News 2017

Jugend forscht

Vier Teams erfolg­reich bei Regional­wettbewerb

Von R. Wilkens, 28.02.2017

Sieben Schüler nahmen die Heraus­forderung zum Wett­bewerb in Lingen an! Ihr Mut wurde verdient mit einem Preis­segen belohnt. In der Sparte Jugend forscht gewannen:

1. Platz Biologie: Alexander Basenius, Timo Vähning
3. Platz Biologie: Njiku Wellmer (*mit Franz Robben)
3. Platz Chemie: Sebastian Berentzen, Christoph Thale
Sonderpreis Qualitäts­sicherung: Christian Schmid, Sacharja Wellmer

Die Jubiläums­veranstaltung mit 73 Projekten und 147 Teilnehmern wurde von Markus Vogel geleitet, der in seinem Vortrag einen Rück­blick auf die 50 jährige Geschichte des Regional­wettbewerbs bot.

Bereits zum 3. Mal traten Alexander und Timo in Biologie an. Ihr Thema „Auswir­kungen von effektiven Mikro­organismen auf das Wachstum von Nutz­pflanzen“ haben sie in auf­wendiger monate­langer Arbeit in einem Gewächs­haus der Firma Klasmann-Deilmann erarbeitet und die Wirkung der Lösungen auf Hun­derte von Pflanzen untersucht. Sie werden dem­nächst den Landes­wettbewerb in Clausthal-Zellerfeld im Harz besuchen.

Njiku forscht bereits seit zwei Jahren an mikrobiologischen Themen. * Im ersten Jahr bildete er dabei ein Team mit Franz Robben. Beide forschten für die Facharbeit an Bakterien­kulturen. Nach einem Schul­besuch in Frankreich orientierte sich Njiku thema­tisch neu und spezia­lisierte sich auf die Unter­suchung von einzelligen Hefepilzen, die Allergien auslösen können.

Sebastian und Christoph experi­mentieren seit zwei Jahren auf dem Gebiet der Luft­belastung. Sie untersuchten, welche Stoffe zur Aerosol­bildung führen. Dazu ana­lysieten sie in der Jugend forscht AG und an den MINT-Tagen Umweltgifte wie zum Beispiel Butandiol, Benzin und andere organische Substanzen. Die Wirkung der Aerosole auf Pflanzen ermittelten sie mit Unter­stützung der Firma Klasmann-Deilmann.

Christian und Sacharja gelang der Spagat zwischen Kunst und Chemie. Sie experimen­tierten mit Materia­lien, die zur besonderen Festig­keit antiker Fresken und Mörtel geführt haben. Sie konnten – zum Beispiel durch Bei­mischung von Blut und Eigelb-nachweisen, dass Eiweiß­substanzen in besonderer Weise zur Stabili­sierung geeignet sind. Als Grund­materialien benutzten sie Minera­lien, die sie im Urlaub selber aus einem alten nord­italienischen Berg­werk holten.

Hier folgt eine genauere Be­schreibung der vier prä­mierten Arbeiten in den Worten der Teil­nehmer:

Bier als allergenes Mittel - Eine mikro­biologische Erfor­schung der Ursachen (Njiku Wellmer)

Bei der Brauerei werden werden verschiedene Hefe­stämme eingesetzt. Nach neusten wissen­schaftlichen Erkennt­nissen sollen einige Hefestämme eine Medizi­nische Wirkung haben. Andererseits wird auch von schweren Allergien berichtet, die von Bier­hefen ausgelöst werden. Auch die sich im Bier befind­lichen Bakterien stehen unter Verdacht, Er­krankungen auszulösen. Wir haben uns zum Ziel gesetzt, die im Bier enthaltenen Mikroorganismen genauer zu untersuchen und danach eine Methode zur Verbesserung der Bierqualität zu entwickeln. Wir erprobten verschiedene Kulti­vierungs­methoden und fanden heraus, dass der Nährboden, der sich am besten zur Hefe­zucht eignet, der Nähr­agar ist, da sich bei anderen Nähr­böden entweder zu wenig Kolonien ent­wickelten oder sie immer mit Fremd­kulturen kontaminiert waren.

2. Die von uns erprobten Kultivierungs­techniken aus der Bakterien­genetik ließen sich problemlos auf Bierhefe-Kulturen übertragen. Wir ent­wickelten ein prak­tikables Verfahren, die Hefezellen im Schul­labormaßstab zu untersuchen.

3. Wir konnten bestätigen, dass im alkohol­freien Bier tatsächlich mehr Bakterien vorhanden sind als im alkohol­haltigen. Zumindest in dieser Bier­sorte könnten die beschrie­benen Allergien auf die Bak­terien zurückzuführen sein. Ein geringer Alkohol­gehalt kann also aus medizi­nischer Sicht im Hinblick auf Allergene empfehlens­wert sein. Im Hinblick auf die Konzen­tration darf die Alkohol­wirkung selber aber natür­lich nicht außer Acht gelassen werden.

4. Da Allergien auch durch alkoholhaltiges Bier ausgelöst werden, ist eher an eine Wir­kung der Hefe zu denken. Hefe aus Bier ließ sich gut nach Zusatz von Glukose kultivieren. Kolonien konnten nach der Plattierung auf Agar oder Pudding einfach ausgezählt werden.

5. Durch UV-Behandlung mit Aquarien­lampen lassen sich die Hefe­zellen weitgehend abtöten. Bei Erhöhung der Frequenz könnten somit noch vorhandene Hefe­zellen im Bier weitgehend entfernt werden.

6. Bei den von uns verwendeten UV-Frequenzen bleiben einige Hefekolonien übrig. Diese weisen eine unter­schiedliche Kohlendioxid-Produktion auf. Die ver­änderten Stämme könnten sich im Hinblick auf den Gärungs­prozess auch in ihrer allergenen Wirkung unter­scheiden.

Aerosol­belastung durch Gewässer der Tos­kana (Sebastian Berentzen, Christoph Thale)

Ein Pflanzen­sterben in der Toskana machte uns vor ca. einem Jahr auf ein Problem mit den Gewässern aufmerksam. Aufgrund von vor­liegenden Messdaten aus der Toskana erkannten wir ein massives Problem. Wir vermuteten, dass sich die Belastung der Gewässer auf die Luft auswirken könnte und Aero­sole entstanden sein könnten. Unsere Vermutung einer Aerosol-Belastung bestätigte sich durch zahl­reiche chromato­graphische Unter­suchungen; auf dieser Basis stellten wir dann eine kon­zentrierte Modell­lösung zum Erforschen der Wirkung auf Pflanzen her. Wir starteten in Kooperation mit Klasmann-Deilmann eine groß angelegte Versuchs­reihe in der wir die Wirkung an über 600 Pflanzen in unter­schiedlichen Konzen­trationen testeten. Die chemische Wirkung des Aerosols konnten wir auch am Chloro­phyllgehalt der Blätter nachweisen.

Experimentelle Über­prüfung der antiken Fresko­technik (Christian Schmid, Sacharja Wellmer)

Folgendes Gerücht wurde über römische und chinesische, antike Kulturen übermittelt: Angeblich sollen die Chinesen Reis mit in den von ihnen her­gestellten Beton gegeben haben und so eine stärkere Struktur zu bekommen und ein länger haltendes Gebäude, welches zusätzlich noch resistenter gegen Erd­beben und Unwetter war als gewöhnliche Gebäude. Da die Chi­nesische Mauer schon über 2500 Jahre steht, war eine Geheim­zutat naheliegend. Die Römer sollen Gerüchten nach Blut mit in ihren Beton gemischt und so eine viel höhere Festigkeit erreicht haben.

Wir haben uns eine Vor­gehensweise überlegt, mit der wir durch standar­disierte Versuche und Proben allgemeine Regeln zur Erzeugung festerer Materi­alien aufstellen können. Mit dem erarbeiteten Wissen sind wir dann auf die Verwendung von Pig­menten in den Fresken der antiken Zeit eingegangen und haben deren Ein­fluss auf die Festigkeit ermittelt. Mehl und Reis erwiesen sich als wenig nützlich zur Stabi­lisierung des Mörtels, der Zusatz von Blut erhöhte die Festig­keit signifikant. Eigelb veränderte die Probe so, dass diese sehr dehnbar wurde. Die chemischen Zusammen­hänge und Hintervgründe diskutierten wir umfassend in unserer Arbeit. Die Ver­wendung von Blut oder Eigelb in der Antike bei der Herstellung eines festen Beton­materials halten wir für nicht unwahr­scheinlich.

Auswirkungen von effektiven Mikro­organismen auf das Wachstum von Nutzvpflanzen (Alexander Basenius, Timo Vähning)

Gesamt­ergebnis aller Versuche für Paprika

Die in unserem Versuch auf­gesetzten Pflanzen, keimten bei doppelter Menge an EMa besser. Sie bildeten ebenfalls stärker Knospen aus. Außerdem war der Wurzel­ballen sehr viel ausgeprägter und verwurzelter, als bei den anderen Versuchs­reihen. Die Gewichts­zunahme war im Gegensatz zu den der Anderen sehr konstant. Der Chlorophyll­gehalt der Früchte war bei den behan­delten Pflanzen um einiges höher als bei den unbehandelten. Allerdings war das Frucht­gewicht der behandelten Pflanzen um einiges geringer als das der Kontroll­gruppe. Da das erzielte Frucht­gewicht bei Paprika ein sehr wichtiger Bewertungs­faktor darstellt, müssen wir festhalten, dass die verwendeten EMa eher negative Aus­wirkungen auf das Wachstum von Paprika ausüben. Möglich ist, dass die EMa die zur Verfügung stehenden Nähr­stoffe im Kultur­substrat selber brauchen, sodass für die Frucht­entwicklung weniger zur Verfügung steht.

Gesamt­ergebnis aller Versuche für Basilikum:

Die Messer­gebnisse zeigen, dass behandelte Pflanzen höher wurden, einen größeren Anteil an Asche und ein besseres Wurzel­wachstum hatten. Die Pflanzen hatten allerdings nicht mehr Gewicht und die Unterschiede bei den Chloro­phyllwerten waren nur minimal. Die Pflanzen brachten also keine größere Ernte, sie war sogar geringer. Dafür war das Wurzel­wachstum erheblich besser und die Pflanzen wurden höher. Aufgrund dieser Tatsachen lässt sich nicht von einer aus­schließlich negativen oder positiven Wirkung reden. Es wäre eine Ertrags­steigerung bei Wurzel­gemüse zu erwarten. Demnach konnte eine positive Wirk­samkeit nur bei bestimmten Para­metern nachgewiesen werden. Außerdem ist davon auszugehen, dass die Pflanzen durch ihr stärkeres Wurzel­wachstum robuster sind. Das verstärkte Wurzel­wachstum kann auch als Indiz der verstärkten bio­logischen Belebung des Kultur­substrates durch die verwendeten EMa gesehen werden. Das verringerte Frisch­gewicht der behandelten Pflanzen könnte, wie wir auch bei den Paprika­pflanzen vermuten, auf Nährstoffunterschiede zurückzuführen sein, die durch die unterschiedliche Belebung der Substrate verursacht worden sind. Unser Ziel ist damit unserer Meinung erreicht. Wir konnten für bestimmte Parameter eine Wirkung des Produktes EM1® bei Basilikum unter den in der Ein­leitung genannten Be­dingungen nachweisen. Aufgrund der groß angelegten Versuchs­reihen dürfte dieses Ergebnis recht stichhaltig und relevant sein.