Astrobiologie
Das Astrobiologie-Projekt am Herzog-Johann-Gymnasium
Neben der Spektroskopie ist auch die Astrobiologie ein SOFIA-Thema am Herzog-Johann-Gymnasium (HJG). In der Astrobiologie stehen Ursprung, Verteilung und die Entwicklung von Leben im Zentrum der Forschung. Es werden molekulare und zelluläre Anpassungsmechanismen von Mikroorganismen an extreme Umweltbedingungen in Labor- u. Weltraumexperimenten sowie potentielle Lebensräume außerhalb der Erde untersucht.
Ist das Leben im Universum nun die Regel oder die ganz große Ausnahme? Eine echte zweite Erde in der habitablen Zone eines sonnenähnlichen Sterns zu finden, das ist das große Ziel der Planetenforscher. Aber auch in unserem Sonnensystem schätzen Exobiologen die Chance zur Entwicklung einfacher Lebensformen auf anderen Himmelskörpern durchaus optimistisch ein. Auf dem Mars, der der Erde am ähnlichsten ist, wird nach Lebenszeichen gesucht.
Leben unter extremen Bedingungen - unser Planet Erde liefert viele beeindruckende Beispiele. Zu diesem Thema wurde 2010 zum Auftakt des Astrobiologie-Projekts Dr. Kristina Beblo vom deutschen Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin (DLR) in Köln als Referentin eingeladen. Sie referierte vor SchülerInnen der Biologie-Leistungkurse über ihre Experimente mit hitzeliebenden und anderen extremophilen Mikroorganismen und ihre Überlebensfähigkeit unter simulierten Weltraumbedingungen. Sie berichtete auch von ihrer Expedition mit einem Mini-U Boot zu schwarzen Rauchern auf dem Pazifikboden.
„Weltraumforschung auf dem Meeresboden“ führt zu extremophilen Archaebakterien, die scheinbar unwirtliche Lebensräume bewohnen, wie z.B. schwarze Raucher auf dem lichtlosen Pazifikboden. Kochendheißes Wasser schießt hier empor. Diese einzelligen Pioniere gedeihen mit Vorliebe bei Temperaturen zw. 90° und 113°. Der Rekordhalter an Tiefseeschloten bringt es sogar auf 130°C! In der Umgebung wimmelt es von Organismen (z.B. weiße Röhrenwürmer, Fische und Krabben). Archaebakterien sind in einer „Oase des Lebens“ die Existenzgrundlage für diese Lebensgemeinschaft.
Zwei Schülerinnen der Oberstufe übernahmen nach dem Astrobiologie - Referat von Frau Beblo mit großer Motivation die Aufgabe, die Überlebenskünstler Bärtierchen im Unterricht in einer Präsentation im astrobiologischen Kontext vorzustellen. Die bis ca. 1mm großen Wirbellosen haben sich während ihrer Evolution fast alle erdenklichen Lebensräume erobert und zeigen erstaunliche Anpassungen, um ungünstige Umweltbedingungen zu überdauern. Sie schrumpfen tonnenförmig ein bei Trockenheit (Anhydrobiose), ihr Stoffwechsel kommt zum Erliegen. Bei Minusgraden, z.B. im Lebensraum Moospolster, reichern die Tardigraden, so ihr wissenschaftlicher Name, Frostschutzmittel an, die eine Schädigung ihrer Zellen verhindern. In diesem Tönnchen-Stadium, einem todesähnlichen Zustand (Kryptobiose), überleben sie auch fast alles, was Wissenschaftlern einfällt, um die Grenzen ihrer Zähigkeit auszutesten. Außer Trockenheit überstehen sie als widerstandsfähiges Tönnchen auch Hitze, extreme Kälte und Vakuum im Labor. Nach Wasserzutritt, sei es in ihrem natürlichen Lebensraum oder im Experiment, erwachen die Winzlinge innerhalb von 10 bis 15 Minuten wieder zum Leben, was aber nicht alle schaffen.
Berühmt und als Modellorganismus interessant für die Wissenschaft wurden die Bärtierchen, nachdem sie als erste tierische mehrzellige Organismen sogar extreme Weltraumbedingungen wie Vakuum und hohe Strahlungsdosen im erdnahen Orbit, in 270 km Höhe, überstanden hatten.
Im Biologieunterricht waren die Schüler begeistert bei der Sache. Sie pipettierten Bärtierchen aus feuchtem Moos, beobachteten diese unter dem Mikroskop, entwickelten ein Quiz und stellten Proben für Experimente (Eintrocknung, Rehydrierung, Vakuumexposition beim DLR Köln) her.
Die Fähigkeit unter widrigsten Bedingungen zu überleben, wie sie z.B. Archaebakterien und Bärtierchen zeigen, ist hinsichtlich der Frage nach Leben unter extremen Bedingungen auf anderen Planeten in und außerhalb unseres Sonnensystems von Bedeutung.
Ilka Schmitz-Lehrbach
Ich möchte das Konzept eines astrobiologischen Projekts vorstellen, an dem Rita Isenmann und ich arbeiten. Auf den beigefügten Fotos und Videos sind mikroskopische Präparate von Rädertieren, Blutregenalgen und Bärtierchen zu sehen. Für Biologie-Interessierte habe ich ergänzend einige Informationen über Rädertiere zusammengestellt. Materialien zum Thema Bärtierchen im astrobiologischen Kontext wurden auf der Website schon veröffentlicht. Die Umsetzung des Konzepts in einer Arbeitsgemeinschaft orientiert sich an Alter, Interessen und Vorkenntnissen der Schülerinnen und Schüler.
Thema des Projekts:
Auf der Suche nach mikroskopisch kleinen Lebewesen in Biotopen mit widrigen Umweltbedingungen, wie z.B. temporäre Pfützen, können Schüler in der ausgetrockneten Vogeltränke ihres Schulgartens fündig werden.
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