Bananen einfrieren, Passwörter knacken, Gene untersuchen

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Schlussspurt: Die Schüler beim Erstellen der Abschlusspräsentation für die große Öffentlichkeit. (Fotos: Kilian Pfeiffer)
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Wie verschlüsselt man richtig? Damit befasste sich die Kryptografie-Gruppe.

Berchtesgaden – Kryptografie, Pathologie, Hacking und Gene: Bei der Abschlusspräsentation der MINT-Akademie des Schülerforschungszentrums haben engagierte Schüler aus den Landkreisen Berchtesgadener Land, Traunstein und Altötting die Projekte ihrer Arbeitsgruppen vorgestellt. Eine Woche lang hatten die jungen Wissenschaftler Zeit, an ausgewählten Themen zu forschen. Ihre Ergebnisse präsentierten sie nun im AlpenCongress in Berchtesgaden.

In einem Bewerbungsprozess hatten sich »begeisterungsfähige und talentierte Schüler« aus dem südostbayerischen Raum für die MINT-Akademie beworben. »Wir wollen ihre Potenziale entdecken«, so Prof. Dr. Claudia Nerdel von der Technischen Universität München, neu angetretene wissenschaftliche Leiterin des Schülerforschungszentrums.

Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik standen auf dem Programm – »alles spannende Themen«, attestierte Landrat-Stellvertreter Michael Koller. Er selbst hat das Schreiben noch auf einer Schreibmaschine gelernt: »Mit welchen Programmen die Schüler heutzutage arbeiten, das ist schon beeindruckend.«

Kälte erzeugen

Das Schülerforschungszentrum, das an die TU München angegliedert ist, hat sich für MINT-affine Jugendliche zu einem »place to be« entwickelt, zu einem Ort, an dem man gerne lernt. Das bestätigen die hohen Anmeldezahlen. Nur 45 Schüler konnten bei der eine Woche dauernden Akademie in Berchtesgaden mitwirken. Dort galt es, in Arbeitsgruppen Fragestellungen zu bearbeiten, Programme zu entwickeln – und eine Präsentation vorzubereiten, die am Abschlusstag über die Ergebnisse informierte.

Wie kann man mit einfachen Mitteln Kälte erzeugen, gar einen Kühlschrank bauen? Mit Trockeneis und Flüssigstickstoff – für die Schüler nach fünf Tagen Arbeit mittlerweile selbstverständlich. Anhand von Alltagsobjekten testeten die Teilnehmer, wie sich Materialien bei Kälte verändern. Gummi wird spröde, eine Banane kann man in gefrorenem Zustand locker auch als Hammer verwenden, so das per Videobeweis unterlegte Fazit.

Was Hacking eigentlich bedeutet, wie man Codes knackt und wie wichtig Passwörter mit vielen Zahlen und Buchstaben sind, das erfuhr die Hacker-Gruppe während ihres Einsatzes. »Wir haben verschlüsselte Passwörter gehackt«, zeigten sich die Teilnehmer stolz. Selbstverständlich machten sie das im Auftrag der Forschung und nicht aus böswilliger Absicht. Mit programmierten Links, bekannt aus Spam-Mails, gelang es den Jungspunden zudem, Zugriff auf fremde Computer zu erlangen.

In den hauseigenen Schülerforschungslabors arbeitete ein Team an der Mikroplastik-Thematik. Es untersuchte mit Unterstützung der »Jugend forscht«-Preisträgerin Lisa Schreyer den Seeleinsee, den Gerer Bach und den Mooserbodenstausee auf Mikroplastik. »Wir wurden überall fündig«, lautete das Fazit. Selbst im Seeleinsee im Hagengebirge auf 1 800 Metern wurden Kunststoffteilchen festgestellt. Der Eintrag erfolgte wohl über die Luft. »Unsere Proben sind nur Momentaufnahmen«, schlussfolgerten die Schüler bei ihrer Präsentation.

»Nerds« vor dem Bildschirm

850 Zeilen Code ist das Resultat der Schülergruppe zum Themenkomplex Kryptografie. Die jungen Männer bezeichnen sich selbst als »Nerds«, Computer-affin und häufig vor dem Bildschirm sitzend. Die Gruppe programmierte eine Verschlüsselungssoftware. »Krypto-Tool« nennt sich die Anwendung. Die Schüler erklärten anhand von Beispielen unterschiedliche Verschlüsselungsmethoden, deren Stärken und Schwächen – von der recht einfachen Caesar-Verschlüsselung bis hin zu polyalphabetischen Ersetzungschiffren. Sie bezeichnen innerhalb der Kryptografie Formen der Textverschlüsselung, bei denen ein Buchstabe oder Zeichen jeweils einem anderen Buchstaben oder Zeichen zugeordnet wird.

Mit der von den Schülern entwickelten Software lassen sich Klartexte eingeben, die auf Knopfdruck chiffriert werden. Umgekehrt ist das auch möglich. »Es war eine spannende Woche, bei der wir viel gelernt haben«, fassten die Teilnehmer die fünf arbeitsintensiven Tage zusammen. Viel recherchieren musste die Arbeitsgruppe »Gene«. Das Team setzte sich mit Impfungen, PCR- und Antigentests auseinander. Die Erkenntnisse, die die Teilnehmer während des Studienzeitraums erlangten, waren nachhaltig beeindruckend: »Wir haben etwa gelernt, dass die DNA eines Maulwurfs in weiten Teilen mit jener von Elefanten und Blauwalen übereinstimmt.« In einer selbst erstellten Animation zeigten die Beteiligten bildhaft das Eindringen eines Virus in den Körper, erforschten an einer Wurst, wie ein PCR-Test funktioniert.

Die Fragestellung: »Ist dort Schwein, Huhn oder Pute drin?« Das Ziel: die Wurst-DNA zu »knacken«. Fremde Begrifflichkeiten wurden in der Akademie plötzlich zu unterstützenden Helfern. Mit der Agarose-Gelelektrophorese, einer molekularbiologischen Methode, trennt man Nukleinsäurestränge (RNA oder DNA) nach ihrer Größe und bestimmt ihren Wert durch den Vergleich mit Strängen bekannter Größe.

Arbeit mit Mäusen

Bei der Pathologie denkt man zunächst an verstorbene Menschen. Die mit dem Themenbereich vertraute Gruppe erforschte an Mausmodellen Autoimmunkrankheiten wie das IPEX-Syndrom, das zu Störungen und Entzündungen im Darm führt. Die Teilnehmer tauchten in die Histopathologie ein, die Wissenschaft von den krankhaften Gewebeveränderungen. Sie erlernten dabei die Schnittherstellung, konnten zudem wissenschaftlich an Mäusen arbeiten. Autoimmunkrankheiten wie Rheumatoide Arthritis und Schmetterlingsflechte sind den Jungpathologen nun kein Fremdwort mehr. »Das Tolle ist, dass wir hier Dinge mit auf den Weg bekamen, die in der Schule nie behandelt werden«, so lautete das Fazit des Teams.

Bei der Mathematik-Gruppe ging es um mathematische Folgen, um die Gemeinsamkeit von Rosenblüte, Tannenzapfen und Hurrikan. Papierblätter voll von Formeln begleiteten die Schüler durch die Woche. Wie man aus Pyramiden Quader formt, war dabei noch das Anschaulichste. Die Fibonacci-Folge, auch das lernte die Öffentlichkeit während der Präsentation, kann nicht nur bei der Kaninchenvermehrung angewendet werden, sondern auch beim Tannenzapfen.

»Eure Begeisterung hat mich wirklich angesteckt«, attestierte zum Schluss Dr. Stefan Lebernegg, stellvertretender wissenschaftlicher Leiter am Schülerforschungszentrum. Die MINT-Akademie soll im kommenden Jahr fortgesetzt und erweitert werden. »Abiturienten dürfen dann auch teilnehmen.« Kilian Pfeiffer