Biologie

Modellierung einer Population während des Klimawandels

Modellierung einer Population während des Klimawandels

Der Klimawandel hat Auswirkungen auch auf den spezifischen Verlauf der Evolution, da steigende Temperaturen für einzelne Individuen je nach genetischer Veranlagung einen Selektionsvorteil oder -nachteil zur Folge haben. Emel Karahan und Mert Kemal Uckan schrieben ein Programm zur Simulation solcher Entwicklungen am Beispiel des Reproduktionserfolgs von wechselwarmen Tieren. Wechselwarme Lebewesen boten sich an, weil deren Abhängigkeit von der Temperatur leicht in Form von mathematischen Formeln beschrieben werden kann. Die Jungforschenden entwickelten ein statistisches Modell, bei dem sich die Umweltbedingungen verändern lassen. Auf diese Weise konnten sie simulieren, wie sich genetische Veranlagungen von Populationen unter veränderten Temperaturbedingungen anpassen.

Superworms Reloaded: Können Zophobas morio Polystyrol verarbeiten?

Superworms Reloaded: Können Zophobas morio Polystyrol verarbeiten?

Insekten, die Plastik fressen, könnten zur Lösung des globalen Müllproblems beitragen. Malte Cox, Leo Roer und Beeke Drechsler wählten vor diesem Hintergrund die Larve des Großen Schwarzkäfers als Untersuchungsobjekt aus. Sie fütterten die Tiere mit unterschiedlichen Kunststoffen und protokollierten deren Entwicklung. Da die Insekten, die nur Polystyrol zu fressen bekamen, länger lebten als die Vergleichsgruppe ohne Futter, liegt der Schluss nahe, dass sie ihre Energie aus dem Kunststoff beziehen können. Zugleich belegten sowohl licht- als auch fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen, dass die Ausscheidungen der Tiere kein Mikroplastik enthalten. Der Kunststoff wurde also im Organismus der Maden zersetzt. Wie genau dies biochemisch funktioniert, müssen nun weitere Untersuchungen zeigen.

Artenvielfalt – Vergleich von Lebensräumen in Hecken für Vögel und Wiesen für Insekten

Artenvielfalt – Vergleich von Lebensräumen in Hecken für Vögel und Wiesen für Insekten

Viele Vögel und Insekten verhalten sich recht eigennützig: Sie fliegen und nisten dort, wo sie Futter und ausreichend Platz finden. Das kann im Naturschutzgebiet sein, genauso auch in üppig bepflanzten Hausgärten. Zu diesem Ergebnis kam Maximilian Kleemann. Er beobachtete und zählte im Sommer vier Wochen lang Vögel und Insekten in einem Landschafts- und Naturschutzgebiet, in einem Wohngebiet bei Unterschleißheim und auf bepflanzten Parzellen im eigenen Garten. Der Jungforscher identifizierte 19 Vogel- und mehrere Dutzend Insektenarten und fand heraus, dass die Artenvielfalt im besiedelten Umfeld ähnlich groß ist wie im Schutzgebiet. Er zieht daraus den Schluss, dass jeder Gartenbesitzer mit Hecken und Blühpflanzen kleine Oasen schaffen kann, in denen sich Vögel und Insekten wohlfühlen.

Charakterisierung der Expression von PD-L1 in einem Barrett-Ösophagus-Zellkulturmodell

Charakterisierung der Expression von PD-L1 in einem Barrett-Ösophagus-Zellkulturmodell

Tumorzellen können sich durch Bildung bestimmter Proteine an ihrer Oberfläche tarnen und so der Körperabwehr entgehen. Wie nun wirkt Chemotherapie auf diesen Tarnmechanismus bei Speiseröhrenkrebs und welche Wirkung haben Antikörper aus der Immuntherapie? Elisabeth Brauer untersuchte bei mehreren Zelllinien die Menge des gebildeten Tarnproteins PD-L1 – einmal nach einer Behandlung mit Zytostatika, dann nach Behandlung mit zwei Antikörpern. Die Chemotherapie hatte keinen positiven Effekt, vielmehr stieg die gebildete Menge an PD-L1. Die Antikörper zeigten eine bessere Wirkung: Die Tumorzellen teilten sich langsamer und ihr Stoffwechsel war beeinträchtigt. Die Ergebnisse deutet die Jungforscherin als Hinweise darauf, dass bei Speiseröhrenkrebs eine Immuntherapie die Chemotherapie sinnvoll ergänzen kann.

Einfluss der Lichtverschmutzung auf das Flugverhalten aquatischer Insekten

Einfluss der Lichtverschmutzung auf das Flugverhalten aquatischer Insekten

Nachts werden Insekten von hell leuchtenden Straßenlaternen unwiderstehlich angezogen. Wie aber wirkt künstliche Beleuchtung in der Nähe von Gewässern auf Insekten? Um das herauszufinden, installierten Pia Lühr, Rana Hofmann und Annalena Irmler zur Hauptflugsaison im Sommer unterschiedliche Fallen am Ufer mehrerer Gewässer sowie an Straßenlaternen. Ferner erfassten sie Umweltparameter wie Windstärke und Luftfeuchte. In den Fallen zählten sie die gefangenen Mücken, Eintags- und Köcherfliegen. Insbesondere für gewässerliebende Eintagsfliegen ist die Lichtverschmutzung demnach ein gewaltiges Problem. Die Insekten werden direkt nach dem Schlüpfen durch die Straßenlaternen wie von einem Staubsauger aus ihrem natürlichen Ökosystem gesaugt, sodass sich die Tiere nicht mehr fortpflanzen können.

Einfluss von Diethylether auf die Signalweiterleitung von Venusfliegenfallen

Einfluss von Diethylether auf die Signalweiterleitung von Venusfliegenfallen

Auch Venusfliegenfallen schwinden die Sinne, wenn sie mit Äther betäubt werden. Das stellte Jessica Heinze in ihrem Forschungsprojekt fest. Dabei setzte sie sechs Pflanzen in ein Terrarium und untersuchte die Signalübertragung in den Fangblättern, für die bestimmte Proteine in den Zellmembranen verantwortlich sind. Die Jungforscherin stimulierte die Fühlborsten in festgelegten Intervallen mit einer an einem Draht befestigten Nadelspitze, die von einem Servomotor über das betreffende Blatt geführt wurde. Wurden die Pflanzen Äther ausgesetzt, reagierten die Fangblätter zehn Minuten lang nicht mehr auf Berührung. Danach erholten sie sich schnell wieder. Das Narkosemittel beeinträchtigt ein bestimmtes Hormon sowie die Funktion der Membranproteine und setzt die Pflanze so für kurze Zeit außer Gefecht.

Heißer wird es nicht – Auswirkung des Parietins auf die Temperatur in Xanthoria parietina

Heißer wird es nicht – Auswirkung des Parietins auf die Temperatur in Xanthoria parietina

Flechten sind faszinierende Doppelwesen aus Pilz und Alge. Elisabeth Nitz, Janez Caspar Hilbert und Stella Montag erforschten die Flechte Xanthoria parietina, die einen orangenen Farbstoff bildet, das Parietin. Sie stellten die Hypothese auf, dass Parietin dazu dient, den Pilz innerhalb der Flechte vor zu viel Wärme zu schützen, die durch Photosynthese der Algen entsteht. Die Jungforschenden führten daher mit einem handelsüblichen Thermoelement und mit einem Chlorophyll-Fluorometer Messungen durch. Tatsächlich bestätigte sich ihre Hypothese. Unbehandelte Flechten gaben bei Bestrahlung überschüssige Energie nach außen ab. Wurde dagegen das schützende Parietin zuvor herausgelöst, blieb der Großteil der Wärme innerhalb der Flechte. Flechten, in denen hingegen die Algen abgetötet waren, entwickelten keine Wärme.

(Keine) Gefahr durch Blaualgen!?!

(Keine) Gefahr durch Blaualgen!?!

Blaualgen, auch Cyanobakterien genannt, können in Gewässern giftige Stoffe produzieren. Sind Badegewässer mit den Organismen befallen, werden mitunter Badeverbote verhängt. Emilia Sawaki, Aurelia Serfling und Chiamaka Michelle Okoro machten sich auf die Suche nach den betreffenden Kleinstlebewesen und nahmen dafür Wasserproben aus Brunnen und Gewässern ihrer Heimatstadt. In allen Proben fanden sie tatsächlich oftmals sehr unterschiedliche Arten von Cyanobakterien. Diese kultivierten die Jungforscherinnen und untersuchten sie anschließend im Labor mittels Massenspektrometrie auf mögliche Giftstoffe hin. Bekannte Toxine konnten sie dabei allerdings nicht nachweisen – ein Zeichen, dass alleine die Existenz der stark verbreiteten Blaualgen in Badegewässern noch kein Problem darstellt.

Kelp – eine Ressource zur Bekämpfung des Klimawandels?

Kelp – eine Ressource zur Bekämpfung des Klimawandels?

Große Braunalgen binden CO2 und können so helfen, den Klimawandel einzudämmen. Ole Frehers untersuchte, wie robust die Pflanzen bei veränderten Umweltbedingungen sind. Im Labor züchtete er Setzlinge von Laminaria hyperborea und protokollierte deren Wachstum. So konnte der Jungforscher nachweisen, dass die Algen noch bei einer Wassertemperatur von 18 Grad Celsius wachsen und unter diesen Bedingungen sogar mehr Biomasse bilden als in nur acht Grad Celsius kaltem Wasser. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Pflanzen weniger Nährstoffe benötigen als erwartet. Die Braunalgen können also auch in Umgebungen gedeihen, die nicht ihrem angestammten Lebensraum entsprechen – womit sie als anspruchslose biologische „Kohlenstoffpumpe“ der Atmosphäre das Treibhausgas CO2 entziehen können.

Steril ohne Plastik?!

Steril ohne Plastik?!

Kunststoffverpackungen verursachen viel Müll. Anna Katharina Dibbern und Gregor Günther wollten deshalb wissen, ob für sterile Medizinprodukte auch andere Verpackungsmaterialien als Plastik infrage kommen. Als ersten Schritt bauten sie in einer Kunststoffkiste eine einfache sterile Werkbank und verpackten darin Stücke von Mullbinden in einer Papierhülle. Die Testobjekte fassten die Jungforschenden dann systematisch mit ihren Händen an, nachdem sie diese bewusst an diversen Kontaktflächen verunreinigt hatten. Bei der anschließenden mikrobiellen Untersuchung der Binden zeigte sich, dass das Papier bei derartigen Rahmenbedingungen die Hygieneanforderungen erfüllte. Wie gut es auch im Fall von Nässe oder Krafteinwirkungen die Sterilität garantieren kann, muss noch untersucht werden.

Sphagnum Mikrosphären | SMS – die schnelle Moor-Renaturierung

Sphagnum Mikrosphären | SMS – die schnelle Moor-Renaturierung

Intakte Moore speichern große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid. Allerdings wurden hierzulande die meisten Moore entwässert und ihre Renaturierung ist langwierig. Cornelius-Ägidian Quint fand eine Möglichkeit, wie sich Moose auf ehemaligen Moorflächen schneller wieder ansiedeln lassen: Indem nämlich vermehrungsfähige Pflanzenzellen so verpackt werden, dass sie sich wie Samenkörner großflächig ausstreuen lassen. Der Jungforscher vermehrte Sprossen der Moosart Sphagnum fallax in gefiltertem Moorwasser und umhüllte sie mit Alginat, einem transparenten Kohlenhydrat aus Algen. In einer mit feuchtem Torf befüllten Wanne wuchsen aus den Alginatkügelchen kleine Moospflanzen. Werden die Kügelchen mit Moorwasser hergestellt, so vermutet Cornelius-Ägidian Quint, kann das Moos noch besser wachsen.

Die neuronale Basis der Alzheimer-Symptome

Die neuronale Basis der Alzheimer-Symptome

Wie gut können neurologische Untersuchungen zwischen leichten kognitiven Störungen (MCI) und echtem Alzheimer unterscheiden? Um das herauszufinden, wertete Alina Fischer eine Datensammlung der Uniklinik Homburg aus, für die 197 Patientinnen und Patienten zu Gedächtnis- und Orientierungsproblemen befragt und neurologisch untersucht wurden. Mithilfe von Daten gesunder Personen aus der Kontrollgruppe errechnete sie Mittelwert und Standardabweichung. Dann setzte sie mit einer speziellen Statistiksoftware die mentalen Funktionsstörungen mit den sichtbaren Veränderungen im Gehirn der Patienten in Beziehung. Die Jungforscherin kommt zu dem Schluss, dass eine genaue Trennung zwischen MCI und Morbus Alzheimer bislang fehlt. Ein statistischer Schwellenwert, so ihre Empfehlung, könnte helfen, Fehldiagnosen zu verhindern.

Siedlungsdichteerfassung der Feldlerche Alauda arvensis

Siedlungsdichteerfassung der Feldlerche Alauda arvensis

Warum geht der Bestand von Feldlerchen zurück und reagieren die Bodenbrüter auf schlechte Brutbedingungen? Arne Rudolph kartierte über drei Jahre mehrere Ackerflächen in seiner Heimatregion und fand 20 Nester. Er stellte fest, dass Lerchen zur ersten Brut im Jahr immer wieder ins bekannte Revier zurückkehren, auch wenn Nahrung knapp ist. Zur Zweitbrut im Sommer hingegen ging die Zahl der Brutpaare zurück, denn dann verdecken lückenlos stehende Ackerpflanzen den Boden und die Vögel siedeln um. Die Kartierungen des Jungforschers zeigen, dass Raubtiere die Eier aus 14 schutzlos daliegenden Nestern insbesondere in Mais- und Zuckerrübenfeldern gefressen hatten. Bracheinseln auf dem Acker, schützende Feldraine und ein Mosaik aus verschiedenen Kulturpflanzen würden den Bruterfolg deutlich steigern.

ParaToxUm

ParaToxUm

Mikroplastik belastet zunehmend unsere Gewässer. Emil August Botezatu, Josua Ly Zehner und Dascha Dobrozki untersuchten, ob winzige Polystyrolpartikel im Wasser die Vitalität von Pantoffeltierchen verändern. Sie vernetzten ein Mikroskop mit Computer sowie Mikrocontroller und schrieben eine Bildanalysesoftware zur stetigen Nachverfolgung der Bewegungen der Einzeller. Die drei fanden heraus, dass die Tierchen die Partikel zwar aufnehmen und damit träge werden, aber nicht absterben. Vermutlich hemmt das Polystyrol im Körper primär die Nahrungsaufnahme, es wirkt aber nicht toxisch, zumal die Einzeller die Partikel wieder ausscheiden. Problematischer als für die Mikroorganismen, so das Fazit der Jungforscher, könnte das Mikroplastik für jene Lebewesen sein, die weiter oben in der Nahrungskette stehen.

Vogelnester auf Plastik untersuchen

Vogelnester auf Plastik untersuchen

Leonie Sophie Prigge entdeckte in einem Vogelnest im Garten eine große Menge an verbautem Plastik. Sie fragte sich, ob womöglich viele einheimische Vögel das künstliche Material beim Nestbau nutzen. Um das herauszufinden, untersuchte sie 53 verlassene Nester aus dem Raum Bremerhaven sowie aus mehreren Regionen in anderen Bundesländern. Die Jungforscherin entfernte alle enthaltenen Plastikteilchen und setzte deren Menge in Relation zum Gesamtgewicht der Nester. Tatsächlich fand sie in 44 der 53 Nester bis zu elf Prozent Plastikfasern, -bänder oder -folien. Sie vermutet daher, dass Vögel Kunststoff als Ersatz verwenden, wenn es in der Umgebung nicht genügend natürliches Baumaterial gibt, zumal Plastik in seiner Struktur sehr unterschiedlich ist und sowohl stabile Zweige als auch weiche Moose ersetzen kann.

Wildbienen zwischen Reiat und Hegau

Wildbienen zwischen Reiat und Hegau

Als Bestäuber erfüllen Wildbienen eine wichtige Aufgabe im Ökosystem. Judith Lutz und Sarah Lichtenstein setzten sich das Ziel, den vielfältigen Artenbestand aus dieser Tierfamilie in ihrer Heimat zu dokumentieren. Zwei Jahre lang protokollierten sie auf Exkursionen im deutsch-schweizerischen Grenzgebiet zu allen Jahreszeiten den Bestand an Wildbienen und konnten so insgesamt 46 Arten aus 17 Gattungen nachweisen. Auch gelang es ihnen herauszuarbeiten, welche Pflanzen von den Tieren bevorzugt angeflogen werden, zum Beispiel Klee, Löwenzahn, Distel, Blut-Johannisbeere, Pfingstrose und Lavendel. Mit diesen Pflanzempfehlungen hoffen die Jungforscherinnen nun, dass sowohl auf öffentlichen als auch auf privaten Flächen wieder mehr Lebensraum für die ökologisch wichtigen Hautflügler geschaffen wird.

Ausmaß des Rückganges von Vielfalt und Abundanz der Blütenpflanzen im Offenland

Ausmaß des Rückganges von Vielfalt und Abundanz der Blütenpflanzen im Offenland

Das Insektensterben wurde oft diskutiert, der direkte Zusammenhang mit dem Verlust von Blütenpflanzen jedoch seltener. Jakob Nolte kartierte über drei Sommer hinweg die Flora in der Umgebung von Laubach und verglich seine Erhebungen mit botanischen Aufzeichnungen in der Literatur. Da es mehrere Publikationen für das Untersuchungsgebiet gibt, die älteste stammt aus dem Jahr 1887, waren Langfristvergleiche möglich. Diese zeigen eine massive Verarmung der Flora. Die Zahl der Orchideenarten nahm rapide ab, Gänsefußgewächse verschwanden komplett; rund 80 Prozent aller Arten wurden seltener oder starben aus. Nur einzelne Arten nahmen zu, nämlich jene, die Bodenstickstoff lieben. Daher ruft der Jungforscher dazu auf, weniger zu düngen und mehr Wert auf Naturschutz zu legen – zugunsten der Artenvielfalt.

Der Zeitauffüllungsansatz für die Beschäftigung von Zootieren am Beispiel von Walrossen

Der Zeitauffüllungsansatz für die Beschäftigung von Zootieren am Beispiel von Walrossen

Viele Tiere in Zoos langweilen sich und leiden darunter. Oskar Schwitters stellte sich die Frage, wie Zootiere besser beschäftigt werden können, um deren Wohlbefinden zu steigern. Er beobachtete über zwei Wochen die neun Pazifischen Walrosse im Tierpark Hagenbeck, insbesondere den Ablauf der Fütterung. Dabei stellte er fest, dass alle Walrosse mehrere Stunden am Tag unterbeschäftigt sind, obwohl die Tierpfleger mit Futterrohr, Kanistern oder Eisblöcken die Futtersuche schwieriger und interessanter gestalten. Jungtiere langweilen sich generell weniger als alte Walrosse, Männchen mehr als Weibchen. Daraus schließt der Jungforscher, dass es sinnvoll wäre, bei jedem Walross die Fütterungsmethode auszuweiten, die das jeweilige Tier am liebsten hat, wobei man aber nicht allen gerecht werden kann.

Dihydroxybenzene – eine neue Generation von Herbiziden?

Dihydroxybenzene – eine neue Generation von Herbiziden?

Brennnesseln sind überall. Aber nur wenige wissen, dass die Pflanzen Stoffe bilden, die das Wachstum von Unkräutern hemmen. David Sauer war daher überzeugt, dass sich aus Brennnesseljauche umweltverträgliche Herbizide herstellen lassen. Er behandelte Samen des Unkrauts Ackerschmalwand mit der Jauche und fand heraus, dass sich dadurch 40 bis 70 Prozent weniger Keime bilden. Anschließend analysierte der Jungforscher den Brennnesselextrakt mit chromatografischen und fotometrischen Methoden. Drei der Wirkstoffe gehören zur Gruppe der Dihydroxybenzene, die den Wassertransport in den Zellen stören. Überraschend sind Ergebnisse seiner statistischen Berechnungen: Die herbiziden Wirkungen der Einzelsubstanzen addieren sich nicht, sondern schwächen sich eher gegenseitig ab.

Dynamik der räumlichen Kognition – Wie orientieren wir uns?

Dynamik der räumlichen Kognition – Wie orientieren wir uns?

Wenn wir den Ausweg aus einem Labyrinth suchen oder bestimmte Muster im Raum wiedererkennen sollen, leisten die verschiedenen Regionen im Gehirn echte Teamarbeit. Das hat Mario Gebhardt herausgefunden. Er stellte 13 Testpersonen in schneller Folge Aufgaben zur räumlichen Orientierung und beobachtete mittels Magnetresonanztomografie (MRT) deren Gehirne bei der Arbeit. Die MRT-Bilder zeigen, dass dabei mehrere Hirnareale kooperieren: Eines ist umso aktiver, je länger der gedankliche Weg durch das Labyrinth ist, ein anderes reagiert auf den Schwierigkeitsgrad, ein drittes speichert visuelle Eindrücke. Überraschend findet der Jungforscher die Erkenntnis, dass bei der Orientierung in zweidimensionalen Konstrukten die gleichen Areale aktiv werden wie in der dreidimensionalen Alltagswahrnehmung.

Eine Frage des Geruchs – Wie Mauerbienen ihre Niströhren erkennen

Eine Frage des Geruchs – Wie Mauerbienen ihre Niströhren erkennen

Die meisten Bienen leben alleine und ohne Staat. Die Weibchen müssen daher ihre Niströhren, in denen sie ihre Larven aufziehen, markieren, um sie nach jedem Flug wiederzufinden. Konrad Sebastian Frahnert wollte wissen, welche Duftstoffe die Mauerbienen in seinem Garten dafür nutzen. Er präparierte mehrere Niströhren, sammelte mit Filterpapier am Eingang die Substanzen und analysierte sie. Ergebnis: Das Bouquet der weiblichen Mauerbiene besteht aus mehreren Dutzend Kohlenwasserstoffen, Fettsäuren und Alkoholen. Die meisten stammen vermutlich aus der Haut des Tieres und aus Drüsensekreten. Die chemischen Analysen zeigten auch, dass Bienenweibchen ihre Duftmarke häufiger wechseln: Die Markierungen sind zwar individuell, ändern sich aber durchaus in der chemischen Zusammensetzung.

Einfluss von Umweltfaktoren auf die Reproduktion der Arbeiterinnenkaste mittels Thelytokie

Einfluss von Umweltfaktoren auf die Reproduktion der Arbeiterinnenkaste mittels Thelytokie

Wie halten Ameisen ihre Kolonie am Leben und welchen Einfluss haben Umweltfaktoren? Benjamin Palm erforschte diese Frage am Beispiel der südeuropäischen Knotenameise. Er baute aus Porenbeton und Plexiglas Nistplätze für drei Kolonien, zwei davon mit Königin, und beobachtete Eiablage und Wachstum. Im Ameisenstaat ohne Königin legten die Arbeiterinnen deutlich mehr Eier und die geschlüpften Tiere waren größer. Das gilt allerdings nur bei Temperaturen um 30 °C und mehr. Wenn es kühler wird, sorgt vor allem die Königin für ausreichend Eier, aus denen große Ameisen, aber auch die kleinen, wichtigen Hilfsarbeiterinnen schlüpfen. Kolonien mit einer Königin haben in der Natur also einen Selektionsvorteil, weil auch in kälteren Regionen und kühleren Monaten für ausreichend Nachwuchs gesorgt ist.

Genetische Invalidation des SARS-CoV-2-Rezeptors ACE2 mithilfe von CRISPR/Cas9

Genetische Invalidation des SARS-CoV-2-Rezeptors ACE2 mithilfe von CRISPR/Cas9

Bakterien bekämpfen feindliche Viren mithilfe des Enzyms Cas9. Dieses erkennt das Erbgut des Virus und schneidet es an einer bestimmten Stelle entzwei. Hilft Cas9 auch in der aktuellen Forschung zum Angriff des Corona-Virus auf menschliche Zellen? Um das zu klären, befasste sich Julia Geuther mit dem Rezeptor ACE2, über den SARS-CoV-2 die Zelle angreift. Aus der DNA für ACE2 wählte sie eine kurze Sequenz aus, koppelte sie an die Genschere Cas9 und vermehrte sie in Bakterien im Labor. Die Sequenz isolierte die Jungforscherin anschließend und schleuste sie in menschliche Darmkrebszellen ein. Dort deaktiviert Cas9 gezielt den Rezeptor. Mit diesem Zellmodell lässt sich nun untersuchen, ob das Corona-Virus auch ohne ACE2-Zellen angreifen kann und ob der Rezeptor als Ansatzstelle für Medikamente geeignet ist.

Gerät zur physikalischen Algen- und Bakterienextinktion mit vielen aquatischen Anwendungen

Gerät zur physikalischen Algen- und Bakterienextinktion mit vielen aquatischen Anwendungen

Algen und Keime in Aquarien lassen sich chemisch bekämpfen, aber das schadet auch nützlichen Wasserbewohnern. Manuel Santos Gelke hatte eine bessere Idee für diese Problemstellung: Sein Wasserfilter zerstört Bakterien und Grünalgen mithilfe kurzwelliger UV-Strahlung, Ultraschall und Gleichstrom. Ultraschall bringt die Keime regelrecht zum Platzen. UV-Strahlung und Strom bilden im Wasser reaktionsfreudige Radikale, die Proteine und Gene der Zellen zerstören. Über eine intelligente Prozesssteuerung kann der Jungforscher die Reinigungszeit programmieren und die physikalischen Geräte unterschiedlich kombinieren. Seine Experimente zeigen, dass der Filter bis zu 90 Liter fassende Aquarien von Algen und Bakterien befreit und auch präventiv wirkt, indem er deren Wachstum im Keim erstickt.

Inaktivierung des Antibiotikums Florfenicol

Inaktivierung des Antibiotikums Florfenicol

In der Aquakultur wie auch in der Landwirtschaft wird häufig das Antibiotikum Florfenicol verwendet. Überschüsse davon landen in Böden und Gewässern und fördern so die Entstehung resistenter Keime. Marik Müller entwickelte eine Methode, die das Antibiotikum spaltet, bevor es in die Umwelt gelangt. Er nutzt dafür das Enzym Hydrolase. Mit molekularbiologischen Methoden konnte er die Hydrolase in einer besonders aktiven Form in Bakterien herstellen und mithilfe der Kernspinresonanzspektroskopie die Spaltung des Florfenicol-Moleküls analysieren. Damit das Verfahren kostengünstig angewendet werden kann, koppelte der Jungforscher das Enzym an Trägermaterialien wie Kieselsäure oder Kieselgel. Dadurch geht die Hydrolase nicht verloren und der Antibiotikafilter kann wiederholt verwendet werden.

Nachhaltige Energie aus dem Abfall Pansensaft und Stroh

Nachhaltige Energie aus dem Abfall Pansensaft und Stroh

Energie aus Abfallstoffen zu gewinnen, ist immer ein attraktiver Gedanke. Yuxiang Ding und Felix Jochimsen setzten sich das Ziel, Stroh zu Ethanol zu vergären. Da Stroh allerdings viel Zellulose enthält, muss diese zuerst in Zucker aufgespalten werden. Das gelingt mit Pansensaft, der Magenflüssigkeit von Wiederkäuern. Die Jungforscher testeten verschiedene Mischungen von Stroh, Pansensaft und Hefe in einem Bioreaktor und konnten dabei nicht nur die Entstehung von Ethanol nachweisen, sondern auch zeigen, dass der Pansensaft, der reich an Mikroorganismen ist, sparsam eingesetzt werden kann. Der entstandene Alkohol wurde anschließend in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung genutzt. Zwar ist das Verfahren noch nicht wirtschaftlich, aber es verdeutlicht, was aus Abfällen herauszuholen ist.

Wechselkandidaten des Weizens – eine Antwort auf den Klimawandel?

Wechselkandidaten des Weizens – eine Antwort auf den Klimawandel?

Winterweizen dominiert heute den Getreideanbau in Deutschland, denn er ist besonders ertragreich. Da das Wachstum dieser Sorten erst durch Kälte angeregt wird, können im Zuge des Klimawandels milder werdende Winter dazu führen, dass die Pflanzen keine optimalen Erträge mehr erbringen. Paul Lünenborg und Amelie Dybus untersuchten daher, ob acht Sorten von Wechselweizen als Alternative dienen können. Dabei handelt es sich um Züchtungen, die nicht eindeutig als Sommer- oder Winterweizen zu identifizieren sind. Die beiden analysierten die Pflanzen genetisch und protokollierten deren Wachstum im Feld. So stießen sie auf Sorten, deren Erträge auch nach einem milden Winter an die des heutigen Winterweizens heranreichen. Werden sie weiter gezüchtet, dürfte die künftige Getreideversorgung gesichert sein.

Verstehen Protonemata "Tierisch"?

Verstehen Protonemata "Tierisch"?

Bei Mensch und Tier steuern ganz ähnliche Stoffe die Entwicklung von Zellen. Aber wirken diese Signalstoffe auch in Pflanzenzellen? Marc Dehler züchtete Moos-Vorkeime, sogenannte Protonemata, in Nährlösungen aus der Forschung mit menschlichen Stammzellen. Tatsächlich beeinflussten Inhaltsstoffe der menschlichen Nährlösung auch das Wachstum der Mooskeime: Sie entwickelten ungewöhnlich stark verzweigte Zellfäden, jedoch nur selten Knospen und Blätter. Es existieren also fundamentale Signalketten, die bei allen höheren Lebewesen gleich sind, schlussfolgerte der Jungforscher. Welcher Stoff X auf das Zellwachstum wirkt, konnte er nicht herausfinden, da die Nährlösung viele Substanzen enthält. Proteine schloss er infolge seiner Experimente aus, vermutlich sind es DNA- oder RNA-Fragmente.

UV oder Blau? Lichtabhängigkeit der Parietinbildung bei Xanthoria parietina

UV oder Blau? Lichtabhängigkeit der Parietinbildung bei Xanthoria parietina

Die Flechte Xanthoria parietina fluoresziert unter UV-Licht. Elisabeth Nitz fand heraus, dass der gelbe Farbstoff Parietin dafür verantwortlich ist. Im Stadtgebiet von Erfurt sammelte sie mehrere Exemplare der Gattung Xanthoria. Sie bestrahlte zunächst die ganzen Proben und danach mikroskopisch dünne Querschnitte mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge. Ihre mikroskopischen Aufnahmen zeigten, dass der Pilz in der Flechte unter besonders kurzwelligem UV-Licht Parietin produziert. Die Jungforscherin vermutet dahinter eine biologische Klimaanlage: Bei starker Sonneneinstrahlung kann das Parietin überschüssige Wärme absorbieren und die Energie in Form von Fluoreszenz ableiten. Das verhindert, dass es dem Pilz zu heiß wird und die Flechte Schaden nimmt.

Sonnenschutzmittel aus Blütenpollen

Sonnenschutzmittel aus Blütenpollen

Blütenpollen müssen sich vor UV-Strahlung schützen, weil sonst die enthaltene DNA zerstört würde. Andreas und Anna Dobbelstein kamen auf die Idee, dass Farbstoffe aus Pollen auch für den Menschen ein umweltfreundliches Sonnenschutzmittel sein könnten. Aus Pollenextrakten stellten sie eine wasserfeste Creme her und testeten ihre Wirkung zunächst an Pflanzenblättern. Dabei fanden die beiden heraus, dass das Absorptionsspektrum der pflanzlichen Farbstoffe dem eines handelsüblichen Sonnenschutzsprays mit LSF 30 gleicht – die konzentrierte Pollenschutzcreme hält UV-Strahlen also ähnlich gut ab. Da die UV-aktiven Substanzen auch in Blüten enthalten sind, wäre die Extraktion aus Blütenblättern allerdings kostengünstiger als das aufwendige Sammeln von Pollen.

Probiotika gegen Antibiotika – Wer ist der wahre Superheld?

Probiotika gegen Antibiotika – Wer ist der wahre Superheld?

Antibiotika greifen nicht nur infektiöse, sondern auch lebenswichtige Bakterien im Körper an. Vanessa Schöttke und Mira Strodtmann fanden heraus, dass sogenannte Probiotika die Regeneration einer geschwächten Darmflora beschleunigen können. Probiotika enthalten zum Beispiel Milchsäurebakterien, die für den Stoffwechsel notwendig sind. Die Einnahme von antibiotischem Medikament und Probiotika muss allerdings zeitlich versetzt und bei Verzehr einer Mahlzeit erfolgen, da die Milchsäurebakterien Zeit zum Wachsen benötigen. Zusätzlich befragten die Jungforscherinnen online knapp 300 Menschen zu ihren Erfahrungen. Mehr als 40 Prozent wussten zwar, dass Antibiotika Nebenwirkungen haben, aber nur etwa jeder Zweite hatte von Probiotika zur Unterstützung der Therapie schon einmal gehört.

Neozoen in der Warnow

Neozoen in der Warnow

Wenn der Mensch Flüsse nutzt und verändert, kann es dazu führen, dass fremde Tiere in die Gewässer eingeschleppt werden. Isabel Zerfowski, Liam Hartmann und Oscar Yucra untersuchten, wie stark sich diese sogenannten Neozoen in der nahe ihrer Heimatstadt gelegenen Warnow ausgebreitet haben. Sie versenkten an mehreren Stellen eigene Bewuchsplatten im Fluss und analysierten über einen Dreijahreszeitraum die darauf siedelnden Würmer, Muscheln und Schnecken. Dabei fanden sie heraus, dass sich im Brackwasser der Warnow vor allem der nicht heimische Kalkröhrenwurm stark ausgebreitet hat. Im Ergebnis allerdings geben die drei Entwarnung: Neozoen haben bislang die vorhandenen Arten im Fluss nicht vertrieben, sondern nur in kleineren Regionen mit schwankendem Salzgehalt neuen Lebensraum erobert.

Nachweis von Antikörpern gegen SARS-CoV-2

Nachweis von Antikörpern gegen SARS-CoV-2

Eine der wichtigsten Fragen in der Corona-Pandemie ist, welche Tests am schnellsten und sichersten SARS-CoV-2 nachweisen. Derzeit gelten Schnelltests als relativ unzuverlässig, Antikörpertests, die das Hüllprotein des Virus aufspüren, dagegen als besonders sicher. Aber stimmt diese Einschätzung? Lisa Bräutigam analysierte 32 Blutproben, davon zehn von Corona-Patienten, mit Schnelltests und vier verschiedenen Antikörpertests und verglich deren Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit miteinander. Die Jungforscherin stellte fest, dass die Antikörpertests in ihrer Sensitivität zwischen 22 und 78 Prozent stark variieren, die Spezifität schwankte zwischen 91 und 100 Prozent. Der Schnelltest ist besser als sein Ruf: Er erkannte 78 Prozent der infizierten und 91 Prozent der negativen Proben richtig.

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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