da die Lehrkraft zur Zeit Abstand halten muss, sind die Lernenden darauf angewiesen, selbstständiger zu arbeiten und erleben dadurch eine stärkere Eigenkompetenz. Das bringt eine Veränderung der Lehrerinnenrolle, aber unter Umständen auch eine positive Erfahrung für die Lernenden mit sich.

Sonnenblatt

Schattenblatt


Mikroskopieren einer roten Zwiebel

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Der Klassiker im Biologieunterricht des 11. Jahrgangs ist das Mikroskopieren einer roten Küchenzwiebel. Der rote Farbstoff in der Vakuole erleichtert das Erkennen der Zellgrenzen und zusätzlich können die Vorgänge der Plasmolyse und Deplasmolyse gut verfolgt werden. Auf den Fotos erkennt man die Plasmolyse daran, dass die rot gefärbte Vakuole kleiner wird, da die Zelle Wasser nach außen abgibt, wenn man sie in eine konzentrierte Salzlösung gibt. Dieser Vorgang kann mithilfe der Zugabe von destilliertem Wasser wieder rückgängig gemacht werden (Deplasmolyse), auch das sieht man schön unter dem Mikroskop. Fotos von Schülerinnen und Schülern der 11E und 11A.

Allerlei Kunststoffe

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Chemie der Kunststoffe

Mit der Möglichkeit, verschiedene Kunststoffe anhand ihrer Eigenschaften zu identifizieren, hat sich der Chemie-Grundkurs von Frau Spiess am Freitag beschäftigt. Dabei konnten die Schülerinnen und Schüler mit einfachsten Hilfsmitteln die Dichte von verschiedenen Stoffproben herausfinden sowie nachweisen, dass PVC Chloratome enthält. Dazu muss lediglich ein erhitztes Kupferblech kurz auf die Probe gedrückt und anschließend in der Brennerflamme ausgeglüht werden. Die Flamme leuchtet in Anwesenheit von Kupfer und Halogenverbindungen deutlich grün auf, wie auf dem Foto zu sehen. Dass Kunststoffe zum Teil sehr gut brennen können und dabei mitunter ziemlich streng riechen wurde ebenfalls überprüft.

Alles in allem ein abwechslungsreicher und (hoffentlich) lehrreicher Nachmittag.