Der Kern des Lebens. Angriff der Viren. Donnerstag, , 7.30 Uhr Stammnummer Der renommierte schwedische Wissenschaftsfotograf

Transkript

1 Der Kern des Lebens SWR (2) 44 Fächer: Biologie, NWA, MNT ab Klasse 9, alle Schularten 2 Sendungen à 30 Minuten Produktion: SWR/WDR Die Reihe Der Kern des Lebens dringt vor bis in die kleinsten Bausteine unseres Körpers die Zellen. Der renommierte Wissenschaftsfotograf Lennart Nilsson dokumentiert in Zusammenarbeit mit führenden schwedischen Wissenschaftlern die verborgenen Vorgänge in unserem Innern und macht sie mit seinen Fotos anschaulich und verständlich. Wunderwelt Zelle Donnerstag, , 7.30 Uhr Stammnummer neu! Seine atemberaubenden Fotos menschlicher Embryos machten ihn berühmt jetzt ist der schwedische Medizinfotograf Lennart Nilsson in neuer Mission unterwegs: Er möchte in das winzige Universum der menschlichen Zelle eintauchen und mikroskopische Zellen mit dunkelrot eingefärbten Zellkernen VON BIS INHALT DAUER 00:00 08:23 Lennart Nilsson Pionier der Bilder aus dem Innern des Körpers :24 15:01 Die Zelle eine Großstadt :02 18:21 Zellorganellen unter dem Mikroskop :22 23:54 Energiehaushalt vom Magen zum Mitochondrium :55 29:08 Recycling und Baumaßnahmen in der Zelle 5 13 Aufnahmen von den Vorgängen im Innern dieser kleinsten Bausteine des Lebens schießen. In jeder der vielen Milliarden Zellen unseres Körpers läuft eine unglaubliche Vielzahl von Prozessen ab. Die Infrastruktur dafür erinnert an die einer Millionenstadt: Kraftwerke produzieren Energie, Fabriken stellen Baumaterial her, Recyclingstationen verwerten den Abfall. Gesteuert wird alles vom Zellkern, der sämtliche Bau- und Betriebsanleitungen enthält. Lennart Nilsson versucht, mit seinen Fotos sämtliche Winkel dieser Wunderwelt auszuloten. Ergänzt mit Computeranimationen wird verständlich, wie das Leben in der Zelle funktioniert. Angriff der Viren Donnerstag, , 7.30 Uhr Stammnummer neu! Der renommierte schwedische Wissenschaftsfotograf Lennart Nilsson will das Unsichtbare sichtbar machen: Was passiert, wenn Viren menschliche Zellen angreifen? Er will Vogelgrippe-Viren dabei fotografieren, wie sie in die Zelle eindringen, sich in ihr vermehren und sie dadurch zerstören. Dafür hat er sich mit führenden Wissen- schaftlern des renommierten Karolinska-Instituts in Stockholm zusammengetan, die sich von seinen Aufnahmen neue Erkenntnisse bei der Bekämpfung von Viren erhoffen. Wenn ein Virus in die Zelle eindringt, zwingt es sie komplett unter seine Herrschaft. Alle ihre Funktionen werden auf eine einzige Aufgabe reduziert: die Produktion von immer mehr Kopien des Virus. Letztlich gehen der Zelle dabei sämtliche Energie und das Baumaterial aus, sie verhungert regelrecht. Kurz bevor es so weit ist, aktiviert sie den Selbstzerstörungsmechanismus. Lennart VON BIS INHALT DAUER 00:00 03:47 Viren Risiken einer Pandemie :48 08:58 Wie Viren funktionieren Herpes unter dem Mikroskop :59 12:14 Angriff aufs Erbgut :15 16:34 Ursprung des Erbguts wie entstanden Aminosäuren? :35 22:56 Vogelgrippeviren raffinierte Eindringlinge :57 29:00 Lennart Nilssons Bilder für die Forschung 6 03

2 Nilsson versucht, mit seinen Fotos zu einem besseren Verständnis des Ablaufs einer Virus- Infektion beizutragen. Ergänzende Computeranimationen veranschaulichen, wie das Leben in der Zelle funktioniert und in welcher Katastrophe es endet, wenn Viren ihr zerstörerisches Werk vollenden. Wunderwelt Zelle EINSATZ IM UNTERRICHT Die Frage Wie sieht der menschliche Körper von innen aus? können Schüler mit den Fotos und Filmsequenzen des Films Wunderwelt Zelle beantworten. Zunächst werden dort Aufnahmen gezeigt, die Lennart Nilsson von der Entstehung eines Menschen, von der Befruchtung bis zum fast fertigen Menschen, im mütterlichen Bauch gemacht hat. Dann wird das Erscheinungsbild verschiedener Sinneszellen vorgeführt, bevor es ins Innere der Zelle mit ihren Zellorganellen geht. Die Folie Bilder aus dem Körper des Menschen (S. 46) kann sowohl als Einstieg in dieses Thema verwendet werden als auch zur Festigung des Gelernten nach der Betrachtung des Films. Der menschliche Körper besteht aus einer Vielzahl von Zellen, welche unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Dieses wird für die Schüler deutlich, wenn sie mithilfe des Arbeitsblattes 1 Welche Zellen gibt es im menschlichen Körper? ein kleines Buch mit einer Sammlung von menschlichen Zellen anlegen. Um welche Zellen es sich handelt, können die Schüler mithilfe des Films Wunderwelt Zelle herausfinden. Die Bilder im Film entstanden durch aufwändige Mikroskopiertechniken. Um Schüler an die Arbeit mit einem Mikroskop heranzuführen, ist es sinnvoll, sie grundlegende Fertigkeiten mithilfe des Mikroskopier-Führerscheins selbständig einüben zu lassen. Im Verlauf von sieben Etappen beantworten die Fotograf Lennart Nilsson Gehirnzellen Schüler mit verschiedenen Arbeitsblättern die Fragen Wie ist ein Mikroskop aufgebaut?, Wie arbeitet man mit einem Mikroskop?, Wozu brauchst du ein Mikroskop?, Wie fertigt man eine mikroskopische Zeichnung an?, Wie erstellt man ein mikroskopisches Präparat?, Wie färbt man ein mikroskopisches Präparat ein? und Was ist ein Elektronenmikroskop?. Sie arbeiten in Gruppen von zwei bis drei Schülern. Der Lehrer stellt die notwendigen Arbeitsblätter und Materialien bereit. Haben die Schüler eine Etappe erledigt, wird diese auf Arbeitsblatt 2 Mikroskopier-Führerschein, welches wie ein Laufzettel verwendet wird, vom Lehrer abgehakt. (Tipp: Interaktives Mikroskop bei Suchbegriff: Mikroskop, Multimedia anklicken) Differenzierungsaufgaben befinden sich auf einigen Arbeitsblättern unter Aufgaben für Schnelle. Sind alle sieben Etappen, in der aufgelisteten Reihenfolge, erfolgreich erledigt, haben sie den Mikroskopier-Führerschein bestanden und erhalten auf dem dazugehörigen Arbeitsblatt die Unterschrift des Lehrers. Die Ergebnisse des Mikroskopier-Führerscheins werden von verschiedenen Gruppen im Plenum vorgestellt. Schnelle Schüler, welche die verschiedenen Etappen eher als andere erledigt haben, sollten während der Gruppenarbeit als Experten eingesetzt werden. Diese helfen bei Bedarf den Schülern, die nicht so schnell sind oder Hilfe benötigen. Folgende Materialien werden für den Mikroskopier-Führerschein benötigt: Kopien der benötigten Arbeitsblätter für jeden Schüler Selbstklebende Zettel in ausreichender Menge Weißes Papier zum Zeichnen Ein Mikroskop, Lupen, Skalpelle, Pinzetten, Objektträger, Wasser, Deckgläser für jede Gruppe. Farbstoff Methylenblau mit einer Pipette Mithilfe des Schulbuchs oder des Internets können die Schüler das Arbeitsblatt 7 Wie ist eine Zelle aufgebaut? bearbeiten. Als Folie dient dieses Arbeitsblatt dann zur Veranschaulichung und Überprüfung der Ergebnisse. Um den Aufbau von Zellen zu vertiefen, können die Schüler anschließend Zellmodelle, zum Beispiel aus Milchkartons, bauen und in einer Ausstellung präsentieren. Um die Vorgänge in einer Zelle möglichst anschaulich darzustellen, werden sie in dem Film Wunderwelt Zelle mit den Vorgängen in einer Stadt verglichen. Auf Arbeitsblatt 8 Was haben eine Zelle und eine Stadt gemeinsam? ordnen die Schüler den einzelnen Komponenten einer Stadt die verschiedenen Zellorganellen zu. Das Wissen zu den einzelnen Zellorganen können die Schüler vertiefen, indem sie in Kleingruppen oder in Einzelarbeit das Arbeitsblatt 9 Steckbrief: Zellorgane bearbeiten. Die passenden Informationen finden die Schüler im Internet oder in einem Schulbuch. Die verschiedenen Steckbriefe werden der Lerngruppe vorgestellt. Sie können auch als Grundlage für Plakate über die verschiedenen Zellorgane dienen. Sabine Nelke unterrichtet Biologie, Naturwissenschaften und Textilkunde an der Städtischen Realschule Haltern; Autorin für Unterrichtsmedien SWR (2) 45

3 Wunderwelt Zelle LÖSUNGEN ARBEITSBLÄTTER AB 1 Welche Zellen gibt es im menschlichen Körper? Bild 7, 6, 5, 4, 8, 2, 3: Rezeptorzellen im Innenohr verwandeln Schallwellen aus der Umgebung in elektrische Impulse; lange Nervenfasern leiten elektrische Impulse, und damit Informationen, weiter; Lichtrezeptorzellen aus dem Auge wandeln Informationen über Gesehenes in elektrische Impulse um; Abwehrzellen des Immunsystems verschlingen Mikroben zum Schutz vor Krankheiten; Nervenzellen aus dem Gehirn bilden die Schaltzentrale des menschlichen Körpers; die Eizelle ist die größte Zelle des menschlichen Körpers und wächst bei Befruchtung zu einem Menschen heran; ein Spermium wird in den Hoden des Mannes gebildet und kann eine Eizelle befruchten. AB 3 Wie ist ein Mikroskop aufgebaut? : Okular, Objektiv, Objekttisch, Blende, Lichtquelle, Tubus, Objektrevolver, Grob- und Feintrieb AB 4 Wie arbeitet man mit einem Mikroskop? : 1. Lege das Präparat, 2. Stelle mit dem Objektrevolver, 3. Schalte das Licht, 4. Betätige dann den Feintrieb, 5. Wenn du ein Objekt, 6. Schalte das Licht AB 5 Wozu brauchst du ein Mikroskop? : Das Auge vergrößert nicht, die Vergrößerung der Lupe Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Zellkerns steht auf der Lupe, die Vergrößerung mit dem AB 7 Wie ist eine Zelle aufgebaut? : 1. Endoplasmatisches Retikulum, 2. Zellkern, 3. Mitochon- Lichtmikroskop wird errechnet, indem man die Vergrößerung des verwendeten Objektivs mit der drien, 4. Golgi-Apparat, 5. Zellmembran, 6. Zellwand, 7. Chloroplast, 8. Vakuole des Okulars multipliziert, ein Elektronenmikroskop kann fach vergrößern. AB 8 Was haben eine Zelle und eine Stadt gemeinsam? : Rathaus Zellkern, Verkehrsnetz AB 6 Wie fertigt man eine mikroskopische Zeichnung an? : 1. Zellwände sind nicht durchgehend gezeichnet, 2. Zwiebelhautzellen haben eine ansomen, Kraftwerke Mitochondrien, Recyclingsys- Zytoskelett mit Motorproteinen, Fabriken Ribodere Form, 3. Zellwände sind nicht doppelt gezeichnet tem Proteasomen Folie Bilder aus dem Körper des Menschen Eizelle, von Spermien umringt Spermium dringt in Eizelle ein Embryo Fötus Nervenfasern Riechsinneszellen SWR (9) 46 Querschnitt einer Zelle Mitochondrien einer Zelle

4 Arbeitsblatt 1 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Welche Zellen gibt es im menschlichen Körper? 1. Schneide das Zellenbuch entlang der gestrichelten Linien aus. 2. Knicke das Blatt längs der Mitte nach hinten und klebe es zusammen. Falte es dann längs der Linien so zu einem Zickzack, dass die erste Seite oben liegt. 3. Trage den Namen und die Besonderheiten zu den einzelnen Zellen ein. Wusstest du schon? Der Körper des Menschen besteht aus ungefähr 50 Billionen Zellen! Mein Mini-Buch über die Zellen des menschlichen Körpers Name: Klasse: SWR (7) 47

5 Arbeitsblatt 2 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Wenn du die verschiedenen Etappen auf dem Weg zum Mikroskopier-Führerschein erreicht hast, dann lasse sie dir jeweils von deinem Lehrer abhaken. Sind alle Etappen erfolgreich erledigt, hast du diesen Führerschein bestanden und bekommst die Unterschrift deines Lehrers! Mikroskopier-Führerschein Name: Klasse: Etappe 1: Wie ist ein Mikroskop aufgebaut? Etappe 2: Wie arbeitet man mit einem Mikroskop? Etappe 3: Wozu brauchst du ein Mikroskop? Etappe 4: Wie fertigt man eine mikroskopische Zeichnung an? Etappe 5: Wie erstellt man ein mikroskopisches Präparat? Etappe 6: Wie färbt man ein mikroskopisches Präparat ein? Etappe 7: Was ist ein Elektronenmikroskop? Dimitri Zimmer, Dreamstime.com Unterschrift des Lehrers: 2. Aufgabe für Schnelle: Informiere dich über die Geschichte der Mikroskopie. 48

6 Arbeitsblatt 3 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Wie ist ein Mikroskop aufgebaut? Wusstest du schon? Ein Mikroskop trägt man immer aufrecht am Stativ! 1. Schreibe folgende Begriffe auf selbstklebende Zettel: Blende, Objektiv, Lichtquelle, Stativ, Objektivrevolver, Okular, Objekttisch, Tubus, Grob- und Feintrieb. Betrachte ein Mikroskop und klebe die Begriffe an die verschiedenen Bauteile. 2. Überprüfe mithilfe deines Schulbuches oder des Internets, ob deine Ergebnisse richtig sind und beschrifte das Mikroskop unten. Wie arbeitet man mit einem Mikroskop? 1. Finde heraus, wie man mit einem Mikroskop arbeitet: Schneide die einzelnen Arbeitsschritte unten aus und bringe sie in die richtige Reihenfolge. Klebe sie dann in dein Heft. Schalte das Licht ein, schaue durch das Okular und stelle den Objekttisch mit dem Grobtrieb so ein, dass du das Präparat gut erkennen kannst. Betätige dann den Feintrieb, bis das Bild scharf ist. Mit der Blende kannst du die Helligkeit und den Kontrast verändern. Suche nach einem geeigneten Bildausschnitt und betrachte ihn genau. Wenn du ein Objektiv mit einer stärkeren Vergrößerung verwenden möchtest, stelle sie mit dem Objektivrevolver ein. Schalte das Licht aus. Stelle die kleinste Vergrößerung mit dem Objektivrevolver ein. Trage das Mikroskop am Stativ. Lege das Präparat so auf den Objekttisch, dass es über der Öffnung für die Beleuchtung liegt. Stelle mit dem Objektrevolver das Objektiv mit der kleinsten möglichen Vergrößerung ein. Es ist das Kürzeste! Dabei darf das Objekt nicht das Präparat berühren. Betrachte von der Seite! Dimitri Zimmer, Dreamstime.com 2. Aufgabe für Schnelle: Finde heraus, wie man die Gesamtvergrößerung mit dem Mikroskop errechnet. 49

7 Arbeitsblatt 4 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Wozu brauchst du ein Mikroskop? 1. Trage unten ein, wie stark du mit dem Auge, mit einer Lupe, mit dem Lichtmikroskop und mit einem Elektronenmikroskop vergrößern kannst. 2. Betrachte die Wasserpest mit dem Auge, mit einer Lupe und mit einem Lichtmikroskop und zeichne dann: Auge Vergrößerung: Lupe Vergrößerung: Lichtmikroskop Vergrößerung: 3. Beantworte die Frage: Wozu brauchst du ein Mikroskop? : Wie fertigt man eine mikroskopische Zeichnung an? Martina Frietsch 50 Zeichne immer mit einem spitzen Bleistift. Eine mikroskopische Zeichnung sollte immer auf weißem Papier angefertigt werden. Die Zeichnung sollte mindestens ein halbes DIN A4 Blatt groß sein. Betrachte das Bild genau, zum Beispiel die Form von Zellen. Zeichne durchgängige Linien. Arbeite sauber. Füge eine Bildüberschrift, die Vergrößerung und das Datum hinzu. Finde in der Zeichnung von Zwiebelzellen rechts drei Fehler und korrigiere sie mit einem roten Stift. Zwiebelzellen, 400-fache Vergrößerung

8 Arbeitsblatt 5 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Wie fertigt man ein mikroskopisches Präparat an? 1. Fertige ein Präparat von einem Zwiebelhäutchen an, um danach Zwiebelzellen unter dem Mikroskop zu betrachten. Gehe Schritt für Schritt, wie unten beschrieben, vor: Viertle eine Zwiebel mit einem Küchenmesser. Schneide mit dem Skalpell ein Quadrat in die Innenseite einer Zwiebelschuppe. Ziehe aus einem entstandenen Quadrat mit einer Pinzette das oberste, sehr dünne Häutchen ab. Lege das feine Zwiebelhäutchen mit einer Pinzette auf einen Objektträger. Gib einen Tropfen Wasser auf das Zwiebelhäutchen. Stelle ein Deckglas auf einer Kante in den Wassertropfen und lass es dann vorsichtig fallen. Dein selbst hergestelltes Nasspräparat ist fertig und kann unter dem Mikroskop betrachtet werden! Wusstest du schon? Pflanzenzellen unterscheiden sich von Tier- und Menschenzellen! 2. Fertige, während du dein Nasspräparat mit dem Lichtmikroskop betrachtest, eine mikroskopische Zeichnung davon an. 3. Aufgabe für Schnelle: Zeichne die verschiedenen Materialien, welche du zum Herstellen eines Präparats benötigst und schreibe ihre Namen dazu. Wie färbt man ein mikroskopisches Präparat ein? 1. Damit du die Zellen einer Zwiebel besser betrachten kannst, färbe ein Zwiebelpräparat, wie unten beschrieben, mit dem Farbstoff Methylenblau ein: Wusstest du schon? Wenn man mikroskopische Präparate einfärbt, kann man Details besser unter dem Mikroskop erkennen. Gib einen Tropfen Methylenblau so neben das Deckglas eines fertigen Zwiebelhautpräparats, dass die Farbe an den Wassertropfen unter dem Deckglas grenzt. Sauge den Farbstoff unter das Deckglas, indem du auf der anderen Seite des Deckglases ein Stück Filterpapier an den Wassertropfen hältst. 2. Aufgabe für Schnelle: Färbe ein anderes Zwiebelpräparat so ein, dass du die Farbe auf die Zwiebelhaut gibst, bevor du das Deckglas auflegst und vergleiche die Ergebnisse. Martina Frietsch (6) 51

9 Arbeitsblatt 6 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Wie verdeutlicht man Details auf Elektronenmikroskop-Fotos? 1. Arbeite wie Lennart Nilsson, ein schwedischer Mikrofotograf, der mithilfe von Elektronenmikroskopen in die Mikrowelt der menschlichen Zellen eindringt! Damit die Details seiner schwarz-weißen Elektronenmikroskop-Fotos deutlich zu erkennen sind, werden sie eingefärbt. Sieh dir die Fotos unten im Film Wunderwelt Zelle an, färbe sie mit Buntstiften ein und trage ein, was jeweils zu sehen ist. SWR (4) Was ist ein Elektronenmikroskop? Informiere dich in deinem Schulbuch oder im Internet. Unterscheide dabei Rasterelektronenmikroskop (REM) und Transmissionselektronenmikroskop (TEM).

10 Arbeitsblatt 7 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Wie ist eine Zelle aufgebaut? 1. Informiere dich darüber, wie tierische und pflanzliche Zellen aufgebaut sind und trage in die Tabelle unten die Namen der verschiedenen Zellorganellen ein. Wusstest du schon? Der Körper des Menschen besteht ungefähr aus 50 Billionen Zellen! 2. Male die verschiedenen Zellorganellen in der tierischen und der pflanzlichen Zelle in folgenden Farben aus: Zellkern (nur Hülle) schwarz, Endoplasmatisches Retikulum rot, Dictyosom orange, Mitochondrium gelb, Chloroplast grün, Vakuole blau = 5. = 2. = 6. = 3. = 7. = 4. = 8. = Martina Frietsch (2) 2. Aufgabe für Schnelle: Sammle Beispiele für tierische und pflanzliche Zellen. 53

11 Arbeitsblatt 8 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Was haben eine Zelle und eine Stadt gemeinsam? 1. Betrachte den Film Wunderwelt Zelle und finde heraus, welche Zellbestandteile den Bauteilen einer Stadt gleichen. Schneide die Bilder und Bezeichnungen der Zellorganellen unten aus und klebe sie an der richtigen Stelle in die Tabelle. Stadt Zelle Rathaus Steuerzentrale, Verwaltung, Lagerung und Austausch von Informationen und Instruktionen. Verkehrsnetz Wichtige Stoffe werden an verschiedene Stellen transportiert. Ela Kwasniewski, Dreamstime.com; Madmaxer, Dreamstime.com; Eric de Graaf, Dreamstime.com; Michael Schmeling, Dreamstime.com; Raja RC, Dreamstime.com; SWR (5) Fabriken Kraftwerke Recyclingsystem Mitochondrium Zellkern Herstellung wichtiger Produkte. Bereitstellung von ständig benötigter Energie. Abbau und Umbau nicht mehr benötigter Stoffe. Zytoskelett mit Motorproteinen Proteasom Ribosom Wusstest du schon? Die kleinsten Zellen im menschlichen Körper sind mit 0,01 Millimeter die roten Blutkörperchen. 54

12 Arbeitsblatt 9 zur Sendung Wunderwelt Zelle im Stammnummer Steckbrief: Zellorganellen 1. In einer Zelle befinden sich verschiedene Zellorganellen, wie zum Beispiel der Zellkern oder die Mitochondrien. Informiere dich genau über die einzelnen Zellorganellen und trage deine Ergebnisse jeweils in einen Steckbrief für Zellorganellen ein. Name: Steckbrief Zellorganellen Vorkommen: deine Zeichnung Aufgaben: Besonderheiten: 55