Erfahrungsbericht von Andreas Eisenmeier

Den Schulbesuch am Köln Kolleg habe ich angetreten mit dem Ziel nach dem Abitur eine Pilotenausbildung zu absolvieren. Begründend mit meiner Berufswahl waren Physik und Mathe schon zu Beginn meiner erneuten Schulzeit zwei Fächer, die ich mit viel Interesse verfolgt habe. Biologie und Chemie gewannen aber ebenfalls zunehmend mein Interesse. Den Dingen auf den Grund gehen, verstehen wie die Welt funktioniert…. Das war es, was mich immer mehr beschäftigt hat. Natürlich hat sich mein Interesse im Unterricht wiedergespiegelt, so dass ich von unserem Stufenkoordinator – selbst Lehrer in den Fächern Physik und Chemie – angesprochen wurde und er mich gefragt hat, ob ich nicht an einem Schnupperpraktikum im Forschungszentrum Jülich interessiert wäre. Lange überlegen musste ich nicht. Wann kann man den Forschern schon mal hautnah auf die Finger schauen, evtl. selbst mit machen und so gute Einblicke in die aktuellen Forschungsthemen bekommen? Dazu kam noch, dass ich zu der Zeit noch nach einem Plan B geschaut habe, falls es mit der Pilotenausbildung nichts werden sollte. Ein paar Wochen später ging es dann auch schon mit gepacktem Koffer nach Jülich.

Bei der Bewerbung konnten wir uns zwei Institute wünschen. Meine Wunschinstitute waren zum einen das Peter Grünberg Institut (PGI) – ein Institut an dem nach neuen Verfahren und Materialien für die Informationstechnologie geforscht wird – und zum anderen das Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG). Das Ziel dieses Instituts ist es unter anderen die Produktion von Nahrungsmitteln zu optimieren und nachhaltiger zu gestalten, um der Nahrungssicherheit ein Schritt näher zu kommen. Die Wahl fiel letztlich auf das IBG, genauer gesagt auf das IBG II. Was in diesem Institut alles auf mich zukam, könnt ihr unter dem Punkt „Meine Tätigkeiten im IBG II“ lesen.

Meine Tätigkeiten im IBG II:
Die meiste Zeit, während des Praktikums, habe ich ein Projekt begleitet bei welchem untersucht wird, welche Auswirkungen biogene Rückstände auf die Mykorrhizierung (symbiotische Beziehung zwischen Pilzen und Pflanzen) und das Wachstum von Pflanzen hat. Mit biogenen Rückständen sind die „Pflanzenabfälle“ gemeint, die bei der Biogasgewinnung übrig bleiben. Die biogenen Rückstände sind sehr wichtig für die Forschung, da diese noch voll von Nährstoffen sind (z.B. Phosphorverbindungen), die wieder in den natürlichen Kreislauf zurückgebracht werden sollen, um den Einsatz mineralischer Dünger einzudämmen. Die Eindämmung mineralischen Düngers wiederum ist wichtig, da die Vorkommen mineralisch vorkommender Nährstoffe – auch hier kann der Phosphor als einer der wichtigsten Nährstoffe angeführt werden – endlich und irgendwann erschöpft sind. Die Verwendung der biogenen Rückstände als Dünger wird zwar bereits durchgeführt aber die Wirkung auf das Pflanzenwachstum ist dabei noch nicht wissenschaftlich untersucht. Ob die Düngung durch biogene Rückstände einen positiven Einfluss auf das Wachstum von Pflanzen hat, wird daher im FZJ erforscht. Als Forschungsobjekt steht im FZJ die Maispflanze im Mittelpunkt. Für das Forschungsprojekt hat das Institut in der Nähe des Geländes drei Maisfelder bepflanzt und diese mit jeweils drei Plots versehen. Die Plots sind kleine, festgelegte Abschnitte auf dem Feld die etwas isoliert zueinander stehen (d.h. es gibt zwischen den Plots „Lücken“ mit Pflanzen, die nicht Pflanzenwachstum durch z.B. Wind möglichst gering zu halten Jeder der drei Plots eines Feldes wird nun anders behandelt. Pro Feld wird jeweils ein Plot mit mineralischem Dünger versorgt, ein anderer mit biogenen Rückständen und der dritte bleibt unbehandelt.

In Abständen von zwei Wochen werden nun Stichprobenartig drei Pflanzen pro Plot geerntet und genauer untersucht. Wie gut die einzelnen Pflanzen wachsen, lässt sich recht einfach dokumentieren. Zunächst wird das Frischgewicht der Pflanze (ohne Wurzeln) bestimmt. Die Oberfläche der Blätter und die anderen oberhalb der Erde liegenden Pflanzenteile werden maschinell gemessen.

Als nächstes wird die Pflanze in einem Trockenschrank getrocknet und nach drei Tagen erneut gewogen. Durch das wiegen der getrockneten Pflanze kann bestimmt werden, wieviel reine Biomasse die Pflanze aufgebaut hat, was für die Genauigkeit sehr wichtig ist.
Was für einen Einfluss die Dünger auf die Mykorrhizierung der Pflanzen haben, kann man mit dem Mikroskop herausfinden. Hier sucht man nach bestimmten Strukturen, die von den Symbiose-Pilzen ausgebildet werden, Arbuskel, Vesikel und Coils. Die Strukturen werden im inneren der Pflanzenzelle ausgebildet, es handelt sich also um eine Endo-Mykorrhiza, die für beide Symbiose Partner obligat ist. Damit die Pilzhyphen in das Innere der Pflanzenzelle gelangen können, bildet die Pflanze lytische Enzyme, die Teilstrukturen der Zellwand auflösen.
Ohne eine Vorbehandlung der Wurzel lassen sich die Arbuskel, Vesikel und Coils nur äußerst schwer bis gar nicht finden. Die Wurzel wird daher zunächst gewaschen und kurz in Kalilauge gekocht. Beim Kochen der Wurzel, werden die enthaltenen Polyphenole in der Kalilauge gelöst, die Wurzel ist entfärbt. Damit man die Mykorrhizen möglichst problemlos unter dem Mikroskop erkennen kann, werden die Wurzeln nun mit einem Gemisch aus Tinte und Essig wieder gefärbt. Man macht sich hier zu Nutze, dass die Hyphen der Pilze besser Farbe aufnehmen als die Pflanzenzellen. Der Vergleich der einzelnen Wurzeln lässt nun Schlüsse ziehen, wie die einzelnen Dünger sich auf die Mykorrhizierung auswirken.
Da die Experimente/Projekte im Bereich der Biologie häufig über lange Zeiträume gehen – so auch hier – und das Projekt noch recht am Anfang stand, konnte ich die Ergebnisse des Projekts nicht mehr mitbekommen.

Ein zweites Projekt, dem ich am letzten Praktikumstag beiwohnen konnte, hat sich ebenfalls mit einer Symbiose befasst, diesmal allerdings zwischen Pflanzen und Bakterien. Bakterien sind für die Nährstoffaufnahme der Pflanzen von höchster Bedeutung. Der in der Atmosphäre vorkommende elementare Stickstoff beispielweise kann von Pflanzen nicht aufgenommen werden. Bakterien müssen zunächst die dreifach-Bindung zwischen den N-Atomen trennen und so, den Stickstoff in Form von Nitraten den Pflanzen zugänglich machen. Welche Bakterien den Pflanzen bei der Nährstoffaufnahme helfen, wird bei Tomatenpflanzen untersucht, um später das Wachstum von Pflanzen, durch Zugabe von diesen Bakterien in Blumenerde, zu verbessern. Für diesen Versuch wurden Tomaten in sogenannte Rhizotrone gepflanzt und wieder mit verschiedenen Düngern behandelt, da auch hier die Wirkung verschiedener Dünger wieder mituntersucht wird. Parallel dazu werden sterile Rhizotrone nur mit Blumenerde gefüllt, um als Kontrolle zu dienen. Dass die Pflanzen in die Rhizotrone gepflanzt werden hängt damit zusammen, dass bei diesem Versuch gleichzeitig eine Hypothese überprüft werden soll. 

Es wird vermutet, dass die Pflanzen saure bzw. basische Stoffe bilden um Säure- bzw. Baseliebenden Bakterien ein ideales Medium zu schaffen und so die Umsetzung von Nährstoffen zu erhöhen. Die Rhizotrone werden daher mit Sensoren ausgestattet, die später durch Fotos eine Veränderung des pH-Wertes darstellen können.
Die Identifizierung der Bakterien wird mittels einer DNA Analyse vorgenommen.

Schlusswort:
Nicht nur bezüglich der Arbeit im Institut war das Praktikum interessant, sondern auch das umfangreiche Rahmenprogramm hat Eindruck hinterlassen. Die Betreuer des Projektes, Frau Haase und Herr Schmidt, sind wirklich bemüht alles aus dieser Woche rauszuholen und den Teilnehmern möglichst viele Einblicke in die Welt der Naturwissenschaften zu gewähren. Ob es der Besuch der Zentralbibliothek auf dem Campus des FZJ, der Rundgang durch das Science College neben unserer Unterkunft oder die Führungen durch einzelne Institute des Forschungszentrums waren, man hat mit jedem Programmpunkt viele neue Dinge lernen können, so dass die eine, eigentlich kurze Woche, doch erfolgreich bei der Studienorientierung geholfen hat.
Bei der ersten Rundtour über den Campus gab es Einblicke in die Kernphysik und wie an modernen und effektiven Fusionsreaktoren geforscht wird. Des Weiteren hat man einen Überblick über die unglaubliche Vielfalt des Forschungszentrums bekommen. In den Instituten konnte jeder Teilnehmer dann seine eigenen Erfahrungen, entsprechend seinen Interessen sammeln. Mit dem Besuch des CoSy (Cooler Synchrotron, Teilchenbeschleuniger) und dem Algenpark des IGB-II hat man weitere Bereiche kennengelernt und konnte wirklich erstaunliches lernen (z.B. dass aus Algen Kerosin gewonnen werden kann). Ein bestimmtes Highlight dieser Woche zu benennen fällt mir daher echt schwer. Was ich aber sagen kann ist, dass ich überaus positiv überrascht davon war, was für eine angenehme Arbeitsatmosphäre auf dem Campus herrscht. Auch als Schüler hat man sich dort zu keinem Zeitpunkt fehl am Platze gefühlt. Man wird direkt mit einbezogen, es wird einem kein Unverständnis entgegengebracht, wenn man mal was nicht weiß und es wird sich wirklich Zeit genommen um Fragen und Unbekanntes zu erklären. Für jeden, der an Naturwissenschaften und Forschung interessiert ist, ist dieses Praktikum mehr als empfehlenswert.
Auch Personen die bislang keinen Bezug zu Naturwissenschaften haben, kann ich dieses Projekt empfehlen, ihr werdet staunen wie interessant das sein kann und in Zukunft einen anderen Standpunkt gegenüber den Naturwissenschaften haben.
Ich bedanke mich für die einzigartige Woche, sowohl bei den Organisatoren von Prominat als auch bei meinen Betreuern im FZJ.