Dem Barcode des Lebens auf der Spur

Dr. Philipp Gebhardt, Molekularbiologe, Wissenschaftspädagoge, Leiter des Europäischen Lernlabors für Lebenswissenschaften (ELLS) und Frank Luft, Lehrer für Biotechnologie,  Biologie, Bioinformatik und Chemie am Biotechnologischen Gymnasium der Marie-Baum-Schule in Heidelberg trafen sich 2015 zu einem wechselseitigen Gedankenaustausch.

Die Idee, ein äußerst innovatives und zukunftsorientiertes Kooperationsprojekt von Wissenschaft und Schule zur Erforschung der Artenvielfalt beim Quarry Life Award 2016 anzumelden war geboren. Die Projektidee stellte sich im Nachhinein als sehr erfolgreich heraus: sowohl hinsichtlich der pädagogisch vorbildlichen Verbindung von Wissenschaft, Schule und Technik als auch als wertvolles Beispiel für ein gelungenes Projekt im Rahmen des deutschen Quarry Life Award. Die einzigartige Kooperation zwischen Oberstufenschülern, Lehrern und Wissenschaftspädagogen, unterstützt von Biodiversitätsexperten von HeidelbergCement, haben mit dem Projekt „Die Biodiversität von Abbaustätten im Fokus – dem Barcode des Lebens auf der Spur“ den mit 1.500 Euro dotierten 3. Preis des deutschen Wettbewerbs gewonnen.

Im Steinbruch Nußloch den Genen auf der Spur

Der historische Abbau natürlich vorkommender Bodenschätze, beispielsweise die Erzgewinnung in den Hügeln, die das Rheintal begrenzen, wurde bereits durch die Kelten und Römer betrieben. Sich daraus ergebende Lagerstätten in Form von Halden, weisen erhöhte Konzentrationen an natürlichen Schwermetallen auf (z. B. Zink und Bleiverbindungen). Somit stellt dieser Lebensraum ganz besondere Herausforderungen an die Vegetation. Gleichzeitig bildet er eine sehr spezielle ökologische Nische, die nur von Pflanzen mit einer Anpassung an diese unwirtlichen Bedingungen besetzt werden kann.

Im Verlauf des Projektes wurde der Frage nachgegangen, ob es genetische Unterschiede bei Pflanzen in verschiedenen Lebensräumen des renaturierten Teils des Steinbruchs Nußloch gibt. Ziel war es, Pflanzen zu vergleichen, die phänotypisch zur selben Art gehören, aber in unterschiedlichen Nischen wachsen: auf einer natürlichen Schwermetallhalde und auf einer angrenzenden Magerwiese. Um die Biodiversität dieser Pflanzen zu untersuchen, setzte das Forscherteam eine etablierte wissenschaftliche Technologie ein – das DNA Barcoding. Mithilfe dieser Technologie wurden im Labor des Europäischen Laboratoriums für Molekulabiologie (EMBL) die gesammelten Pflanzen anhand der molekularen Signatur in ihrer Erbsubstanz untersucht und verglichen.

Wir können nur schützen, was wir kennen

Die Kombination von Feldarbeit mit DNA Barcoding und der Einsatz moderner, biologischer  Datenbanken, die einen freien Zugang zu DNA Sequenzdaten bieten, ermöglichte es, das Wissen über die Pflanzendiversität in diesen besonderen Lebensräumen des Steinbruchs zu erweitern. Durch die strukturierte Abfolge der einzelnen Schritte des DNA Barcoding – von der Pflanzensammlung und der molekularbiologischen Arbeit im Labor bis hin zur bioinformatischen  Analyse – wurde das Interesse der Schüler an Biodiversitätsthemen gesteigert und das Bewusstsein für die Wichtigkeit eines funktionierenden Biodiversitätmanagements, vor allem im Hinblick auf renaturierte Abbaustätten, geschärft. Die Projektteilnehmer erlebten mit eigenen Augen, dass – trotz der Erfordernisse für invasive Abbautätigkeiten – aktive und renaturierte Steinbrüche ein sehr wertvolles Ökosystem für eine Vielfalt von Organismen bieten. Aufbauend auf dem Motto „Wir können nur schützen, was wir kennen” hat das Projekt die Wichtigkeit von Maßnahmen zur Erhaltung der Biodiversität ins öffentliche Interesse gerückt und gezeigt, wie schützenswert die vielfältigen Ökosysteme in renaturierten Abbaustätten sind. Dank einer durchdachten Kommunikationsstrategie über soziale Medien, die offizielle Quarry Life Award Webseite und durch die eigens entwickelte Projektwebseite konnten sowohl die breite Öffentlichkeit als auch ausgewählte Zielgruppen, wie beispielsweise europäische Lehrer und ihre Schüler, erreicht werden.

Die Oberstufenschüler haben DNA aus Pflanzen generiert und sind der Frage nachgegangen, ob es genetische Unterschiede bei Pflanzen gibt, die auf natürlichen Schwermetallbödenbzw. auf unbelasteten Böden wachsen. Die Pflanzenbestimmung erfolgte unter Zuhilfenahme der Barcoding-Technik. Das sehr innovative und zukunftsorientierte Projekt verbindet vorbildlich Technik, Schule und Wissenschaft, ohne die Natur aus dem Blick zu verlieren.