Wie steuert man einen Kran? Wie wird ein Medikament entwickelt? Und wie lässt sich ein Wirbelsturm vorhersagen? 20 Schüler übten sich beim 8. bdw-Forschungscamp in Ulm in angewandter Wissenschaft.
SCHWEINELEBER SCHNEIDEN und Auberginen schälen – das klingt nicht gerade nach faszinierender Forschung und moderner Technik. Wenn es mit einem Laser geschieht, sieht die Sache schon anders aus. Mit einer Schutzbrille auf der Nase und dem sogenannten Er:YAG-Laser in der Hand durfte jeder Jugendliche, der beim 8. bdw-Forschungscamp dabei war, einer Aubergine auf die Pelle rücken. Das gebündelte Licht einfach draufhalten – und schon verschwindet die oberste Schicht des violetten Gemüses Punkt für Punkt. „Der Laser bleibt an der Oberfläche und trägt nur etwa acht Mikrometer der Schale ab”, erklärte David Saal vom Ulmer Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM). Tief ins Fleisch schneidet hingegen der CO2-Laser, wie Saals Kollege Thomas Stegmayer eindrucksvoll und geruchsintensiv an einer Schweineleber demonstrierte.
Aubergine und Leber dienten freilich nur als Versuchsobjekte. In der Praxis ersetzt der am ILM entwickelte Er:YAG-Infrarotlaser bei vielen Zahnärzten bereits den Bohrer und entfernt Karies und Zahnstein schmerzfrei. Auch der CO2-Laser ist täglich im Einsatz: Chirurgen verwenden ihn als Skalpell. Zum Zertrümmern von Nierensteinen und zum berührungslosen Messen von dreidimensionalen Objekten werden ebenfalls Laser verwendet. Ingenieure, Physiker, Biologen und Mediziner entwickeln die Wunderwaffen am Institut für Lasertechnologien gemeinsam von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung weiter.
Das Laserinstitut war die erste Station der Forschungscamper auf ihrer einwöchigen Erkundungstour. Die Jugendlichen zwischen 15 und 18 Jahren besuchten die Wissenschaftsstadt Ulm auf Einladung von bild der wissenschaft und der Industrie- und Handelskammer (IHK). Von Kiel bis Rosenheim, von Aachen bis Leipzig – aus allen Ecken der Bundesrepublik waren die Schüler angereist und verzichteten für das Camp auf Faulenzer-Ferien.
tiefpunkte einkalkuliert
Welchen praktischen Nutzen Forschung haben kann, schaute sich die Gruppe bei der weltweit größten Pharmafirma in privater Hand an: bei Boehringer Ingelheim in Biberach. Hier ist man unter anderem auf die Entwicklung von Biopharmazeutika spezialisiert. Das bedeutet: Die Wissenschaftler forschen nicht nur an chemischen Substanzen, sondern auch an Proteinen. Genetisch veränderte Hamster- und Mäusezellkulturen dienen dabei als Produzenten von medizinisch wirksamen Substanzen. Das funktioniert wie bei gentechnisch veränderten Bakterien, die Insulin herstellen. Der Produktionsdruck bei Boehringer Ingelheim ist hoch: Etwa alle anderthalb Jahre will das Pharmaunternehmen ein neues Medikament auf den Markt bringen, um die teure Forschung finanzieren zu können. Doch leicht ist das nicht: Bis zu zwölf Jahre gehen von der Entdeckung bis zur Zulassung eines Wirkstoffs ins Land. Und nur einer von 100 000 Wirkstoffen wird überhaupt zum Medikament. „Wer forschen will, braucht einen langen Atem und muss auch mit Tiefpunkten zurechtkommen”, erklärte der Laborleiter Thorsten Lehmann-Lintz den Jugendlichen.
Wie die Produktion der Wirkstoffe mithilfe von biotechnischen Verfahren funktioniert, lernten die Jungen und Mädchen dann bei einem Exklusivbesuch in den Labors von Boehringer Ingelheim – ausgestattet mit Schutzbrillen und weißen Kitteln. In Experimenten probierten sie aus, was die Laboranten hier täglich tun: das Reinigen von Proteinen. Die Eiweiße schwimmen zunächst im Bioreaktor in einer Nährlösung. Im Labor befreit man sie dann von Verunreinigungen, bevor sie extrahiert werden. So erhält man aus einem Liter Flüssigkeit etwa ein bis zwei Gramm reinen Wirkstoff, mit dem Krebserkrankungen oder Herzinfarkte behandelt werden können.
BIOCHEMIE STATT FRANZÖSISCH
Der 15-jährige Tim Dafler aus Buxtehude ergriff die Gelegenheit, sich nach der Ausbildung zum Biologielaboranten zu erkundigen. „Ich will unbedingt Bio und Chemie als Leistungskurse nehmen. Das Lernen fällt mir nicht sonderlich schwer”, meinte der Zehntklässler. Auch Carolin Haupts aus Aachen fand den Besuch bei Boehringer Ingelheim sehr lohnend: „Ich habe eine Vorliebe für Biochemie und in der Schule den naturwissenschaftlichen Zweig gewählt statt Französisch.”
In die Forschung möchte die Elftklässlerin aber nicht unbedingt gehen: „Ich will viel mit Menschen zu tun haben, deshalb werde ich lieber Lehrerin. Aber vielleicht kann ich auch beides miteinander verbinden.” Der spätere Besuch im BioLab – einem „Gen-Labor” der Landesstiftung Baden-Württemberg, das in einem umgebauten Lkw durch das Bundesland tourt – war nicht nur für die beiden spannend. Auch die anderen Nachwuchsforscher hatten Spaß dran, echte DNA-Schnipsel zu analysieren, um einem fingierten Mörder auf die Spur zu kommen.
Doch nicht alle Stationen waren gleich so begehrt wie das Genlabor. Was macht dieses unaussprechliche Forschungsinstitut „ UZWR” auf unserem Ferienprogramm, fragten sich manche Schüler. „ Ulmer Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen” – geht’s eigentlich noch langweiliger? Mathe ist oft ein echter Knochenjob – besonders für Ulrich Simon: Der Ingenieur versucht mit mathematischen Formeln herauszufinden, wie sich die Knochenheilung nach einem Bruch verbessern lässt. „Ich kann am Computer simulieren, wann wo neuer Knochen entsteht. Dann probiere ich aus, ob der Nagel, der den Knochen von innen stabilisiert – statt eines Gipses von außen – , steifer oder weicher, dicker oder dünner sein muss, ohne den Patienten zu quälen”, erklärte Simon, der auch Geschäftsführer des interdisziplinären Forschungszentrums ist.
MATHEMATIKER SIND BEGEHRT
Sein Kollege Paul Körbitz hatte nicht minder Interessantes zu bieten: Unter seiner Anleitung setzten sich die Schüler im „ Trading Room” an die PCs und loggten sich in das Informationssystem „Bloomberg” ein. Damit können die Mathematiker den internationalen Aktienmarkt mit nur 15 Minuten Verzögerung verfolgen. „Wir schauen uns die Kursverläufe der Vergangenheit an, um spezielle Rechenmodelle zu überprüfen”, erklärte der Doktorand. Ulm ist Vorreiter, was die Wirtschaftsmathematik betrifft: 1977 entstand hier das erste Institut in Deutschland. Wie wichtig Mathematik für die Wirtschaft ist, zeigt sich jetzt in Zeiten der Krise: „Gerade haben einige Banken zusätzliche Mathematiker im Risiko-Management eingestellt”, weiß Karsten Urban, Direktor des Instituts für Numerische Mathematik und Sprecher des UZWR.
Gefragt sind die Rechenmeister aus Ulm auch bei der großen „ Versicherung der Versicherer” Münchener Rück. In einem Kooperationsprojekt simulieren Mitarbeiter des Instituts für Stochastik bereits seit vier Jahren tropische Wirbelstürme, um vorhersagen zu können, mit welcher Wahrscheinlichkeit an welchem Ort ein Sturm in Zukunft auftreten wird. „Der Hurrikan Katrina war eine der teuersten Naturkatastrophe aller Zeiten, weil die Verkettung der Umstände so ungünstig war und der Sturm auf das tief liegende New Orleans traf”, erklärte Jonas Rumpf. Millionen von Zugbahnen möglicher Wirbelstürme hat der Doktorand inzwischen in seinem Rechner. Wie man sich einem Pulk von Wirbelstürmen mathematisch nähert, sollten die Schüler dann selbst überlegen. Für diese Aufgabe bekamen die Wissenschaftler eine gute Note von den Jugendlichen: Schön, dass nicht alles vorgekaut war!
Sogar für die Wahrscheinlichkeitsrechnung konnten sich die Schüler begeistern: Im Unterricht gebe es immer nur Urnen- und Würfelspiele und das sei furchtbar langweilig. Ginge es nach Maria Maily, hätte es ruhig noch abstrakter werden dürfen. Die 17-jährige Realschülerin aus Landshut ist fest entschlossen, ein mathematisches Studium zu ergreifen – und für sie kann es nicht theoretisch genug sein. „Wenn alles klappt, werde ich ab Herbst in England das internationale Abitur machen. Danach will ich Mathematik oder Informatik studieren”, erzählte sie – und holte sich bei Karsten Urban gleich ein paar Tipps fürs Studium. Mathe liege in der Familie, meint Maria Maily. Ihr Vater ist Ingenieur, und auch ihr kleiner Bruder ist ganz scharf aufs Rechnen.
MIT DER S-KLASSE AUF DIE AUTOBAHN
Was wäre eine Woche in der Forschung ohne neue Technologien? Im Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle Ulm lernten die Schüler an sieben verschiedenen Stationen, was der emissionsfreie Wärme- und Stromlieferant leisten kann und wo noch Entwicklungsbedarf besteht. Sie erfuhren: Brennstoffzellen können kurzfristig eine sehr hohe Leistung erbringen, dienen mancherorts schon als Notstromaggregate und werden derzeit als Antrieb für Fahrzeuge erprobt. Ein Fahrzeug der besonderen Art lernten die Jugendlichen dann im Daimler Forschungszentrum kennen. Mit einer neuen Version der S-Klasse, die erst seit Juni auf dem Markt ist, flitzten einige von ihnen als Beifahrer schon Mitte April über die Autobahn. Abgesehen von der hochtechnologischen Ausstattung und dem besonderen Komfort hatte das Auto noch ein Extra zu bieten: Es kann Straßenschilder erkennen – zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen – und den Fahrer warnen.
Im Schulungszentrum des Kranherstellers Liebherr in Biberach saßen ein paar Forschungscamper dann selbst am Steuer – besser gesagt: am Schalter. „Der sogenannte Totmannschalter merkt, wenn er nicht bedient wird und schaltet in diesem Fall die Steuerung aus. Ungewollte Kranbewegungen werden so verhindert.” Damit erklärte Markus Münst, warum man diesen Schalter immer in der Hand behalten muss, wenn man in luftiger Höhe von bis zu 100 Meter tonnenschwere Gewichte manövriert. „Kräne sind der Dreh- und Angelpunkt auf jeder Baustelle”, betonte Diplomingenieur und Geschäftsführer Horst Zerza. Rund 10 000 Kräne sind täglich weltweit im Einsatz. Angefangen hat Liebherr mit dem ersten Kran 1949 im Nachkriegsdeutschland. Heute vermietet und verkauft das mittelständische Familienunternehmen rund hundert verschiedene Krantypen. Im wörtlichen Sinn ein Höhepunkt des Besuchs war es, als zwei Schüler in der kleinen Fahrerkabine eines Krans bis ganz nach oben fahren durften. ■
von Cornelia Varwig
NACHWUCHSFÖRDERUNG: WO DIE JUGEND FORSCHT
Unter dem Motto „Wir suchen die Forscher von morgen!” rief der ehemalige stern-Chefredakteur Henri Nannen 1965 erstmals zur Teilnahme am Wettbewerb „Jugend forscht” auf. In der ersten Runde beteiligten sich gerade mal 244 Schüler. Über 40 Jahre später im Schuljahr 2007/2008 gab es mehr als 10 000 Anmeldungen. Doch haben solche Initiativen auch langfristig Erfolg? Eine Auswertung der biografischen Daten der 445 „Jugend forscht”-Bundessieger ergab, dass sich knapp 90 Prozent von ihnen für ein mathematisches, natur- oder ingenieurwissenschaftliches Fach entschieden haben – wie die Leibnizpreisträgerin Gisela Anton. Sie war 1975 Bundessiegerin in Physik und ist heute Inhaberin des Lehrstuhls für Experimentalphysik an der Universität Erlangen-Nürnberg.
Bis 2013 werden laut Bundesregierung in Deutschland 330 000 Akademiker fehlen, deshalb wird kräftig in den Nachwuchs investiert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) steckt dieses Jahr knapp 26 Millionen Euro in verschiedene Programme. Im „Haus der kleinen Forscher” experimentieren Kindergartenkinder. In der vom BMBF geförderten Initiative der Helmholtz-Gemeinschaft, Mc Kinsey, Siemens und der Dietmar Hopp Stiftung werden Erzieherinnen geschult, wie sie naturwissenschaftliche Phänomene spielerisch vermitteln können. Die Initiative ist in zwölf Bundesländern aktiv.
Die Europäische Kommission investiert in Projekte an Grundschulen, um das forschende Lernen zu fördern. Beim Projekt „ TuWaS!” (Technik und Naturwissenschaften an Schulen!) lernen Grundschullehrer, wie sich Experimente im Unterricht spannend durchführen lassen.
Beim Wettbewerb „Stadt der jungen Forscher”, einem Projekt der Körber-Stiftung, Robert Bosch Stiftung und der Deutschen Telekom Stiftung, wird seit diesem Jahr eine Stadt gekürt, die sich vorbildlich dafür einsetzt, junge Menschen für die Wissenschaft zu begeistern. Gewinner 2009 ist Göttingen, für 2010 wurde bereits Gießen gekürt. Ein Erfolgsmodell sind die über 80 Kinder-Unis. In halbstündigen Vorlesungen werden spannende Themen kindgerecht präsentiert. Ganz nebenbei sollen so die Studenten von morgen gewonnen werden.
Mädchen sind dabei besonders gern gesehen. Sie haben im Schnitt bessere Schulabschlüsse als Jungs – doch viele schöpfen ihre Möglichkeiten nach wie vor nicht aus. Um ihr Potenzial zu fördern, hat das BMBF mit 40 Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft die Initiative „Komm, mach MINT!” gegründet. Das Ziel: mehr junge Frauen für MINT-Berufe – im Umfeld von Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik – zu begeistern. Auch der alljährliche „Girls-Day – Mädchen-Zukunftstag”, gefördert von Bund und EU, gibt Schülerinnen Einblicke in diese Berufsfelder. sah
MEHR ZUM THEMA
INTERNET
Informationen zu diversen Aktivitäten zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses:
www.haus-der-kleinen-forscher.de
www.tuwas-deutschland.de
natworking.bosch-stiftung.de/content/
language1/html/index.asp
www.biolab-bw.de
www.explore-science.info
www.stadt-der-jungen-forscher.de
www.die-kinder-uni.de
www.komm-mach-mint.de
www.girls-day.de
www.jugend-forscht.de
„MAN MÜSSTE ES ERFINDEN”
Welchen Wert haben Initiativen wie das Schüler-Forschungscamp für Wissenschaft und Wirtschaft?
Man müsste das Forschungscamp erfinden, wenn es das nicht schon gäbe. Für junge Menschen ist es eine hervorragende Gelegenheit, Wissenschaft aus erster Hand zu erleben. Wenn sich junge Menschen für Technik und Naturwissenschaft interessieren, profitieren Wissenschaft und Wirtschaft gleichermaßen.
Was tut die IHK Ulm außerdem zur Förderung des forschenden Nachwuchses?
Mit unserem Projekt „Faszination Technik” wollen wir Kinder und Jugendliche vom Kindergarten über die Grundschule bis zu den weiterführenden Schulen für Naturwissenschaften und Technik begeistern. Für dieses Projekt hat unsere Vollversammlung in einem Bildungsfonds eine Million Euro zur Verfügung gestellt. In Kindergärten haben wir beispielsweise bereits 600 Erzieherinnen in Kooperation mit dem „Haus der kleinen Forscher” weitergebildet.
Wie wichtig ist die Wissenschaft für den Wirtschaftsstandort Ulm?
Die IHK-Region Ulm ist einer der dynamischsten Wirtschaftsräume in Deutschland mit der niedrigsten Arbeitslosenquote. Den Erfolg der Region bestimmen mehrere Faktoren. Die Wissenschaft zählt zweifelsohne dazu. Wir haben mit einer Universität und drei Hochschulen eine sehr gute Infrastruktur.
Welche Hebel setzt die IHK Ulm in Bewegung, um gegen die Wirtschaftskrise vorzugehen?
Das Knüpfen von Netzwerken und die Stärkung von Clustern ist zurzeit besonders wichtig. Mit dem ZIM, dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand, der Bundesregierung und den Innovationsgutscheinen der Landesregierung haben wir zusätzliche Förderinstrumente an der Hand.
