Der Geruchsinn des Menschen im Biologieunterricht
Der Geruchsinn des Menschen im Biologieunterricht
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<strong>Der</strong> <strong>Geruchsinn</strong><br />
<strong>des</strong> <strong>Menschen</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Biologieunterricht</strong>
Press Release: The 2004 Nobel Prize in Physiology or Medicine<br />
4 October 2004<br />
The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided<br />
to award<br />
The Nobel Prize in Physiology or Medicine for 2004<br />
jointly to<br />
Richard Axel and Linda B. Buck<br />
for their discoveries of<br />
"odorant receptors and the organization of the olfactory<br />
system"
<strong>Der</strong> <strong>Geruchsinn</strong> <strong>des</strong> <strong>Menschen</strong> <strong>im</strong> <strong>Biologieunterricht</strong><br />
Gliederung:<br />
1. Einleitung<br />
2. Sachanalyse<br />
1. Biologische Bedeutung <strong>des</strong> Riechens<br />
2. Bau und Funktion (makroskopische,<br />
mikroskopische & molekulare Ebene)<br />
3. Didaktische Überlegungen<br />
1. Relevanzkriterien<br />
2. Lernziele<br />
3. Didaktische Reduktion<br />
4. Überlegungen zur Wahl der Unterrichtsmittel<br />
4. Schluss
58 der identifizierten Aromen-Komponenten aus Ananas sativa L.<br />
4-Hydroxy-3,5-d<strong>im</strong>ethoxybenzaldehyd0,08Hexanal0,01Ethyl-4-acetoxyhexanoat0,076<br />
Benzaldehyd0,012-Butoxyethanol0,0742-Pentanon0,01Methyl-trans-3-hexenoat0,07Ethyl-2propenoat0,01Ethyl-2-methylbutanoat0,07Methylpropanoat0,01Methyl-2-methylpropanoat0,06Methyl-3-methylbutanoat0,009Phenol0,0543-Methyl-2-pentanol0,0094-Hydroxybenzaldehyd0,05Isopentylethanoat0,008Methylheptanoat0,05(R)-4-Hydroxydecansäurelacton0,007Ethyl-5-acetoxyhexanoat0,052-Pentanol0,007Ethyl-3-hydroxyhexanoat<br />
0,05Methyl-4-acetoxyoctanoat0,006Ethyl-4-acetoxyoctanoat0,042Ethylpentanoat<br />
0,006Ethyloctanoat0,04Ethyl-2-methylpropanoat0,006Isobutylethanoat0,04Methyl-3hexenoat0,005(S)-2-Methylbutansäure0,04Ethyl-trans-2-hexenoat0,005Chloroform0,04(R)-<br />
4-Hydroxydodecansäurelacton0-0,003(S)-4-Hydroxyoctansäurelacton0,01-0,04(R)-4-<br />
Hydroxyheptansäurelacton0,0025-Hydroxyhexansäurelacton0,03(R)-4-<br />
Hydroxynonansäurelacton0,002Vanillin0,023(S)-4-Hydroxyheptansäurelacton0,0017<br />
Hexansäure0,023(S)-4-Hydroxynonansäurelacton0,001Isopentanol0,0231,trans-3,trans-<br />
5,cis-8-Undecatetraen0,001Ethylpropoanoat0,021,trans-3,cis-5-Undecatrien0,001<br />
Propylethanoat0,006-0,02(S)-4-Hydroxydecansäurelacton0,001Methyl-transoctenoat0,015Ethyl(methylthio)-ethanoat
…fast identische Moleküle: Enantiomerenpaar<br />
1<br />
(S)-(+)-Carvon<br />
Kümmelnote<br />
O<br />
(R)-(–)-Carvon<br />
Minznote<br />
Wie lassen sich diese Moleküle unterscheiden?<br />
2<br />
O
Aber beginnen wir einige Ebenen davor…<br />
Was ist Riechen?<br />
Aufnahme von Geruchsmolekülen durch die Nase<br />
best<strong>im</strong>mtes sensorisches Erleben; FERNSINN
Exper<strong>im</strong>ent: Station „Gemüse“<br />
a) Bei geschlossenen Augen<br />
und mit Nasenklammer<br />
sollen verschiedene Obst- und<br />
Gemüsestücke verzehrt und<br />
benannt werden.<br />
b) Bei geschlossenen Augen<br />
und ohne Nasenklammer<br />
sollen verschiedene Obst- und<br />
Gemüsestücke verzehrt und<br />
benannt werden.
Exper<strong>im</strong>ent: Station „Saft“<br />
a) Bei geschlossenen Augen<br />
und mit Nasenklammer<br />
sollen verschiedene Säfte<br />
erkannt werden.<br />
b) Bei geschlossenen Augen<br />
und ohne Nasenklammer<br />
sollen verschiedene Säfte<br />
erkannt werden.
„Safttest“<br />
= Nase auf<br />
= Nase zu
Was ist Riechen?<br />
1. Aufnahme von Geruchsmolekülen durch die Nase<br />
best<strong>im</strong>mtes sensorisches Erleben; FERNSINN<br />
2. Aufnahme von Nahrung durch den Mund, Geruchsmoleküle<br />
gelangen durch die retronasale Öffnung zum Riechepithel<br />
best<strong>im</strong>mtes sensorisches Erleben; NAHSINN
Morphologie und Funktion
Die Riechschle<strong>im</strong>haut<br />
Einzelzelle mit Zilien
Die Riechschle<strong>im</strong>haut (schematisch)
Riechzellen, als Sinnesnervenzellen und<br />
pr<strong>im</strong>äre Sinneszellen, haben direkte<br />
Verbindung zum Gehirn.<br />
Betrachtet seien also die entsprechenden<br />
morphologischen Strukturen…
Weitere neuronale Verarbeitung:<br />
(1) Riechepithel<br />
(2) Riechkolben / Bulbus olfactorius<br />
(3) Tractus olfactorius (Axone der<br />
Mitralzellen)<br />
(4) Cortex praepiriformis<br />
(5) Thalamus Neocortex<br />
„<strong>Der</strong> zweite Weg…“<br />
… zum / <strong>im</strong> l<strong>im</strong>bischen System:<br />
(6) Hypothalamus<br />
(7) Amygdala (Mandelkern) und<br />
Hippocampus
Geruchsinformationen sprechen<br />
gleichzeitig Ebenen der<br />
bewussten Analyse und der<br />
unbewussten Verarbeitung<br />
von Informationen an.
…so viel zu den makroskopischen<br />
Strukturen.
Zur Molekularen Wirkungsweise:
Enantiomerenpaar<br />
(S)-(+)-Carvon<br />
Kümmelnote<br />
O<br />
(R)-(–)-Carvon<br />
Minznote<br />
Wie lassen sich diese Moleküle unterscheiden?<br />
O
x 100 Gene (Mensch 339)<br />
x 100 Rezeptoren<br />
ABER: ca. 10 000 Gerüche ???<br />
Wie ist dies auf der Ebene der Rezeptoren erklärlich?
Reaktionen von<br />
Rezeptorzellen eines Frosches<br />
auf unterschiedliche<br />
chemische Substanzen<br />
Eine Substanz bindet an<br />
unterschiedlichen Rezeptoren.<br />
Ein Rezeptor bindet<br />
unterschiedliche Substanzen.<br />
(„Gruppenspezifität“)<br />
Fazit: Eine Geruchsqualität<br />
dürfte durch das<br />
Gesamtmuster der Reaktionen<br />
vieler Rezeptoren codiert sein.
Enantiomerenpaar<br />
(S)-(+)-Carvon<br />
Kümmelnote<br />
O<br />
(R)-(–)-Carvon<br />
Minznote<br />
O
Wie lebensnotwendig chemische Rezeptoren bzw.<br />
Geruchsrezeptoren sind, zeigt das Folgende:
Spermien folgen dem Maiglöckchenduft
Didaktische Überlegungen<br />
Relevanzkriterien / Curriculumdeterminanten<br />
-Fachrelevanz<br />
-Gesellschaftsrelevanz<br />
-Schülerrelevanz
Fachrelevanz<br />
Riechen als Fern- und Nahsinn / adäquater Reiz<br />
Bau und Funktion<br />
-Lage der Riechschle<strong>im</strong>haut<br />
-Sensoren & deren Lage: Rezeptorzellen in Riechschle<strong>im</strong>haut<br />
-Stationen <strong>im</strong> ZNS und deren Bedeutung<br />
-Molekulare Wirkungsweise bis zum Aufbau <strong>des</strong> AP<br />
-Prinzip der „Gruppenspezifität“ der Rezeptoren
Volkswirtschaftliche Bedeutung
Didaktische Überlegungen<br />
Relevanzkriterien / Curriculumdeterminanten<br />
-Fachrelevanz<br />
-Gesellschaftsrelevanz<br />
-Schülerrelevanz
Didaktische Überlegungen<br />
Relevanzkriterien / Curriculumdeterminanten<br />
-Fachrelevanz<br />
-Gesellschaftsrelevanz<br />
-Schülerrelevanz<br />
Lernziele – zwischen Gängelung und Beliebigkeit<br />
Ebenen (Richtziele, Leitziele, Grobziele, Feinziele)<br />
z.B. Grobziel:<br />
Kenntnis der wichtigsten be<strong>im</strong> Riechen beteiligten Strukturen<br />
(Zielklasse und Anforderungsstufe)<br />
z.B. Feinziel: Die Schüler sollen…<br />
- die wichtigsten be<strong>im</strong> Riechen beteiligten Strukturen (auf<br />
makroskopischer Ebene) anhand einer Schemazeichnung<br />
benennen können. (Operationalisierbarkeit)
Didaktische Überlegungen<br />
Relevanzkriterien / Curriculumdeterminanten<br />
-Fachrelevanz<br />
-Gesellschaftsrelevanz<br />
-Schülerrelevanz<br />
Lernziele – zwischen Gängelung und Beliebigkeit<br />
Ebenen (Richtziele, Leitziele, Grobziele, Feinziele)<br />
Didaktische Reduktion<br />
- Strukturelle<br />
- Sektorale, z.B. be<strong>im</strong> Thema „Sinne <strong>des</strong> <strong>Menschen</strong>“ das<br />
Riechen exemplarisch behandeln
Didaktische Überlegungen<br />
Relevanzkriterien / Curriculumdeterminanten<br />
-Fachrelevanz<br />
-Gesellschaftsrelevanz<br />
-Schülerrelevanz<br />
Lernziele – zwischen Gängelung und Beliebigkeit<br />
Ebenen (Richtziele, Leitziele, Grobziele, Feinziele)<br />
Didaktische Reduktion<br />
Unterrichtsmittel<br />
Angenommene Situation der Schüler: wenig Vorwissen<br />
Einschätzung <strong>des</strong> Themas: nicht trivial!<br />
Unterrichtsmittel mit möglichst hohem Erklärungswert, keine<br />
erhöhte kognitive Belastung durch Unterrichtsmittel erzeugen<br />
Exper<strong>im</strong>ente, originale Objekte, modellhafte Darstellungen
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