Projekte 2015 - Jugend forscht @ Merck

Kurzfassung
Stand 8
Jugend forscht
Fachgebiet Biologie
Thema
Biologisches Phosphat-Recycling mittels Algen
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Johann Liebeton (18)
64673 Zwingenberg
Geschwister-Scholl-Schule
Bensheim
Leon Werner (18)
64625 Bensheim
Geschwister-Scholl-Schule
Bensheim
Betreuung: Herr Lay
Ort der Projekterstellung: Geschwister-Scholl-Schule
Kurzfassung: Biologisches Phosphat-Recycling mittels Algen
Die verfügbaren Phosphorvorkommen werden sich in den nächsten Dekaden erschöpfen. Dies wird
weitreichende Konsequenzen für die Ernährung der Weltbevölkerung haben.
Das Ziel unseres Projektes ist es, einen Weg aufzuzeigen, um mittels Algen aus lokalen Gewässern Phosphat
zurückzugewinnen. Nachfolgend könnten die Algen als Dünger genutzt werden, um eine nachhaltige
Verwendung der bestehenden Phosphatressourcen zu erreichen.
Zunächst wurde der Phosphatgehalt lokaler Gewässer bestimmt und festgestellt, dass einzelne Proben durch
eine überdurchschnittlich hohe Phosphat-Konzentrationen auffielen, was die Problemstellung untermauerte.
Die zu überprüfende Fragestellung lautete, ob man mittels Polyploidisierung eine erhöhte Phosphataufnahme
der Algen induzieren kann. Dazu behandelten wir diese mit verschiedenen Mitosehemmern. Eine Verdopplung
des Chromosomensatzes der Algen konnte nachgewiesen werden. Anschließend haben wir überprüft, ob
polyploide Algen mehr Phosphat aufnehmen als unbehandelte Algen.
Unsere bisher durchgeführten Versuche zeigten, dass polyploide Algen nicht signifikant mehr Phosphat
aufnehmen als haploide Algen.
In zukünftigen Arbeiten versuchen wir nun, die Phosphataufnahme der Algen durch einen künstlichen
Selektionsdruck zu erhöhen.
Phosphat-Recycling | Algen | Düngung
Kurzfassung
Stand 9
Jugend forscht
Fachgebiet Biologie
Thema
Gibt es rote und grüne Blüten? -Funktionsaspekte der UV Reflexion bei
der Bestäubung
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Julian Kompa (18)
63322 Rödermark
Nell-Breuning-Schule
Rödermark
Anna-Lena Ohnesorge (19)
63322 Rödermark
Nell-Breuning-Schule
Rödermark
Till Weber (19)
63322 Rödermark
Nell-Breuning-Schule
Rödermark
Betreuung: Herr Dr. Heckroth
Ort der Projekterstellung: Nell-Breuning-Schule
Blüten dienen der Anlockung von Bestäubern und nutzen hierzu verschiedenste Farbstoffe. Vor allem in den
Tropen ist der Schauapparat einer Pflanze oft sehr auffällig gefärbt, doch Insekten können die für uns als rot
sichtbare Farbe gar nicht wahrnehmen. Einige Blüten enthal¬ten für uns Menschen unsichtbare Farbstoffe, die
im UV-Bereich reflektieren, um auf sich aufmerksam zu machen. Sie sind also nicht wirklich rot.
Wir haben verschiedene heimische und tropische Blüten im Hinblick auf die Reflexion und ihre Bestäuber
untersucht; hierzu nutzten wir den Palmengarten in Frankfurt und Wiesen in der Umgebung. Um die UVReflexion einer Blüte zu bestimmen, benutzten wir eine Kamera mit UV-Durchlassfilter und UV-Lampen.
So konnten wir nachweisen, dass nahezu jede rote tropische Blüte auch tatsächlich rot ist und Vögel anstatt der
bei uns üblichen Insekten als Bestäuber nutzt. Im Gegensatz dazu ist weithin bekannt, dass der heimische
Klatschmohn im UV-Bereich reflektiert um, Insekten anzulocken.
Eine ebenfalls starke UV-Reflektion zeigten fast alle grünen oder braunen Blüten, die vor dem Hintergrund aus
Blättern und Ästen für Insekten ansonsten fast unsichtbar erscheinen würden.
Es ergaben sich weiterhin Hinweise, dass Farbstoffe in Blüten auch weitere Funktionen erfül-len, wie z.B. den
Schutz genetischen Materials in den Staubgefäßen und Narben vor UV-Strahlung.
Kurzfassung
Stand 10
Jugend forscht
Fachgebiet Biologie
Thema
Hilft Kaugummikauen gegen Plaquebildung?
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Viviane Bopp (16)
63128 Dietzenbach
Ernst-Reuter-Schule
Dietzenbach
Julian Hartmann (15)
63128 Dietzenbach
Ernst-Reuter-Schule
Dietzenbach
Betreuung: Herr Dr. Gehrig
Ort der Projekterstellung: Ernst-Reuter-Schule
Kaugummi heißt auf Afrikanisch: Lubaen; Arabisch: elk; Chinesisch: Heung How Chu; Finnisch: purukumi;
Französisch: chiclette; Indonesisch: permen karet; Japanisch: gamu; Portugiesisch: pastilka elastika; Russisch:
Zhevatelnaya Rezinka; Schwedisch: tuggumi; Schweitzerdeutsch: chaettschgummi; Spanisch: goma de
mascar; Ungarisch: rágógumi. Auch wenn mit der industriellen Produktion von Kaugummi erst gegen Ende des
19. Jahrhunderts begonnen wurde, hat das Kauen von Kaugummi eine lange Tradition. Den bislang ältesten
Kaugummi fanden Archäologen bei den Ausgrabungen einer 9.000 Jahre alten Siedlung in Südschweden. Hat
aber außer dem Genuss, der Geschmacksrichtung und dem Zeitvertreib Kaugummikauen auch eine Wirkung
bei der Reinigung von unseren Zähnen? Dieser Frage sind wir nachgegangen. Uns ist nämlich aufgefallen,
dass nach dem Mittagessen in der Schule es praktisch keine Chance gibt sich die Zähne zu putzen. Könnte da
uns ein Kaugummi helfen? Dies steht aber der Schulordnung entgegen, in der es heißt, dass auf dem
Schulgelände und in den Gebäuden kein Kaugummi erlaubt ist. Vielleicht können wir mit unseren
Untersuchungen dazu beitragen, dass sich das wenigstens nach dem Mittagessen ändert.
Kurzfassung
Stand 11
Jugend forscht
Fachgebiet Biologie
Thema
Nano-Titandioxid: Ökotoxizität und fotokatalytische Wirkung
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Steffen Mansfeld (16)
65778 Kelkheim
Main-Taunus-Schule
Hofheim
Stefan Tauchnitz (17)
65719 Hofheim
Main-Taunus-Schule
Hofheim
Felix Mujkanovic (16)
65830 Kriftel
Main-Taunus-Schule
Hofheim
Betreuung: Frau Tebartz
Ort der Projekterstellung: Main-Taunus-Schule
„Strahlend saubere Fliesen – wie von selbst!“ Mit solchen Slogans werben Hersteller für ihre selbstreinigenden
Fliesen. Das Geheimnis: nano-Titandioxid-Partikel. Sie sind fotokatalytisch aktiv und sollen unter Einfluss von
UVA-Strahlung – bereits Raumlicht soll genügen – Verschmutzungen auf der Oberfläche zersetzen und das
Wachstum von Bakterien und Algen hemmen. Neben Fliesen kommt Titandioxid in einer Unmenge weiterer
Produkte vor: Sonnenschutzmitteln, Wandfarben, Zahnpasta, Kleidungsstücken. Jedoch stellt sich die Frage:
Was passiert, wenn die Nanopartikel in die Umwelt, z.B. in Gewässer gelangen? Gefährden sie die dort
lebenden Organismen?
Zunächst testeten wir die fotokatalytische Aktivität verschiedener nano-Titandioxid-Produkte anhand der
Entfärbung von Methylenblau, um das wirksamste zu identifizieren. In einem vierwöchigen Langzeitversuch mit
Algen, die mit nano-Titandioxid bis zu einer Konzentration von 200 mg/L versetzt wurden, zeigte sich nur eine
schwache Hemmung des Wachstums. Im Gegensatz dazu ergab ein Test mit Wasserflöhen, dass die Tiere
bereits bei einer Konzentration von 20 mg nano-Titandioxid pro Liter nach wenigen Tagen sterben.
Weil wir festgestellt hatten, dass nano-Titandioxid das Algenwachstum nur schwach zu hemmen scheint, haben
wir uns gefragt, ob mit nano-Titandioxid veredelte Fliesen überhaupt funktionieren, d.h. weniger verschmutzen
als unveredelte. Die Untersuchung ergab ein überraschendes Ergebnis: Die veredelten Fliesen sind
fotokatalytisch aktiv, was ein Test mit Methylenblau zeigte; die Beschichtung mit Nanopartikeln scheint aber
keinen Einfluss auf das Algenwachstum zu haben. Auch Versuche im Freiland ergaben keinen Vorteil der
veredelten gegenüber normalen Fliesen.
Kurzfassung
Stand 12
Jugend forscht
Fachgebiet Biologie
Thema
Säureausscheidung an Pflanzenwurzeln – wie erschließen sich Pflanzen
Mineralstoffe?
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Leonie Lüdke (14)
63303 Dreieich
Ernst-Reuter-Schule
Dietzenbach
Laetitia Lüdke (11)
63303 Dreieich
Ernst-Reuter-Schule
Dietzenbach
Rania Bachiri (14)
63128 Dietzenbach
Ernst-Reuter-Schule
Dietzenbach
Betreuung: Herr Dr. Gehrig
Ort der Projekterstellung: Ernst-Reuter-Schule
Grüne Pflanzen sind photoautotroph, also in der Lage energiereiche organische Verbindungen mithilfe des
Sonnenlichts in der Photosynthese aus einfachen, anorganischen Molekülen aufzubauen. In dieser Hinsicht
unterscheiden sich die Höheren Pflanzen von den Tieren, die mit ihrer Nahrung nicht nur stoffliche Substanz,
sondern auch „Energie“ aufnehmen müssen. Die Pflanzen nehmen anorganische Verbindungen als Nährstoffe
auf, zwar können sie auch niedermolekulare organische Verbindungen wie Aminosäuren und Glucose
aufnehmen, diese sind aber nicht lebensnotwendig. Schon um das Jahr 1850 erkannten Justus von Liebig, dass
einfache anorganische Verbindungen für die Pflanzenernährung ausreichen und keine organischen Substanzen
aus der Humusauflage des Bodens benötigt werden. Daraus entwickelte sich die moderne Landwirtschaft zur
Düngung mit anorganischen Salzen.
Als Nährstoffe werden diejenigen chemischen Elemente angesehen, die für das Wachstum und für eine
normale Entwicklung der Pflanze notwendig sind. Hierbei werden bei den Höheren Pflanzen diese Nährstoffe
über ihr Wurzelsystem aufgenommen, sieht man einmal vom Kohlenstoffdioxid ab, welches über die
Spaltöffnungen der Blätter aufgenommen wird. Die Aufnahme über die Wurzeln geschieht im wässrigen Milieu
und erfolgt über Diffusion oder osmotische Vorgänge bei der Wasseraufnahme. Allerdings gibt es auch aktive
Vorgänge. Dabei tauscht die Pflanze mit dem Boden Ionen aus und erschließt sich so die lebensnotwendigen
Mineralien. Wir haben versucht diesen Ionenaustausch sichtbar zu machen. Da von den Pflanzenwurzeln
hauptsächlich Wasserstoffionen abgegeben werden, müsste mittels eines Indikatorsystems dieser Austausch
durch einen Farbumschlag sichtbar gemacht werden können. Dies ist uns auch in einem ersten Ansatz
gelungen und wir konnten den zeitlichen Verlauf des Ionenaustauschs beobachten. In weiteren Versuchen
wollen wir nun den Austausch mit bestimmten Nährsalzen testen und sehen, in wie weit, durch unseren
Versuchsansatz, sich die zeitliche Aufnahme dieser Salze unterscheiden.
Kurzfassung
Stand 13
Jugend forscht
Fachgebiet Biologie
Thema
Schach den Algen - Untersuchungen zum Einfluss von LED-Beleuchtung
auf die Lampenflora in Schauhöhlen
Teilnehmer: Name (Alter)
Anschrift
Schule / Institution / Betrieb
Anke Peters (17)
35767 Breitscheid
Johanneum-Gymnasium Herborn
Herborn
Betreuung: Herr Schäfer
Ort der Projekterstellung: Zeitsprünge Breitscheid e.V.
In vorausgegangenen Kulturversuchen mit höhlentypischen Algen konnte gezeigt werden, dass LED-Licht
deren Wachstumsfähigkeit lediglich erheblich einschränkt. Daraus ergeben sich für Betreiber von Schauhöhlen
neue Herausforderungen bei der Bekämpfung einer „Lampenflora“. In der vorliegenden Arbeit wurde versucht
herauszufinden, ob sich eine vorhandene Lampenflora nach Umstellung auf LED-Beleuchtung verändert. Dabei
wurde der Schwerpunkt auf die Anpassung der photosynthetisch aktiven Pigmente gelegt. Zudem sollten
Laborversuche zeigen, ob und in welchem Ausmaß Tropfsteinflächen neu besiedelt werden können. Als
Versuchsorganismen dienten Cyanobakterien, die oftmals Ausgangspunkt eines Lampenflora typischen Biofilms
sind.
In einer eigens dafür konstruierten "Tropfsteinoberflächensimulation" wurde geprüft, inwieweit Unterschiede in
der Anheftungsfähigkeit von Algen bei verschiedenen Lichtquellen bestehen.
Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind für zahlreiche Tropfsteinhöhlenbetreiber in Deutschland (>50) und in
ganz Europa von großer Bedeutung.