Jugend forscht – Schüler experimentieren: Klimawandel und Gewässerbelastung

Unsere Schüler nahmen diese Woche am Regionalwettbewerb Jugend forscht teil. Jason Deutschmann, Ole Müller und Finn Siebert aus der BioLab-AG der Gesamtschule und Paula Beger vom Gymnasium stellten ihre Arbeiten vor. Da wir aktuell unsere Nawi-Welten und Labore umbauen, waren die Arbeitsbedingungen etwas erschwert. Daher entschieden sich die Schüler der BioLab-AG, im Bereich das Klimawandels zu forschen.

Negative Einflüsse des Klimawandels auf verschiedene Zelltypen

Der betreuende Lehrer Martin Daus erklärt uns, was genau seine Schüler erforscht haben: „Wir sind in den Medien auf Artikel und Berichte aufmerksam geworden, in denen klimatische Veränderung in Florida, USA, beschrieben wurden. In Florida herrscht eigentlich ganzjährig ein warmes Klima. Temperaturen unter 10 ° Celsius sind auch in den kalten Monaten untypisch. Entsprechend haben sich typische Tiere und Pflanzen dort angesiedelt und bilden bislang ein stabiles Ökosystem. Im Jahr 2022 wurde von plötzlichen Wintereinbrüchen mit Schneefällen berichtet.

Jason, Ole und Finn stellten sich die Frage, ob Tiere und Pflanzen mit diesen klimatischen Veränderungen zurechtkommen können. Welche Auswirkung könnten Frost und Schneefall auf Organismen haben, die bislang ganzjährig in warmem Klima lebten? Ihre Vermutung war, dass verschiedene Zelltypen unter den klimatischen Veränderungen unterschiedlich stark leiden würden. Hintergrund ist, dass Pflanzenzellen im Gegensatz zu Tierzellen über eine Zellwand verfügen, die den Zellen eine hohe Stabilität geben kann. Das Zellplasma und die Vakuole der Pflanzenzellen verfügen jedoch über einen hohen Wasseranteil, welcher beim Einfrieren zu Zellschäden führen könnte. Bei tierischen Zellen fehlt eine Zellwand. Der Einfrierungs- und Auftauprozess könnte bei diesem Zelltypen zur Zerstörung der Zellen führen.

Der Versuchsaufbau

In unserem Projekt haben wir möglich negative Auswirkungen von Kälte auf zwei eukaryontische Zelltypen getestet. Klimaschwankungen in der Natur wurden im Experiment durch Einfrieren und Auftauen der Zellen simuliert. Untersucht wurden Pflanzenzellen (Wasserpest) und Tierzellen (rote Blutkörperchen). Beide Zelltypen wurden mikroskopisch betrachtet und die Morphologie dokumentiert. Durch Einfrieren und Auftauen der Präparate konnten Auswirkungen auf die jeweiligen Zellen erkannt werden. Während Chloroplasten in Zellen der Wasserpest anfangs frei beweglich im Zellplasma waren, wurde die Beweglichkeit der Chloroplasten nach Einfrieren und anschließendem Auftauen stark reduziert. Bei roten Blutkörperchen war nach dem Einfrieren und Auftauen eine Verklumpung der Zellen zu erkennen. Zudem verloren die Zellen ihre rote Färbung.

Das hat die BioLab-AG herausgefunden

Durch unsere Arbeit konnten wir zeigen, dass klimatische Veränderungen (hier Kältephasen) direkte negative Auswirkungen auf Zellen haben können und somit den Erhalt ganzer Organismen gefährden können. Unsere Arbeit soll die Bedeutung der Erhaltung von Ökosystemen herausstellen und das Bewusstsein stärken, etwas gegen den menschgemachten Klimawandel zu unternehmen.“

Pantoffeltierchen eignen sich als Indikator für Gewässerbelastung

Die betreuende Lehrerin Nadja Kiss erläutert uns, was ihre Schülerin Paula Beger untersuchte: „Meine Schülerin hat eine Arbeit zur Gewässerbelastung durch Diclophenac Natrium (bekannt als Schmerzmittel in Voltaren) erstellt und dabei die Überlebensrate von einzelligen Pantoffeltierchen in Abhängigkeit von verschiedenen Konzentrationen bestimmt. Dabei konnte sie feststellen, dass sich bereits Konzentrationen im Rahmen von erlaubten Höchstzahlen bedenklich auf die Tierchen auswirken. Aus diesem Grunde eignen sich Pantoffeltierchen auch als Zeigerorganismen für die Wasserqualität.“

Paula erzählt uns ganz genau, was sie gemacht hat: „Diclofenac Natrium ist ein häufig verwendetes Schmerzmittel, das beispielsweise Inhaltsstoff in Voltaren ist. Aufgrund bedenklicher Konzentrationen unterschiedlicher Schadstoffe in deutschen Gewässern, wird es immer wichtiger, Stoffe wie Diclofenac schnell deutlich zu machen. Das Vorkommen sogenannter Bioindikatoren, wie aquatische Einzeller, wird als oft als Anhaltspunkt von Wasserqualität angesehen. Jedoch ist die Auswirkung von Diclofenac Natrium nicht genügend auf einzellige Organismen wie den häufig angewandten Bioindikator Paramecium, also ein Pantoffeltierchen, bekannt und erforscht.“

Paulas Ergebnisse

„Meine Ergebnisse zeigen, dass das Paramecienwachstum stark von Diclofenac beeinflusst wird. Folglich sind die Kulturen durchaus als Bioindikatoren anzuwenden. Ebenso zeigen die Ergebnisse, dass höhere Konzentrationen von Diclofenac Natrium kurzfristig stärkere Auswirkungen haben als zum Beispiel niedrigere Konzentrationen. In jedem Fall könnten sich die Konzentrationen negativ auf die Qualität eines aquatischen Ökosystem auswirken. Weitere Forschung sollte sowohl an anderen Einzellern sowie anderen Schmerzmitteln durchgeführt werden.“, empfiehlt Paula.

Paula hat ihre Arbeit bei Jugend forscht im Bereich Chemie eingereicht und hier einen Geldpreis erhalten.

Der Wettbewerb Jugend forscht

Jugend forscht ist der in Deutschland bekannteste Schüler- und Jugendwettbewerb. Er wird in den Bereichen Mathematik/Informatik, Biologie, Chemie, Physik, Geo- und Raumwissenschaften, Arbeitswelt und Technik ausgetragen. Mit dem Wettbewerb sollen Jugendliche begeistert und gefördert werden. Außerdem können sie neue Talente finden. Der Wettbewerb findet auf drei Ebenen statt: Regionalwettbewerbe, mindestens ein Landeswettbewerb und die besten Projekte präsentieren sich auf dem Bundeswettbewerb.

Schülerinnen und Schüler, Auszubildende und Studierende im Erststudium im Alter von 15 bis 21 Jahren nehmen in der Alterssparte Jugend forscht teil. Jüngere Schüler, wie Jason, Ole und Finn starteten in der Alterssparte Schüler experimentieren.

Jugend forscht – Schüler experimentieren

Schüler experimentieren ist die Juniorsparte des Wettbewerbs Jugend forscht. Hier nehmen alle Jungforscherinnen und Jungforscher teil, die am 31. Dezember des Anmeldejahres nicht älter als 14 Jahre sind. Jüngere Schülerinnen und Schüler, die sich beteiligen möchten, müssen mindestens die 4. Klasse besuchen.

Du bist interessiert? Informiere dich in diesem Leitfaden zu Schüler experimentieren!