Die Schülerinnen Anna Helene Nerlich und Sophie Isabell Fallis vom Bertha-von-Suttner-Gymnasium in Potsdam-Babelsberg haben im GeoBioLab des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung ihr sehr erfolgreiches Jugend forscht Projekt „Heiliges See-diment – DNA-Untersuchung“ durchgeführt. Sie untersuchten den Zusammenhang zwischen Bakterien-DNA und Umweltbedingungen für das Fallbeispiel Heiliger See Potsdam über die vergangenen 300 Jahre an einem Sedimentbohrkern. Hierbei wurden sie von Prof. Achim Brauer, Leiter der damaligen Sektion „Klimadynamik und Landschaftsentwicklung“, und Prof. Susanne Liebner, Arbeitsgruppenleiterin in der Sektion „Geomikrobiologie“ unterstützt. Die Schülerinnen konnten zeigen, dass die Zusammensetzung bakterieller Gemeinschaften im Heiligen See stark durch klimatische Veränderungen, menschliche Einflüsse wie Abwasser und Bauprojekte sowie hydrologische Eingriffe geprägt ist.
Nachdem sie im Jugend forscht Wettbewerb im Bereich Biologie bereits auf Regionalebene den 1. Platz und auf Landesebene den 2. Platz gewonnen hatten, wurden sie nun mit dem 2. Preis der Dr. Hans Riegel-Stiftung im Bereich Biologie ausgezeichnet. Er wird in Kooperation mit fünfzehn deutschen und sechs österreichischen Universitäten für herausragende MINT-Projekte (Mathematik-Informatik-Naturwissenschaften-Technik) von Schüler:innen der Sekundarstufe II verliehen.
Bakterien-DNA hilft bei der Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen
Ziel der Arbeit war es, mithilfe von Umwelt-DNA aus einem Sedimentkern des Heiligen Sees in Potsdam zu untersuchen, wie sich bakterielle Gemeinschaften in den letzten ca. 300 Jahren verändert haben und welche Rückschlüsse sich daraus auf frühere Umwelt- und Klimabedingungen ergeben. Da bestimmte Bakterienarten nur unter bestimmten Bedingungen vorkommen, sollten ihre Häufigkeit und Zusammensetzung als Indikatoren für historische Entwicklungen im See dienen.
Die Analysen fanden im GeoBioLab am GFZ statt. Nach der Konzentrationsmessung der Proben wurden diese in einer Sequenzierbibliothek untersucht. Besonders Cyanobakterien erwiesen sich als zuverlässige Umweltindikatoren.
Die Ergebnisse der Arbeit deuten zum Beispiel darauf hin, dass es in den 1870er Jahren vermehrt Nährstoffeinträge über den Stadtkanal gegeben hat, einhergehend mit einer mangelnden Abwasserentsorgung und möglicherweise auch mit Bauaktivitäten z. B. der Kirche am Bassinplatz. 1944 wurde die höchste mikrobielle Artenvielfalt gemessen. In diesem Jahr verzeichnete Potsdam einen der wärmsten Sommer des Jahrhunderts. Im Zeitraum der 1960er bis 1980er Jahre kam es zu einer Zunahme von Cyanobakterien. Im selben Zeitraum wurde der See zu einem mehr oder weniger abgeschlossenen System, da der Hasengraben geschlossen wurde. Das hat zur Anreicherung von Nährstoffen im See beigetragen, wodurch sich die Bedingungen für Cyanobakterienwachstum verbessert haben. Ab ca. 2000 kam es zu einer Zunahme potenziell giftiger Cyanobakterien wie Microcystaceae, vermutlich durch Klimaerwärmung und Eutrophierung.
Die Arbeit belegt, dass Umwelt-DNA eine wertvolle Methode zur Rekonstruktion historischer Umweltbedingungen sein kann – mit Relevanz auch für zukünftige Entwicklungen wie den Anstieg potenziell toxischer Bakterien infolge der Erderwärmung.
Hintergrund zum Projekt
Die Arbeit an dem Projekt erstreckte sich von Herbst 2023 bis Frühling 2025, die Laborarbeit im GeoBioLab fand insbesondere von Januar 2024 bis Januar 2025 statt.
Die Kooperation des Bertha-von-Suttner-Gymnasiums mit dem GFZ entstand zwischen der betreuenden Lehrkraft Dr. Jochen Woller und Prof. Dr. Achim Brauer, damaliger Leiter der damaligen Sektion „Klimadynamik und Landschaftsentwicklung“, jetzt Gast in der Sektion „Geomorphologie“.
Die Arbeit im Labor des GeoBioLab fand unter der Leitung von Prof. Dr. Susanne Liebner, Arbeitsgruppenleiterin in der Sektion 3.3 „Geomikrobiologie“ statt. Weitere Unterstützung kam durch Anke Saborowski, technische Mitarbeiterin der Sektion, Dr. Alexander Bartholomäus, Leiter Bioinformatik der Sektion, und Amy Senf, studentische Hilfskraft in der Sektion.
Die Auszeichnungen für das Projekt:
Jugend Forscht
1. Preis im Bereich Biologie des Regionalwettbewerbs Brandenburg Ost in Wildau bei EWE am 28.02.2025
2. Preis im Bereich Biologie des Landeswettbewerbs Brandenburg in Schwarzheide bei BASF am 01.04.2025
Preisverleihung am 12.06.2025 in der Stadt- und Landesbibliothek Potsdam, organisiert von der Uni Potsdam
Die Dr. Hans Riegel-Fachpreise werden von 15 deutschen und österreichischen Universitäten in Kooperation mit der Dr. Hans Riegel-Stiftung bzw. der Kaiserschild-Stiftung verliehen. Sie zeichnen besonders gute abschließende Arbeiten von Schüler:innen kurz vor dem Abitur bzw. der Matura aus. Die schulischen Leistungen auf universitärem Niveau werden durch eine Fachjury ausgewählt und mit Geldpreisen geehrt.
Ziel des Wettbewerbs ist, junge Talente im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich zu fördern und frühzeitig den Kontakt zur Hochschule und entsprechenden Fördermöglichkeiten herzustellen. Außerdem wird der Austausch zwischen den Bildungsträgern Schule und Universität unterstützt und so eine bessere Nachwuchsförderung erreicht.
Stifter des Preises ist Dr. Hans Riegel, der Gründer der Haribo-Unternehmensgruppe.