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Am 1. April 2019 fuhren die Schüler des Profilkurses Biologisch-chemisches Praktikum und einige Schüler der Biologiekurse der 11. Jahrgangsstufe in Begleitung von Herrn Mörsberger und Herrn Christian an die Universität in Bayreuth. Der Tag im Labor der Universität stand unter dem Thema “Der genetische Fingerabdruck eines Menschen” und wir durften in Kleingruppen unter Anleitung von Herrn Dr. Scharfenberg in mehreren Experimenten DNA, das Erbgut eines Menschen, extrahieren, vervielfältigen und mittels Gelelektrophorese analysieren, um das Thema Genetik aus dem Unterricht noch weiter zu vertiefen und zu veranschaulichen.

Nachdem wir im Labor ankamen, bekamen wir zuerst eine Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten und vor allem in den Umgang mit Mikropipetten, Zentrifugen, Vortex-Mischern, etc. Dann ging es ans “richtige” Experimentieren…
Aus organisatorischen Gründen begannen wir nicht wie üblich mit der DNA-Extraktion, sondern mit der PCR (Polymeraseketten(-chain)-reaktion), also der Vervielfältigung der DNA. Mit Hilfe von sogenannten Primern und dem Enzym Polymerase, die wir zur DNA-Probe hinzugaben, haben wir den Startschuss zur Vervielfältigung der DNA gesetzt. Um Fehler und Verunreinigungen auszuschließen fertigten wir zusätzlich Negativ-Proben und Primer-Kontrollen an. Danach hieß es warten, da nun der Thermocycler seine Arbeit machen musste und die Gemische in 32 Zyklen zur Replikation der DNA automatisch für unterschiedliche Zeiträume auf verschiedene Temperaturen erhitzen musste.

Unterdessen bereiteten wir die Laufkammern für die Agarose-Gelelektrophorese vor. Wie schon in der Einführung probeweise durchgeführt, kochten wir das gelöste Agarosepulver auf und füllten es anschließend in die Vorrichtungen und brachten “Kämme” an, damit nach dem Trocknen die Gelkammern mit den Proben befüllt werden konnten und die Gelelektrophorese durchgeführt werden kann. Das Gel musste trocknen, die DNA vervielfältigt werden; bei beidem konnten wir nicht mehr als Däumchen drehen, also gingen wir wie richtige Studenten in die Mensa und stärkten uns durch ein Mittagessen für den Nachmittag.


Nun kam es zum schwierigsten Teil des Tages… Die Extraktion unserer eigenen DNA. Jeweils einer aus jeder Gruppe erklärte sich dazu bereit, seine DNA aus seinen Mundschleimhautzellen der Wissenschaft zur Verfügung zu stellen. Um nun die DNA zu isolieren mussten in mehreren Schritten die Zellmembran, das Cytoplasma und der Zellkern fast vollständig zerstört, Proteine durch Proteasen abgebaut, dieses Enzym aus der DNA-Säule ausgewaschen und die DNA durch eine Trennlösung vollständig in ein Gefäß gespült werden.

Nun war fast alles vorbereitet für den großen Moment, in dem die Gelelektrophorese starten konnte. Als also die Laufkammern mit der
Pufferlösung befüllt waren und wir mit mehr oder weniger großem Erfolg die Gelkammern mit den Proben aus PCR und DNA-Extraktion befüllt hatten, konnten wir endlich sehen, ob wir den Tag über gut gearbeitet hatten, denn unter UV-Licht konnte man nun durch einen Farbstoff die DNA sichtbar machen. Und siehe da, die Ergebnisse waren beeindruckend und die Arbeit hatte sich gelohnt. Durch die Erklärungen von Herr Dr. Scharfenberg konnten wir auch die Hintergründe dieses Verfahrens verstehen.

Eine Frage bleibt nun trotzdem noch ungeklärt…Wofür braucht man jetzt diesen genetischen Fingerabdruck überhaupt?

Nun, ich denke unter Fingerabdruck kann sich jeder erst einmal etwas vorstellen. Das Muster, das bei einem jeden Menschen einzigartig ist auf den Fingern eben. Viel einzigartiger ist jedoch das Muster der DNA eines jeden Menschen. Durch dieses kann man einen Menschen mit ziemlich hoher Sicherheit identifizieren, weshalb dieses Verfahren beispielsweise in der Kriminalistik zur Überführung von Straftätern verwendet wird, aber auch bei Vaterschaftstest, da jeder Mensch von seinen Eltern einen Teil von deren DNA erbt.

Zum Abschluss kann man sagen, dass es sich bei dem Tag an der Uni Bayreuth um eine erfolgreiche Exkursion gehandelt hat und ich denke, ich kann mich im Namen aller beteiligten Schüler für die Organisation und auch die Möglichkeit eines solchen Erlebnisses bedanken. Elina Wagner, Q11

 

 

Am Dienstag den 29.01.2019 machte sich eine Gruppe von Schülerinnen und Schülern aus der Q11 und Q12 mit der Biologielehrerin Frau Bier auf den Weg zur Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen. Nach der Anfahrt mit Zug und Bus durften die biologieinteressierten Schüler erste Erfahrungen des Studentenlebens sammeln. Direkt nachdem wir die Universität betreten haben ging es in einen Vorlesungssaal, in dem gerade eine Biologievorlesung gehalten wurde. Es war sehr interessant einmal zu sehen, wie eine Vorlesung eigentlich abläuft und es war eine gute Erfahrung, auch wenn wir nicht alles verstanden haben, was der Professor uns vorgetragen hat. Nach der 90 minütigen Vorlesung gingen wir dann etwas erschöpft in die Cafeteria der Universität, um uns zu stärken. Damit waren wir bereit für den zweiten Teil des Unibesuchs: das Praktikum zum Thema Entwicklungsbiologie.

Hierbei durften wir Schüler selbst neben den Studenten die praktischen Untersuchungen durchführen.  Jede Gruppe aus je zwei Schülern bekam zwei Eier, eines zwei Tage bebrütet,  das andere vier Tage. Um die Entwicklung des Hühnerembryos innerhalb dieser zwei Tage zu vergleichen, öffneten wir die beiden Eier mit verschiedenen Werkzeugen wie z.B. Schere oder Pinzette  und präparierten den Embryo aus dem Ei, um ihn dann unter dem Binokular genau betrachten zu können.

Ist der zwei Tage alte Embryo wirklich noch winzig und fast durchsichtig, kann man bei dem älteren schon Augen und Flügelknospen erkennen und das Herz schlagen sehen. Auch wenn aus diesen Eiern (die sonst zu Brathähnchen herangewachsen wären) nie solch nette Kücken schlüpfen werden, war das Praktikum auf jeden Fall sehr lehrreich und der gesamte Unibesuch eine gute Chance, einmal in ein Studium hineinzuschnuppern.

Teresa Hidalgo und Sophia Dresel Q11

von Crispin Trunk

  Am 27.06.2018 besuchte unser P-Seminar „Nachhaltige Waldnutzung“ ein Waldstück bei Seußling, welches von Schwammspinnern befallen war.

Diese Exkursion kam auf Anregung unseres betreuenden Försters Herrn Michael Bug zustande, der damit auf die aktuellen Meldungen in den Medien und die sehr kontroverse Diskussionen reagierte. Mit dabei war sein Kollege Hans-Peter Schreier, ebenfalls Förster, der dieses Waldstück schon seit Jahrzehnten kennt und außerdem über ein immenses Wissen über Insekten verfügt.

Nachdem alle Seminarteilnehmer den Weg nach Seußling gefunden hatten (die Umstände waren mit Abistreich und letztem Gruppenspiel der Deutschen nicht gerade gut) begaben wir uns zu dem Waldstück, welches zum größten Teil aus Eichen und Hainbuchen bestand. Obwohl schon Ende Juni war das Laubdach sehr licht und hellgrün, wie eben im Frühjahr kurz nach Blattaustrieb. Michael Bug konnte berichten, dass noch vor zwei Wochen alle Bäume kahlgefressen waren. Zwischen den Eichen flatterten kleine bräunliche Schmetterling  – die Verursacher dieses Kahlfraßes, Schwammspinner.

Die Weibchen dieser  Eulenfalter (Lymantria dispar) legen ihre bis zu 1000 Eier in einem schwammartiges Gebilde – daher der Name – an der Rinde ihrer Fraßbäume ab. Die Schwammspinner befallen nicht eine bestimmte Art von Bäumen, wie zum Beispiel der Eichenprozessionsspinner, sondern alle Arten und sogar Nadelbäume, wenn nichts anderes zur Verfügung steht. Allerdings bevorzugen sie die warmgetönten Eichenwälder Frankens. Da die Raupen große Mengen an Laub verzehren kann es zu einem Kahlfraß kommen, wie wir es in Seußling eindrucksvoll erleben konnten. Zwar hatten die Eichen durch den sogenannten Johannis-Austrieb wieder neue Blätter gebildet, allerdings zeigte die Anzahl der neuen Eiergelege (mehr als ein Gelege pro Stamm) bereits, dass es im nächsten Jahr erneut zu einer Massenvermehrung kommen wird.

Die Schwammspinner allein sind für ein Waldstück nicht bedrohlich, da die Bäume im Jahr bis zu vier mal austreiben könnten. Allerdings wird es problematisch, wenn es zu sogenannten Fraßgesellschaften kommt, was bedeutet, dass weitere Austriebe der Bäume verhindert werden. So können Eichenprozessionsspinner, Frostspanner, und Eichenprachtkäfer die geschwächten Eichen befallen, kommt dann noch Mehltau oder Witterungsextreme wie Trockenheit hinzu, ist der Wald in Gefahr. Solche Ereignisse werden durch den Klimawandel begünstigt, da ein später Frost häufiger ausbleibt, der den ersten Blattaustrieb zwar erfrieren, aber damit auch die Raupengeneration verhungern lässt. Haben die Bäume mehrere Jahre in Folge keine Blätter und können somit keine Fotosynthese betreiben, kann dies nach 5-10 Jahren zum Sterben eines ganzen Waldstückes führen. Herr Schreier berichtete uns, dass dies vor etwa 25 Jahren in Seußling der Fall war: 30% der Eichen war bereits abgestorben, als man zur Rettung dieses Eichenwaldes ein Insektizid einsetzte.

Nun stellt sich die Frage, wie man dieses Mal das Problem lösen soll! Der Einsatz von Insektiziden wir meist als sehr kritisch angesehen, da auch andere, nicht schädliche Insekten getötet werden. Dies setzt sich dann in der Nahrungskette fort und die Zahl an Singvögel nimmt ab, wie in der Sendung „quer“ des Bayrischen Rundfunks vom 14.06.2018 berichtet wurde. Herr Schreier bestätigte aber, dass innerhalb weniger Jahre das Waldstück in Seußling wieder die normale Artenvielfalt wie vor der Behandlung durch das Insektizid zeigte. Hätte man jedoch die Eichen absterben lassen, wären diese vom privaten Waldbesitzer nicht wieder durch Eichen, sondern durch schnell und unkomplizierter wachsende Baumarten wie Douglasien ersetzt worden.

Das Seminar diskutierte weitere Möglichkeiten und deren Vor- und Nachteile. Während Abholzung bzw. Brandrodung schnell ausgeschlossen werden konnten, wurden vor allem Möglichkeiten der biologischen (durch natürliche Fressfeine) und biochemischen Methoden abgewogen. Zwar stellen Fressfeinde in begrenzten Räumen wie Gewächshäusern eine gute Lösung dar, in offenen, weitläufigen Waldgebieten ist dies aber meist wenig zielführend. Dagegen sollen durch den Einsatz von Insektiziden wie MimicⓇ, das als Wachstumsregulator in die Häutung der Insekten eingreift oder sogenannter B.t.-Gifte wie Dipel ESⓇ, das im Darm von Schmetterlingsraupen wirkt, möglichst nur die Schadinsekten getroffen werden. Dies soll durch den Einsatz von Hubschraubern, die einen Mindestabstand zum Waldrand halten, während sie das Gift ausbringen, gewährleistet werden. Die Auswirkungen wrden aber nach wie vor sehr kontrovers diskutiert.

Letztendlich kam die Mehrheit unseres P-Seminars zum Schluss, dass der Einsatz von Mimic in nächsten Frühjahr für die konkrete Situation in Seußling zwar nicht der idealste, aber sinnvollste Weg darstellt, um diesen artenreichen Waldtyp auch in den nächsten Jahrzehnten zu erhalten.

 

Bei weiterem Interesse ist ein Blick in die Broschüre zu empfehlen oder fragen sie den Förster ihres Vertrauens.

Wie im vergangenen Jahr, besuchten auch dieses Jahr interessierte Schüler der Q12 unter der Leitung von Frau Bier die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Dort besuchten sie am Vormittag eine Anfänger-Vorlesung des Studiengangs Biologie zu Grundlagen der Genetik. Dabei lernten sie beispielsweise die verschiedenen Möglichkeiten der Genregulation kennen.
Nach einer kurzen Mittagspause und einer Stärkung in der Cafeteria ging es für die Schüler am Nachmittag ins Praktikum. Das Thema der Übung war die Embryonalentwicklung eines Vogels, die an selbst präparierten Hühnereiern erarbeitet wurde. Dort durften die Schüler, genau wie die Studenten, an lebenden Embryonen arbeiten. Dazu wurden  zwei bzw. vier Tage angebrüteten Eier geöffnet und der Embryo unter dem Binokular betrachtet. Das Zeichnen des Gesehenen und Vergleichen mit den Abbildungen aus Lehrbüchern

Bevor es dann wieder mit dem Zug nach Bamberg ging, erhielten sie zum Abschluss des ereignisreichen Tages einen kurzen Einblick in die Forschungsräume des Departments Biologie.

Jonas Dewald und Jonas Ruß Q12