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Das Gift des Texas-Sandskorpions 2015 GK

In dieser gut durchdachten Grundkursaufgabe aus dem Jahre 2015 geht es um grundlegende Themen der Neurobiologie, nämlich die Entstehung von Aktionspotenzialen bei der Schmerzweiterleitung sowie die Frage, wie ein Giftstoff diese Schmerzweiterleitung verhindern kann.

Materialien

  • Den Schülern wird als Arbeitsmaterial A ein Informationstext zur Schmerzrezeption durch Nozizeptoren sowie zur Schmerzweiterleitung ins Rückenmark und ins Gehirn gegeben. Dieser Informationstext beschreibt dann auch zwei verschiedene Typen von spannungsgesteuerten Natriumkanälen, die NaV1.7-Kanäle und die NaV1.8-Kanäle, die sich unterschiedlich verhalten.

  • Das Arbeitsmaterial B besteht aus einem Text, in dem beschrieben wird, wie die Forscher die Wirkung des Giftes des Texas-Sandskorpions auf zwei verschiedene Maus-Arten experimentell untersuchten. Die eine Mausart, die Hausmaus (Mus musculus), reagiert sehr empfindlich auf das Gift, man kann nachweisen, dass sie sehr starke Schmerzen hat, wenn sie vom Sandskorpion gestochen wird. Die andere Mausart, die Grashüpfermaus Onychomys torridus, reagiert nicht nur nicht auf das Gift, sondern es verursacht sogar weniger Schmerzen als eine injizierte Kochsalzlösung. Diese Maus ist in der Lage, Sandskorpione zu fressen, die Hausmaus kann das natürlich nicht.

  • Das Arbeitsmaterial C schließlich enthält eine Graphik zur Wirkung des Giftstoffes auf den NaV1.8-Kanal bei den beiden Mausarten. Bei der Hausmaus ist der Einstrom von Natrium-Ionen bei geringen und bei hohen Giftdosen kontinuierlich hoch, bei der Grashüpfermaus verringert sich der Na+-Einstrom mit steigender Giftkonzentration. Bei hoher Giftkonzentration arbeiten die Natriumkanäle überhaupt nicht mehr, so dass auch keine Schmerzweiterleitung zum Rückenmark mehr stattfinden kann.

Teilaufgabe 1

  • Zunächst soll der Ablauf eines Aktionspotenzials beschrieben werden, auch auf die Rolle der beiden verschiedenen Natriumkanäle soll dabei eingegangen werden.

Teilaufgabe 2

In dieser Teilaufgabe sollen die Schüler die Versuchsergebnisse aus Material B zusammenfassen, Schlussfolgerungen ableiten und schließlich begründen, warum die Grashüpfermaus in der Lage ist, den Skorpion als Beute zu nutzen, während die Hausmaus dies nicht kann.

Teilaufgabe 3

Hier sollen die Schüler die Wirkung des Skorpiongiftes auf molekularer Ebene erklären.

Fazit

Ich persönlich finde diese Abituraufgabe hervorragend. Hier wird Grundlagenwissen der Neurobiologie (Bildung von Aktionspotenzialen, Rolle der Natriumkanäle) sehr schön mit weiterführenden Themen (Schmerzentstehung und -weiterleitung) sowie mit einem ökologischen Thema (Räuber-Beute-Beziehungen) verknüpft.