Biologie
Auswertung der Brutvogelkartierung einer Windwurffläche in der Königsbrücker Heide
Starke Stürme sorgen immer wieder dafür, dass in Wäldern massenweise Bäume umstürzen und so sogenannte Windwurfflächen entstehen. Dies führt zu Veränderungen des Lebensraums, andere ökologische Nischen entwickeln sich, neue Pflanzen und Tiere siedeln sich an. Wie sich Windwurf auf den Vogelbestand auswirkt, untersuchte Jessica Holland im Naturschutzgebiet Königsbrücker Heide. Orkanböen hatten dort 2017 weite Teile eines Kiefernforstes zerstört. Die Jungforscherin verglich eine sich selbst überlassene mit einer vom Totholz befreiten Windwurffläche sowie mit einem nicht geschädigten, ähnlich strukturierten Kiefernwald. Im sich natürlich regenerierenden, reich strukturierten Wald konnte sie deutlich mehr Brutvogelarten beobachten als im geräumten Gebiet und sogar mehr als im intakten Referenzwald.
Auswirkungen eines 14-tägigen Social-Media-Entzugs auf das Stresssystem von Schüler:innen
Was geschieht, wenn junge Menschen zwei Wochen lang freiwillig auf soziale Medien verzichten? Luise Frössler untersuchte bei 28 Testpersonen zwischen 14 und 19 Jahren die Wirkung des Entzugs auf Stressniveau und Konzentration. Die Testpersonen notierten täglich Bildschirmzeit und subjektives Befinden. Fitnessuhren erfassten körperliche Parameter zur Bewertung von Stress und Schlaf. In der ersten Woche sank die Zeit am Smartphone von durchschnittlich 4,7 auf 3,7 Stunden, vor allem Messenger- und Streamingdienste wurden weiterhin genutzt. Durch den Verzicht auf soziale Medien stiegen Wohlbefinden und Konzentrationsfähigkeit und der Stress nahm ab. In der zweiten Woche stieg zwar die Handyzeit auf 4,1 Stunden, der positive Trend bei Befinden und Konzentration hielt jedoch an.
Bakterien auf dem Speiseplan 2.0
Bakteriophagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren. Misha Hegde und Mia Maurer wollten beweisen, dass diese Viren in lebenden Pflanzen bakterielle Krankheitserreger bekämpfen können. Dazu isolierten sie Phagen aus Bodenproben, reinigten und vermehrten sie und untersuchten, unter welchen Umweltbedingungen sie sich vermehren. Mit dem Elektronenmikroskop machten die Jungforscherinnen die Form des isolierten Virus sichtbar. Nach Entschlüsselung des Phagengenoms waren sie sich sicher, dass ihr Bakteriophage zur Gruppe der Podoviren gehört und dass es sich um einen neuen Phagen handelt. Jetzt planen sie Versuche mit bakteriell befallenen Karottenscheiben, um zu testen, ob sich die Viren aus dem Gartenboden für eine biologische Schädlingsbekämpfung eignen.
Clams’ contagious cancer – Prävalenz und Peptidtherapie infektiöser Krebszellen
Die Marine Bivalve Transmissible Neoplasie (MarBTN) ist eine leukämieähnliche tödliche Krebserkrankung, die Muscheln befällt und sich durch die Übertragung lebender Tumorzellen verbreitet. Julia Lenger und Leila Jürß konnten nachweisen, dass die MarBTN bei Gemeinen Miesmuscheln an der ostfriesischen Nordseeküste vorkommt. Sie untersuchten 36 Muscheln von drei Standorten in der Region. Etwa jede vierte der untersuchten Muscheln war infiziert, wobei Regionen mit starkem Schiffsverkehr besonders betroffen sind. Antimikrobielle Eiweißstoffe, die Muscheln zum Kampf gegen Krankheitserreger bilden, können die Tumorzellen allerdings abwehren. Wirkung zeigt hier insbesondere das Peptid Magainin-2. Es reduziert die Krebszellen, ohne das gesunde Gewebe anzugreifen.
Der Brutvogelbestand im NSG „Koppelstein-Helmestal“ – Analyse und Entwicklung
Um beurteilen zu können, ob ein Naturschutzgebiet seinen Zweck erfüllt, muss dessen Artenvielfalt über einen längeren Zeitraum erfasst und verglichen werden. Besonders gut lässt sich das anhand der Arten und der Anzahl der in dem Gebiet brütenden Vögel einschätzen. Mit diesem Ziel kartierte Jule Hümmerich den Brutvogelbestand im rheinland-pfälzischen Naturschutzgebiet Koppelstein-Helmestal und verglich die Daten mit einer länger zurückliegenden Erfassung. Eigene Daten gewann sie, indem sie die dortigen Vögel über Monate hinweg beobachtete, sowie durch die akustische Erfassung von Vogelstimmen. Sie ermittelte 199 Brutpaare, verteilt auf 33 Arten. Vor fast 40 Jahren waren es noch 272 Brutpaare, verteilt auf 49 Arten. Die Zahlen sprechen für verstärkte Schutzanstrengungen in der Region.
Die Behandlung phytopathogener Pilzinfektionen bei Weizen mit natürlicher Pilzgießmischung
Weichweizen, aus dem weltweit Brot gebacken wird, ist anfällig für Blattläuse und Pilzkrankheiten wie Braunrost. Lucia Liebe und Isabela Stoica wollten wissen, ob es Alternativen zu chemischen Spritzmitteln gibt. Sie säten Samen aus und infizierten ihre jungen Weizenpflanzen mit Braunrost. Dann besprühten sie den Weizen mit Extrakten aus anderen, für Pflanzen schädlichen Pilzen und setzten Blattläuse auf die Blätter. Damit wollten sie testen, ob die versprühten Extrakte natürliche Stoffe enthalten, die den Braunrost reduzieren oder die Blattläuse vertreiben. Die Jungforscherinnen wurden fündig: Ein Pilz, der bei Pflanzen normalerweise Blattdürre verursacht, wirkte gegen den Braunrost, ein anderer, der sogenannten Rapskrebs hervorruft, verringerte den Fraß der Blattläuse.
Entwicklung eines RNA-basierten Sensors zum Nachweis des Antibiotikums Tetracyclin
Tetracycline gehören zu den am häufigsten eingesetzten Antibiotika und viele Krankheitserreger sind mittlerweile resistent gegen die Wirkstoffe. Linnéa Fröber, Anika Stephan und Mara Hanse entwickelten einen bakteriellen Sensor, mit dem sie Tetracycline in der Umwelt nachweisen können. Dafür setzten sie in E. coli-Bakterien ein künstliches, ringförmiges DNA-Molekül. Dieses sogenannte Plasmid trägt mehrere Gene, von denen eines spezifisch Tetracycline bindet. Die Bindung löst die Synthese eines fluoreszierenden Eiweißstoffs in der Zelle aus, das Bakterium leuchtet grün. Die Messungen der Jungforscherinnen zeigen, dass der Sensor auf geringe Tetracyclinkonzentrationen empfindlich reagiert, bei hohen Werten aber nicht mehr funktioniert, da dann die Bakterien inaktiv werden.
Evaluierung der fungiziden Wirkung natürlicher antimikrobieller Wirkstoffe an F. oxysporum
Die Schimmelpilzart Fusarium oxysporum befällt mehr als 120 Pflanzenarten, darunter die meisten Gemüsesorten wie auch Baumwolle. Chris Schubert untersuchte, ob sich die Ausbreitung des Schimmelpilzes durch den Einsatz der Blatt- und Rindenextrakte des immergrünen Tropenbaums Warburgia ugandensis unterbinden lässt. Im Labor konnte der Jungforscher eine stark fungizide Wirkung der Extrakte belegen. Auch in Kombination mit dem biologischen Fungizid Chitosan erwiesen sich die Pflanzenextrakte als wirksam gegen die Sporen des Schimmelpilzes. Wirtschaftliches Potenzial bietet nun vor allem die Nutzung der Blattextrakte, da die Blätter deutlich einfacher zu ernten sind als die Rinde. Das Sortiment der biologischen Fungizide könnte also künftig um eine Option erweitert werden.
Hitzeschock und Co.: Calcium-Signale in Hefezellen unter der Lupe
Calciumionen stimulieren wichtige Signalwege in Zellen – auch dann, wenn sie unter Stress stehen. Cumhur Utku Dağli wollte wissen, ob man Zellen an Stress gewöhnen und sie damit überlebensfähiger machen kann. Für seine Experimente nutzte er Bierhefe, weil die Signalwege in Hefe- und in menschlichen Zellen ähnlich sind. Die Proben setzte er für kurze Zeit verschieden hohen, steigenden Temperaturen aus. Mit einem Laserscanning-Mikroskop untersuchte er, wie sich der Calciumgehalt unter Hitzestress verändert. Der Jungforscher fand heraus, dass bei hohen, für die Hefe tödlichen Temperaturen, deutlich mehr Calcium gebildet wird als bei moderatem Hitzestress, der die Zellen nur schwächt. Seine Vermutung: Die Hefe bildet zur Abwehr Hitzeschutzproteine, die den Calcium-Haushalt der Zellen stabilisieren.
Innervation meets Innovation: Untersuchung von Tumor-Nerv-Interaktionen in PDAC
Seit einigen Jahren verändert sich unser Verständnis von Krebs radikal. Tumore gelten heute nicht mehr nur als unkontrollierte Zellhaufen, sondern als komplexe Gebilde, die ihre Umgebung umgestalten können. So ist eine der häufigsten und aggressivsten Formen des Bauchspeicheldrüsenkrebs in der Lage, in Nervenzellen einzudringen und diese so zu beeinflussen, dass die Krebszellen sich stärker ausbreiten. Mathis B. Hennecke konnte mithilfe einer fortschrittlichen Software für elektronenmikroskopische Bilder die Interaktionen zwischen Nervenzellen und Tumoren in 3D visualisieren. Sein Projekt trägt zum Verständnis komplexer struktureller Interaktionen bei, die das Tumorwachstum unterstützen.
KI-basierte Analyse von Plankton in Gewässerproben
Das pflanzliche Plankton in Meeren und im Süßwasser setzt sich vor allem aus Algen und Cyanobakterien zusammen. Es bildet die Nahrungsquelle für das Leben im Wasser, produziert über die Hälfte des Sauerstoffs unseres Planeten und nimmt ein Drittel des vom Menschen erzeugten Kohlendioxids auf. Pflanzliches und tierisches Plankton stehen in enger Wechselwirkung, die sich durch die Erderhitzung verändert. Um diese Vorgänge besser untersuchen zu können, entwickelte Isabelle Tolkien ein automatisiertes System zur Bestimmung von Phytoplanktongattungen. Sie nutzte dafür eine Bilderkennungssoftware und ein frei zugängliches, vortrainiertes KI-Modell. Damit lassen sich auf mikroskopischen Aufnahmen bestimmte Algen rasch charakterisieren und etwa die Ausbreitung toxischer Arten früh erkennen.
Left Ventricle Assist System (LVAS)
Die diastolische Herzschwäche ist eine verbreitete Erkrankung. Dabei kann sich der Herzmuskel in der Füllphase nicht genügend entspannen, um sich ausreichend mit Blut zu füllen. Als Folge staut sich das Blut vor dem Herzen zurück in die Lunge, wodurch das Körpergewebe unzureichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt wird. Erkrankte leiden dann unter rascher Erschöpfung und Kreislaufproblemen. Bei einer neuartigen Behandlungsmethode wird eine spezielle Drahtfeder in die linke Herzkammer eingeführt, um das Volumen zu vergrößern. Seungheon Lee entwarf die Computersimulation eines Schweineherzens und untersuchte damit realitätsnah die Folgen dieses Eingriffs. Damit konnte er dessen großes Potenzial demonstrieren. Verbesserungen und weitere Forschung sind aus seiner Sicht aber notwendig.
Libellenkartierung am Silbersee und Scharmützelsee
Libellen sind räuberische Insekten, stehen am Ende der Nahrungskette und bevorzugen, je nach Art, charakteristische Lebensräume an Seen und Flüssen. Dadurch sind sie besonders dafür geeignet, anhand ihrer Artenvielfalt den ökologischen Zustand eines Gewässers zu beurteilen. Sie können unter anderem Indikatoren dafür sein, ob dieses überdüngt oder nährstoffarm ist. Esther Marie Schüler untersuchte von Mai bis Oktober 2024 regelmäßig die Libellenfauna des Silbersees und des Scharmützelsees in Brandenburg. Sie fand insgesamt 18 unterschiedliche Libellenarten. Die Vielfalt war deutlich geringer als in länger zurückliegenden Studien. Zudem fand sie fast nur noch Arten, die nährstoffreiche Gewässer tolerieren – ein Hinweis, dass beide Seen überdüngt sind und so die Biodiversität beeinträchtigen.
PCR detektiert Wolbachia
Seit mehr als zehn Jahren breitet sich die Kirschessigfliege rasant in Europa aus und verursacht erhebliche Schäden im Obst- und Weinbau. Anders als die schon länger hier heimischen Taufliegenarten kann sie intakte Schalen von weichschaligen Früchten durchdringen. Klara Keller wollte herausfinden, warum sich die invasive Art so rasch ausbreitet. Als Ursache fiel ihr Verdacht auf Bakterien der Gattung Wolbachia, die die Fortpflanzung bei Taufliegen schädigen können. Daher untersuchte sie Fänge der Kirschessigfliege und von zwei verwandten Arten auf genetische Spuren dieser Mikroorganismen. Alle Proben der eingewanderten Art waren frei davon, die übrigen jedoch fast durchweg infiziert. Dieser Befund stützte die Annahme, dass die Kirschessigfliege resistent ist gegen diese Bakterien und sich so erfolgreicher vermehren kann.
Pollenanalyse mithilfe von KI: ein alternativer Ansatz zur PA-Analytik in Honig
Das Jakobskreuzkraut enthält ein Gift, das schon in geringer Menge die Leber schädigen kann. Imker betrachten die Ausbreitung der Pflanze daher mit Sorge. Bei Bienen ist dieses Gift zwar unwirksam, es kann jedoch über Pollen und Nektar in den Honig gelangen. Lotta Pauline Flühe, Sophie Klara Michelle Schubert und Ben Eric Wagner entwickelten ein KI-basiertes Bilderkennungssystem, mit dem sich die Pollen des Krauts im Honig aufspüren lassen, um so einen Hinweis zu erhalten, wie stark dieser belastet ist. Insgesamt konnten die Jungforschenden nur geringe Mengen des Gifts nachweisen, die gesundheitlich unbedenklich waren. Eine Korrelation der Pollenmenge mit dem Giftgehalt fanden sie nicht. Doch ihre Methode könnte künftig bei der Analyse pflanzentypischer Pollen eine wichtige Rolle spielen.
Slimy Solutions – biologisch inspirierte Netzwerkoptimierung durch Physarum polycephalum
Der Mensch investiert viel Zeit in die Suche nach perfekten Transportwegen. Dabei könnte er von Physarum polycephalum lernen. Davon sind Maja Vandam und Eero Luig überzeugt. Der Schleimpilz bildet beim Wachstum ein venenartiges Netz, mit dem er Futterquellen miteinander verbindet. Keiner der Wege führt ins Leere oder macht einen Umweg. Die Jungforschenden züchteten den Pilz und verglichen sein Wachstum innerhalb vorgegebener Koordinaten mit einem Netzwerk, das von ChatGPT berechnet wurde. Beide Netzwerke hatten große Ähnlichkeit. Allerdings war das Wegenetz von Physarum effizienter, zudem bildet er sofort neue Pfade, wenn Verbindungen unterbrochen werden. Damit ist der Pilz ein Vorbild für schnelle sowie fehlertolerante und ressourcenschonende Netzwerke etwa im Logistikbereich.
Studie zur Gewinnung von Rohrkolbensaat und zur Anzucht für die Wiedervernässung von Mooren
Die Wiedervernässung von Mooren ist eine der effektivsten Maßnahmen gegen den Klimawandel. Denn diese können weitaus mehr Kohlendioxid speichern als alle Wälder der Erde zusammen. Eine besonders wertvolle Pflanze bei der Renaturierung trockengelegter Moore ist der Rohrkolben. Zum einen fördert die Pflanze die Moorentstehung, zum anderen kann sie auch wirtschaftlich genutzt werden, beispielsweise als Rohstoff für Dämmstoffe. Emely Müller und Pia Pauline Bartel sind überzeugt, dass mithilfe des Rohrkolbens langfristige Projekte zur CO2-Fixierung umgesetzt werden können. Dazu haben sie Saatgutgewinnung und Keimbedingungen untersucht und verbessert sowie Ideen entwickelt, wie diese Erkenntnisse bei einer größeren wiedervernässten Fläche angewendet werden können.
Untersuchung klimabedingter Veränderungen im Auftreten seltener Singvögel auf Helgoland
Auf der Insel Helgoland wurden in den vergangenen vier Jahrzehnten zunehmend mehr Singvögel, vor allem aus Sibirien und Zentralasien, beobachtet – teilweise Tausende Kilometer fernab ihrer üblichen Zugrouten. Von 1985 bis 2024 stieg auf der Insel die Zahl dieser nicht heimischen Vogelarten von fünf auf 16 an. Dominik Mayer wollte herausfinden, ob diese Entwicklung mit dem fortschreitenden Klimawandel in Verbindung steht. Besonders verstärkte Winde aus südöstlicher Richtung standen im Verdacht, die unerwarteten Inselgäste von ihrem Kurs abgebracht zu haben. Gestützt auf Datenbanken privater und professioneller Vogelbeobachter sowie offizielle Wetterdaten konnte der Jungforscher diesen Zusammenhang auf Basis seiner Untersuchungsergebnisse widerlegen. Das Phänomen bleibt weiterhin rätselhaft.
Wirkung von Tensiden auf das Pflanzenwachstum
Waschaktive Substanzen in Wasch- und Körperpflegemitteln lassen sich durch Kläranlagen größtenteils aus unserem Brauchwasser entfernen. Ein Teil dieser Tenside jedoch gelangt in unsere Gewässer und kann dort Pflanzen und Tiere schädigen. Um herauszufinden, wie sehr diese Stoffe das Pflanzenwachstum beeinträchtigen, entwickelte Marharyta Nikolaienko ein Testsystem. Dafür nutzte sie Bohnen, die sie mit unterschiedlich hohen Mengen tensidhaltigen Wassers goss. Sie kontrollierte deren Keimdauer sowie das Wachstum von Wurzeln und Trieben. Wie sich zeigte, wurden die Pflanzen je nach Dosis erheblich in ihrer Entwicklung gehemmt und bei hohen Mengen so stark geschädigt, dass sie abstarben. Die Jungforscherin spricht sich daher dafür aus, nur noch vollständig biologisch abbaubare Tenside einzusetzen.
Ultrasonic world of plants
Israelische Forscher konnten kürzlich nachweisen, dass Samenpflanzen Geräusche im Ultraschallbereich erzeugen. Diese für das menschliche Ohr nicht hörbaren Klänge treten verstärkt auf, wenn die Pflanzen unter Trockenstress leiden oder verletzt werden. Das inspirierte Aeneas Neumann zu überprüfen, ob auch Moose, Grünalgen, Farne oder Schachtelhalme Geräusche produzieren. Für seine Tests baute er zunächst eine Schallisolierungskammer, um Störgeräusche abzuhalten. Für die Aufnahmen verwendete er einen selbst montierten Fledermausdetektor, der den Ultraschall in hörbare Signale umwandelte, sowie ein Handy. Der Jungforscher konnte bei allen 17 von ihm getesteten Pflanzenarten die charakteristischen „ploppenden“ Pflanzengeräusche nachweisen. Deren Ursache ist bislang allerdings noch nicht bekannt.
Salamandra salamandra terrestris – Populationsbetrachtung in 10-D
Die Geschwister Karolin, Simeon und Finja Egle erforschten in ihrem Projekt die Population der Feuersalamander im Wasserburger Tal bei Tuttlingen. Dafür erfassten sie bis zu zehn Merkmale der gefundenen Tiere, darunter Fundort, Wanderrichtung, Größe, Gewicht und Geschlecht sowie die charakteristische Körperzeichnung. An einigen toten Tieren, die unter anderem von Fahrzeugen bei der Straßenüberquerung überfahren worden waren, erfolgte eine DNA-Analyse mit dem Ziel, die genetische Vielfalt zu bestimmen. Um in der Datenflut den Überblick zu behalten, entwickelten die Jungforschenden eigens die App „MerkTier“, bei der sie auch KI-Auswertungstechnologie einsetzten. Insgesamt fanden sie heraus, dass es sich um eine gesunde, vielfältige und langlebige Population mit über 700 Feuersalamandern handelt.
Bee Safe – die Kryokonservierung genetischen Materials der Honigbiene
Honigbienen sind durch Krankheiten, Pestizide oder Parasiten wie die Varroamilbe bedroht. Um das genetische Material von Bienenvölkern zu sichern, hatte Oskar Hansen die Idee, eine Methode zu entwickeln, mit der sich die Eier und das Sperma der Bienen unbeschädigt einfrieren lassen. Die sogenannte Kryokonservierung mit flüssigem Stickstoff bei minus 196 Grad Celsius soll so schonend sein, dass sich aus dem schockgefrosteten Material komplette Bienenvölker züchten lassen. Dafür ist entscheidend, dass keine Eiskristalle entstehen. Bei Vorversuchen mit Zwiebelzellen konnte das vermieden werden. Der Jungforscher testete zudem verschiedene Behältnisse für die Eier und das Sperma. Er fand dabei heraus, dass sich kleine millimetergroße Plastikbecher, sogenannte Weißelnäpfchen, am besten eignen.
Der Klimawandel – Bäume in Halle verändern sich auch!
Der Klimawandel wirkt sich mittlerweile auf viele Tier- und Pflanzenarten aus. Jette Pohl wollte wissen, ob bereits auch Stadtbäume wie die Winterlinden von der Erderwärmung betroffen sind. Um das herauszufinden, beobachtete sie von Mai bis Juli jeweils drei Linden an zehn verschiedenen Standorten – fünf im innerstädtischen Bereich von Halle und fünf im Randbereich. Einmal pro Woche maß sie dort die Lufttemperatur, kontrollierte den Blattaustrieb und überprüfte, ob und in welchem Umfang die Bäume blühten. Die Jungforscherin fand bei der Analyse der Daten heraus, dass die Linden im innerstädtischen Bereich etwa eine Woche früher den Höhepunkt ihrer Blüte erreichten als die Bäume im Randbereich. Einen eindeutigen Zusammenhang mit der gemessenen Temperatur konnte sie jedoch nicht belegen.
Die Behandlung von Mortellaro durch eine Plasmabestrahlung
Die schmerzhafte Klauenkrankheit Mortellaro ist unter Rinderhaltern bekannt. Das Problem bei dieser Erkrankung ist, dass es bislang noch keine vollständig heilende Behandlungsmethode gibt. Dies wollten Tjede Gesche Sibberns, Lara Sophie Schomaker und Nadine Quaas ändern und untersuchten daher die Möglichkeit einer Behandlung mit kaltem Plasma. Von dem elektrisch geladenen Gasgemisch weiß man, dass es eine entkeimende Wirkung hat. Für ihre Forschungsarbeit entnahmen die Jungforscherinnen einen Abstrich von einer entzündeten Rinderklaue und ließen die Bakterien auf Petrischalen wachsen. Nach der Bestrahlung der Schalen mit einem handelsüblichen Plasmagerät ging das Wachstum der Keime deutlich zurück. Dies deutet auf eine positive Wirkung der Plasmabestrahlung bei einer Mortellaroerkrankung hin.
Die experimentelle Untersuchung der Artenvielfalt und des Vorkommens von Spinnen
Der Mensch macht Spinnen das Leben schwer. Das fanden Magda Laura Polakowska und Chantal Pajer heraus. An 40 Standorten auf beiden Seiten der Oder bestimmten sie Arten und Anzahl von Spinnen, zum einen in natürlichen Habitaten wie Wäldern und Wiesen, zum anderen auf Spazierwegen und an den Außenwänden von zwei Supermärkten. Sie fanden 2085 Exemplare und 102 verschiedene Arten. In Waldgebieten leben zehnmal mehr Tiere, auf Wiesen siebenmal mehr als an den Gebäuden. Fast genauso wenige findet man auf Spazierwegen. Als wesentliche Ursache vermuten die Jungforscherinnen, dass ausgebaute Wege und Gebäude für die Tiere zu wenig Nahrung, Feuchtigkeit und Verstecke bereithalten. Der Fluss ist für Spinnen dagegen kein Hindernis, auf beiden Seiten der Oder war ihre Anzahl ähnlich hoch.
Entwicklung einer adaxial-abaxialen Prozessmechanik zur effizienten Dezellularisierung
Chronische Wunden, die nicht abheilen, sind ein Problem, das allein in Deutschland bis zu vier Millionen Patientinnen und Patienten betrifft. Um die offenen Hautstellen zu verschließen, werden haltbare, sterile und gut verträgliche Materialien benötigt. Florian Reddel suchte nach einem Weg, solche Wundpflaster auf der Grundlage des Zellulosegewebes von Spinatblättern zu entwickeln. Dafür befreite er mit einem optimierten Verfahren die Zellwandstruktur von ihren lebenden Bestandteilen. Das Spinatblatt wird dabei zu einem vollständig transparenten Gewebe. Dieses dient als Vorbild für die Regeneration der Haut. Es soll die Heilung unterstützen und verhindern, dass die Haut austrocknet. Um den Prozess besser überwachen und steuern zu können, entwickelte der Jungforscher eine spezielle Analysesoftware.
Exkurs in die Welt der Fischnahrung und des Fischparasitismus
Ole Günther angelt für sein Leben gern. Dabei hat er es nicht nur auf das leckere Fischfilet abgesehen, sondern ihn interessiert die Frage, wovon genau sich die Tiere eigentlich ernähren. Er fing 24 Fische in fünf verschiedenen Seen und Flüssen der Umgebung und sezierte deren Mageninhalt. Im Magen von Raubfischen wie Hecht und Barsch fand er Insekten und kleinere Fische, bei Friedfischen wie Rotaugen und Schuppenkarpfen vor allem Algen, Pflanzenreste und Samen. Rotauge und Hecht hatten einige Insekten gefressen, die nicht ins Beuteschema passen, im Prinzip aber bestätigten seine Untersuchungen die bekannten Nahrungsketten. Der Jungforscher untersuchte seinen Fang zudem auf Parasiten und stellte fest, dass die meisten Tiere parasitenfrei waren, was auf gute Wasserqualität hinweist.
Extraktion von PHB aus Bakterien und Nutzung als Beschichtung
Durch die Kultivierung von ungefährlichen Bodenbakterien lassen sich nützliche, biologisch abbaubare Kunststoffe herstellen. Florian Thies, Moritz Elberskirchen und Alexander Bach nutzten einen Stamm der Art Cupriavidus necator und extrahierten daraus das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (PHB). Die Bakterien produzieren diesen Stoff besonders unter Stress, wenn ihnen bestimmte Nährstoffe fehlen. Die drei Jungforscher hatten die Idee, den natürlichen Kunststoff als wasserabweisendes Imprägniermittel zu nutzen, und behandelten Filterpapiere mit dem hergestellten PHB. Eine umfangreiche Testreihe zeigte, dass die beschichteten Filter das Wasser bis zu neunmal langsamer durchlassen als die unbeschichteten, ein interessanter Ansatz für die Entwicklung umweltfreundlicher Imprägnierstoffe.
Mehr als nur in die Röhre gucken
Durch die internationale Schifffahrt gelangen immer wieder gebietsfremde Arten in heimische Gewässer. So kommt der Australische Kalkröhrenwurm seit 2020 auch in der durch Rostock fließenden Unterwarnow vor. Die Würmer bilden dort hartschalige, verwachsene Kolonien, die nicht nur das Flussökosystem beeinträchtigen, sondern auch Schäden etwa an Schiffen verursachen. Mit einem ferngesteuerten Tauchroboter, ausgestattet mit Kamera, Messsonden und Probennehmer, führten Arian Wulf, Luise Koball und Luca Steven Sauck in der Unterwarnow ein einjähriges Monitoring durch. Sie fanden unter anderem heraus, dass die Tiere im Brackwasser bis in fünf Meter Tiefe weitverbreitet sind, kalte Temperaturen problemlos überstehen und sich massenhaft vermehren, sobald die Wassertemperatur 16 Grad Celsius übersteigt.
Melaningewinnung aus Armillaria mellea
Melanine sind dunkelbraune bis schwarze Pigmente, die unter anderem für die Färbung der Haut verantwortlich sind. Sie sind als Stoffe für vielfältige Anwendungen interessant: etwa als wirkungsvolles Holzschutzmittel, Bestandteil von Sonnenschutzcremes oder als wertvolle Substanz in der Halbleitertechnik. Die Herstellung ist bislang jedoch sehr teuer. Ein Gramm kostet etwa 20-mal mehr als Gold. Lennart Hassebrock suchte daher nach natürlichen Quellen mit hohem Melaningehalt und wurde beim Honiggelben Hallimasch (Armillaria mellea) fündig. Er kultivierte die Pilze und entwickelte ein Verfahren, mit dem er eine wesentlich höhere Melaninausbeute erreichte als mit klassischen Methoden. Diese liegt rund 1000-fach höher als bei der herkömmlichen Melaningewinnung aus Oktopussen.
Microbial Fuel Cells: bioelektrochemische Energieerzeugung mit Shewanella oneidensis MR-1
Manche Mikroorganismen sind in der Lage, Strom zu erzeugen. Seit Jahrzehnten arbeiten Forschende daran, mithilfe bestimmter Bakterien Brennstoffzellen zu entwickeln. Anthony Striker und Tina Schatz gelang es, mit einem Stamm der Art Shewanella oneidensis solch ein System zu etablieren. Es funktioniert nach dem Prinzip einer galvanischen Zelle mit zwei Kammern, die mit leitfähigen Flüssigkeiten gefüllt und über Elektroden verbunden sind, sodass Strom fließen kann. Die beiden Jungforschenden experimentierten unter anderem mit der Zusammensetzung der Elektrolytlösungen. Sie erwarten interessante Anwendungsmöglichkeiten. So könnte kommunales Abwasser aufgrund der Ähnlichkeit zum verwendeten Bakteriensubstrat möglicherweise für eine Energieerzeugung auf Bakterienbasis genutzt werden.
Mikrobielle Naturstoffproduzenten in Kupferbergwerken
Viele Krankheitserreger sind gegen herkömmliche Antibiotika resistent. Alexander Becker ist überzeugt davon, dass nicht nur die Chemie, sondern auch die Natur Stoffe produziert, die Krankheitskeime abtöten können. Aus Bodenproben von drei ehemaligen Kupferbergwerken isolierte der Jungforscher 85 verschiedene Bakterien. Darunter fand er durch Genanalyse 18 Stämme, die sich deutlich von bislang bekannten Arten unterscheiden. Aus zwei neuen Stämmen konnte er Substanzen isolieren, die zur Antibiotikaklasse der Myxalamide gehören. Seine Laborversuche zeigen, dass diese Stoffe andere Bakterien im Wachstum hemmen. Er vermutet, dass in kupferhaltigen Böden noch weitere Mikroorganismen leben, die besonders wirksame Naturstoffe produzieren.
Alles, was mit der belebten Umwelt zu tun hat, gehört ins Fachgebiet Biologie
Mikroorganismen lassen sich näher unter die Lupe nehmen oder Tiere in der Natur beobachten, Pflanzen bestimmen, Lebensgemeinschaften untersuchen oder Gewässer und Boden biologisch analysieren. Auch molekularbiologische, biomedizinische, biochemische und biotechnische Fragestellungen sind in diesem Fachgebiet richtig.
Disziplinen im Fachgebiet Biologie sind vor allem
- Mikrobiologie
- Botanik
- Zoologie
- Humanbiologie
- Molekularbiologie
- Zellbiologie
- Genetik
Folgende Themen gehören bei Jugend forscht in das Fachgebiet Biologie, sofern der Schwerpunkt der Forschungsarbeit in der Biologie liegt:
- Biochemie
- Biophysik
- Immunologie
- Neurowissenschaft
- Ökologie
Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Biologie?
Wird ein Gewässer, das viele Organismen enthält, chemisch analysiert, so muss das Projekt dem Fachgebiet Chemie zugeordnet werden. Rein sozialwissenschaftliche Arbeiten, die beispielsweise das Ess- oder Trinkverhalten von Jugendlichen untersuchen, sind nicht zum Wettbewerb zugelassen. Vom Wettbewerb grundsätzlich ausgeschlossen sind Projekte, die Teilnehmende oder Dritte gefährden.
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