Biologie

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.

Vorkommen der Wasseramsel in der Rhön

Vorkommen der Wasseramsel in der Rhön

Wie groß sind die Bestände der Wasseramsel in der thüringischen Rhön? Von 2016 bis 2018 erkundeten Lisa Denner, Sophia Schwarz und Clara Marie Schneider an acht Flussläufen das Vorkommen dieses Singvogels. An einigen Standorten nahmen sie auch Wasseranalysen vor. Im Rahmen von 20 Exkursionen fanden sie heraus, dass die Wasseramsel in dem Mittelgebirge zwar beheimatet ist, wiewohl sie dort nicht allzu häufig vorkommt. Die Jungforscherinnen wiesen nach, dass die Tiere sich vor allem in den Bereichen ansiedeln, wo die Wasserqualität gut und wo zudem eine natürliche Ufervegetation vorhanden ist. Wichtigster Faktor für die Verbreitung sind jedoch die Nistmöglichkeiten. Kontrollen von Nistkästen zeigten, dass diese gut angenommen werden. Für Landschaftsplaner sind dies hilfreiche Erkenntnisse.

Der Einfluss von Lärmbelästigung im Schulalltag auf die Konzentration

Der Einfluss von Lärmbelästigung im Schulalltag auf die Konzentration

Das Ergebnis erscheint überraschend: Schüler können sich besser konzentrieren, wenn eine gewisse Lautstärke herrscht. Negin Moghiseh entwickelte für ihre Mitschüler aus verschiedenen Altersklassen Konzentrationsaufgaben, die diese bei unterschiedlicher Lärmkulisse lösen mussten. Dabei zeigte sich, dass ein Schallpegel um 70 Dezibel zu den besten Ergebnissen führte. Dieses Phänomen trat aber nur dann auf, wenn der Lärm so unspezifisch war, dass die Probanden keine einzelnen Wörter heraushören konnten. Bestanden die Hintergrundgeräusche dagegen aus Gesprächen der Klassenkameraden, wurden die Mitschüler abgelenkt. Die Jungforscherin erklärt sich ihre Beobachtungen damit, dass unspezifische Geräusche für ein optimales Aufmerksamkeitsniveau sorgen und somit höchstmögliche geistige Leistungsfähigkeit ermöglichen.

Der Einfluss von Mikroplastik auf Pflanzen des maritimen Ökosystems

Der Einfluss von Mikroplastik auf Pflanzen des maritimen Ökosystems

Mikroplastik in Flüssen und Meeren ist eine große Gefahr für Meeresbewohner. Friedrich Richard Gamp und Julian Karimi fanden heraus, dass die winzigen Partikel nicht nur für Tiere, sondern auch für Wasserpflanzen schädlich sind. Die beiden ließen im Experiment die Alge Caulerpa taxifolia, die überall in Gewässern vorkommt, unter Zugabe kleinster Plastikpartikel aus PET-Getränkeflaschen wachsen. Nach zehn Tagen war das Ergebnis eindeutig: Das Mikroplastik setzte den Pflanzen deutlich zu. Die Algen waren viel kleiner und bildeten weniger Chlorophyll als Vergleichsproben. Ab einer bestimmten Partikelkonzentration starben sie sogar ab. Die Jungforscher vermuten, dass das Mikroplastik über die normale Wasseraufnahme eindringt und Zellstrukturen schädigt oder Transportwege verstopft.

Die Gesänge der Wiese entschlüsseln

Die Gesänge der Wiese entschlüsseln

Verschiedene Heuschreckenarten auf einer Wiese zu erfassen ist schwer, da sich die Spezies mitunter sehr ähneln. Falco Eigner entwickelte eine Systematik, die eine Unterscheidung der Tiere anhand ihrer Laute ermöglicht. Mit einem eigentlich zur Erfassung von Fledermäusen entwickelten Gerät nahm er Messungen zu Impulsdauer, Impulsanzahl, Pulsanzahl, Versabständen und Hauptfrequenz der Gesänge vor. So konnte er für jede Heuschreckenart ein individuelles Profil erstellen. Bei einzelnen Merkmalen gab es zwar noch Überschneidungen, in ihrer Gesamtheit reichten die erfassten Messgrößen aber aus, um die Arten treffsicher zu unterscheiden. Somit können nun bei ökologischen Gutachten Heuschreckenarten eindeutig identifiziert werden, ohne dass anatomische Merkmale der Tiere erfasst werden müssen.

Die Honigbiene als Indikator für die Pestizidbelastung norddeutscher Flora und Fauna

Die Honigbiene als Indikator für die Pestizidbelastung norddeutscher Flora und Fauna

Jaron Bardenhagen, Sofie-Marie Wiese und Annik Krohn befassten sich in ihrem Forschungsprojekt mit dem aktuellen Bienensterben, für das Pflanzenschutzmittel mitverantwortlich gemacht werden. Sie fragten sich, wie stark Bienen und Honig im norddeutschen Raum mit chemischen Spritzmitteln belastet sind. Um dies zu klären, analysierten die drei regionale Bienen- und Honigproben mithilfe des sogenannten Elisa-Tests. Die Ergebnisse bestätigen ihre Befürchtungen: Keine der Honigproben war frei von Spritzmitteln. Als besonders belastet erwiesen sich die analysierten Landbienen. Bei ihnen fanden die Jungforscherinnen auch das umstrittene Pestizid Glyphosat, was auf häufigen Einsatz des Unkrautvernichters auf norddeutschen Feldern hinweist.

Die Rotfärbung an Blättern des Stinkenden Storchschnabels – eine Ursachenforschung

Die Rotfärbung an Blättern des Stinkenden Storchschnabels – eine Ursachenforschung

Der Stinkende Storchschnabel besitzt gefiederte Blättchen, die oft nicht grün, sondern rot sind. David Haney, Dominik Kanzler und Michael Merk fanden heraus, welche Funktion die Rotfärbung hat: Sie schützt die Pflanze vor zu starker Sonneneinstrahlung, wenn der Fotosyntheseapparat überlastet ist. Die Pigmente, Anthozyane genannt, fangen schädliche freie Radikale ab, die durch zu viel UV-Licht in der Zelle entstehen. Die Jungforscher verglichen verschiedene Standorte des Stinkenden Storchschnabels in ihrer Heimatregion, setzten Jungpflanzen Sonne und Trockenheit aus und analysierten Zusammensetzung und Konzentration der Anthozyane mikroskopisch wie auch chromatografisch. Nach ihren Experimenten können sie ausschließen, dass die Rotfärbung eine Alterserscheinung ist oder vor Austrocknung schützt.

DNAzyme als neuer Ansatz zur Regulierung von PAD4 bei der Entstehung von Rheuma

DNAzyme als neuer Ansatz zur Regulierung von PAD4 bei der Entstehung von Rheuma

Das Protein PAD4 steht im Verdacht, eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von rheumatoider Arthritis zu spielen. DNAzyme wiederum sind dafür bekannt, die Synthese von Proteinen zu hemmen. Tobias und Leon Stadelmann synthetisierten 164 verschiedene dieser einzelsträngigen DNA-Moleküle. Im Labor untersuchten sie, ob diese die als Botenstoff dienende mRNA so schneiden können, dass die Biosynthese des vermutlich schädlichen Proteins verhindert wird. Bei knapp der Hälfte der untersuchten DNAzyme stellten die Jungforscher eine Schneidereaktion fest, 14 Varianten machten sogar mehr als 80 Prozent des Botenstoffs unschädlich. Nun gibt es Hoffnung, dass DNAzyme sich auch in Zellkulturversuchen als wirksamer gegen PAD4 erweisen könnten als die bekannten PAD4-Hemmer.

Epigenetische Krebstherapie bei Darmkarzinomen

Epigenetische Krebstherapie bei Darmkarzinomen

Lagern sich Methylgruppen an bestimmten Stellen im Erbgut an, stört das die Regulierung der Gene, was im schlimmsten Fall zu Krebs führen kann. Jana Alt und Maide Özdemir wollten in ihrem Forschungsprojekt herausfinden, ob der Hemmstoff DAC diese falsche Methylierung von Genen verhindern kann. Dazu ließen sie zwei verschiedene Typen von Darmkrebszellen wachsen – einmal mit und einmal ohne DAC. Anschließend untersuchten die Jungforscherinnen mit modernen biotechnologischen Methoden mehrere Gene der Krebszellen. Demnach hemmt das Therapeutikum die Methylierung tatsächlich. Allerdings fiel den beiden auf, dass eine Zellart stark, die andere nur schwach auf DAC anspricht. Ihre Empfehlung: Es ist sehr wichtig, den Typ der Tumorzelle genau zu untersuchen, um die Behandlung anpassen zu können.

Experimentelle Untersuchungen zum Milbenbefall von Hühnern

Experimentelle Untersuchungen zum Milbenbefall von Hühnern

Milben im Hühnerstall sind eine Plage. Sie schwächen die Vögel und übertragen Krankheiten. Patrick Riegner entdeckte Ersatzstoffe für umweltbelastende Insektizide. Im Labor und in einem Stall mit 100 Hühnern testete er Essig und ätherische Öle in unterschiedlichen Konzentrationen. Anschließend nahm er mit einem Klebeband Proben von den Sitzstangen und zählte unter dem Mikroskop die noch lebenden Milben. Vor allem die ätherischen Öle waren tödlich, da sie das Nervensystem der Parasiten stören. Auch höher konzentrierte Essigsäure, die länger wirkt als Öle, setzte ihnen zu. Resümee des Jungforschers: Seine Mittel stellen – in der richtigen Menge und bei regelmäßigem Einsatz – eine echte Alternative dar. Allerdings sind Milben hart im Nehmen. Auch nach der Behandlung waren die Sitzstangen nicht milbenfrei.

Extraktion und Detektion von Gluten in Lebensmitteln

Extraktion und Detektion von Gluten in Lebensmitteln

Menschen, die auf Gluten in Lebensmitteln allergisch reagieren, sind in ihrer Ernährung stark eingeschränkt. Die Unsicherheit, ob das Klebereiweiß in Gerichten enthalten ist, die sie nicht selbst zubereitet haben, erfordert von den Betroffenen ein hohes Maß an Zurückhaltung. Helfen kann hier ein Glutentest. Doch der Nachweis mit gekauften Antikörpern funktioniert schlecht, wie Janika Müller feststellen musste. Daher entwickelte sie ein eigenes Verfahren, indem sie ein Molekül synthetisierte, das einem Antikörper ähnlich ist, aber über bessere Eigenschaften verfügt. Bringt man dieses auf einer Messspitze auf, sind einfache und kostengünstige Tests möglich, zumal die Spitze sogar mehrere Proben hintereinander analysieren kann. So könnte das Projekt der Jungforscherin den Weg für einen alltagstauglichen Gluten-Schnelltest bereiten.

Gehirnwellen als Indikator zur Bewertung des Lernumfeldes in der Schule

Gehirnwellen als Indikator zur Bewertung des Lernumfeldes in der Schule

Jolanda Schumann setzte sich zum Ziel herauszufinden, was im Unterricht in den Köpfen ihrer Mitschüler vor sich geht: Sind sie gerade konzentriert, abgelenkt oder gar gelangweilt? Und warum? Dazu verkabelte sie jeweils fünf Schüler der Klassen 8, 10 und 11 mit professionellen EEG-Headsets und verfolgte am Laptop die sogenannten Gamma-Wellen. Diese Hirnwellen sind beim Nachdenken und Lernen aktiv. Sie stellte fest, dass sich die Probanden nur sehr kurz, etwa 20 Sekunden lang, konzentrieren konnten. Besonders aufmerksam waren sie, wenn etwa Versuche gezeigt wurden. In den ersten beiden Schulstunden war die Konzentration zudem geringer als später am Tag. Die Jungforscherin rät Lehrkräften daher, schwierigen Unterrichtsstoff kurz und prägnant zu vermitteln, am besten nicht gleich am frühen Morgen.

Inaktivierung des Antibiotikums Chloramphenicol

Inaktivierung des Antibiotikums Chloramphenicol

Das Antibiotikum Chloramphenicol wird von Biotechnologen im Labor zur Unterscheidung von Bakterien verwendet. Allerdings ist es im Laborabfall selbst nach einer Hitzebehandlung noch aktiv und kann so in die Umwelt gelangen. Marik Müller untersuchte, ob das Antibiotikum durch ein Enzym, die Cm-Hydrolase, entschärft werden kann. Er stellte das Enzym in einer genetisch verbesserten Variante in E. coli-Bakterien her und isolierte es. Bei Zugabe des hydrolasehaltigen Extrakts zu nicht resistenten Bakterien war deren Wachstum minimal verlangsamt. Daraus schließt der Jungforscher, dass sein Enzym das Chloramphenicol effizient spaltet. Da man für diese Spaltung keine anderen Hilfsmoleküle, sondern nur Wasser benötigt, wäre das Enzym als Zusatz zu Laborabfällen geeignet.

Insektenpathogene Pilze und ihr Potenzial, Kunststoff biologisch abzubauen

Insektenpathogene Pilze und ihr Potenzial, Kunststoff biologisch abzubauen

Mikroplastik, kleinste Kunststoffteilchen, kann man nicht nur in unseren Ozeanen finden. Noch größer sind die Mengen, die sich auf landwirtschaftlichen Böden ansammeln. Auf der Suche nach einem Weg, Böden von Mikroplastik zu befreien, stieß Christos Assiklaris auf Pilze, die im biologischen Pflanzenschutz eingesetzt werden. Der Jungforscher zeigte, dass man mit den Mikroorganismen nicht nur schädliche Insekten bekämpfen kann, sondern dass sich damit auch der Kunststoff Polyurethan abbauen lässt. Sollten sich seine Ergebnisse auf das Freiland oder Kläranlagen übertragen lassen, könnte dies ein entscheidender Schritt im Kampf gegen Mikroplastik sein. Zudem könnte Kunststoffabfall als Rohstoff für die pilzbasierten Pflanzenschutzmittel umweltfreundlich entsorgt werden.

Kartierung des Fledermausvorkommens in Kirchen des Landkreises Pfaffenhofen im Sommer 2018

Kartierung des Fledermausvorkommens in Kirchen des Landkreises Pfaffenhofen im Sommer 2018

Einige Fledermausarten sind gefährdet. Josef Henn wollte daher wissen, wie es um die Bestände in seiner Heimatregion steht. Dazu kartierte er die Vorkommen der Säugetiere in 31 Kirchen. Er erfasste die Hangplätze und protokollierte andere Indikatoren. Seine Daten verglich er mit einer Studie aus dem Jahr 1999, in der bereits die gleiche Region untersucht worden war. So konnte er zeigen, dass sich die Bestände positiv entwickelten: Der Anteil der von Fledermäusen besiedelten Kirchen stieg von 63 auf 87 Prozent. Allerdings verschob sich die Artenverteilung: Während früher das Große Mausohr dominierte, überwog nun die Population des Langohrs. Der Jungforscher konnte erstmals Kirchen identifizieren, in denen beide Arten vorkommen. Er vermutet, dass dies der Erfolg regionaler Naturschutzaktivitäten ist.

Projekte, die sich mit der belebten Umwelt befassen, gehören ins Fachgebiet Biologie

Jungforscherinnen und Jungforscher können zum Beispiel Mikroorganismen 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

  • Biochemie
  • Biophysik
  • Immunologie
  • Mikrobiologie
  • Neurowissenschaft
  • Ökologie
  • Pflanzenwissenschaften
  • Virologie
  • Zellbiologie
  • Zoologie

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Biologie?

Wird etwa ein Gewässer 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. Dies gilt auch für Projekte, die gegen die gültigen Tierschutzrichtlinien verstoßen.

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