Werkstatt: Evolution und Sinnesbiologie

Bestätige mit Namen und Datum, dass du die Sicherheitsregeln gelesen und verstanden hast:

Reihenfolge und Freischalt-Logik: P1 zuerst. Danach P2 sowie W1–W3 (Pflicht). P3 (Nerven & Reflexbogen) baut auf P1 auf. P4 (Aufbau des Auges) baut ebenfalls auf P1 auf. P5 und P6 setzen P4 voraus. P7 (Sezier-Station) setzt P4 und P5 und P6 voraus – erst wenn du das Auge verstanden hast, wird seziert. P8 (Synthese) setzt P5, P6, P7 sowie W1–W3 voraus. Lass dir jede erledigte Station von deiner Lehrkraft im Kästchen unten abstempeln.

Die Wahlstationen W4–W9 sind freiwillig, kein Stempel nötig – für Vertiefung, wenn du Zeit übrig hast.

Merksatz zum Unterschied: Bei Lamarck verändert sich das einzelne Tier durch sein Verhalten, und diese Veränderung wird vererbt. Bei Darwin gibt es die Unterschiede schon vorher zufällig in der Population – die Umwelt entscheidet nur, wer davon profitiert und sich stärker fortpflanzt.

Aufgabe: Erkläre in eigenen Worten den entscheidenden Unterschied zwischen beiden Theorien – wo genau setzt bei Darwin die Auswahl an?

📖 Buch: Kap. 9.3 „Tarnen – Warnen – Täuschen" (S. 202)

Auch Tarnung (z. B. Stabschrecke sieht aus wie ein Zweig) und Warntracht (z. B. schwarz-gelbe Streifen bei Wespen) sind Angepasstheiten — entstanden nach demselben Werkzeugkasten wie beim Läuse-Beispiel: Zufällige Variation in der Färbung/Form → Tiere mit besserer Tarnung/auffälligerer Warnung werden seltener gefressen → überleben häufiger → geben das Merkmal häufiger weiter.

Aufgabe: Wähle ein Tier mit Tarnung ODER Warntracht (eigene Wahl/Recherche). Erkläre in 2–3 Sätzen mit dem Werkzeugkasten (Variation – Selektion – Vererbung), wie diese Angepasstheit entstanden sein könnte.

Schlagzeile: „77 % der Kopfläuse weltweit sind resistent gegen gängige Läusemittel – in manchen Ländern sogar 100 %."

Sprich kurz mit deiner Sitznachbarin/deinem Sitznachbarn: Kennst du das? Hattest du selbst schon mal Läuse, oder kennst du jemanden?

Kreuze spontan an, bevor du weiterliest – es gibt hier noch keine Auflösung:

Wie viele hattest du richtig? Das ist nur eine Empfehlung, wo du auf der Lerntreppe unten starten könntest – du entscheidest selbst.

Aufgabe: Ordne die Kartenpaare: Welche Aussage ist eine echte Erklärung, welche ist ein Alltags-Irrtum?

• A1: „Die Läuse wollten resistent werden, um zu überleben."
• A2: „Einige Läuse waren durch puren Zufall schon unempfindlich gegen das Mittel; das Mittel hat nur die anderen entfernt."
• B1: „Giraffen haben sich den Hals lang gestreckt, damit sie an die hohen Blätter kommen."
• B2: „Giraffen mit einem zufällig etwas längeren Hals kamen an mehr Nahrung und pflanzten sich häufiger fort."
• C1: „Eisbären wollten weißes Fell bekommen, um sich im Schnee zu tarnen."
• C2: „Zufällig hellere Bären wurden von ihrer Beute seltener entdeckt und überlebten häufiger."

🎯 Alle Paare richtig? → Weiter zu Niveau 2!

Aufgabe: 6 Kartenpaare, zwei davon etwas kniffliger formuliert (klingen neutral, sind aber trotzdem ein Irrtum):

• D1: „Die Läuse haben sich an das Gift angepasst." (kniffliger Irrtum)
• D2: „Läuse mit einer zufälligen Mutation waren gegen das Gift unempfindlich und pflanzten sich häufiger fort."
• E1: „Bakterien werden durch den Kontakt mit Antibiotika widerstandsfähig." (kniffliger Irrtum)
• E2: „Bakterien mit einer zufälligen Resistenz-Mutation überleben den Kontakt mit Antibiotika häufiger und vermehren sich stärker."
• F1: „Pfeilgiftfrösche entwickelten Gift, um sich vor Fressfeinden zu schützen."
• F2: „Zufällig giftigere Frösche wurden seltener gefressen und pflanzten sich häufiger fort."

Zusatzaufgabe: Schreib in eigenen Worten, was an einer der Irrtums-Aussagen genau falsch ist.

🎯 Zuordnung richtig und eigener Satz ohne Ziel-Wort? → Weiter zu Niveau 3!

Neue Schlagzeile, dieses Mal ohne Vorlage: „Bakterien werden resistent gegen Antibiotika."

Aufgabe: Erkläre in eigenen Worten mit den Begriffen Mutation, Selektionsdruck und Population, wie es dazu kommt – ohne die Wörter „wollte" oder „damit" zu benutzen.

🎯 Alle drei Begriffe korrekt verwendet? → Weiter zu Niveau 4!

Aufgabe: Finde alle Denkfehler in diesem Artikel-Auszug und schreibe eine korrigierte Version.

Zusatzfrage: Hätte Lamarck oder Darwin der ursprünglichen Schlagzeile zugestimmt? Begründe in 2–3 Sätzen.

🏁 Geschafft? Bei Zeit übrig: Erfinde selbst eine fehlerhafte Schlagzeile für eine Mitschülerin/einen Mitschüler!

Tipp 1: Denk an die Läuse: Haben sie sich entschieden, resistent zu werden?

Tipp 2: Merksatz: Zufall entsteht zuerst, Selektion entscheidet danach.

Nach zwei Tipps: probier es noch einmal auf derselben Stufe. Kein Rückschritt, kein Punktabzug.

1. Kannst du jetzt erklären, warum das Läusemittel nicht mehr so gut wirkt wie früher?

2. Wo stehst du jetzt im Vergleich zum Start der Stunde? Trag deine Ampel ins Kompetenzraster ein: „Vermutung & Fakt trennen" und „Echte Erklärung erkennen".

3. Welche Stufe der Lerntreppe hast du erreicht? Was war die größte Hürde?

In mehreren afrikanischen Nationalparks wird beobachtet, dass immer mehr Elefanten mit kleinen oder ganz fehlenden Stoßzähnen geboren werden – in Gebieten mit starker Wilderei (Jagd auf Elefanten wegen des Elfenbeins) stärker als anderswo.

Aufgabe: Entwickle dazu eine Fragestellung und eine Hypothese. Nutze denselben Werkzeugkasten wie beim Giraffen-AB (Variation – Selektion – Vererbung).

Tipp: Was passiert mit einem Elefanten, der zufällig kleine oder keine Stoßzähne hat, wenn Wilderer gezielt nach Stoßzähnen jagen?

📖 Buch: Kap. 4.7 „Antibiotika und multiresistente Bakterien" (S. 80)

📖 Buch: Kap. 9.4 „Artbildung durch Evolutionsfaktoren" (S. 204)

Entscheidung nach Materialprüfung: Kartenpaare ohne Bildbezug. Eine Zuordnung anhand von Fortpflanzungs-Fakten ist direkt auf die Definition „Art = Fortpflanzungsgemeinschaft" anwendbar.

Aufgabe: Prüft für jedes Tierpaar, ob es sich laut dem biologischen Artbegriff (fruchtbare Nachkommen) um dieselbe Art handelt.

Aufgabe: Bildet aus den sechs Karten drei Paare und ordnet begründet zu: gleiche Art oder unterschiedliche Art?

📖 Buch: Kap. 9.2 „Genetische Variabilität in Populationen" (S. 198)

Spielsteine zum Ausschneiden (20 Stück, 4 davon resistent): 4 × „R" (resistent), 16 × „N" (normal) — sie stellen eine Schädlingspopulation dar.

Spielregel: Würfle pro Runde für jeden „N"-Stein einzeln. Bei 1–2: Stein „stirbt" (aus dem Spiel nehmen). Bei 3–6: Stein überlebt. „R"-Steine überleben immer. Nach jeder Runde: alle überlebenden Steine verdoppeln sich (Fortpflanzung) — bei „R" verdoppeln sich R-Steine, bei „N" verdoppeln sich N-Steine. Zähle nach jeder Runde den Anteil R an der Gesamtpopulation.

Aufgabe: Beschreibe den Trend über die Runden und erkläre ihn mit dem Selektionsprinzip.

Eine Nervenzelle besteht aus dem Zellkörper mit Zellkern, den Dendriten (nehmen Signale auf) und dem Axon (leitet Signale weiter, oft lang und isoliert). An der Synapse wird das Signal an die nächste Zelle übergeben.

Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus Gehirn und Rückenmark und verarbeitet die Signale. Das periphere Nervensystem verbindet ZNS und Körper.

Abbildung 1. Wurf aufs Tor.

Wird ein Reiz durch ein Sinnesorgan aufgenommen, so wird er über sensorische Nerven zum zentralen Nervensystem geleitet. Unter sensorischen Nerven versteht man Nerven, die Signale von den Sinnesorganen zum zentralen Nervensystem, also dem Rückenmark und dem Gehirn, leiten. Dort erfolgt die Verarbeitung. Die Signale von den Sinneszellen werden im Großhirn mit Gedächtnisinhalten verglichen. Dadurch wird die Situation erkannt. Erst danach wird im Großhirn eine Entscheidung über die Reaktion getroffen. Über motorische Nerven werden die Befehle an die entsprechenden Muskeln geleitet und von diesen ausgeführt.

Während des Vorganges treffen laufend weitere Signale aus dem Auge und von anderen Sinnesorganen im Gehirn ein, sodass ständig auf Veränderungen der Situation reagiert werden kann. Durch ständiges Üben können solche Vorgänge beschleunigt werden, weil das Gehirn dadurch die Verschaltungen zwischen den beteiligten Nervenzellen verstärkt.

Nicht nur in Situationen wie im Sport werden Signale aus der Umgebung aufgenommen. Ständig messen Sinnesorgane z. B. die Temperatur der Umgebung. Auch diese Messwerte werden von sensorischen Nerven zum Gehirn geleitet, ohne dass wir das bewusst wahrnehmen. Im Beispiel der Temperatur werden bei Hitze die Schweißdrüsen aktiviert, um den Körper zu kühlen — die Körpertemperatur bleibt so konstant. Allgemein sorgen Regelungsvorgänge im Körper dafür, bestimmte Zustände konstant zu halten.

1. Stelle den allgemeinen Ablauf vom Reiz bis zur Reaktion in Form eines Fließschemas dar.
2. Notiere in Form einer MindMap die fünf Sinne, die dein Körper besitzt.
3. Sprinteraufgabe: Stelle begründete Vermutungen auf, wieso das Autofahren unter Alkoholeinfluss verboten ist.

Dein Fließschema

Deine MindMap

🔒 Zeige dein Fließschema und deine MindMap deiner Lehrkraft.

Durchführung Teil 1 (visuell): Person A hält ein Lineal senkrecht, Person B hält Daumen und Zeigefinger auf Höhe der 0-cm-Markierung, ohne das Lineal zu berühren. Person A lässt das Lineal ohne Vorwarnung fallen, Person B fängt so schnell wie möglich. Lies ab, bei welcher Zentimeter-Markierung du gefangen hast — je kleiner die Zahl, desto schneller deine Reaktion. 5 Durchgänge, Mittelwert bilden.

Durchführung Teil 2 (akustisch): Wiederhole den Versuch, aber Person B schließt die Augen. Person A sagt statt einer visuellen Vorwarnung laut „Jetzt!" in dem Moment, in dem sie loslässt. Person B fängt auf das Hörsignal hin.

1. Ordne den Versuch in die Reiz-Reaktions-Kette von oben ein: Was ist hier der Reiz, was der Rezeptor, was der Effektor?
2. Vergleiche deine Mittelwerte (Sehreiz vs. Hörreiz). Unterscheiden sie sich? Formuliere eine Vermutung, woran das liegen könnte.
3. Ist dieser Versuch ein Beispiel für einen Reflex oder eine bewusste Reaktion? Begründe mit dem Infotext.
4. Erweiterung: Nenne ein Beispiel für einen echten Reflex aus deinem Alltag, bei dem das Gehirn nicht an der Entscheidung beteiligt ist.

Aufgabe: Ordne die Fachbegriffe den passenden Beschreibungen zu – schau dir dazu genau an, wo im Bild sich die jeweilige Struktur befindet. Ziehe dazu einen Begriff auf sein Feld (oder tippe zuerst auf einen Begriff und danach auf das Feld).

Ziehe jeder Struktur die passende Funktionskarte zu (die Funktionskarten stehen absichtlich in anderer Reihenfolge) – oder tippe zuerst auf eine Funktionskarte und danach auf die Struktur.

📖 Buch: Kap. 2.2 „Die Pupillenreaktion – ein Regelungsvorgang" (S. 32), M „Regelungsvorgang" (S. 34)

Aufgabe: Beschreibe die Reflexkette in eigenen Worten anhand eurer Beobachtung.

In Teams: Beschriftet ein weißes Blatt mit Farbnamen (Rot, Gelb, Orange, Grün, Weiß). Legt Gummibärchen in die Mitte und sortiert sie im abgedunkelten Raum nach Farbe. Die Gummibärchen werden nur angeschaut und sortiert, nicht gegessen – im Fachraum wird nicht gegessen oder getrunken.

Impuls: Warum klappt das im Dunkeln kaum, obwohl man die Bärchen noch sieht? Notiere eine erste Vermutung – du überprüfst sie gleich in Teil 2.

Schließe dein rechtes Auge. Fixiere mit dem linken Auge das Kreuz. Halte das Blatt zunächst nah vors Gesicht (ca. 15 cm) und bewege es langsam weiter weg. Achte auf den Punkt rechts daneben – bei einem bestimmten Abstand verschwindet er kurz.

Wiederhole danach mit geschlossenem linkem Auge, Punkt fixieren – dann verschwindet stattdessen das Kreuz.

📎 Material von der Lehrkraft: „AB_Stäbchen_und_Zapfen.pdf"

Die Netzhaut enthält zwei Arten von Sinneszellen: Stäbchen (sehr lichtempfindlich, aber farbenblind – zuständig für das Sehen bei Dämmerlicht) und Zapfen (weniger lichtempfindlich, aber farbtüchtig – zuständig für das Farbsehen bei Tageslicht; es gibt S-, M- und L-Zapfen für unterschiedliche Wellenlängenbereiche).

Aufgabe: Erkläre, warum man bei Dämmerlicht zwar noch Formen, aber kaum noch Farben erkennen kann.

📎 Material von der Lehrkraft: „AB2_Rot-Grün-Schwäche.pdf" (Ishihara-Tafeln, Farbdruck)

Bei einer Rot-Grün-Sehschwäche funktioniert einer der Zapfentypen (meist die für Rot oder Grün zuständigen) nicht richtig, sodass diese Farben schwerer unterschieden werden können – erkennbar z. B. an Ishihara-Tafeln.

Sprinteraufgabe: Recherchiere kurz, welche Anforderungen an das Farbsehen für den Erwerb einer Fahrerlaubnis in Deutschland gelten, und diskutiert, warum das sinnvoll sein könnte.

Du kennst jetzt den Bauplan des Auges (P4), wie sich die Pupille automatisch anpasst (P5) und wie die Netzhaut mit Blindem Fleck, Stäbchen und Zapfen funktioniert (P6). Jetzt überprüfst du dein Modell am echten Objekt.

1. Vorher (Verifikations-Skizze): Zeichne, welche Strukturen du basierend auf P4, P5 und P6 im Schweineauge erwartest, und beschrifte deine Erwartung.

Verifikations-Skizze (Erwartung, vor der Sektion)

2. Sektion: Führt die Sektion nach der Anleitung/Demonstration der Lehrkraft durch. Arbeitet zu zweit oder zu dritt.

3. Danach: Trage die tatsächlich gefundenen Strukturen in eine zweite Skizze ein.

Befund-Skizze (nach der Sektion)

4. Vergleich: Vergleiche deine Erwartung (1) mit dem tatsächlichen Befund (3). Notiere mindestens eine Abweichung zwischen Mensch- und Schweineauge und überlege, warum es sie geben könnte.

✍️ Transferaufgabe (ca. 30 Min.)

Schreibe: „Erkläre, warum Adler schärfer sehen als Menschen." — ohne die Wörter „wollte" oder „damit" zu benutzen.

Tausche deinen Text danach mit einer Partnerin/einem Partner und bewertet euch gegenseitig anhand der Rubrik unten. Füllt zum Schluss gemeinsam euer Kompetenzraster final aus.

Tauscht eure Texte, füllt die Tabelle für die Partnerin/den Partner aus, besprecht kurz die Anmerkungen.

📖 Buch: Kap. 2.4 „Das Ohr als Sinnesorgan" (S. 40)

Aufgabe: Ordne die Fachbegriffe den passenden Beschreibungen zu – schau dir dazu genau an, wo im Bild sich die jeweilige Struktur befindet. Ziehe dazu einen Begriff auf sein Feld (oder tippe zuerst auf einen Begriff und danach auf das Feld).

📖 Buch: Kap. 3.3 „Nikotin und Sucht" (S. 50)

Einstieg: Kennst du das Gefühl, dass du ständig aufs Handy schauen musst, sobald eine Nachricht kommt — auch wenn du eigentlich etwas anderes tun wolltest?

Das Gehirn besitzt ein Belohnungssystem. Bei einem angenehmen Reiz (z. B. Like, Benachrichtigung, Süßes) wird der Botenstoff Dopamin ausgeschüttet. Bei Wiederholung gewöhnt sich das Gehirn daran: Für dasselbe gute Gefühl wird ein stärkerer oder häufigerer Reiz nötig (Gewöhnung).

Aufgabe: Ordne die vier Beispielkärtchen (Social-Media-Benachrichtigungen, Süßigkeiten, Gaming, Nikotin/Vaping) demselben Grundmuster zu: Reiz → Belohnungsgefühl (Dopamin) → Gewöhnung → stärkerer Reiz nötig.

Erweiterung: Erkläre mithilfe von Kap. 3.3 (S. 50), warum Nikotin besonders schnell zu einer körperlichen Abhängigkeit führt – ohne Angaben zu Konsummengen, nur anhand des Wirkmechanismus.

📖 Kein Buchbezug – eigenständige Motivationsstation.

Aufgabe: Probiere mindestens drei Sinnestäuschungen aus der Sammlung aus. Dokumentiere: Was siehst du zuerst, was bei genauerem Hinsehen? Finde ein Beispiel für Sinnestäuschung in Werbung oder Design und beschreibe kurz, wie es wirkt.

Kreativstation ohne festes Richtig/Falsch – kurze Reflexion statt Lösungskarte.

📖 Buch: Kap. 2.1 Umfeld (S. 26–31)

Aufgabe: 6 Mini-Experimente in 3er-Rotation (Rollen: Versuchsleiter/Versuchsperson/Beobachter) — Original-Arbeitsblatt an der Station: Augenbraue (Schweiß), Wimpern/Lidschlussreflex (Fremdkörper), Luftzug-Lidschluss (Austrocknung), Pupillenreflex (Blendung), Lidschlaghäufigkeit (Flüssigkeitsfilm), Tränendrüse (Ausspülen).

Vertiefungsfrage: Warum muss man sich nach dem Weinen die Nase putzen?

📖 Buch: Kap. 9.7 „Anpassungen und Angepasstheiten" (S. 210)

Alltagsbezug: Luftverschmutzung durch Industrialisierung im 19. Jahrhundert.

Aufgabe: Original-AB an der Station — stelle die echten Zähldaten (Manchester, 1848–1895) in einem selbst gewählten Diagrammtyp dar. Werte aus, welcher von zwei Standorten innerstädtisch und welcher ländlich ist.

📖 Buch: Kap. 2.3 „(Un)Scharfe Wahrnehmung" (S. 38) – dieselbe Seite wie P5

Aufgabe: Baue mit einer Sammellinse ein scharfes Bild auf dem Papierschirm nach — wie verändert sich das Bild bei anderem Abstand? Das entspricht der Akkommodation (Scharfstellen) im Auge.

Zusatz: Simuliere mit einer Zerstreuungslinse Kurzsichtigkeit — was passiert mit einer zusätzlichen Sammellinse (= Brille) davor?