Warum brauchen Tiere Steuerung und Koordination?
Jede Handlung, vom Blinzeln bis zum Rennen, braucht viele Körperteile, die im richtigen Moment zusammenarbeiten. Diese Teamarbeit heißt Koordination. Bei Tieren leisten sie zwei Systeme: das schnelle Nervensystem (elektrische Signale in den Nerven) und das langsamere Hormonsystem (Hormone im Blut).
Spezielle Nervenenden, die Rezeptoren, nehmen Veränderungen in unserer Umgebung (Reize) wahr: Licht im Auge, Schall im Ohr, Gerüche in der Nase (Geruchsrezeptoren), Geschmack auf der Zunge (Geschmacksrezeptoren), Berührung und Wärme in der Haut.
Neuron: Aufbau und Weg einer Nachricht
Ein Neuron ist die Arbeitseinheit des Nervensystems. Es hat drei Teile:
- Dendriten: kurze Verzweigungen, die die Nachricht sammeln.
- Zellkörper: enthält den Zellkern und verarbeitet die Nachricht.
- Axon: eine lange Faser, die die Nachricht als elektrischen Impuls zur Nervenendigung trägt.
Die Nachricht läuft immer in eine Richtung: Dendrit → Zellkörper → Axon → Nervenendigung.
Synapse
Zwei Neuronen berühren sich nicht. Der winzige Spalt zwischen dem Ende des einen und dem Anfang des nächsten ist die Synapse. An der Nervenendigung bringt der elektrische Impuls die Zelle dazu, Botenstoffe freizusetzen. Diese überqueren den Spalt und lösen im nächsten Neuron einen neuen Impuls aus. Dasselbe passiert dort, wo ein Nerv auf eine Muskel- oder Drüsenzelle trifft.
Reflex und Reflexbogen
Ein Reflex ist eine plötzliche, automatische Reaktion auf einen Reiz, ohne nachzudenken. Beispiele: die Hand von einer Flamme wegziehen, bei grellem Licht blinzeln, niesen, husten, der Kniesehnenreflex.
Der Weg der Nachricht heißt Reflexbogen: Rezeptor (Haut) → sensorisches Neuron → Schaltneuron im Rückenmark → motorisches Neuron → Effektor (Muskel). Das Rückenmark trifft die Entscheidung, deshalb ist die Antwort sehr schnell. Die Nachricht läuft außerdem weiter zum Gehirn, das erst danach etwas davon bemerkt.
Warum gibt es Reflexbögen? Denken im Gehirn braucht Zeit; in Gefahr könnte diese Verzögerung schaden. Reflexbögen entstanden bei Tieren mit einfachem Nervensystem und sind auch für uns noch nützlich.
Das menschliche Nervensystem: zentral und peripher
Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus Gehirn und Rückenmark. Das periphere Nervensystem umfasst alle Nerven, die das ZNS mit dem Körper verbinden: die Hirnnerven vom Gehirn und die Spinalnerven vom Rückenmark.
Handlungen, die wir wählen (schreiben, einen Ball kicken), sind willkürlich und werden vom Vorderhirn gesteuert. Vorgänge wie Herzschlag, Atmung und Speichelbildung sind unwillkürlich und werden von Mittelhirn und Hinterhirn gesteuert.
Das menschliche Gehirn: Vorderhirn, Mittelhirn und Hinterhirn
- Vorderhirn (Großhirn): der größte Teil und der Denkteil. Es hat Bereiche, die Empfindungen aufnehmen (Sehen, Hören, Riechen, Tasten), Bereiche, die Informationen verknüpfen und speichern (Gedächtnis, Lernen), und Bereiche, die Befehle an die willkürlichen Muskeln senden. Auch das Hungergefühl entsteht in einem Zentrum hier.
- Mittelhirn: verbindet Vorder- und Hinterhirn und steuert einige unwillkürliche Vorgänge wie Reflexe von Augen und Kopf.
- Hinterhirn: das Kleinhirn sorgt für Haltung und Gleichgewicht und macht Bewegungen genau (geradeaus gehen, einen Bleistift greifen); das verlängerte Mark (Medulla) steuert Herzschlag, Blutdruck, Atmung, Speichelbildung und Erbrechen; die Brücke (Pons) hilft bei der Atemsteuerung.
Wie werden Gehirn und Rückenmark geschützt?
Nervengewebe ist weich und empfindlich. Das Gehirn liegt im knöchernen Schädel (Cranium) und ist von einem flüssigkeitsgefüllten Beutel umgeben, der wie ein Stoßdämpfer wirkt. Das Rückenmark wird von der Wirbelsäule geschützt, einer Kette aus ringförmigen Knochen.
Wie führt Nervengewebe zu einer Bewegung?
Wenn ein motorischer Nervenimpuls einen Muskel erreicht, verändern die Muskelzellen ihre Form. Muskelzellen enthalten besondere Eiweiße, die auf den elektrischen Impuls hin ihre Anordnung ändern, sodass die Zelle kürzer wird. Viele Zellen, die sich gemeinsam verkürzen, ziehen an einem Knochen und erzeugen Bewegung. Muskeln, die wir nach Willen bewegen, sind willkürliche Muskeln; Herz und Darmmuskeln sind unwillkürlich.
Tipp für die Prüfung: Das Schema des Reflexbogens, die Zeichnung des Neurons und die Aufgaben der Gehirnteile werden fast jedes Jahr gefragt (2 bis 5 Punkte).
Wichtige Formeln und Definitionen
- Neuron: Dendrit → Zellkörper → Axon → Nervenendigung (Einbahnstraße)
- Synapse: elektrischer Impuls → Botenstoff über den Spalt → neuer elektrischer Impuls
- Reflexbogen: Rezeptor → sensorisches Neuron → Schaltneuron (Rückenmark) → motorisches Neuron → Effektor
- ZNS = Gehirn + Rückenmark; PNS = Hirnnerven + Spinalnerven
- Vorderhirn: Denken, Sinne, willkürliche Handlungen, Hunger
- Mittelhirn: unwillkürliche Reflexe von Auge und Kopf
- Hinterhirn: Kleinhirn (Gleichgewicht), Medulla (Herzschlag, Atmung, Erbrechen), Pons (Atmung)
- Schutz: Schädel + Flüssigkeitspolster (Gehirn); Wirbelsäule (Rückenmark)
Gelöste Beispiele
1. Nenne den Teil eines Neurons, an dem Informationen zuerst aufgenommen werden, und den Teil, an dem sie als Impuls entlanglaufen.
Informationen werden von den Dendriten aufgenommen. Danach laufen sie als elektrischer Impuls am Axon entlang.
2. Du trittst auf eine spitze Nadel und hebst sofort den Fuß. Beschreibe den Weg der Nachricht.
Schmerzrezeptoren in der Haut des Fußes → sensorisches Neuron → Rückenmark, wo ein Schaltneuron das Signal weitergibt → motorisches Neuron → Beinmuskeln ziehen sich zusammen und heben den Fuß. Das ist ein Reflexbogen; das Gehirn erfährt es einen Moment später.
3. Ein Mensch geht nach einer Kopfverletzung unsicher und kann kleine Gegenstände nicht mehr sauber greifen. Welcher Gehirnteil ist wahrscheinlich verletzt?
Das Kleinhirn, ein Teil des Hinterhirns. Es sorgt für Gleichgewicht und macht willkürliche Bewegungen genau.
4. Warum kann eine Nachricht eine Synapse nur in eine Richtung überqueren?
Nur die Nervenendigung (Ende des Axons) setzt die Botenstoffe frei; die Dendritenseite empfängt sie nur. Das Signal geht also vom Axon des einen Neurons zum Dendriten des nächsten, nie rückwärts.
5. Ist das Nachdenken darüber, was es zum Mittagessen gibt, ein Reflex? Begründe.
Nein. Es braucht Gedächtnis, Auswahl und Entscheidung im Vorderhirn und dauert länger. Ein Reflex ist automatisch, schnell und wird vom Rückenmark oder dem unteren Gehirn gesteuert.
Häufige Fehler
- Zu sagen, das Gehirn steuere einen Reflex. Das Rückenmark entscheidet; das Gehirn wird erst später informiert.
- Den Weg im Neuron rückwärts aufschreiben (Axon zu Dendrit innerhalb eines Neurons). Richtig ist Dendrit → Zellkörper → Axon.
- Zu denken, dass sich Neuronen berühren. Es gibt immer einen Spalt, die Synapse, den Botenstoffe überqueren.
- Kleinhirn und Großhirn verwechseln. Das Großhirn (Vorderhirn) denkt; das Kleinhirn (Hinterhirn) hält das Gleichgewicht.