- Das KFG
- Schulprofil
- Fachbereiche
- Schulleben
- Informationen
- Termine
-
MINT-AG am KFG
Die MINT AG unter der Leitung von Herrn Severin und Frau Brück blickt zurück auf ein erstes Jahr seit der Gründung. Die Schüler*innen der 7. Bis 9. Klassen haben sich mit naturwissenschaftlichen Inhalten beschäftigt und sind etwa den Spuren von Mikroplastik gefolgt. Dabei wurden diverse Materialien – etwa Eislöffel, Kosmetika oder Pullover – zerlegt und untersucht. Mit Stereolupen, Mikroskopen und den beiden Fluoreszenzmikroskopen unserer Schule war es möglich, schädliches Mikroplastik nachzuweisen und sich Gedanken über die ökologischen Zusammenhänge zu machen. Das Arbeiten in der kleinen Gruppe hat allen Beteiligten viel Spaß gemacht. Auch im kommenden Jahr wollen die meisten Schüler*innen der AG weiterhin mitarbeiten und die Umgebung erforschen.
Impuls zur Werte- und Konfliktanalyse am Beispiel der PID - Vortrag und Diskussion mit Prof. Dr. Lanzerath
In den aktuell Corona-geprägten Zeiten prallen unterschiedliche Sichtweisen aufeinander: die Freiheit als absoluter Wert und die Verantwortung des Einzelnen für die Gesellschaft.
In einem gemeinsamen Projekt haben die Fachbereiche Biologie, Kath. Religion und Philosophie des Erzb. Kardinal-Frings-Gymnasium in Bonn Anfang Februar 2022 versucht, allen Schülerinnen und Schülern der Stufe 11 einen zusätzlichen Impuls zur Werte- und Konfliktanalyse zu geben. Dazu wurde Prof. Dr. Dirk Lanzerath, Geschäftsführer des Deutschen Referenzzentrums für Ethik in den Biowissenschaften (DRZE) in Bonn, eingeladen. Am Beispiel der sog. Präimplantationsdiagnostik (PID) erläuterte Prof. Lanzerath den 125 anwesenden Schülerinnen und Schülern verschiedene Aspekte dieses Themenfeldes und stellte sich der anschließenden Diskussion.
Der Koalitionsvertrag der neuen Bundesregierung verdeutlicht die Aktualität des Themas: So hat man sich jüngst auf neue Regularien zur reproduktiven Selbstbestimmung geeinigt. Künstliche Befruchtung soll diskriminierungsfrei auch bei Verwendung von Spermien eines anonymen Spenders, unabhängig von medizinischer Indikation, Familienstand und sexueller Identität förderfähig sein. Eine Kommission zur reproduktiven Selbstbestimmung und Fortpflanzungsmedizin soll eingesetzt werden. Es ist also zu erwarten, dass dieses Thema in den nächsten vier Jahren in der Öffentlichkeit neu diskutiert wird.
Als katholische Schule hat das KFG den Auftrag, die Schülerinnen und Schüler zu verantwortlicher Weltgestaltung zu erziehen. Sie sollen zur Übernahme von Verantwortung für sich selbst und für andere ermutigt werden. Daher hat die Schule Prof. Lanzerath eingeladen, um Orientierung für die komplexe Werte- und Konfliktanalyse des Themas zu geben.
In seinem Vortrag „Präimplantationsdiagnostik und die damit verbundene Frage nach dem Beginn des menschlichen Lebens‟ stand nach einer Einführung in die medizinisch-naturwissenschaftlichen sowie die aktuellen rechtlichen Aspekte der PID letztlich die ethische Beurteilung der PID im Mittelpunkt. In der ethischen Debatte um die Verfahren der PID sei die Frage, ob und wenn ja, in welchem Ausmaß durch die Verfahren der PID mögliche Schutzansprüche des Embryos verletzt würden, ein wesentlicher Aspekt. Zugrunde liegt dieser Diskussion die Frage nach dem (Zeit-)Punkt, von dem an dem Embryo Rechte und Schutz zugesprochen werden.
Aufmerksam und konzentriert folgten die Schülerinnen und Schüler dem Vortrag mit seiner spannenden Gegenüberstellung von Positionen und Argumenten. Zunehmend entwickelten sie eine begründbare eigene Haltung zu diesem vieldimensionalen Problemfeld. Ebenso wichtig war aber auch, dass die Schülerinnen und Schüler im Sinne eines Perspektivwechsels andere Positionen nachvollziehen und damit die eigene Position ausschärfen bzw. kritisch hinterfragen konnten.
Im Wesentlichen wurden zwei Grundpositionen unterschieden: So kann man dem menschlichen Embryo bereits von Beginn an die Schutzwürdigkeit des geborenen Menschen zusprechen. Alternativ könnte man, abhängig vom Erreichen einer bestimmten Entwicklungsstufe, den Embryo in abgestufter Weise als schutzwürdig ansehen.
Prof. Lanzerath ordnete die im wissenschaftlichen Diskurs angeführten Argumente für eine volle oder abgestufte Schutzwürdigkeit vier Argumentationstypen zu. Nach den Anfangsbuchstaben ihrer Schlagworte, dem Speziesargument, dem Kontinuitätsargument, dem Identitätsargument und dem Potentialitätsargument, werden diese häufig als SKIP-Argumente bezeichnet.
Ein weiterer Aspekt des Vortrags war der Wandel im Anwendungsspektrum der reproduktionsmedizinischen Techniken. Während bei ihrem ursprünglichen Anwendungsgebiet das Herbeiführen einer Schwangerschaft und damit letztlich die Geburt eines Kindes das Ziel sei, würden sie im Rahmen der PID eher als Sozialtechnik zur Selektion von Embryonen mit bestimmten Befunden genutzt. Das Ziel sei hier zunächst Selektion, erst in zweiter Linie Schwangerschaft und Geburt eines Kindes, bei dem ein bestimmtes Merkmal ausgeschlossen werden solle.
Lanzerath diskutierte mit den KFG-Schülerinnen und Schüler in diesem Zusammengang, wie sehr in der heutigen Zeit das „Funktionieren‟ von Menschen, nicht nur in Grenzsituationen, erwartet wird. Immer dann, wenn eine eher funktionalistische Gesellschaft ein „perfektionistisches Gesundheitsideal‟ als erstrebenswert ansieht, bestünde die Gefahr, Anormalität zu pathologisieren.
In einem Exkurs machte Prof. Lanzerath darauf aufmerksam, dass z.B. nach dem US-Diagnosehandbuch DSM-5 von 2013 diskutiert werde, eine „anhaltende Trauerstörung“ als eigenständiges Krankheitsbild aufzunehmen. Wenn jemand noch zwei Wochen nach dem Tod einer nahestehenden Person trauere, könne er laut DSM-5 bereits eine Depressionsdiagnose erhalten. Wer sechs Monate nach dem Tod einer nahestehenden Person immer noch trauert, könne diese Person als psychisch krank eingestuft werden.
Am Ende der 90-minütigen gewinnbringenden Veranstaltung verabschiedeten die Schülerinnen und Schüler den Referenten mit großem Beifall.
Weiterführende Informationen
MINT und Ethik – neue AG startet am KFG
Viele Umweltthemen berühren neben naturwissenschaftlichen auch ethische Aspekte. Mikroplastik ist beispielsweise ein Thema, das unser Konsumverhalten, unsere Verantwortung für unsere Umwelt und deren Entwicklung anspricht, aber gleichzeitig auch die Wissenschaft vor Herausforderungen stellt. Wenn euch solche Themen interessieren, seid ihr richtig in der neuen AG „MINT und Ethik“, die seit diesem Schuljahr am KFG für die Jahrgangsstufe 7, 8 und 9 angeboten wird. Unter dem Fluoreszenzmikroskop könnt ihr beobachten, wo Mikroplastik vorkommt und wie es von Lebewesen aufgenommen wird. Mehr Informationen zur neuen AG findet ihr im Link – Frau Brück und Herr Dr. Severin freuen sich auf eure Anmeldung!
Innovation im Bereich der Fluoreszenzmikroskopie am KFG
Im Frühjahr 2021 freute sich die Fachschaft Biologie über ein weiteres Fluoreszenzmikroskop, das als großzügige Spende den Schulalltag bereichert. Das Gerät wurde der Schule, ebenso wie die beiden Vorgängermodelle von einem großzügigen anonymen Spender, zur Verfügung gestellt.
Verbunden mit der Installation des neuen Gerätes war die Rückgabe des ältesten Fluoreszenzmikroskops, so dass die Schule weiterhin über zwei dieser außergewöhnlichen und leistungsstarken Geräte verfügt.
Das Axioplan 2 bietet zahlreiche Möglichkeiten der Bildverarbeitung, beispielsweise können mit geringem Aufwand dreidimensionale Darstellungen mikroskopischer Objekte erstellt werden. Für den Unterricht ist es besonders angenehm, dass das neue Fluoreszenzmikroskop neben der hochauflösenden Schwarz-Weiß-Kamera auch über eine Farbkamera verfügt, so dass sowohl Hellfeld- als auch Fluoreszenzbilder genauso auf den Großbildschirm übertragen werden können, wie sie im Mikroskop sichtbar sind.
Das Gerät wird im Unterricht vielfältig eingesetzt, so kann man es beispielsweise in der Zellbiologie zur Darstellung der Zellorganellen sowie der Kernteilungsvorgänge eingesetzt werden. Ebenso findet es Verwendung in der Ökologie, bei der Darstellung von Einzeller, der Untersuchung und dem Nachweis von Mikroplastik - beispielweise in Rheinwasserproben - sowie der Neurobiologie, wo man die Struktur und Verschaltung der Nervenzellen nachvollziehen kann. Auch im Differenzierungsunterricht der Stufen 8 und 9 wird das Mikroskop im Rahmen des Kurses „Mikroskopie“ eingesetzt, um die Prinzipien der Fluoreszenzmikroskopie zu vermitteln. Im Kurs „Signale und Systeme“ wird das Thema „Bildverar-beitung“ in einem eigenen Workshop vertieft. Für zukünftige Projektwochen ist ein Einsatz des Gerätes im Projektbereich „Mikroplastik“ geplant.
Ein herzlicher Dank geht erneut an Herrn Dr. Josten, der das neue Mikroskop aufgebaut hat, das Kollegium im Umgang geschult hat und auch während der Lockdown-Phase für die Schüler*innen des Differenzierungskurses einen Videoworkshop zum Thema „Bildverarbeitung in der Fluoreszenzmikrokopie“ angeboten hat.
Die Fachschaft freut sich auf den vielfältigen Einsatz des Axioplans 2 im Unterricht und hofft, dass es zukünftig auch wieder in Arbeitsgemeinschaften und Projekten gewinnbringend genutzt werden kann.
Kerstin Holbe, Larissa Pauly und Jörg Severin
Workshop zur Bildverarbeitung im NW-Unterricht
Unter dem Halbjahresthema „Information und Kommunikation“ geht es im NW-Differenzierungs-Unterricht um die Erzeugung, Aufnahme und Verarbeitung akustischer, elektrischer und optischer Signale. Beim Differenzierungsunterricht in Naturwissenschaften (Stufen 8 und 9) soll das fächerübergreifende, experimentelle und projektorientierte Arbeiten im Vordergrund stehen. Dank einer Spende bzw. Leihgabe von zwei hochwertigen Fluoreszenz-Mikroskopen mit Personal-Computern und Auswertungssoftware konnten diese Ziele im Rahmen eines dreistündigen Workshops in idealer Weise umgesetzt werden.
Zum Einstieg stellte Herr Dr. Josten von unserem Kooperationspartner ZEISS in einer PowerPoint-Präsentation sehr anschaulich und gut verständlich vor, welche Probleme entstehen, wenn man aus einem Stapel von Schnittbildern die räumliche Lage biologischer Strukturen rekonstruieren möchte. Hierzu muss vorausgeschickt werden, dass für diese Form der Bildverarbeitung fluoreszierende Präparate und spezielle Mikroskope erforderlich sind. Mit den üblicherweise in der Schule eingesetzten Durchlicht-Mikroskopen lassen sich keine räumlichen Bilder erzeugen. Fluoreszenz-Mikroskope strahlen energiereiches Licht auf das Präparat. Innerhalb des Präparates sind interessierende Strukturen mit Antikörpern, an die ein fluoreszierender Farbstoff gekoppelt wurde, markiert worden. Die Farbstoffe nehmen das eingestrahlte Licht auf (Absorption) und strahlen energieärmeres Licht in alle Richtungen ab.
Es entstehen innerhalb des Präparats Punkte, die in einer Farbe leuchten. Werden verschiedene Antikörper mit unterschiedlichen Fluoreszenz-Farbstoffen verwendet, entstehen mehrfarbige Bilder. Beim Mikroskopieren stellt man jeweils eine Schnittebene des Präparates so ein, dass man die Details dieser Ebene scharf abbildet. Verändert man den Abstand zwischen Präparat und Objektiv, erscheinen die vorher gesehenen Strukturen unscharf (verschwommen) und Details einer anderen Schnittebene sind erkennbar. In jeder Schärfeebene beeinflussen die Strukturen oberhalb und unterhalb dieser Ebene die optische Abbildung. Diese Strukturen verändern den Weg des eingestrahlten und des durch Fluoreszenz abgegebenen Lichtes. Aufgrund der Welleneigenschaften des Lichtes treten Beugungen und Interferenzen (gegenseitige Verstärkungen bzw. Auslöschungen) auf. Hier konnte Herr Dr. Josten in seinem Vortrag auf das Vorwissen aus dem Kurshalbjahr 9.1 zurückgreifen. Im Rahmen des Kurses „Mikroskopie“ hatten die Schülerinnen und Schüler bereits kennengelernt, dass das Strahlenmodell des Lichtes an Grenzen stößt. So lässt sich die begrenzte Auflösung aller Mikroskope nur verstehen, wenn man das Licht als Welle, ähnlich einer Wasserwelle, betrachtet. Die durch die Welleneigenschaften des Lichtes bedingten Probleme bei der Bildverarbeitung lassen sich mit Hilfe eines mathematischen Verfahrens angehen. Die Rohdaten der einzelnen Schnittbilder werden einer sogenannten Dekonvolution unterzogen, um die beschriebenen Störungen herauszurechnen und zur tatsächlichen räumlichen Struktur des Objektes zu gelangen.
Im praktischen Teil des Workshops wurden die erworbenen Kenntnisse angewendet. Als Objekt wurde in Vorversuchen ein Präparat, in dem Zentromere mit fluoreszierenden Antikörpern markiert waren, ausgewählt. Zentromere sind die Regionen von Chromosomen, die die Schwesterchromatiden zusammenhalten und an denen die Spindelfasern bei der Kernteilung ansetzen. Dieses und andere Präparate zu Zellorganellen, die über Immunfluoreszenz sichtbar gemacht werden, wurden uns freundlicherweise von der Firma EUROIMMUN Medizinische Labordiagnostika AG zur Verfügung gestellt.
Aufgeteilt in zwei Untergruppen konnten die Schüler*innen unter Anleitung an den beiden Fluoreszenz-Mikroskopen arbeiten und dabei die Objektsuche, die Vergrößerungsschritte und dem Umgang mit der AXIOVISION-Software zur Steuerung und Auswertung lernen. Es wurden 50 Schnittbilder erzeugt und gespeichert. Der YouTube-Film Zentromer-Bilderstapel zeigt die aufeinander folgenden Schnittbilder des Zentromer-Präparates. Man „schwebt“ von oben nach unten durch die 50 einzelnen Schärfeebenen. Aus den gewonnenen Rohdaten wurde zuerst ohne Dekonvolution ein räumliches Bild rekonstruiert. Die Software ermöglicht Drehungen des Bildquaders in allen Raumrichtungen. Der Film Zentromer 3D-Rohdaten zeigt ein dreidimensionales Gebilde mit grün leuchtenden „Wolken“. Der sogenannte Uhrglaseffekt ist erkennbar: Ausgehend von den hell leuchtenden Zentromeren entstehen zwei kegelförmige leuchtende Strukturen.
Der Film Zentromer Konvolution zeigt das rekonstruierte dreidimensionale Bild nach Durchführung der Dekonvolution. Die leuchtenden Bereiche sind eng eingegrenzt und entsprechen der tatsächlichen Größe und Anordnung der Zellorganellen. Zum Vergleich von Rohdaten und mathematisch bearbeiteten Bildern sind zwei Schnittebenen (Mittelebene 25 und Randebene 50) dargestellt. Im Rohdaten-Bild 25 sind die Zentromere innerhalb einer leuchtenden Umgebung zu sehen, während nach Dekonvolution (DCV) die nur noch die punktförmigen Zellstrukturen erkennbar sind. Im Randbereich (Ebene 50) treten optische Effekte auf, obwohl keine Zentromere mehr vorhanden sind. Diese Lichteffekte verschwinden nach der Dekonvolution vollständig.
Zum Ende des Workshops verblieb noch Zeit, an weiteren Objekten die Möglichkeiten der Bildverarbeitung aufzuzeigen. Zwei Beispiele sollen das verdeutlichen. Das Präparat zur Kernteilung zeigt eine Dreifachfärbung von Erbsubstanz, Spindelfasern und den Eiweißen, die für Anbindung der Chromosomen an die Fasern verantwortlich sind. Im Film Kernteilung Bilderstapel wird wie beim Zentromeren-Präparat der Stapel übereinander liegender Bildebenen gezeigt. Dabei sind die unterschiedlichen Teilungsstadien gut erkennbar.
Das zweite Beispiel demonstriert die zeitliche Dimension der Bildverarbeitung. Der Film Euglena Phasenkontrast zeigt die Bewegung des Augengeißelträgers Euglena in der Phasenkontrastmikroskopie. Dieses mikroskopische Verfahren bildet über Kontrastverstärkung viele Zellstrukturen detailliert ab, insbesondere die rotierende Geißel, von der der Einzeller angetrieben wird.
Dieser Workshop wäre ohne zahlreiche Unterstützungen nicht möglich gewesen, Wir danken herzlich für die anonyme Spende bzw. Leihgabe der beiden Fluoreszenzmikroskope und die Bereitstellung der Software sowie den Support durch die Firma ZEISS. Der Förderverein des KFG und der Schulträger haben dankenswerterweise die Computer und Bildschirme zu den Mikroskopen finanziert. Der Firma EUROIMMUN Medzinische Labordiagnostik AG und verschiedenen Instituten der Universität Bonn danken wir für die freundliche Überlassung von Fluoreszenz-Präparaten. Ein besonderer Dank gilt Herrn Dr. Josten von der Firma ZEISS für die hervorragende Betreuung unserer Schule und die wiederholte Durchführung von Workshops, die unsere Schülerinnen und Schüler für die Naturwissenschaft begeistern.
Dr. Jörg Severin