Helgoland: Beeindruckendes MINT-EC-Camp


Der folgende Bericht zum Meeresbiologie MINT-EC-Camp zeigt auch, was MINT-EC-Camps sind, wie dort gearbeitet wird und warum es sich lohnt, sich um ein Camp zu bewerben.

Der folgende Bericht zum Meeresbiologie MINT-EC-Camp zeigt auch, was MINT-EC-Camps sind, wie dort gearbeitet wird und warum es sich lohnt, sich um ein Camp zu bewerben.

Das war schon etwas ganz Besonderes: Johanna Carolin Kardorff konnte als Vertreterin der Bischöflichen Marienschule an einem MINT EC-Camp teilnehmen, bei dem es auf Helgoland um Meeresbiologie ging. Sie forschte gemeinsam mit den Wissenschaftlern und den anderen 18 Schülern aus ganz Deutschland auf der ganzen Insel, im Meer, Felsenwatt, auf dem Forschungsschiff und am Strand. Johanna hatte auf einen entsprechenden Hinweis in unserem MINT-Newsletter reagiert.

Einen umfangreichen Bericht mit Tabellen, Grafiken und Fotos kann man hier herunterladen oder unten nachlesen. Daneben gibt es auch im Internet weitere Fotos hier, hier und hier.

Helgoland wird auch das Galapagos Europas genannt. Es befindet sich im steten klimatischen Wandel.

Die Insel Helgoland ist ein Ort, der eine einzigartig hohe Biodiversität aufweist: Über 400 verschiedene Tierarten leben in den verschiedenen Zonen der kleinen Nordseeinsel oder nutzen diese auf ihrem Vogelzug ins Winterquartier zur Rast. Diese hohe Dichte an verschiedenen Arten ist einmalig in Europa.

helgoland_robben

Daneben bietet Helgoland besondere geologische Strukturen, von denen das Felswatt des Helgoländer Felssockels einzigartig in der Nordsee ist. Hier hat sich eine Vielzahl verschiedener Meerespflanzen und -tieren angesiedelt, die auf die Veränderungen des Klimas, wie auch durch den in das Meer eingetragenen Müll in Form von Mikroplastik reagieren.

Auch die Insel selbst und ihre Küsten verändern sich durch den Klimawandel. So verlagern und verformen sich zum Beispiel die Strände im Laufe der Monate und Jahre.

All diese Bedingungen machen Helgoland zu einem perfekten Standort zur Erforschung des Meeres und seiner Lebewesen und deren Reaktion auf die Veränderung des Klimas.

Im Rahmen des Camps bekamen wir Teilnehmer eine Einführung in die Methoden der modernen Klima-und Meeresforschung und führten diese an verschiedenen Orten auf der Insel, auf dem Forschungsschiff „Uthörn“ und im Labor durch.

Tag 1:

Ankunft abends in Cuxhaven. Hier lernten wir die Teilnehmergruppe bei einer Wattwanderung und einer Besprechung am Strand kennen. Die Gruppe bestand aus insgesamt 19 Teilnehmern, von denen 17 aus ganz Deutschland kamen und 2 aus einer MINT-Schule in Istanbul. Wir waren insgesamt 10 Mädchen und 9 Jungen sowie zwei Betreuungslehrer, der Progammleiter Johannes Brattke und MINT-Alumnus (ehemaliger Teilnehmer, heutiger Student) Oliver.

Tag 2:

Überfahrt mit der Fähre von Cuxhaven nach Helgoland. Auf der Hälfte der 3stündigen Überfahrt bei unruhiger See, gab es aufgrund einer Kopfverletzung eines älteren Herrn einen medizinischen Notfall, so dass die Fähre nach Cuxhaven umdrehen musste. Nachdem der Patient an Land gebracht worden und der örtlichen medizinischen Notfallversorgung übergeben worden war, begann die Fährfahrt nach Helgoland erneut. Leider hatte sich die See in der Zwischenzeit nicht gerade beruhigt. Die unfreiwillige Verlängerung der Überfahrt nutzten wir, um uns in der Gruppe näher kennenzulernen, die Interessen der einzelnen Teilnehmer zu erfahren und den detaillierten Programmablauf der „Forschungsexpedition“ zu besprechen. Nach Ankunft auf Helgoland starteten wir mit einem Erkundungsgang über die Insel, bei dem uns auch die Lage des Schüler-Labor Open Sea gezeigt wurde. Daraufhin erfolgte die Einteilung in 3 verschiedene Forschungsgruppen mit den Themen „Müll im Meer“, „Allgemeine Ökologie und Parasitologie“ und „Klimaänderung“.

helgoland_arbeit

Tag 3:

Nach dem Frühstück in der Jugendherberge machte sich meine „Müll im Meer“-Gruppe auf den Weg an Küste, Strand und ins Inselinnere, um Müll zu sammeln. Dabei haben wir Alles an Müll in Säcken gesammelt, welcher sich nicht in Abfalleimern befand. Da täglich zahlreiche Touristen Helgoland besuchen, konnten wir jede Menge Müll einsammeln, insbesondere Verpackungsmüll von Nahrungsmitteln und Tabletten-Blister von Medikamenten, aber auch Zigarettenstummel.

helgoland_schiff

Die Müllsäcke stellten wir im Open Sea Labor ab und machten uns sodann, mit Regenjacken, Gummistiefeln, Schutzhelmen und Schwimmwesten ausgestattet, auf den Weg zum Forschungsschiff Uthörn. Auf dem Schiff durften wir uns frei bewegen, aber nicht den Kapitän bei der Arbeit stören.

Die 30,5m lange und 8,5m breite Uthörn ist ein deutscher Forschungskutter der Biologischen Anstalt des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung.
Der Forschungskutter ist mit einem Trocken- und einem Nasslabor ausgestattet. Er wird für Forschungsfahrten in der Deutschen Bucht, aber auch für die Versorgung der Biologischen Anstalt des AWI auf Helgoland eingesetzt. Für die Forschungsfahrten können bis zu 25 Personen an Bord eingeschifft werden.
Benannt ist der Kutter nach der Nordseeinsel Uthörn.

Wir sind mit der Uthörn, deren Höchstgeschwindigkeit bei 19km/h liegt, weit aufs offene Meer hinaus gefahren.

Dort waren wir hautnah dabei, wie ein Schleppnetz erst hinausgeworfen wurde, vom fahrenden Schiff durchs Meer gezogen wurde und nach ca. 30min wieder eingeholt wurde. In dem Netz fanden sich u.a. Fische, Seesterne, Krabben, Krebse, 1 Hummer, „Tote Mannshand“ genannte Korallen und Müll (v.a. Glasflaschen).

Die Teilnehmer der Klimaerwärmungsgruppe halfen den Forschern beim Sortieren und Zählen des Fangs, indem sie die Lebewesen nach Art in Eimer sortierten. Es gab ca. 2 Eimer mit Fischen, 2 Eimer mit Seesternen, 3 Eimer mit Krebsen und Krabben und 4 Eimer mit Toten Mannshänden.

helgoland_sortieren

Danach fuhren wir wieder zurück in den Hafen von Helgoland. Die Eimer brachten die Teilnehmer der Klimagruppe in das Forschungslabor.

Tag 4:

Direkt nach dem Frühstück machten wir uns auf dem Weg ins Felswatt.

In dieser Küstenlandschaft aus Felsen und Kies mit vielen kleinen Tümpeln wurden wir bei Niedrigwasser beauftragt, alle 30min die Wassertemperatur in den Tümpeln und am Wasserrand des Meeres zu messen. Die Ergebnisse findet man im pdf-Dokument als Download.

helgoland_felswatt

Auswertung der Temperaturmessungen:

Hierbei wurden wir in die Methodik der Temperaturdokumentationen im Tagesverlauf eingeführt, die erst anhand von Langzeitbeobachtungen und Vergleich mit den Ergebnissen vieler Messungen im Monatsverlauf und dann über Jahre hinweg Aufschluss über die küstennahen Meerestemperaturänderungen geben.

Somit handelt es sich hierbei um eine Art Grundlagenforschung, deren Ergebnisse künftig dann auch im Zusammenhang mit Art, Zahl und Größe der Lebewesen im Küstenbereich und im Watt verglichen werden. Dann können Rückschlüsse auf die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf den Lebensraum und die Artenvielfalt unterschiedlicher Kleintiere
gezogen werden.
Neben der Temperaturmessung wurden wir also mit Cashern ausgestattet, um eine Auswahl generell an Watt-Tieren zu sammeln und auch um speziell für uns interessante Lebewesen einzusammeln und den Forscherinnen mitbringen zu können. 4-5 Forscherinnen waren ständig zugegen und beantworteten stets engagiert alle unsere interessierten Fragen.

Wir sammelten u.a. kleine Krebse, junge Fische, Taschenkrebse, Algen und kleine Garnelen ein (Details in der pdf-Datei als Download).

Als alle Wassertemperaturmessungen abgeschlossen waren, brachten wir unsere Funde und Ergebnisse zu den Forscherinnen und machten uns auf den Weg ins Labor.

Auswertung

Jedes der gefunden und identifizierten Tierchen hat seinen Platz in der Nahrungspyramide. Somit ist einleuchtend, dass ein Rückgang oder auch eine Zunahme einer bestimmten Art auch Auswirkung auf die anderen Tiere der Nahrungspyramide, sowohl untergeordnet wie auch übergeordnet hat. Durch Durchschnittstemperaturänderungen, die zu einer zahlenmäßigen Veränderung einer Art führen, wird es Schwankungen und vielleicht sogar gravierende Änderungen im Bestand der übrigen Tiere des Ökosystems geben.

Im Labor arbeitete dann jede Gruppe an ihren zugeteilten Projekten. Meine Gruppe zerschnitt den Müll in Fingernagel-große Stücke und nummerierte jeweils 1 Probe pro Fundstück.

Das Flow-Diagramm auf Seite 9 des pdf-Downloads zeigt die allgemeinen Arbeitsschritte für das Recycling von Müll. Zur Spezifizierung, Identifizierung und Kategorisierung des gesammelten Mülls im Labor erbrachten wir dabei die ersten 4 Arbeitsschritte.

Anschließend untersuchten wir den Müll mit einem Spezialanalysegerät (Infrarotspektrometer), welches anzeigen konnte, ob es sich um Plastik handelte und falls ja, welche Plastiksorte vorlag. Mit der Infrarotspektroskopie lässt sich fast jedes Material oder Molekül mithilfe seiner spezifischen IR-Spektren identifizieren. Dabei durchstrahlten wir die Proben mit IR-Strahlung mit Wellenlängen zwischen 1 mm und 800 nm. Ein Teil dieser IR-Strahlung wird von der Probe absorbiert, ein Teil transmittiert. Diese Anteile lassen sich messen und ergeben das (eindeutige) Spektrum der jeweiligen Probe. Für Kunststoffe aus Verpackungen findet man beispielsweise die Spektren im nahen Infrarot bei 800 bis 2500nm, wie z.B. Polystyrol und PET. Auf den Bildschirmen konnte man die Spektren anhand von Graphen sehen, die jeweils charakteristisch für die entsprechende Sorte der Kunststoffpolymere waren. Die Abbildung auf Seite 9 zeigt z.B. ein typisches Spektrum des Polyamids Copolyamid.

Uns fiel auf, dass fast jede Müllprobe aus Plastik bestand und ein Strohhalm, eine Autoteil und eine Lutscherverpackung sogar aus der selben Sorte Plastik hergestellt waren. Auch wenn wir aus unserer kleinen Untersuchung uns keine Rückschlüsse auf die globale Situation der zunehmenden Vermüllung der Meere erlauben können, möchte ich doch zu den
Konsequenzen unserer Funde und zur Thematik ein paar Zitate und Statements des WWF bringen:

„Etwa 70 Prozent der Oberfläche der Erde sind von Wasser bedeckt. Doch heute schwimmen in jedem Quadratkilometer der Meere zehntausende Teile Plastikmüll. Seevögel verenden qualvoll an Handyteilen in ihrem Magen, Schildkröten halten Plastiktüten für Quallen und Fische verwechseln winzige Plastikteilchen mit Plankton. Im Nordpazifik treibt seit Jahrzehnten ein Müllstrudel, der mittlerweile so groß ist wie Zentraleuropa. Strände unbewohnter Inseln versinken geradezu im Müll. Und auch direkt vor unserer Haustüre, in der Nordsee beispielsweise, sind Plastikabfälle eine allgegenwärtige Gefahr für Fische, Vögel und Meeressäuger. Nicht zuletzt können Mikropartikel und Plastik-Giftstoffe über die Fische auch in die menschliche Nahrungskette gelangen. Drei Viertel des Meeresmülls besteht aus Plastik. Dieses Plastik ist ein ständig wachsendes Problem, kostet jedes Jahr zehntausende Tiere das Leben und gefährdet auch uns Menschen. Denn bis zur völligen Zersetzung von Plastik können 350 bis 400 Jahre vergehen. Im Meer sind gerade die sehr kleinen Partikel ein großes Problem, da sie von den Meerestieren mit Plankton verwechselt werden. Sogar in Muscheln, die Planktonfiltrierer sind, konnte man schon kleine Plastikteilchen nachweisen. An manchen Stellen befindet sich heute sechsmal mehr Plastik als Plankton im Meereswasser und auch das Plankton selbst reichert feinste Plastikteilchen in sich an.“

Die gefangenen Fische und Meereslebewesen teilten wir in ihre Arten ein. Dazu erhielten wir laminierte Karten mit Bildern und Namen der verschiedenen Arten, so dass wir anfangs die Lebewesen anhand des Bildvergleichs zuordnen konnten. Später entwickelten wir bei den häufigen Arten auch einen direkten Blick für die Identifikation. Die beiden Folien auf den Seiten 10 und 11 zeigen unsere Ergebnisse der „Uthörn-Forschungsschiff-Expedition“.

Auswertung

Mit der Erhebung von Fischdaten hat das Open Sea Labor erst dieses Jahr angefangen, so dass es noch keine Vergleichsdaten gibt. Die Größe der Fische wird ermittelt, um die Altersstruktur der Schwärme/Einzeltiere zu erfassen und die Entwicklung des Fischbestands zu verfolgen.

Diese neuen Messungen und Bestandserhebungen gaben unserem „Jungforscherteam“ die fast einmalige Möglichkeit, direkt mit die Basis und den Grundstein für eine neue Forschungsund Beobachtungsreihe auf Helgoland zu legen.

Die Arbeitsgruppe, die sich mit den Parasiten auf z.B. Schneckentieren befasste, konnte sehr eindrucksvolle mikroskopische Aufnahmen machen (s. S. 12).

Auswertung

Auch bei der Parasitenbestimmung handelt es sich vorläufig um eine Art Grundlagenforschung. Die Teilnehmer wurden in die Methodik der Parasitenbestimmung, Zählung und Identifizierung eingeweiht. Eine Aussage, welche Rolle Zahl und Art der Parasiten momentan und im Verlauf der Zukunft spielen, kann noch nicht getroffen werden.

Eine weitere Gruppe untersuchte im Labor die Filtrationsleistung von Miesmuscheln (Mytilus edulis) und das Fressverhalten von Asseln bei unterschiedlichen Temperaturen.

Dabei gab es folgenden Versuchsaufbau:

• Nährlösung Muschel : Meerwasser + Hefe
• Unterschiedliche Temperaturen: 10° 14° 21°
• FRAGE: Bei welcher Temperatur filtert die Muschel am besten?
• HYPOTHESE: Optimum bei 14°
• DURCHFÜHRUNG: Trübungsmessung des Wasser nach 0min, 10min und 50min

Wie sind diese Ergebnisse im Zusammenhang meeresbiologisch zu interpretieren? Die Forschergruppe kam zu folgender Analyse:
• Muschel frisst weniger -> Population bedroht -> könnte von anderen besser angepassten Arten verdrängt werden
• Planktongehalt erhöht sich -> andere planktonfressende Organismen vermehren sich? ABER: andere Arten sind auch von der Temperaturänderung betroffen
• Sehr schwer einzuschätzende Veränderung im gesamten Lebensraum Meer

Versuchsaufbau „Asseln“

• Bechergläser mit Algen und Asseln
• Unterschiedliche Temperaturen: 12° 14° 18° 20°
• FRAGE: Bei welcher Temperatur fressen Asseln am meisten?
• HYPOTHESE: Optimum bei 14°
• DURCHFÜHRUNG: Vermessen und Kopieren von 25cm2 großen Algenblättern;
Erneute Messung der Algen nach 24h;

Ergebnisse „Asseln“

Auswertung: Auch bei diesen Untersuchungen handelt es sich erst einmal um eine Feststellung des Ist-Zustandes der Muschelfiltration und des Assel-Fressverhaltens in Relation zur Temperatur. Welche Auswirkung mögliche Meeresklimaveränderungen haben werden, ist noch unklar. Wichtig für unsere ersten meeresbiologischen Forschungsversuche war auch hierbei das Kennenlernen und die Erlernung der Methodik. Unsere Ergebnisse können somit künftigen Gruppen als Vergleichsbasis dienen.

Tag 5:

Wir fuhren mit einer Fähre auf den 2.Teil der geteilten Insel Helgoland, auf die sogenannte Düne. Gemeinsam mit den Forscherinnen machten wir eine Strandbesichtigung und konnten über alles Informationen erhalten, was uns dort interessierte: Z.B. Gesteinssorten, Pflanzenarten, Herkunft des Sepia von Tintenfischen, etc.

Dann kamen wir zum Beach-Profiling (Beachprofiling – Datenerhebung zur morphologischen Veränderung der Dünen und des Strandes im Rahmen einer Langzeituntersuchung). Hierbei wurde die Höhendifferenz und Steigung des Strandes anhand bestimmter Messlatten bestimmt, um klimatische und geologische Änderungen des Strandaufbaus im Zeitverlauf dokumentieren zu können.
Am Strand fanden sich Hunderte von Robben, welche sogar später neben uns Schwimmern im Wasser schwammen. Am Strand wurden die Robben durch Bademeister geschützt, so dass Besucher eine Mindestdistanz zu den Robben von 30m einhalten mussten.

Tag 6:

Morgens trafen wir uns erneut im Open Sea Schülerlabor. Alle Gruppen waren gut vorbereitet und hatten im Vorfeld ihrer Präsentationen Sekundärliteratur von den Forscherinnen zur Untermauerung und Interpretation der Ergebnisse sowie zur bildlichen Illustration der Präsentationen erhalten. Die Vorstellung der Ergebnisse war sehr abwechslungsreich und wurde von den 4 Untergruppen mit Powerpointpräsentationen, Flip-Charts und greifbaren Anschauungsobjekten (tote und lebende Fische, Krebse, ausgewählte Müllexponate, Steine, etc.) unterstützt.

Auch wenn der Abschluss unserer tollen Expedition nicht 100% wissenschaftlich war, machte es uns doch Spaß, dass die leitende Forscherin Brigitte Harth einen Sack Goldmünzen aus dem Schatz des berühmten Piratens Störtebecker bereit hielt.

Allerdings waren die Münzen dann doch aus Schokolade und der tatsächliche Schatz Störtebeckers ruht nach wie vor unentdeckt irgendwo auf Helgoland.

helgoland_gruppe

Abschließend formulierten wir für unseren „Expeditionsleiter“ Johannes Brattke ein schriftliches Feedback, bevor es zur Rückfahrt mit der Fähre nach Cuxhaven und zu der traurigen Verabschiedung der lieb gewonnenen Expeditionsteilnehmer kam.

 


Cornel van BebberAnsprechpartner: Cornel van Bebber

Datum: 22. Oktober 2016 - 9:02 Uhr | Update: 22. Oktober 2016 - 11:49 Uhr

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