Самостоятельно проводить биохимические эксперименты и знакомиться с новыми областями биологии

Прежде всего: участие в углубленном курсе биологии не является обязательным условием — здесь речь идет о личном интересе и внешкольной активности! Международная олимпиада по биологии (IBO) — это ежегодный конкурс для школьников, состоящий из четырёх туров. Четыре лучших немецких учащихся, успешно прошедших письменные тесты на знания и практические лабораторные работы, отправляются на финальный этап в страну, принимающую данную олимпиаду. В этом году это Япония (Нагасаки).

В этом году, участвуя в конкурсе впервые, я прошла во второй тур и, войдя в число десяти лучших учащихся из Гессена, получила возможность посетить четырехдневный региональный семинар в Техническом университете Дармштадта. На протяжении всего времени меня курировал д-р Дитмар фон дер Ахе, который в школе «Штайнмюле» является контактным лицом по вопросам школьных олимпиад в области биологии.

Требования, выходящие за рамки школьной программы

В первом туре задаются четыре открытых задания из всех разделов биологии. Уровень сложности превышает школьную программу, однако при решении заданий разрешается использовать любую специализированную литературу. Представленные решения в форме курсовой работы проверяются курирующим учителем. Для меня решение принять участие в олимпиаде по биологии не было связано с ожиданием обязательно выйти в третий и четвёртый туры. В первую очередь я хотел воспользоваться возможностью попробовать свои силы в решении более сложных задач в области биологии, поскольку после сдачи выпускных экзаменов я планирую поступить на медицинский факультет и люблю ставить перед собой новые вызовы.

На первый этап необходимо заложить больше времени, однако для меня это окупилось: я не только приобрел новые знания в области ботаники, генетики, зоологии, физиологии, систематики и биохимии, но и попрактиковался в написании научной работы.

В этом году во второй тур прошла примерно половина всех участников. За примерно два часа им предстояло решить 30 заданий с выбором ответов и восемь более сложных задач. Для эффективной подготовки к этому весьма сложному тесту рекомендуется воспользоваться доступными материалами на сайте IBO или экзаменационными заданиями прошлых лет, чтобы ознакомиться с форматом тестирования. В целом могу сказать, что для этого этапа не существует абсолютно надежной подготовки, поскольку некоторые вопросы содержат требования, которые представляют сложность даже для учителей биологии с высшим образованием в этой области.

Заключительная презентация

Затем 10 лучших участников из Гессена, прошедших во второй раунд, будут приглашены в Дармштадт в качестве «награды за проделанную работу». Работая в парах под руководством и при поддержке преподавателя, мы имели возможность создавать бактериальные культуры, измерять и фиксировать их рост, а также самостоятельно проводить такие биохимические процедуры, как выделение плазмид, полимеразную цепную реакцию (ПЦР) и гель-электрофорез. В один из четырёх дней нам предоставили возможность в небольших группах познакомиться с другими областями биологии и активно опробовать более сложные методы работы в этой области. Помимо таких тем, как нейрофизиология (измерение потенциалов действия нейронов), флуоресцентная и электронная микроскопия (изучение принципов работы и их тестирование) и методы анализа РНК (вестерн-блоттинг), мы также познакомились с методами визуализации живых клеток. Мой опыт в области микроскопии живых клеток оказался весьма положительным, поскольку нас отлично наставляли, а ответственный профессор даже лично уделил время, чтобы ответить на наши вопросы. Завершением мероприятия стали краткие презентации каждой из небольших групп, в которых они поделились своими выводами по результатам отдельных экспериментов.

Работа в лаборатории Технического университета Дармштадта очень приятно меня удивила, и, поскольку стажировка проходит без оценки успеваемости, я действительно могу её только порекомендовать!

Призыв к участию

Вниманию всех заинтересованных учащихся старших классов: если вы в этом году также хотите воспользоваться возможностью проверить свои силы и, приняв участие в олимпиаде, не только подтвердить свою квалификацию по биологии, но и получить практический опыт работы в университетской лаборатории под руководством профессионального преподавателя, обратитесь к своему учителю биологии и уже в апреле приступайте к выполнению заданий первого тура Биологической олимпиады этого года! Желаю вам удовольствия и успехов! (Мои результаты: 1-й тур — 13-е место в Гессене, 182-е место из 1165 по Германии; 2-й тур — 6-е место в Гессене, 54-е место из 518 по Германии)

(Каролин Мауэрсбергер)

В этом году школа «Штайнмюле» представила в общей сложности шесть проектов на региональных конкурсах в Лолларе и Касселе. Целых три команды заняли первые места и тем самым прошли отбор на земельные конкурсы в Дармштадте и Касселе в категории «Учащиеся проводят эксперименты». Три команды завоевали специальный приз.

Особое внимание заслуживает участие команд из разных классов — от младших до старших. Два раза в соревновании принимал участие 6-й класс, по одному разу — 8-й, 9-й, 11-й и 13-й классы. Разнообразны были и предметные области: исследования и эксперименты проводились трижды в рамках биологии и по одному разу в рамках химии, физики, а также географии и космических наук.

Леонард Бергер, Матс Эгбринг и Леонтин Шмидт — шестиклассники, которые в рамках конкурса «Ученики проводят эксперименты» под руководством преподавателей д-ра Ютты Тёль-Борсдорф и д-ра Дитмара фон дер Ахе заняли первое место в номинации «Гео- и пространственные науки», а также получили специальный приз в области экологических технологий. Они сравнили экологически чистые поля с обычными. В ходе исследования они проанализировали в общей сложности почти 20 проб почвы и установили, что экологически чистые поля выгодно отличаются как низким содержанием нитратов, так и способностью связывать и вновь высвобождать питательные вещества. На традиционных полях, и особенно на тех, которые удобрялись навозной жижей, почти повсеместно наблюдались вызывающие опасения уровни нитратов и нитритов. Жюри сочло, что тема, работа и её результаты заслуживают наивысшего возможного места. Теперь участники отправятся на региональный конкурс в Кассель.

Недостаток кислорода в обуви

Мортен Кёлер, Бенджамин Шуль и Джошуа Видер из 9-го класса решили выяснить, почему грелки в лыжных ботинках не работают. Во время лыжного отдыха в Штайнмюле у этих трёх учеников замерзли ноги, и они заметили, что грелки для ног, которые должны были помочь, работают крайне плохо. Они тщательно изучили химическую реакцию и, в частности, путем измерения кривых температуры и содержания кислорода, установили, что в лыжных ботинках просто недостаточно кислорода. Из-за этого желаемая реакция быстро прекращается.

Под руководством учительницы д-ра Ютты Тёль-Борсдорф они использовали датчики температуры, управляемые с помощью смартфона, а также датчик кислорода, управляемый с помощью Arduino. Платы микроконтроллеров Arduino впервые были представлены в школе «Штайнмюле» Мальте Климчаком в рамках факультатива по технике и смогли быть использованы здесь также для решения химических задач. Эти трое учащихся также заняли 1-е место по химии за лучший междисциплинарный проект и теперь с нетерпением ждут участия в региональном конкурсе в Дармштадте.

Как мучные жуки «разлагают» пенополистирол

Клара Мюллер, Мари Энглерт и Дженнифер Вебер из 11-го класса под руководством д-ра Дитмара фон дер Ахе исследовали вопрос о том, участвуют ли бактерии кишечной флоры личинок мучного жука в разложении пенополистирола. Ученицы наблюдали за пищевым поведением личинок мучного жука (Tenebrio molitor) в различных условиях. С помощью методов молекулярной биологии (ПЦР, геномная и ПЦР-изоляция ДНК, количественное определение ДНК с помощью фотометра, гель-электрофорез, секвенирование гена 16S РНК, выполненное компанией eurofins genomics, Эберсберг) они исследовали 230 различных бактериальных клонов из кишечной флоры личинок на предмет их родства и способности к разложению стирола. В ходе исследования они обнаружили несколько бактериальных клонов из семейства Enterobacteriaceae, способных разлагать пластик в питательной среде. Геном одного из этих клонов (клон № 43) был полностью секвенирован (около 6 миллионов пар оснований) по заказу компании «Eurofins Genomics» с целью поиска в геноме кодирующих участков для ферментов, которые могли бы участвовать в разложении стирола. Учащиеся также представили возможный механизм химического процесса разложения стирола. В качестве специального приза тройка получила годовую подписку на научный журнал «Bild der Wissenschaft».

Установление контактов с университетом в рамках конкурса

Ронья Розенкранц из 13-го класса сумела убедить жюри в области физики. Она исследовала, как происходит изменение голоса при вдыхании гелия. Учащиеся задались этим вопросом на занятиях по курсу «NaUnt» в 5-м классе под руководством учительницы д-ра Ютты Тёль-Борсдорф. Ронья быстро заметила, что объяснение, которое можно прочитать практически везде, верно лишь отчасти, а само явление гораздо сложнее, чем казалось. Она разработала различные экспериментальные установки, чтобы разобраться в этом вопросе до конца. Жюри особо отметило весьма научный подход к решению этой задачи. Благодаря конкурсу быстро установились контакты с Марбургским университетом, благодаря чему теперь стало возможным проводить измерения в отделении фониатрии. Первое место по физике за этот проект и специальный приз по акустике означают для Рони Розенкранц также право на участие в региональном конкурсе в Дармштадте.

Что нравится дождевому червю

В рамках конкурса «Ученики проводят эксперименты» под руководством д-ра Дитмара фон дер Ахе юные исследовательницы Тереза Дингес (6b класс) и София Рогош (6c класс) изучали возможное влияние дождевого червя на почву и климат. В рамках этого проекта школьницы тщательно изучили поведение местного дождевого червя Lumbricus terrestris и его взаимодействие с почвенными бактериями. В ходе исследования они выяснили:

• тип почвы, который предпочитает дождевой червь
• какие характеристики почвы он избегает (уровень pH, известковые, песчаные почвы и т. д.)
• что дождевой червь, взаимодействуя с почвенными бактериями, производит в почве значительные объемы парникового газа CO2.
• что семейства бактерий, обитающие в почве, отличаются от тех, которые встречаются в экскрементах дождевых червей.

Среда обитания лошадиной кожи

Силас Крюгер и Ян Фоллмер (оба из 8-го класса «c») хотели поближе познакомиться с «жизнью на коже лошади». Под руководством д-ра Дитмара фон дер Ахе учащиеся исследовали различные участки кожи двух лошадей (кожа, ушная раковина, нос, пасть) на наличие бактерий, так называемого микробиома. В ходе исследования они обнаружили, что летний микробиом значительно отличается от зимнего, то есть летом на различных участках кожи обнаруживаются другие семейства бактерий, чем зимой. Это соответствует различиям в функциях кожи в различных климатических условиях.