BioGad

Desarrollo del proyecto

Marco técnico
Uso del robot submarino ROV SUBastian del Schmidt Ocean Institute

Generación y selección de ideas
Lluvia de ideas: más propuestas de proyectos que estudiantes
Cada propuesta formulada con hipótesis y metodología
Comentarios y evaluación científica por parte de Monika Bright
Muchas ideas fueron descartadas debido a:

Ejemplos de ideas descartadas
Influencia del chile/wasabi en gusanos tubícolas
Inyección de colorantes en gusanos tubícolas
Reacción de los gusanos tubícolas a estímulos mecánicos
Germinación de semillas bajo presión
Reacciones a cambios de temperatura y agua dulce
Colonización por comunidades animales

Aspectos de aprendizaje para la clase escolar
La ciencia debe ser planificable de forma realista
Responsabilidad ética en la investigación
Relevancia de la financiación y análisis coste-beneficio
Límites de la investigación escolar en la ciencia real
Metodología científica: formulación de hipótesis, planificación de experimentos, reflexión

Perspectiva
En el próximo episodio: materiales y métodos, realización incluyendo transmisiones en directo

Más información

Hábitats extremos:

https://rudolphina.univie.ac.at/extreme-lebensraeume (18.07.25, 11:23)

Arqueas en sedimentos a 120 °C:

https://mt-portal.de/aktuell/unter-welchen-bedingungen-mikroben-im-ozean-ueberleben/ (18.07.25, 11:24) 

Schmidt Ocean Institute:

https://schmidtocean.org/person/monika-bright/ (18.07.25, 11:25)

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Allgemeine Informationen

• Zeitraum des Unterrichtsprojekts: Schuljahr 2022/23 - Planung, Durchführung im Juli 2023, Schuljahr 2023/24 Auswertung
• Planungsteam: Klasse 5A (9. Schulstufe) des Realgymnasiums, Ulrike Randl-Gadora, Monika Bright
• Ort der Forschung: Ostpazifik, 2500 m Tiefe am Mittelozeanischen Rücken bei Hydrothermalschloten (Schwarzen Rauchern)
• Besonderheit: Während des Projekts wurde von Monika Bright und ihrem Team ein bis dahin unbekanntes Ökosystem im Meeresboden entdeckt

Projektverlauf

Technischer Rahmen

• Einsatz des Tauchroboters ROV SUBastian vom Schmidt Ocean Institute

Ideenfindung und Auswahl

• Brainstorming: Mehr Projektideen als Schüler*innen
• Jede Idee mit Hypothese und Methodik formuliert
• Feedback und wissenschaftliche Einschätzung durch Monika Bright
• Viele Ideen wurden verworfen aufgrund von:

Beispiele für verworfene Ideen

• Einfluss von Chili/Wasabi auf Röhrenwürmer
• Farbstoff-Injektion in Röhrenwürmer
• Reaktion von Röhrenwürmern auf mechanische Reize
• Keimfähigkeit von Samen unter Druck
• Reaktionen auf Temperaturveränderungen und Süßwasser
• Ansiedlung von Tiergesellschaften

Lernaspekte für die Schulklasse

• Wissenschaft muss realistisch planbar sein
• Ethische Verantwortung in der Forschung
• Relevanz von Fördergeldern und Kosten-Nutzen-Abwägung
• Grenzen schulischer Forschung in realer Wissenschaft
• Wissenschaftliche Methodik: Hypothesenbildung, Versuchsplanung, Reflexion

Ausblick

• In der nächsten Folge: Material und Methoden, Durchführung inklusive Livestreams

Weitere Informationen

Extreme Lebensräume:

https://rudolphina.univie.ac.at/extreme-lebensraeume

Archaeen in 120 °C heißem Sediment: 

https://mt-portal.de/aktuell/unter-welchen-bedingungen-mikroben-im-ozean-ueberleben/

Schmidt Ocean Institute: 

https://schmidtocean.org/person/monika-bright/

Ein Hinweis: Diese Episode erscheint am Sonntag, 20. Juli d.J. um 12 Uhr (MEZ) in spanischer Sprache. 

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This episode describes the second part of the evolutionary history of how prokaryotes harnessed energy.

Stage 5: Increased efficiency of electron transport systems
Stage 6: Return flow of protons for ATP synthesis
Stage 7: Reduction of CO₂ to obtain carbon – reducing agents unavailable
Stage 8: New strategies for hydrogen (H₂) acquisition
– Use of deep-sea volcanoes, chemosynthesis
– Rock transformation
– Use of radioactive radiation

Stage 9: Use of UV light (beginning of photosynthesis)
– Green sulphur bacteria used hydrogen sulphide and developed a new reducing agent
– Cyanobacteria used water

Stage 10: Two coupled photosystems
Stage 11: Detoxification and utilisation of oxygen
Stage 12: Endosymbiosis – origin of mitochondria
Stage 13: Endosymbiosis – origin of chloroplasts and eukaryotes

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Diese Episode beschreibt den zweiten Teil der Entwicklungsgeschichte zur Nutzbarmachung von Energie durch Prokaryoten. 

• Stadium 5: Effizienzsteigerung der Elektronentransportsysteme
• Stadium 6: Rückführung von Protonen zur ATP-Synthese
• Stadium 7: Reduktion von CO₂ zur Kohlenstoffgewinnung, Reduktionsmittel fehlt
• Stadium 8: Neue Strategien zur H₂-Gewinnung
• Nutzung von Tiefseevulkanen, Chemosynthese
• Gesteinsumwandlung
• Nutzung von radioaktiver Strahlung
• Stadium 9: Nutzung von UV-Licht (Beginn der Photosynthese)
• Grüne Schwefelbakterien nutzen Schwefelwasserstoff und entwickelten ein neues Reduktionsmittel
• Cyanobakterien nutzten Wasser
• Stadium 10: Zwei gekoppelte Photosysteme
• Stadium 11: Entgiftung und Nutzung von Sauerstoff
• Stadium 12: Endosymbiose – Ursprung der Mitochondrien
• Stadium 13: Endosymbiose – Ursprung von Chloroplasten und Eukaryonten

Weitere Informationen

Black smoker: 

http://www.vulkane.net/vulkanismus/geysire/blacksmoker.html

Extreme Lebensräume:

https://rudolphina.univie.ac.at/extreme-lebensraeume

Kohlenstoffkreislauf unter hohem Druck: 

https://medienportal.univie.ac.at/media/aktuelle-pressemeldungen/detailansicht/artikel/hoher-wasserdruck-hemmt-tiefsee-mikroorganismen/

Asgard-Archaeen - Vorfahren der Eukaryonten: 

https://www.nature.com/articles/d41586-020-00039-y

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Evolution of Bioenergetics – with a Focus on Prokaryotes
Hadean Eon (4.6–4 billion years ago): Chemical evolution → Prerequisite for complex biomolecules
Archaean Eon (from approx. 4 billion years ago): Biological evolution: Emergence of the first prokaryotes and energy production

13 Stages of Bioenergetic Evolution
Stage 0: Initial conditions
Stage 1: Glycolysis
Stage 2: Binding of H⁺ to organic molecules
Stage 3: Proton pump
Stage 4: Electron transport chain develops

Prokaryotes as “inventors”
Geology and fossils
Challenges
Chemical foundation: Redox reactions

Precambrian period:

https://anthrowiki.at/Pr%C3%A4kambrium (17.04.25, 10:31)

Black Smoker: 

https://www.vulkane.net/vulkanismus/geysire/blacksmoker.html (17.04.2025, 15:32)

Dark oxygen in the deep sea (electrolysis of H2O by manganese nodules):

https://www.scinexx.de/news/geowissen/tiefsee-erzeugt-dunklen-sauerstoff/(16.05.2025, 09:43)

AI: Translation by ChatGPT and Text to Speech by ElevenLabs

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• Evolution der Bioenergetik – mit Fokus auf Prokaryonten.
• Hadaikum (4,6–4 Mrd. Jahre): Chemische Evolution: → Voraussetzung für komplexe Biomoleküle
• Archaikum (ab ca. 4 Mrd. Jahren): Biologische Evolution: Entstehung erster Prokaryonten und Energiegewinnung
• 13 Stufen der bioenergetischen Evolution
• Stadium 0: Ausgangslage
• Stadium 1: Glykolyse
• Stadium 2: Bindung von H⁺ an organische Moleküle
• Stadium 3: Protonenpumpe
• Stadium 4: Elektronentransportkette entsteht
• Prokaryonten als „Erfinder“
• Geologie und Fossilien
• Herausforderungen
• Chemie-Fundament: Redox-Reaktionen

Fazit

• Prokaryonten revolutionierten die Energienutzung.
• Ihre Innovationen (Glykolyse, Protonenpumpen, Redoxsysteme) bereiteten den Weg für komplexes Leben.
• Die Bioenergetik ist der Schlüssel zur Entstehung der Vielfalt des Lebens

Black Smoker:

http://www.vulkane.net/vulkanismus/geysire/blacksmoker.html

Dark oxygen in the deep sea: 

https://www.scinexx.de/news/geowissen/tiefsee-erzeugt-dunklen-sauerstoff/

Achtung: Eine englische Übersetzung (ChatGPT) dieser Episode wird am 6. Juli um 12:00 (MEZ) veröffentlicht - gesprochen von der KI "Alice" (ElevenLabs)

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• Comparison of Prokaryotes and Eukaryotes: Structural Features and Cell Types
• Movement and Cell Walls in Prokaryotes and Eukaryotes
• Internal Cell Structure and Organelles
• Genetic Material and Ribosomes
• Ecological and Biotechnological Importance of Prokaryotes
• Special Cases: Thiomargarita magnifica and Thermus aquaticus
• Structure of Eukaryotic Cells and the Role of the Nucleus
• Protists and the Tendency Towards Multicellularity
• The Endosymbiotic Theory and the Evolution of Organelles
• Differences Between Plant and Animal Cells
• Autotrophy vs. Heterotrophy: Energy Acquisition in Organisms
• Communication and Defence in Plant Cells
• Unique Organelles in Animal Cells
• The Role of Mitochondria and Plastids in Cellular Energy Supply
• Intracellular Division of Labour and Its Evolutionary Significanc
• From Unicellular to Multicellular: Examples of Cellular Cooperation
• Etymology

Further information:

Cell walls of algae:

https://www-archiv.fdm.uni-hamburg.de/b-online/d26/26d.htm

Green algae:

https://www.u-helmich.de/bio/botanik/Systematik/Algen/Gruenalgen.html

Fossil microalgae (Protocodium sinense):

https://www.researchgate.net/figure/Detailed-anatomy-of-Protocodium-sinense-and-comparison-with-modern-Codium-a-NWULJG_fig3_363697338

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1. Thema und Ziel

• Das Thema der Podcastfolge ist die Systematik und Taxonomie in der Biologie, also die Einteilung und Benennung von Organismen.
• Es wird erklärt, wie sich das Ordnungssystem im Laufe der Zeit verändert hat und welche Fachbegriffe verwendet werden.

2. Historische Entwicklung der Einteilung

3. Moderne Systematik: Die drei Domänen

4. Notwendigkeit der Systematik

5. Hierarchische Einteilung
Domäne → Reich → Stamm → Klasse → Ordnung → Familie → Gattung → Art → Unterart

6. Art, Spezies und Fortpflanzungsbarrieren

7. Unterarten und Subspezies

8. Einteilung von Bakterien in Stämme

9. Binäre Nomenklatur

10. Etymologie wichtiger Begriffe

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1. Historische Entdeckungen und bedeutende Persönlichkeiten

• Robert Hooke (1665) prägte den Begriff cellula.
• Antonie van Leeuwenhoek (Tuchhändler) beobachtete erstmals einzellige Organismen und Spermien.
• Robert Brown entdeckte 1827 die Brown’sche Molekularbewegung und prägte den Begriff Nucleus (Zellkern).
• Matthias Schleiden und Theodor Schwann entwickelten 1838 die Zelltheorie: Alle Lebewesen bestehen aus Zellen.
• Robert Remak erkannte als Erster die Zellteilung, also dass neue Zellen nur aus bestehenden Zellen entstehen – später von Rudolf Virchow unter dem Satz „Omnis cellula e cellula“ verbreitet.
• Walther Flemming führte die Begriffe Mitose und Chromatin ein.
• Heinrich Waldeyer-Hartz benannte das Chromosom.
• Eduard Strasburger untersuchte die pflanzliche Zellkernteilung.
• Camillo Golgi entdeckte den Golgi-Apparat und erhielt 1906 den Nobelpreis.
• Robert Koch (1905 Nobelpreis) forschte zu Infektionskrankheiten.
• Thomas Hunt Morgan (1933 Nobelpreis) erforschte die Struktur der Chromosomen.
• Francis Crick, James Watson, Maurice Wilkins (1962 Nobelpreis) entdeckten die DNA-Struktur. 
• Anmerkung: Rosalind Franklin wird in dieser Folge (noch) nicht erwähnt. 
• Thomas Brock erforschte hyperthermophile Bakterien.
• Carl Woese erkannte die Archaeen als eigene Domäne des Lebens.
• Ōsumi Yoshinori (2016 Nobelpreis) entdeckte die Autophagie.
• Johanna Gassler, junge österreichische Stammzellforscherin, untersucht die Differenzierung von Zellen aus einer befruchteten Eizelle.

2. Frauen in der Wissenschaft

• Die Benachteiligung von Frauen in der akademischen Bildung wird thematisiert.
• In Österreich durften Frauen erst Ende des 19. Jahrhunderts studieren, das Geschlechterverhältnis war lange extrem unausgeglichen.
• Heute studieren mehr Frauen als Männer, doch in höheren akademischen Positionen und Gehaltsstufen dominieren weiterhin Männer.

3. Bedeutung technischer Entwicklungen

• Viele Fortschritte in der Zellforschung basieren auf mikroskopischen Innovationen:
• Antonie van Leeuwenhoek perfektionierte Linsenschliff (300-fache Vergrößerung).
• Joseph Jackson Lister reduzierte mit Doppel-Linsen die chromatische Aberration.
• Ernst Ruska und Max Knoll erfanden das Elektronenmikroskop (ab 1930).

4. Wissenschaft und Technik – auch durch Laien

• Viele Entdeckungen stammen von Laien (z. B. Tuch- und Weinhändler), deren technische Begabung und Neugier entscheidend waren.
• Der wissenschaftliche Fortschritt ist eng mit interdisziplinärer Zusammenarbeit und technischer Entwicklung verbunden.

5. Entwicklung der Zelltheorie

• Die Zelltheorie wurde 1838 von Schleiden und Schwann formuliert.
• Remak erkannte durch Studien an Hühner- und Froscheiern die Mitose.
• Virchow übernahm diese Erkenntnisse und popularisierte sie unter dem Leitsatz „Omnis cellula e cellula“.
• Die Zellteilung als universeller biologischer Prozess wurde dadurch wissenschaftlich verankert.

6. Moderne Zellforschung

• Heute stehen molekularbiologische Fragen im Mittelpunkt.
• Interdisziplinäre Teams und modernste Technik ermöglichen Einblicke bis auf molekulare Ebene.
• Der Erkenntnisweg ist selten linear – Kreativität, Ausdauer und Bereitschaft zu Umwegen sind entscheidend.

Fazit:
Die Erforschung der Zelle ist eine Geschichte voller Neugier, technischer Innovation, Zusammenarbeit – und auch Ungerechtigkeit. Der Satz „Omnis cellula e cellula“ markiert einen Wendepunkt in der Biologie: Das Leben entsteht nicht spontan, sondern durch Zellteilung – ein Prinzip, das heute noch Grundlage der Biowissenschaften ist.

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Ulrike Randl-Gadora behandelt in dieser Folge die Grundlagen, Größen und Formen von Zellen.

Sie erklärt, dass Zellen wie eine „Einrichtung“ für einen Organismus sind und dass Einzeller alle notwendigen Aufgaben in einer Zelle erledigen müssen, während vielzellige Organismen diese Aufgaben auf verschiedene Zellen aufteilen. Die Wissenschaft, die sich mit Zellen beschäftigt, nennt man Cytologie, während Histologie die Wissenschaft der Zellformen und Gewebe ist. Auch auf krankhaft veränderte Zellen geht sie ein und verweist auf die Wichtigkeit von Zellen in verschiedenen Berufsfeldern wie Onkologie, Pathologie, Molekularbiologie oder Stammzellenforschung.

Sie bespricht auch die Sichtbarkeit von Zellen und nennt die kleinsten bekannten Zellen, wie Nanoarchaeum equitans oder Mykoplasmen, und das größte Zellbeispiel, die Eizelle. Sie spricht auch über das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges, das benötigt wird, um Zellen sichtbar zu machen, und erläutert die mathematischen Konzepte hinter Zellgrößen. Sie erklärt, warum Zellen eine begrenzte Größe haben: Das Verhältnis zwischen Zelloberfläche und -volumen ist entscheidend, da größere Zellen nicht effizient genug in der Nährstoffaufnahme und Kommunikation wären.

Abschließend veranschaulicht Randl-Gadora diese Konzepte anhand einfacher mathematischer Berechnungen und erklärt, wie das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen auch auf den gesamten Körperbau und die Lebensweise von Organismen Einfluss nimmt.

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