Im Schuljahr 2019/2020 Bericht der Seminarleitung & der AG-Leiterinnen und AG-Leiter - Regierungspräsidium Freiburg

im Schuljahr 2019/2020

 Bericht der Seminarleitung
& der AG-Leiterinnen und AG-Leiter

 Regierungspräsidium Freiburg
 Abteilung Schule und Bildung

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Impressum 2

 Impressum

 Redaktion: Ingo Kilian & Dr. Markus Eppinger (Seminarleitung)
 unter Mitarbeit von
 den Leitern der Arbeitsgemeinschaften
 sowie von Seminarschülerinnen und Seminarschülern

 Herausgeber: Regierungspräsidium Freiburg
 Abteilung 7 - Schule und Bildung
 Freiburg-Seminar
 Oltmannsstraße 22, 79100 Freiburg,
 Tel.: +49 761 595249-700, info@freiburg-seminar.de

 Druck: Regierungspräsidium Freiburg

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Partner Förderer teilnehmende Schulen 3

 Partner  Förderer  teilnehmende Schulen
 Gisela und Erwin Sick Stiftung Albert-Schweitzer-Gymnasium Gundelfingen
 Förderverein des Freiburg-Seminars Angell Akademie Freiburg
 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Berthold-Gymnasium Freiburg
 Stadt Freiburg im Breisgau Deutsch-Französisches Gymnasium Freiburg
 Landkreis Breisgau-Hochschwarzwald Droste-Hülshoff-Gymnasium Freiburg
 SFZ Region Freiburg – Standort Freiburg Erasmus-Gymnasium Denzlingen
 SFZ Region Freiburg –Standort Waldkirch Faust-Gymnasium Staufen
 Center for Integrative Biological Signalling Studies Friedrich-Gymnasium Freiburg
 Fakultät für Mathematik und Physik Universität Freiburg Geschwister-Scholl-Gymnasium Waldkirch
 Institut f. Biochemie & Molekularbiologie Universität Freiburg Goethe-Gymnasium Freiburg
 PH Freiburg – Institut für Mathematische Bildung Gymnasium Kenzingen Kenzingen
 Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, EMI Heimschule St. Landolin Ettenheim
 Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik, IPM Kepler-Gymnasium Freiburg
 Industrie- & Handelskammer Südlicher Oberrhein Kolleg St. Sebastian Stegen
 Technologiestiftung BioMed Freiburg Kreisgymnasium Bad Krozingen
 Verband der Chemischen Industrie, VCI Marie-Curie-Gymnasium Kirchzarten
 Verband der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württemberg Markgräfler Gymnasium Müllheim
 Endress+Hauser SE+Co KG Martin-Schongauer-Gymnasium Breisach
 Sparkasse Freiburg-Nördlicher Breisgau Merian-Schule Freiburg
 Wirtschaftsjunioren Montessori Zentrum Angell Freiburg
 NaT-Working Projekt Molekularbiologie Paula-Fürst-Schule Freiburg
 Richard-Fehrenbach-Gewerbeschule
 Rotteck-Gymnasium Freiburg
 Scheffel-Gymnasium Lahr
 Schule Birklehof Internat und Gymnasium
 Titisee-Neustadt
 St. Ursula-Gymnasium Freiburg
 Staudinger-Gesamtschule Freiburg
 Theodor-Heuss-Gymnasium Freiburg
 Walter-Eucken-Gymnasium &
 Kaufmännischen Schule I Freiburg
 Wentzinger-Gymnasium Freiburg

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Inhaltsverzeichnis 4

 Inhaltsverzeichnis
 Impressum .................................................................................................................. 2
 Partner  Förderer  teilnehmende Schulen .................................................................. 3
 Inhaltsverzeichnis ....................................................................................................... 4
 Vorwort....................................................................................................................... 6
 Freiburg-Seminar .........................................................................................................7
 Kuratorium ................................................................................................................. 8
 Teilnehmer am Freiburg-Seminar 2019/2020 .............................................................. 9
 Schüler-Verteilung Stadtkreis/Landkreis(e) ...................................................... 9
 Schülerzahlen im Vergleich allg. bildende Gymnasien & Berufliche Schulen ..... 9
 Arbeitsgemeinschaften ..............................................................................................10
 des Freiburg-Seminars im Schuljahr 2019 / 2020 .............................................10
 Berichte der Arbeitsgemeinschaften ..........................................................................12
 Biologie AG – „Praktische Biologie“ .................................................................12
 Biologie AG – „Molekularbiologie - in der Medizin & Forensik“ ........................14
 Chemie AG – „Zauber der Chemie“..................................................................16
 Chemie AG – „Moderne Methoden der Chemie“............................................. 20
 Elektronik AG – „Mikrocontroller & Automatisierung“ .................................... 22
 Informatik AG – „Programmierung für Fortgeschrittene“ ............................... 24
 Informatik AG – „Neuronale Netze“................................................................ 26
 Informatik AG – „Computer spielen Spiele und lösen Rätsel“ .......................... 28
 Mathematik AG – „Rund um i – Problem lösen mit komplexen Zahlen“ ...........30
 Mathematik AG – „Unsere Umwelt – eine geheime Welt voller Mathematik“ ..32
 Astrophysik AG – „Die Rätsel des Universums“ ................................................ 35
 Physik AG – „Teilchenphysik“ ......................................................................... 36
 Physik AG – „Licht hörbar machen“ .................................................................38
 Physik AG – „Physikalischen Phänomenen auf der Spur“ ................................ 40
 Technik AG – „Angewandte Robotik I & II“ ......................................................43
 Junior Club – „Mathe“ ..................................................................................... 44
 Junior Club – „Science Technik“ ...................................................................... 46
 Junior Club – „Science Chemie“ .......................................................................47

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Inhaltsverzeichnis 5

 Vorträge ................................................................................................................... 49
 “CRISPR – Wie wir mit dem Immunsystem von Bakterien das Erbgut von Zellen
 und Organismen verändern” .......................................................................... 49
 „Phantom des Universums – der dunklen Materie auf der Spur“ ..................... 50
 „Wie autonome Autos lernen, Entscheidungen zu treffen“ ............................. 52
 „Dem Gehirn bei der Arbeit zusehen. Die Optophysiologie eröffnet neue Wege
 zur Erforschung des Gehirns“ ......................................................................... 52
 „New Space: Die Revolution in der Raumfahrt“ .............................................. 52
 “Faszination Nanotechnologie” ...................................................................... 52
 Veranstaltungen & Wettbewerbe ............................................................................... 53
 Einführungsveranstaltung ............................................................................... 53
 Studienfahrt ans KIT & zur Experimenta .......................................................... 53
 Abschlussveranstaltung ................................................................................. 56
 Ausstellerstand auf dem Fraunhofer Fest – 70 Jahre Fraunhofer – 28.09.2019 . 57
 Ausstellerstand auf den Science-Days 2020 – 17. – 19.10.2019 ......................... 57
 Technologie Wettbewerb „Invent a chip“ ....................................................... 58
 Bundeswettbewerb Mathematik .................................................................... 58
 World Robot Olympiad & Junior-Science Olympiade ...................................... 58
 Exkursionen .............................................................................................................. 59
 zum Universitättag – NaT-Working Projekt Molekularbiologie - 20.09.2019 ... 59
 zum Life Sciences Schülerkongress in Basel & Lörrach – 23. – 24.10.2019 ....... 60
 zum Schullabor und Campus Novartis Basel - 20.11.2019 ................................61
 zur Firma Agrano in Riegel - 28.11.2019 .......................................................... 62
 zum BioValley College Day in Basel - 29.11.2019 ............................................ 63
 zum Trinationalen Schülerkongress der NwT in Freiburg - 23.-24.01.2020 ...... 65
 zu Mercedes und TRUMPF – 31.01.2020 ..........................................................67
 zum Centre for Biological Signalling Studies - 11.03.2020 ............................... 68
 zum Mathematikum in Bad Krozingen - 12.03.2020........................................ 69
 zu den Science Days in Rust - 17.-19.10.2019 ...................................................70
 zum Friedrich Miescher Institut for Biomedical Research – Basel - 28.05.2020 .70
 zum Institut für Rechtsmedizin der Universität Freiburg – Mai 2020 ................70
 zum Teilchenforschungszentrum CERN in Genf - 23.07.2020 ...........................70
 Schüleruniversität ...................................................................................................... 71
 Semesterberichten WS 2019/2020 von Leon Kollofrath, Mathematik .............. 71
 Semesterbericht WS 2019/2020 von Karoline Massa, Sinologie ....................... 71
 Semesterbericht WS 2019/2020 von Matthias Bundy, Informatik .................... 71
 Semesterbericht WS 2019/2020 von Lino Aurel Becker, Physik ....................... 72
 Schüler-Ingenieur-Akademie .....................................................................................74

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Vorwort 6

 Vorwort
 Ein Thema, das die Unternehmen am Im Februar 2020 hat die IHK ihre „Zu-
 Südlichen Oberrhein stark umtreibt, ist kunftsstrategie Südlicher Oberrhein“
 der Fachkräftemangel. Immer wieder veröffentlicht. Anderthalb Jahre hat die
 steht diese Sorge bei unseren Betrieben Kammer an der Regionalstudie gearbei-
 in Umfragen an oberster Stelle. Denn die tet, beteiligt waren mehr als 70 Akteure
 Firmen wissen, dass gut ausgebildete sowie weitere 650 Unternehmensvertre-
 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ihr ter. Das Ergebnis: Die Region Südlicher
 wichtigstes Kapital sind. Jetzt und für die Oberrhein gehört deutschland- und euro-
 Zukunft. paweit zu den dynamischsten Wirt-
 schaftsregionen. In einer einzigartigen
 Die IHK Südlicher Oberrhein versucht an
 Kombination von Leben und Arbeiten ist
 vielen Stellen, junge Menschen für eine
 der Südliche Oberrhein zu einer bevor-
 Tätigkeit in den Unternehmen der Re-
 zugten Arbeits- und Zugzugsregion ge-
 gion zu begeistern. Dazu gehört auch,
 worden. Doch hat die Studie auch einige
 ihnen dabei zu helfen, ihre Talente zu
 Schwächen herausgearbeitet, unter an-
 entdecken. Manchmal kommen diese
 derem eine sinkende Innovationstätig-
 aus unterschiedlichsten Gründen in der
 keit von kleinen und mitteständischen
 Schule nicht richtig zum Vorschein. Da
 Unternehmen.
 braucht es dann eben doch hin und wie-
 der einen kleinen Schubs von außen. Hier sehen wir uns als IHK Südlicher
 Oberrhein in der Pflicht, dieser abneh-
 Für diesen Antrieb sorgt auch das Frei-
 menden Innovationskraft entgegenzu-
 Dr. Dieter Salomon – burg Seminar. Mit seinen Arbeitsgemein-
 wirken. Eine Unterstützung ist dabei, in
 Hauptgeschäftsführer IHK Südlicher schaften, Vorträgen, Exkursionen,
 die Zukunft zu investieren, in die For-
 Oberrhein Praktika und diversen Projekten unter-
 scher von morgen. Deshalb hat das Frei-
 stützt es junge Menschen, ihre besonde-
 burg Seminar einen solch hohen
 ren Fähigkeiten zu verfolgen und zu
 Stellenwert für uns. Hier werden die In-
 vertiefen. Dabei geht es gar nicht mal nur
 novationstreiber von morgen geboren,
 um das fachliche Wissen in Mathematik
 die dazu beitragen, dass der Südliche
 und Naturwissenschaften. Das Angebot
 Oberrhein eine prosperierende Wirt-
 für besonders befähigte und interessierte
 schaftsregion bleibt.
 Schülerinnen und Schüler im Regierungs-
 bezirk Freiburg kann den Jugendlichen
 auch Mut machen und sie bestärken, ih-
 Dr. Dieter Salomon
 ren Weg zu gehen. Dazu werden weitere
 Kompetenzen, die für die Arbeitswelt un- Hauptgeschäftsführer
 erlässlich sind, ebenfalls gefördert: IHK Südlicher Oberrhein
 Teamarbeit, Selbstmotivation, Verläss-
 lichkeit.
 Angebote wie die des Freiburg Seminars
 sind von enormer Bedeutung, um den In-
 novationsgeist in der Region immer wie-
 der neu zu beleben. Denn hier werden
 Forscher- und Entdeckergeist geweckt.
 Das ist extrem wichtig für die Zukunft der
 Region.

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Freiburg-Seminar 7

 Freiburg-Seminar
 für Mathematik und Naturwissenschaften

 DAS FREIBURG- SEMINAR Landkreises Breisgau-Hoch- schaftsjunioren vertreten sind, be-
 wurde 1990 vom Oberschulamt schwarzwald ausgedehnt. Jährlich gleitet die Arbeit des Seminars be-
 Freiburg eingerichtet. Es ist ein bewerben sich ca. 300 SuS auf ei- ratend (vgl. S. 8).
 Bestandteil des Programms „För- nen Platz im Freiburg-Seminar, DER FÖRDERVEREIN DES
 derung besonders befähigter von denen im Schuljahr 2018/19 FREIBURG-SEMINARS
 Schülerinnen und Schüler“, das an insgesamt 249 SuS aufgenommen
 werden konnten. wurde im Jahr 2009 gegründet.
 den weiterführenden Schulen in Zweck des Vereins ist die ideelle
 Baden-Württemberg seit Beginn TRÄGER DES FREIBURG- und finanzielle Förderung des
 des Schuljahrs 1984/85 durchge- SEMINARS
 Freiburg-Seminars. Der Verein
 führt wird. sind das Ministerium für Kultus, verfolgt ausschließlich und unmit-
 AUFGABE DES SEMINARS Jugend und Sport Baden-Würt- telbar gemeinnützige Zwecke.
 temberg, die Stadt Freiburg und Unterstützen Sie die Arbeit des
 ist die Förderung besonders befä-
 der Landkreis Breisgau-Hoch- Freiburg-Seminars, werden Sie
 higter Schülerinnen und Schüler in
 schwarzwald. Unterstützt wird Mitglied im Förderverein. Jeder
 Mathematik und Naturwissen-
 das Seminar von Institutionen aus Beitrag ist willkommen.
 schaften. Jeder Teilnehmer ent-
 Industrie, Handel und Wirtschaft, SPENDEN
 scheidet sich für eine der
 dem sowie von den Hochschulen
 angebotenen Arbeitsgemein- an den Förderverein des Freiburg-
 und Forschungseinrichtungen der
 schaften mit besonderem An- Seminars sind steuerlich abzugs-
 Stadt bzw. von Verbänden.
 spruchsniveau. Gemeinsames fähig.
 Band für alle Seminarschüler ist EIN KURATORIUM,
 Sparkasse Freiburg – Nördl. Breis-
 eine Veranstaltungsreihe mit Vor- in dem das Kultusministerium, die gau
 trägen und Betriebsbesuchen. Schulverwaltung, die Stadt Frei- IBAN 6805 0101 0012 8490 39
 Dieses Angebot wird durch Studi- burg, der Landkreis Breisgau-
 enfahrten und Wochenendsemi- LEITUNG
 Hochschwarzwald, verschiedene
 nare ergänzt und abgerundet. Fakultäten der Universität Frei- Ingo Kilian
 DIE TEILNEHMER DES SEMINARS burg, das Fraunhofer Institut für Dr. Markus Eppinger
 Kurzzeitdynamik, die Sparkasse ANSCHRIFT
 kommen von allen Freiburger all-
 Freiburg - Nördlicher Breisgau, die
 gemeinbildenden und beruflichen Oltmannsstraße 22
 Industrie- und Handelskammer
 Gymnasien. Vom Schuljahr 79100 Freiburg
 Südlicher Oberrhein und die Wirt-
 1994/95 an wurde das Seminaran- Phone +49 761 595249-700
 gebot auch auf die Gymnasien des info@freiburg-seminar.de

 http://www.freiburg-seminar.de

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Kuratorium 8

 Kuratorium
 Vorsitzender Prof. Dr. F. Schäfer
 Stellvertretender Vorsitzender StD Dr. Th. Schonhardt
 Schriftführer Ltd. RSD S. Binninger
 Regierungspräsidium Freiburg Schulpräsident Th. Hecht
 Ltd. RSD Th. Steiner
 Ltd. RSD M. Müller

 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport StD Jan Wohlgemuth
 Stadt Freiburg im Breisgau Bürgermeisterin G. Stuchlik
 Frau I. Geiss

 Landkreis Breisgau-Hochschwarzwald Herr W. Seger
 Fakultät für Mathematik und Physik Prof. Dr. E. Kuwert
 der Universität Freiburg

 BIOSS und Institut Biologie II der Universität Freiburg Prof. Dr. W. Weber
 Techologiestiftung BioMed Freiburg Dr. M. Richter
 Verband der Metall- und Elektroindustrie Herr St. Wilcken
 Baden-Württemberg - Südwestmetall
 Sparkasse Freiburg-Nördlicher Breisgau Herr M. Birmele
 IHK Südlicher Oberrhein Herr D. Salomon
 Wirtschaftsjunioren Herr L. Schleithoff
 Herr A. Rutz

 Landkreis Emmendingen vakant

 Schülerforschungszentrum Region Freiburg Herr B. Bohn

 Geschäftsführende Schulleiter OStD M. Rupp
 der Gymnasien OStD E. Fritz
 Direktor W. Wagner

 Schülerstudium Universität Freiburg Herr Dr. R. Erens
 Leitung des Freiburg-Seminars OStR Dr. M. Eppinger
 OStR I. Kilian

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Teilnehmer am Freiburg-Seminar 2019/2020 9

 Teilnehmer am Freiburg-Seminar 2019/2020
 249 Teilnehmer, davon 172 Schüler (69%) und 77 Schülerinnen (31%) – Stand 16.01.2020

 Schüler-Verteilung Stadtkreis/Landkreis(e)

 Schülerzahlen im Vergleich allg. bildende Gymnasien & Berufliche Schulen

 Zusätzlich besuchten 9 Schülerstudierende Vorlesungen und Seminare an der Universität und
 10 Schülerinnen und Schüler nahmen an der Schüler-Ingenieur-Akademie teil.

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Arbeitsgemeinschaften 10

 Arbeitsgemeinschaften
 des Freiburg-Seminars im Schuljahr 2019 / 2020

 Mathematik Thema: Rund um i – Problem lösen mit komplexen Zahlen
 Leiter: Dr. G. Metzger, Marie-Curie-Gymnasium Kirchzarten

 Physik 1 Thema: Teilchenphysik
 Leiter: Dr. C. Zorn, Rotteck-Gymnasium Freiburg (a.D.)

 Physik 2 Thema: Licht hörbar machen – Entwicklung eines photoakustischen
 CO2-Sensors
 Leiter: Simon Bendig, Dr. Josef Fürst,
 Richard-Fehrenbach-Gewerbeschule Freiburg

 Astrophysik: Thema: Die Rätsel des Universums
 Leiterin: Dr. K. Feldmann, Kepler-Gymnasium Freiburg

 Chemie Thema: Moderne Methoden der Chemie - Proteinbiochemie
 Leiter: Dr. B. Bonengel, Merianschule Freiburg

 Biologie Thema: Molekularbiologie - in der Medizin & Kriminalwissenschaft
 Leiter: I. Kilian, Kreisgymnasium Bad Krozingen

 SI-Akademie: Thema: Schüler-Ingenieur-Akademie
 Leiterteam: M. Bürger, Theodor-Heuss-Gymnasium Freiburg
 H. Glückher, D. Bartmann, Kreisgymnasium Bad Krozingen
 A. Risch, Kreisgymnasium Neuenburg

 Arbeitsgemeinschaften stufenübergreifend differenziert nach Vorkenntnissen

 Informatik I Thema: Programmierung für Fortgeschrittene
 Leiter: M. Brenner, Richard-Fehrenbach-Gewerbeschule Freiburg

 Informatik II Thema: Neuronale Netze
 Leiter: U. Lautebach, Faust-Gymnasium Staufen

 Informatik III Thema: Computer spielen Spiele und lösen Rätsel
 Leiter: Dr. T. Nopper, Geschwister-Scholl Gymnasium Waldkirch

 Elektronik Thema: Mikrocontroller und Automatisierung
 Leiter: W. Wolff, Marie-Curie-Gymnasium Kirchzarten

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Arbeitsgemeinschaften 11

 Arbeitsgemeinschaften für Schüler und Schülerinnen der Mittelstufe

 Mathematik Thema: Unsere Umwelt – eine geheime Welt voller Mathematik
 Leiter: A. Schlosser, Schiller-Gymnasium Offenburg

 Physik Thema: Physikalischen Phänomenen auf der Spur
 Leiter: J. Pohl, Rotteck-Gymnasium Freiburg

 Chemie Thema: Zauber der Chemie
 Leiter: M. Bürger, Theodor-Heuss-Gymnasium Freiburg

 Biologie Thema: Praktische Biologie
 Leiter: A. Köster, Rotteck-Gymnasium Freiburg

 Arbeitsgemeinschaften für Schüler und Schülerinnen der Unterstufe

 Technik I/II Thema: Angewandte Robotik 1 & 2
 Leiter: J. Deipenwisch, St. Ursula Gymnasium Freiburg
 Dr. M. Eppinger, Kreisgymnasium Neuenburg

 Mathe Thema: Mathematik macht Spaß
 Junior-Club Leiterin: A. Löwe, Berthold-Gymnasium Freiburg

 Science Themen: Biologie | Chemie | Elektronik
 Junior-Club Leiterteam: U. Döser, K. Fesenbeck, H. Härtner
 Kreisgymnasium Bad Krozingen

 AG-Leiter*innen – Seminarjahr 2019/2020

12

 tionen. Obwohl diese aktuell keine un- Aus jedem Ei schlüpfte eine einzige
 mittelbare Gesundheitsgefahr darstel- Larve. Diese Larven waren Teil des zwei-
 len, kann die Tigermücke jedoch ten Entwicklungsstadiums der Stechmü-
 zahlreiche Krankheitserreger wie cke. Die Larven ähnelten kleinen, mehr
Berichte der Chikungunya-, Dengue- und möglicher-
 weise auch des Zikavirus übertragen und
 oder weniger großen, haarigen Stäb-
 chen. Der Körper der Larven war weich.
Arbeitsgemein- zählt somit als potentielle Krankheits-
 überträgerin zu den Gesundheitsschäd-
 Sie durchliefen vier aufeinanderfolgende
 Wachstumsstadien, die als L1, L2, L3 und

schaften lingen. Es gilt, durch Prävention und
 Aufklärung der Bevölkerung die weitere
 L4 bezeichnet werden. Wie bei allen In-
 sekten konnte dieses Wachstum nicht
 Ausbreitung zu verhindern. In diesem kontinuierlich erfolgen, da das Exoske-
Biologie AG – „Praktische Sinne haben sich die Schüler der Arbeits- lett das Wachstum beschränkt. Durch die
Biologie“ gemeinschaft eingehend mit der Ökolo- Häutung wurde die alte Hülle aufgebro-
 gie und der Fortpflanzungsbiologie der chen und das Wachstum wieder ermög-
Theorie durch Praxis Aedes albopictus beschäftigt. Da uns der licht. Nach jeder Häutung blieb die als
 Umgang mit lebenden Exemplaren von Exuvie bezeichnete „Haut“ des vorheri-
Unter diesem Motto traf sich in diesem Aedes albopictus aus Sicherheitsgründen gen Stadiums im Wasser sichtbar.
Schuljahr erneut eine Gruppe hoch moti- nicht möglich war, haben wir die Experi- Die Kursteilnehmer führten mit den Mü-
vierter und interessierter Schülerinnen mente stattdessen mit der heimischen ckenlarven Versuche durch, um Fragen
und Schüler und erforschte ihre leben- Stechmücke Culex pipiens durchgeführt. zur Lebensweise, Ernährung und At-
dige Umwelt in zahlreichen Experimen-
 Zunächst galt das Augenmerk der Fort- mung zu beantworten. Eine Gruppe
ten, durch die Erkenntnis zu
theoretischen Zusammenhängen erlangt
wurde. In diesem Schuljahr stand experi-
mentelle Methodik im Vordergrund. Da-
bei wurden zwei große Themenblöcke
erarbeitet:
1. Ökologie und Verhalten von Mücken
2. Stressphysiologie

Das dritte Thema, das wir in den Blick
nehmen wollten, war der Einfluss der
Wälder auf den Klimawandel. Leider
 Abbildung 1: Kopf mit Mundwerkzeugen von Abbildung 2: Larve von Culex pipiens
konnte dieses Thema aufgrund der
 Culex pipiens
Corona-Krise nicht mehr bearbeitet wer-
den. überschichtete das Wasser im Ver-
 pflanzung und Entwicklung der Stech- suchsbehälter mit Öl. Die Larven starben
Die Themen wurden stets in Bezug zu ei-
 mücken. Hierzu bekamen wir von der nach kurzer Zeit ab. Die Gruppe konnte
genen (Vor-)Erfahrungen der Kursteil-
 Universität Strasbourg ein Lernpaket in- somit feststellen, dass die Larven auf
nehmer gesetzt, sodass auch die
 klusive Zuchtset mit Stechmückeneiern Luftsauerstoff angewiesen sind. Tatsäch-
jüngeren Schüler ohne Vorkenntnisse
 zur Verfügung gestellt1. Die Larven wur- lich besitzen die Larven keine Kiemen,
motiviert bei der Sache waren.
 den in einem gesicherten Zuchtbehälter- sondern einen Atemsiphon, der wie ein
 KAMPF DER TIGERMÜCKE! von den Kursteilnehmern gefüttert und Schnorchel wirkt. Die „Nase" der Larve
Die aiatische Tigermücke Aedes albopic- in der Entwicklung über drei Wochen be- befindet sich gegenüber vom Kopf, wes-
tus ist seit einigen Jahren auf dem Vor- obachtet. Dabei wurden die Anatomie halb die Larve mit dem Kopf nach unten
marsch entlang der Rheinebene. In sowie die Larvenstadien genau beobach- hängt. Dieser Siphon befindet sich somit
Freiburg gibt es seit 2015 stabile Popula tet. in unmittelbarer Nähe der Analpapillen,
 aus denen die Abfälle aus der Ernährung
 der Larven abgeführt werden.

1
 Das Projekt TIGER der Universität Strasbourg hat sich zum Ziel gesetzt, die entomologische Überwachung und die Beratung bei Maß-
nahmen im Krisenfall innerhalb der drei an den Oberrhein angrenzenden Länder zu koordinieren.

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 13

 Eine weitere Gruppe inkubierte die Lar- STRESS LASS NACH! Aktivierung des Sympathikus erfolgt
 ven eine Weile in gefärbtem Wasser. Der durch ein eiskaltes Fußbad.
 Farbstoff war anschließend im Verdau- Der zweite Themenblock, der in diesem Die Probanden wurden anschließend in
 ungstrakt sichtbar. Die Larven filtern das Schuljahr bearbeitet wurde, war die phy- einem zweiten Durchgang unterschiedli-
 Wasser, um sich zu ernähren, und neh- siologische Wirkung von Stress. chen Bedingungen ausgesetzt (z.B. Ent-
 men dabei auch den im Versuchsbehälter Stress ist die Reaktion des Körpers auf spannungsmusik, Duftöl, sanfte
 vorhandenen Farbstoff auf. eine Gefahrensituation und äußert sich Beleuchtung u.a.) Die Reaktionen des
 Schließlich wurden mit den Imagines durch Anstieg von Blutdruck, Puls, At- Sympathikus wurden aufgrund verschie-
 Fütterungsversuche durchgeführt. Sie mung und Blutzuckergehalt sowie eine dener Vitalparameter verfolgt. Dazu er-
 zeigten, dass männliche und weibliche erhöhte Schweißproduktion. Dabei gibt fassten die AG-Teilnehmer Atmung,
 Stechmücken sich von zuckerhaltigem das Gehirn den Befehl an die Nebenniere, Herzschlag, Blutdruck oder Hauttempe-
 Wasser ernähren. In der Natur trinken sie Stresshormone, z.B. Adrenalin, freizu- ratur der Probanden mit Hilfe von Senso-
 den Nektar der Blüten mit ihrem Stech- setzen. Adrenalin wirkt auf Leberzellen ren. Die Veränderungen wurden über
 rüssel und können so sogar zur Bestäu- (Freisetzung von Glucose), auf Herz und eine Zeit von mehreren Minuten aufge-
 bung beitragen. Die weiblichen Lunge (Verbesserung der Sauerstoffver- zeichnet und digital ausgewertet. Als
 sorgung) und auf Muskelzellen (Verbes- Vergleichswert diente jeweils eine Mes-
 serung der Leistung). Die Wirkung auf sung bei Zimmertemperatur.
 das Gehirn führt zu weniger komplexen Obwohl sich herausstellte, dass die Mes-
 Gedanken, sondern schnellen und sche- sungen sehr zeitaufwändig, fehleranfäl-
 matischen Handlungen (fight or flight). lig und unangenehm für die Probanden
 Dauerhafter Stress kann zu gesundheitli- waren und viele Male wiederholt werden
 chen Schäden führen. mussten, konnten alle Gruppen ihre Ex-
 Die Idee zu dem Forschungsprojekt kam
 durch eine Studie, die zeigte, dass das
 Denken an einen (Lebens-)partner helfen
 kann, Stress zu reduzieren. Die Teilneh-
 mer der Arbeitsgemeinschaft setzten
 Abbildung 3: Imago bei der Nahrungsauf-
 sich das Ziel, verschiedene Einflussfakto-
 nahme (Zuckerwasser auf Wattebausch)
 ren auf ihre stressreduzierende Wirkung
 zu untersuchen, z.B. Musik, Schokolade,
 Stechmücken benötigen Eiweiß für die Meeresrauschen u.a.
 Reifung ihrer Eier. Das finden sie in ihren
 Blutmahlzeiten. Um Stress auszulösen, wurde bei den
 Probanden der Sympathikus (Teil des ve-
 Nach Abschluss der Versuche und Auflö-
 getativen Nervensystems) aktiviert. Die
 sung der Zucht hatten die Kursteilneh-
 mer ihr Wissen über Mücken so erweitert,
 dass sie daran gingen, Informationspla-
 kate zu erstellen. Die Plakate sollten dazu Abbildung 5: Atemfrequenz ohne (oben) und
 mit (unten) Meeresrauschen als "Entstres-
 dienen, eine breite Öffentlichkeit über
 ser"
 Verhalten, Ökologie und Krankheits-
 übertragung durch Aedes albopictus zu
 perimente abschließen.
 informieren.
 Es konnte von zwei Gruppen eine gering-
 Verschiedene Teams beschäftigten sich fügig stresslindernde Wirkung von Scho-
 mit folgenden Schwerpunkten: kolade und Meeresrauschen gemessen
 • Unterscheidung heimische Stech- werden. Zwei andere Gruppen konnten
 mücke und Tigermücke keinen relevanten Unterschied mit oder
 • Ausbreitung der asiatischen Tiger- ohne Lavendelduft bzw. Popmusik mes-
 mücke in Europa sen. Allerdings stellten die Ver-
 suchsteams übereinstimmend fest, dass
 • Übertragung von Krankheiten durch die individuellen Unterschiede zwischen
 die asiatische Tigermücke den Probanden keine vergleichende Be-
 • Maßnahmen gegen die Tigermücke trachtung zuließen. Um zu einer zuver-
 Die Poster wurden gedruckt und sollen lässigen Aussage zu kommen, müssten
 Abbildung 4: Versuchsanordnung Messung die Versuche mehrfach an vielen Proban-
 im Schulhaus aufgehängt werden.
 der Herzfrequenz mit Vernier-Sensor den wiederholt wirden.
 Autorin: Annelie Köster

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 14

 Biologie AG – Spektrophotometer quantifiziert wer- In der oberen Abbildung sieht man die
 „Molekularbiologie - in der den. Bandenmuster von drei Verdächtigen je-
 weils zweimal aufgetragen. Die letzten
 Medizin & Forensik“
 beiden Bandenmuster gehören zur Tat-
 ortprobe. Man erkennt gut, dass der
 Biologisches Forschen erste Verdächtige der Täter gewesen sein
 ALLGEMEINES muss, da sein Bandenmuster mit jenem
 des Tatorts übereinstimmt.
 Die AG Molekularbiologie wurde so kon-
 ziepiert, dass die Schülerinnen und Schü- Flankiert werden sollte dieses Experi-
 Abbildung 6: Lactase Reaktionsschema - ment mit einer Exkursion zum Rechtsme-
 ler die Möglichkeit erhielten Skript Wirkungsmechanismen von Medika-
 verschiedene Bereiche der Gentechnik dizinischen Institut der Universität
 menten (Novartis-Schullabor)
 kennen zu lernen. Neben der inhaltlichen Freiburg. Diese musste Corona-bedingt
 und praktischen Auseinandersetzung mit leider abgesagt werden. Weiterhin sollte
 den wissenschaftlichen Aspekten stand ein moderner DNA-Fingerprint anhand
 der Besuch von Firmen und Instituten der einer PCR-Analyse durchgeführt werden.
 Region im Fokus, die sich mit diesen In- Auch diese musste auf das nächste Schul-
 halten beschäftigen. Die jeweiligen Ex- jahr verschoben werden.
 kursionen wurden in Theoriesitzung
 jeweils vor- und nachbereitet. Besonders
 kostenintensive Experimente wurden
 durch eine Förderung des Verbands der
 Chemischen Industrie ermöglicht. Abbildung 7: Melissa Liebau und Franziska
 Heitzmann bei der Auswerung der Spektro-
 Zu Beginn der Arbeitsgemeinschaften photometer-Messung
 erhielten die 16 Teilnehmer*innen aus
 den Klassenstufen 9 und 10 zunächst die GENETISCHER FINGERABDRUCK
 Möglichkeit am Universitätstag des NaT-
 Working Projekts Molekularbiologie teil- Der zweite Teil der AG befasste sich mit
 zunehmen (siehe Bericht Exkursionen). den molekularbiologischen Möglichkei-
 ten im Bereich der Forensik. Hierzu wur-
 SCHULLABOR NOVARTIS & den zunächst Grundlagen zu Themen wie
 CAMPUS NOVARTIS Aufbau der DNA (Durchführung einer
 DNA-Extraktion), Restriktionsenzymen,
 Im ersten Termin der AG wurde die Ex-
 Gelektrophorese und PCR behandelt. Im Abbildung 9: Seminaristinnen beim Pipettie-
 kursion zum Schullabor Novartis bzw.
 Anschluss führte die Arbeitsgemein- ren
 zum Campus Novartis vorbereitet. Wich-
 schaft ein vierstündiges Praktikum
 tige Grundlagen für das Verständnis der
 durch, in dessen Verlauf ein fiktiver Täter BIOVALLEY COLLEGE DAY
 Teilnehmer war die Enzymatik, die Fukti-
 anhand seiner Tatortspur überführt
 onsweise von Fotometern und die Wir- Beim College Day des BioValley College
 wurde.
 kung von Indikatoren. Da die Exkursion Networks kommen in jedem Jahr über
 auch anderen Schülerinnen und Schülern 400 Sus aus der Nord-Westschweiz, dem
 des Freiburg-Seminars zur Teilnahme an- Elsass und Südbaden zusammen. Am
 geboten wurde befindet sich der ausführ- Freitag, dem 29. November 2019 fand
 liche Exkursionsbericht im Kapitel zum 16. Mal der BioValley College Day in
 Exkursionen. der Aula der Universität Basel statt. Die
 Bei einem der drei Versuche ging es um Veranstaltung wird vom BioValley Col-
 das Replacement von Laktase zur Milde- lege Network für Gymnasialklassen mit
 rung der Symptome der Lacotse-Intole- biologisch-naturwissenschaftlicher Aus-
 ranz. Für das Experiment wurde das richtung organisiert. Dieses Jahr stand er
 Enzym Lactrase verwendet, das statt unter dem Motto „Homo sapiens – Quo
 Lactose auch das Substrat O-Nitrophe- vadis“. Insgesamt 15 Schülerinnen und
 nyl-Galactosid (ONPG) in Galactose und des Freiburg-Seminars nahmen daran
 O-Nitrophenol spalten kann. teil.

 Letzteres ist gelb und hat ein Absorpti- Abbildung 8: Ergebnis der Gelelektrophorese Einen detaillierten Bericht dieser im Rah-
 onsmaximum bei 420nm. Seine Entste- des DNA-Finterprints men der AG Molekularbiologie durchge-
 hung kann daher über ein führten Exkursion ist im Kapitel
 Exkursionen zu finden.

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 15

 DES ENZYME-LINKED IMMUNO- dieser zweitägigen Veranstaltung stell- modifizierte Arabinose-Operon auf
 SORBENT ASSAYS ten sie ihre Experimente aus der Arbeits- pGLO enthält anstelle der drei Gene zum
 gemeinschaft vor. Neben den sieben Abbau von Arabinose das Gen für GFP.
 Das Verfahren des Enzyme-linked Immu- Schülervorträgen berichteten drei For- GFP wird jetzt also genauso reguliert wie
 nosorbent Assays – kurz ELISA ist eine scher aus unterschiedlichen Diszipli-nen die Arabinose-Abbau-Gene im natürli-
 wichtige Analysemethode mit zahlrei- über ihre Arbeit. Ein ausführlicher Bericht chen Operon: Wird den transformierten
 chen Anwendungen. zu dieser Veranstaltung ist im Kapitel Ex- Zellen Arabinose gegeben, findet die
 Grundlage der Methode sind Antikörper, kursionen zu finden. GFP-Expression statt, ohne Arabinose
 die spezifische an bestimmte Antigene, wird das GFP-Gen nicht transkribiert. In
 TRANSFORMATION UND GEN- der unteren Abbildung sieht man Kolo-
 wie z.B. ein HIV-Hüllprotein, binden. Der
 EXPRESSION VON GFP nien unter dem UV-Licht, die das GFP-
 Nachweis des Antigens erfolgt über ei-
 nem enzymgekoppelten, monoklonalen In der nächsten Einheit lernten die Schü- Gen trankribiert haben.
 Antikörper (siehe Abb. unten). ler zunächst einiges über die Transforma-
 tion zur Herstellung Rekombinanter
 Bakterien, wobei hier auf schon erlerntes
 Wissen aus der Einheit Genetischer Fin-
 gerabdruck zurückgegriffen werden
 konnte. In diesem Versuch im Schullabor
 St. Ursula unter der Leitung von Frau
 Helde werden E. coli-Zellen mit dem
 Abbildung 13: GFP-Gen wurde erfolgreicht in
 Plasmid pGLO transformiert. Unter die Bakterien transformiert.
 Transformation versteht man die Auf-
 nahme von DNA in Bakterienzellen. Da NACHWEIS VON ANTIBIOTIKA IN
 auf diese Weise das Genom gezielt ver- MILCH
 Abbildung 10: ELISA - Nachweis eines HIV- ändert werden kann, wird diese Methode
 Hüllproteins - Natura Biologie für Gymna- in der Gentechnik angewandt. Auf dem Diese Exkursion zum Zentrum für Biolgi-
 sien Kursstufe, Klett 2010 eingeschleusten Plasmid gibt es codie- sche Signalstudien (BIOSS), ein Exzel-
 rende Bereiche für folgendes: Arabinose lenzcluster der Universität Freiburg ist
 Beispielsweise beruhen Doping-Tests o- ausführlich im Kapitel Exkursionen be-
 Operon, beta Lactamase-Gen und green
 der Schwangerschaftstest auf diesem schrieben.
 fluorescence protein-Gen.
 Verfahren. In einem ersten Theorieteil
 wurden die Schülerinnen und Schüler in PROTEIN-FINGERPRINT
 Grundlagen, wie die humorale Immunan- Diese Verfahren, bei dem beispielsweise
 twort und monoklonale Antikörper ein- unbekannte Fleischproben identifiziert
 geführt. Im Experimentalteil der Einheit werden können, konnte Corona-bedingt
 konnten die Schüler*innen selbst einen leider nicht mehr durchgeführt werden.
 ELISA durchführen, bei dem sie sich
 wahlweise für einen Doping- oder AUSBLICK
 Schwangerschaftsnachweis entschie- Da die diesjährigen Seminarist*innen ei-
 den. nige Expermente und Exkursion leider
 TRINATIONALER SCHÜLERKON- nicht durchführen konnten, werden wir
 GRESS Abbildung 12: Seminaristinnen beim Experi- uns bemühen, dass sie diese im nächsten
 mentieren Schuljahr nachholen können.
 Acht Teilnehmer der AG erhielten die
 Möglichkeit am diesjährigen Trinationa- Autor: Ingo Kilian
 Um den Erfolg des Versuchs zu demonst-
 len Schülerkongress der Naturwissen- rieren dient einerseits das Ampicillin auf
 schaft und Technik teilzunehmen. An dem Nährboden, auf
 dem nur Bakterien
 mit Plasmid wachsen
 können. Falls dem
 Nährmedium noch
 Arabinose (ara) hin-
 zugegeben wird
 leuchten die Bakte-
 rien unter UV-Licht,
 da das GFP-Gen ex-
 Abbildung 11: Teilnehmer*innen Trinationaler Schülerkongress 2020 primiert wird. Das

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 16

 Chemie AG – „Zauber der
 Chemie“
 Im Schuljahr 2019/2020 haben sich in der
 Arbeitsgemeinschaft Chemie der
 Mittelstufe 12 Schülerinnen und Schüler
 auf die Reise begeben, sich vom Zauber
 der Chemie inspirieren zu lassen – immer
 ein Ziel vor Augen:
 Lernen, einige Effekte besser zu verste-
 hen, weil dann erst wirkliche Faszination
 in ihnen liegt.
 ALLEM WOHNT EIN ZAUBER
 INNE Abbildung 15: Spektrum der Wellenlängen / Bei der Lugolschen Lösung liegt in einer
 Anteil des sichtbaren Lichts (Quellel: com- Kaliumiodidlösung gelöstes Iod vor.
 Denn unbestritten ist, dass chemische mons.wikimedia.org)
 Experimente uns durch ihre faszinieren- Bei der Nachweisreaktion nutzt man aus,
 den Effekte in Bann ziehen. Denn die Weißes Licht besteht aus allen Wellen- dass die Amylose, die in der Stärke vor-
 Chemie kann all unsere Sinne anspre- längen des sichtbaren Bereichs. Absor- kommt und aus lauter Glucosemolekülen
 chen: Farbwechsel inspirieren uns, Gerü- biert ein Stoff bestimmte Wellenlängen aufgebaut ist, einen spiralförmigen Auf-
 che können betörend oder abstoßend und reflektiert nur den Rest, so erscheint bau besitzt. Im Inneren dieser Spirale be-
 wirken, Knalleffekte begeistern oder er- dieser Stoff farbig. findet sich ein Hohlraum, in den sich
 schrecken uns. Ketten von Iodmolekülen einlagern kön-
 Grüne Blätter absorbieren beispielsweise
 Da das Auge unser dominierendes Sin- nen. Heftet sich an so eine Kette ein Io-
 die blauen und roten Wellenlängen des
 nesorgan ist, beeindrucken uns unerwar- didion an, entsteht ein sog. Polyiodid.
 Sonnenlichts, weil sie diese für die Foto-
 tete oder plötzliche Farbänderungen Hier sind alle sieben Außenelektronen
 synthese nutzen. Die Wellenlängen, die
 besonders. des Iods delokalisiert, das heißt, sie sind
 sie nicht nutzen, werden reflektiert, sie
 nicht mehr einem bestimmten Iod zuzu-
 DIE WELT DER FARBEN fallen auf unsere Netzhaut und im Gehirn
 ordnen. Durch Wechselwirkung mit den
 entsteht so der Farbeindruck grün:
 außen liegenden Stärkemolekülen kön-
 Farbe – was ist das überhaupt?
 nen diese Elektronen durch sichtbares
 Die Welt um uns herum kennt keine Far- Licht angeregt werden und einen Teil des
 ben, sie ist einfach nur schwarz und weiß. Lichts im langwelligen Bereich absorbie-
 ren. Wir sehen dann die komplementäre
 Farbe, diese ist blau-schwarz.

 Abbildung 16: die reflektierten Wellenlängen
 bedingen den Farbeindruck

 Um Farben wahrzunehmen besitzen wir
 in der Netzhaut des Auges drei
 Abbildung 14: Die Welt in Schwarz-weiß und unterschiedliche Zapfentypen, die
 in Farbe abhängig von der Wellenlänge des
 aufgenommenen Lichtes unterschiedlich Abbildung 17: Iod-Störke-Komplex
 Farbeindrücke sind eine Interpretation
 stark angeregt werden und daraus
 unseres Gehirns. Die Lugolsche Lösung selbst ist durch das
 resultierend auch unterschiedlich viele
 gelöste Iod gelblich.
 Dabei nehmen wir mit Hilfe unserer Au- Erregungsimpulse (Aktionspotentiale)
 gen nur einen kleinen Bereich aus dem ans Sehzentrum senden, dieses Wenn man durch eine Iodlösung Stärke
 Spektrum der Wellenlängen wahr. errechnet hieraus eine bestimmte Farbe. nachweist, kann man natürlich auch
 durch eine Stärkelösung Iod nachweisen.
 Diesen Wellenlängen des sogenannten FARBEN ALS NACHWEISE
 sichtbaren Lichts ordnet unser Gehirn be- Die erste Nachweisreaktion, bei der eine Hierzu lassen sich attraktive Experimente
 stimmte Farben zu: Farbänderung im naturwissenschaftli- durchführen, die wirklich an Zauberei er-
 chen Unterricht zum Tragen kommt, ist innern.
 Der Stärkenachweis mittels Lugolscher
 Lösung.

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 17

 Mischt man eine farblose Iodad-Lösung Wir haben Indikatoren aus verschiedenen im alkalischen Mileu bei einem pH-Wert
 mit einer ebenfalls farblosen Sulfit-Lö- Naturstoffen hergestellt und ihre Quali- von ca. 9 in braun-orange umschlägt.
 sung, entstehen in einer Redoxreaktion tät mit Indikatoren aus der Chemie ver-
 Iodidionen: glichen.
 3− + 3 32− → − + 3 42−
 In Gegenwart einer Säure bildet sich aus
 den Iodidionen und den Iodationen Iod:
 3− + 5 − + 6 + → 3 2 + 3 2 Abbildung 23: Curcurmin im Sauren
 Iod reagiert dann mit Iodid zu Polyiodid,
 DAS GEHEIMNIS DER FARBE
 das ja beim Stärkenachweis zum Tragen Abbildung 20: Rotkohlindikator
 kam: Betrachtet man die Strukturformeln die-
 Das Cyanidinmolekül im Rotkohl kann ser Indikatoren, fällt auf, dass sich immer
 2 2 + −
 → 5−
 seine Farbe abhängig vom pH-Wert des wieder Doppel- und Einfachbindungen
 Diese Zusammenhänge inspirierten uns Mileus ändern. Es eignet sich dadurch abwechseln. In der Chemie spricht man
 zu zwei Zaubertricks. sehr gut als Universalindikator, der in un- hierbei von sogenannten konjugierten
 seren Versuchen nicht hinter käuflichem Doppelbindungssystemen.
 Versuch 1: Eine Iodatlösung, die etwas
 Universalindikator zurücktretenmusste.
 Spülmittel enthält wird gleichzeitig mit Typisch hierfür ist, dass Elektronen delo-
 einer angesäuerten Sulfitlösung in einen kalisiert vorliegen können. Dies kann
 Bierkrug gekippt. Nach etwa vier Sekun- man durch sogenannte Grenzformeln
 den entsteht schlagartig eine gelbbraune darstellen.
 Lösung mit Schaumkrone. Unser ‘Bier’.
 Für die gelbbraune Färbung ist das ent-
 standene Iod verantwortlich.

 Abbildung 24: Delokalisierte π-Elektronen
 Abbildung 21: Strukturformel Cyanidin am Beispiel des Butadiens.

 Nachteilig hat sich erwiesen, dass die Die Farbigkeit hängt von der Anzahl die-
 wässrige Rotkohlsaftlösung schon nach ser delokalisierten Elektronen ab, da
 wenigen Tagen einen sehr unangeneh- diese durch Licht angeregt werden kön-
 men Geruch freisetzt, wodurch ihr All- nen.
 Abbildung 18: Bierzaube tagsnutzen für den Laboreinsatz stark
 Sind viele delokalisierte Elektronen vor-
 eingeschränkt erscheint.
 Versuch 2: Die oben beschriebenen Lö- handen, können diese leichter angeregt
 sungen werden nacheinander in eine Haben wir das Cyanidin mit Hilfe von werden, das bedeutet, sie können schon
 Colaflasche gegeben, in der sich bereits Ethanol z.B. aus den roten Schalen von durch energieärmere, also langwelligere
 Stärkelösung befindet. Schlagartig ent- Radieschen extrahiert, erhielten wir ei- Anteile des sichtbaren Lichts angeregt
 steht nach einiger Zeit eine sehr dunkle nen Naturstoffindikator, der sehr lange werden.
 Lösung, unsere ‘Cola’ konserviert werden konnte.
 Werden bestimmte Wellenlängen des
 sichtbaren Lichts durch diese Anregung
 absorbiert, sehen wir die komplementäre
 Farbe:

 Abbildung 22: Gewinnung von Cyanidin aus
 Radieschen und Einsatz als Indikator

 Abbildung 19: Colazauber Ein Naturstoffindikator, der sich ähnlich
 wie Thymolphthalein und Phenolphthal- Abbildung 25: Zusammenhang der Anzahl
 FARBE ALS INDIKATOR ein durch einen genau definierten Um- der delokalisierten Doppelbindungen und der
 In der Chemie nutzt man Stoffe, die in schlagspunkt auszeichnet, lässt sich aus resultierenden Farbigkeit
 Reaktionen ihre Farbe ändern, gerne als Curcuma extrahieren.
 Bei den Strukturformeln der untersuch-
 Indikatoren. Dieses Curcurmin weist im Sauren und ten Indikatormoleküle erkennt man, dass
 Neutralen eine gelbliche Farbe auf, die die konjugierten Doppelbindungen häu-
 fig in Ringen vorliegen – hier spricht man

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FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 19

 + +
 von aromatischen Systemen. Die Anzahl O
 - Na
 O
 - Na
 Außerdem steht hier der günstige
 O S O O S O
 dieser Ringe hat ebenfalls einen Einfluss +
 Na
 +
 Na synthetische Farbstoff Conchenillerot A
 auf die Farbe. O
 -

 S
 O
 O base O
 -

 S
 O
 O zur Verfügung, der auch als
 S
 O
 S
 O
 - acid O O
 -
 Lebensmittelfarbstoff (E124) zugelassen
 Da auch der pH-Wert häufig das Absorp- O O

 Na
 + + ist.
 tions- und damit das Reflexionsverhalten OH O
 - Na

 Conchenillerot ist auch in der Kosmetik
 beeinflusst, eignen sich unsere unter- Abbildung 27: Pyranin in alkalischem und (z.B. in Lippenstiften) beliebt.
 suchten Farbstoffe so gut als Indikatoren. saurem Mileu
 Seine Verbreitung kam uns entgegen,
 GEHEIME FARBEN Der Farbstoff Pyranin zeichnet sich denn wir wollten Geheimtinten
 dadurch aus, dass er im Neutralen und Al- herstellen, für die man nur Produkte
 Geheimtinten faszinieren jung und alt.
 kalischen eine leuchtend gelbe Farbe be- benötigt, die in Supermärkten oder
 Ihre Bedeutung im Bereich von Geheim-
 sitzt und beim Bestrahlen mit UV-Licht Drogeriemärkten käuflich zu erwerben
 diensten ist zwar in Zeiten papierloser
 grün erscheint. Im Sauren ist er farblos, sind.
 Kommunikation stark zurückgedrängt
 fluoresziert unter UV-Licht aber blau. Wir haben beispielsweise mit
 worden, aber von den damit verbunde-
 Conchenillerot gefärbten Badezusatz für
 nen Effekten lässt man sich immer noch
 Kinder mit Powerentfärber gebleicht. Die
 gerne überraschen.
 Lösung, die man so erhält gibt eine
 In der Chemie-AG galt unser Augenmerk Geheimtinte, die man mit UV-Licht
 zunächst der Herstellung von Geheimtin- sichtbar machen kann:
 ten, die aufgrund ihrer Fluoreszenz mit
 einer UV-Lampe sichtbar gemacht wer- Abbildung 28: Textmarkerschrift (links bei
 den können. bei Tageslicht rechts oben unter UV-Licht,
 rechts unten im Sauren unter UV-Licht)
 Fluoreszierende Farbstoffe sind in der
 Lage durch UV-Licht angeregt zu wer- Diese Eigenschaft prädestinieren pyran-
 den, also durch Wellenlängen, die unser inhaltige Textmarker für den Einsatz als
 Auge nicht sehen kann. Das Licht, das Geheimtinte.
 Abbildung 30: Gehemintinte aus Badezusatz
 dann zurückgeworfen wird, ist aber im
 Eine weitere fluoreszierende Geheim-
 sichtbaren Bereich. Wir haben uns im Rahmen des Freiburg-
 tinte haben wir aus der Schmelze von Zit-
 So zeigt beispielsweise der Farbstoff ronensäure mit Harnstoff hergestellt: Seminars gerne von der Chemie faszinie-
 Ribuflavin, der z.B. dem Vanillepudding ren lassen.
 der Firma Ruf zugesetzt ist, eine sehr Der Chemie der Farben liegt ein besonde-
 schöne Fluoreszenz unter UV-Licht: rer Zauber inne.
 Wenn Farben also wirklich nur eine Illu-
 sion sind, dann sollten wir gerne farbig
 denken.
 Besonders kostenintensive Experimente
 Abbildung 29: Fluoreszenz der erhärteten wurden durch eine Förderung des Ver-
 Schmelze bands der Chemischen Industrie ermög-
 licht.
 KOSTBARE FARBEN
 Wer in Purpur gekleidet war, konnte Autor: Marcus Bürger
 durch seine Farbwahl schon seinen Stand
 signalisieren.
 Ein Gramm des natürlichen
 Purpurfarbstoffs kostet stolze 2500 Euro,
 Abbildung 26: Fluoreszierendes Ribuflavin kein Wunder, benötigt man für die
 aus Puddingpulver der Firma Ruf Herstellung dieser Farbstoffmenge doch
 10 000 Purpurschnecken.
 Textmarker, die in der Schule genutzt
 Daher ist es nicht erstaunlich, dass wir
 werden, enthalten ebenfalls fluoreszie-
 mit diesem Farbstoff in der Chemie-AG
 rende Farbstoffe, die für die besonderen
 keine Experimente durchgeführt haben.
 leuchtenden Effekte ursächlich sind.
 Günstiger ist da schon der Farbstoff
 Der gelbe Textmarker von Herlitz enthält Chonchenillerot. Hier benötigt man für
 dem Fluoreszenzfarbstoff Pyranin. ein Pfund des Farbstoffes nur 70 000
 Tiere.

FREIBURG SEMINAR – JAHRBUCH | Schuljahr 2019/2020 | KAPITEL: Berichte der Arbeitsgemeinschaften 20

 Chemie AG – „Moderne Protein aus den Bakterien extrahiert und LABORPRAKTISCHE PHASE
 Methoden der Chemie“ aufgereinigt. Das Problem dabei ist die
 Die hochmotivierten Teilnehmenden er-
 Abtrennung des Proteins aus dem Ge-
 kannten schnell, dass molekularbiologi-
 Proteinbiochemie misch der Zellinhaltsstoffe, vor allem der
 sches, biochemisches und
 zelleigenen Proteine.
 ZIEL DER AG mikrobiologisches Arbeiten zunächst
 Als Modellsysteme wurden in der AG einmal aus der Herstellung einer Unzahl
 Ziel dieser AG war, die Schülerinnen und zwei Proteine verwendet. EcoRV ist eine von Puffern, Lösungen und Medien be-
 Schüler an grundlegende Verfahren und bakterielle Restriktionsendonuklease aus steht. Hier konnten die Schülerinnen und
 Methoden der Biochemie und Molekular- dem Darmbakterium Escherichia coli. Es Schüler sich wichtige Grundlagen der La-
 biologie heranzuführen. Dabei lag der erkennt spezifisch die kurze DNA-Se- borarbeit aneignen, die für die biochemi-
 Schwerpunkt auf praktischen Arbeiten quenz 5‘GATATC und durchtrennt das sche Praxis unabdingbar sind. Es
 im S1-Labor der Merianschule. Die Zu- Zucker-Phosphatrückgrat der DNA in der mussten zunächst die Versuchsbeschrei-
 sammensetzung der Teilnehmer war be- Mitte der Sequenz. Dies geschieht aber bungen durchgearbeitet werden, welche
 züglich Alter und Vorkenntnissen nur bei Fremd-DNA, welche z.B. von ei- die Rezepte für die Lösungen mit den
 heterogen. Einige Schülerinnen und nem Virus stammt und so inaktiviert verschiedensten Konzentrationsanga-
 Schüler waren aufgrund ihrer vorange- wird. Zelleigene DNA wird nicht zer- ben enthielten. Nach einer Abschätzung,
 henden Teilnahme an der Biologie-AG schnitten, weil sie mit Methylgruppen welche Mengen der Lösungen benötigt
 „Molekularbiologie“ von Herrn Kilian be- versehen ist, welche die Bindung des würden, konnten dann die Einwaagen
 reits bestens auf die Thematik vorberei- Restriktionsenyzms verhindern. Solche berechnet werden. Anschließend ging es
 tet. Zur Angleichung der Kenntnisse Restriktionsenyzme werden in der Gen- an das Einwiegen der Substanzen und die
 wurden zunächst die theoretischen technik verwendet, um DNA sequenz- Herstellung der Lösungen. Diese muss-
 Grundlagen der Experimente in einer spezifisch zu schneiden und neu ten dann noch mit dem jeweils geeigne-
 kleinen Vortragsreihe durch die Teilneh- zusammenfügen. ten Verfahren sterilisiert werden,
 mer selbst erarbeitet. Anschließend entweder durch Autoklavieren oder
 wurde das theoretisch Erlernte im Labor durch Sterilfiltration. Dabei wurde auch
 in die Praxis umgesetzt. Besonders kos- die Handhabung von wichtigen Werkzeu-
 tenintensive Experimente wurden durch gen wie Laborwaage und verschiedens-
 eine Förderung des Verbands der Chemi- ten Messgefäßen und Pipetten erlernt.
 schen Industrie ermöglicht.
 PRODUKTION VON ECORV IN E-
 PROJEKT: GENTECHNISCHE SCHERICHIA COLI
 HERSTELLUNG UND AUFREINI-
 GUNG ZWEIER PROTEINE Als erstes Projekt wurde die Produktion
 von EcoRV in Angriff genommen, ange-
 Proteine sind äußerst komplex aufge- lehnt an eine Arbeit von Dr. Sylvia
 baute hochmolekulare Naturstoffe mit Schöttler (HLS Offenburg), die auch die
 einer teils sehr empfindlichen Raum- Arbeitsanweisung verfasst hat.
 struktur, die sich aus der komplexen Fal-
 tung einer Aminosäurekette ergibt. Auf Der verwendete Expressionsstamm ver-
 Abbildung 31: Raumstruktur des Restrikti- fügt über zwei Plasmide, welche die
 der einen Seite sind sie komplexe Mole-
 onsenzyms EcoRV. In der Mitte sind die bei- Gene zur Produktion von EcoRV und der
 küle, auf der anderen Seite kann man sie den Stränge der DNA-Doppelhelix zu
 auch als nanoskopische Maschinen be- zugehörigen Methylase enthalten. Der
 erkennen (braun/blau). Diese werden von
 trachten, welche komplexe Funktionen Produktionsstamm, der bei -70° als Cryo-
 den beiden Dimeren des Restriktionsenzyms
 übernehmen können. Sie finden daher umschlossen. Die Struktur des Restriktions-
 stock aufbewahrt wird, wurde zunächst
 auch eine breite Anwendung in Technik enzyms wird gebildet durch die Faltung einer in einer Vorkultur in LB-Medium ange-
 und Medizin. Obwohl die meisten Prote- Aminosäurekette in alphahelikäre Bereiche züchtet. Anschließend wurden die Bakte-
 ine aus einer Kombination von nur 20 (Spiralen) und beta-Faltblätter (Pfeile). rien über eine Zeit von mehreren
 Aminosäuren aufgebaut sind, ist ihre (Bildquelle: uniprot.org database). Stunden im Schüttelinkubator vermehrt,
 Synthese in vitro nur äußerst einge- wobei der Bakterientiter ständig photo-
 Das green fluorescent protein (GFP) aus metrisch überprüft wurde. Bei Erreichen
 schränkt möglich. der Tiefseealge Aquorea victoria spielt einer bestimmten Wachstumsphase
 Daher nutzt man zur Synthese von Prote- eine besondere Rolle, weil es farbig ist wurde dann durch Zugabe der Substanz
 inen in der Regel biologische Zellen. und dadurch direkt sichtbar ist. GFP fin- IPGT die Expression des Proteins indu-
 Diese werden mit Hilfe der Gentechnik so det vielfältige Anwendung in der biologi- ziert. IPTG dient dabei als Teil eines mo-
 umprogrammiert, dass sie ihre Protein- schen Forschung, um Zellen und zelluläre lekularen Schaltwerks, welches die
 syntheseapparatur fast vollständig auf Strukturen sichtbar zu machen. Es fluo- Aktivität des ecoRV-Gens einschaltet, so-
 die Herstellung des gewünschten Pro- resziert grünlich, wenn es mit UV-Licht bald diese Substanz anwesend ist. Diese
 teins umstellen. Anschließend wird das bestrahlt wird. Maßnahme ist nötig, denn würde man