Wie man den Metaorganismus in die Schule bringt

CAU-Forschende untersuchen am Beispiel des Kieler Darwintages, wie die Vermittlung neuartiger biologischer Inhalte an Schülerinnen und Schüler besser gelingen kann

In den Lebenswissenschaften hat sich in den vergangenen Jahrzehnten ein grundlegender Perspektivwechsel vollzogen, durch den Mikroorganismen nicht mehr vorwiegend als Krankheitserreger, sondern vielmehr als notwendige und hilfreiche Partner des Menschen und der meisten übrigen Lebewesen betrachtet werden. Getrieben durch gewaltige Fortschritte in den Analysetechnologien, vor allem zur Untersuchung großer Mengen von Erbinformationen, hat sich das noch junge Fachgebiet der Mikrobiomforschung etabliert: Es untersucht einen Wirtsorganismus und seine besiedelnden Mikroorganismen in ihren diversen Wechselwirkungen. Die ganzheitliche Betrachtung eines solchen Metaorganismus, bestehend aus einem vielzelligen Lebewesen und der als Mikrobiom bezeichneten Gesamtheit seiner mikrobiellen Symbionten, dient einerseits dem besseren Verständnis grundlegender Lebensprozesse. Andererseits birgt die Entschlüsselung der hochkomplexen Interaktionen zwischen Wirtslebewesen und Mikroben möglicherweise den Schlüssel zur Bekämpfung gravierender Zivilisationskrankheiten.

Während in der Wissenschaft diese neue Sichtweise vielfältig untersucht wird und zu neuen unerwarteten Ergebnissen führt, ist die Vermittlung der aktuellen Erkenntnisse in der schulischen Bildung momentan noch nicht angekommen. In den deutschen Lehrplänen spielen das Metaorganismus-Konzept und das Mikrobiom wie viele andere jüngere lebenswissenschaftliche Erkenntnisse kaum eine Rolle. Auch in der breiten Öffentlichkeit ist dieses Konzept noch weitgehend unbekannt. An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben sich Forschende aus den Naturwissenschaften mit Kolleginnen und Kollegen aus der Bildungsforschung zusammengetan, um diese Diskrepanz zu untersuchen und die Lücke künftig schrittweise zu schließen. Am Beispiel des Kieler Darwintages in 2018, einer unter anderem vom Kiel Evolution Center (KEC) jährlich durchgeführten Wissenschaftskommunikationsveranstaltung für Schülerinnen und Schüler, haben sie untersucht, wie sich die Vermittlung neuer biologischer Forschungsinhalte an Jugendliche optimieren lässt. Das interdisziplinäre Team vom KEC und Kiel Science Outreach Campus (KiSOC) veröffentlichte seine Ergebnisse kürzlich in der Zeitschrift des Verbandes Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland (VBIO) Biologie in unserer Zeit.

Vernetzung von Forschung und Unterricht
Die Veranstaltungsreihe des Darwintages an der CAU existiert seit 2009 und wird jährlich im Herbst vom KEC und dem Zoologischen Museum Kiel veranstaltet. Jedes Jahr nehmen daran rund 1.200 Schülerinnen und Schüler vornehmlich aus ganz Schleswig-Holstein teil. Auch in diesem Jahr findet die Veranstaltung statt, und zwar als digitales Angebot mit einer Übertragung per Online-Streaming. Die genauen Themen des außerschulischen Lernorttages variieren, haben aber immer einen evolutionsbiologischen Bezug. Pro Veranstaltung gibt es in der Regel fünf allgemein verständliche Vorträge, mit denen die Dozentinnen und Dozenten bereits früh das Interesse der Schülerinnen und Schüler für die Naturwissenschaften allgemein und die Biologie und Evolutionsforschung im Speziellen wecken möchten. „Wir haben uns in der kürzlich publizierten Arbeit auf den Darwintag 2018 zum Thema Metaorganismus-Forschung konzentriert und dessen Durchführung begleitet und ausgewertet“, sagt Christina Claussen, KiSOC-Doktorandin am Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) in Kiel.

Dieses Forschungsgebiet ist an der Kieler Universität prominent durch den Sonderforschungsbereich (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“ vertreten. Am Beispiel des Metaorganismus-Themas haben die Autorinnen und Autoren exemplarisch untersucht, wie sich aktuelle Forschungsinhalte mit den evolutionsdidaktischen Leitlinien in den schleswig-holsteinischen Schulen verknüpfen lassen und welche Effekte die Veranstaltung bewirkt. „Mit dem Darwintag wollen wir ein spezifisch auf Schülerinnen und Schüler zugeschnittenes Format der Wissenschaftskommunikation anbieten. Als außerschulisches Lernangebot soll es den Unterricht ergänzen, um neben der Vermittlung von Wissen eine Vernetzung von Wissenschaft und Unterricht zu schaffen. So soll es künftig gelingen, auch komplexe Fachkenntnisse wie die Interaktionen von Wirtslebewesen und Mikroorganismen bereits frühzeitig weiterzugeben“, so Professor Hinrich Schulenburg, Evolutionsbiologe, Leiter des KEC und SFB 1182-Mitglied.

Unterrichtsbegleitende Vertiefung
Um das Bildungspotenzial des Darwintages für die Schülerinnen und Schüler noch weiter ausschöpfen zu können, haben die Forschenden vom KiSOC unterrichtsbegleitende Materialien entwickelt. In je einer Vor- und Nachbereitungsstunde hatten die Jugendlichen die Möglichkeit, sich zunächst in Gruppenarbeit bereits vorab mit den in der Metaorganismus-Forschung genutzten Modellorganismen wie etwa Süßwasserpolypen, Fadenwürmern oder Schwämmen zu befassen. Nach der Veranstaltung konnten sie das Gelernte in einer selbständig durchgeführten Übung anwenden. In einer kreativen Arbeit haben sie dabei die im Zusammenspiel von Wirtslebewesen und Mikroben ablaufenden zellulären Prozesse visualisiert (youtu.be/_5_wkMKCC38). Die dabei genutzte Stop-Motion-Filmtechnik ließ einerseits Raum für Kreativität, andererseits erschien sie als besonders geeignet, um komplexe biologische Prozesse sichtbar zu machen und deren Abläufe zu verstehen. Die entwickelten Unterrichtsmaterialien stehen online allen Interessierten zur Verfügung (metaorganismus.kisoc.de) und können auch unabhängig vom Darwintag im Unterricht eingesetzt werden.

Third Mission: Vertrauen in die Wissenschaft stärken
In welcher Weise der Darwintag und das damit verbundene Rahmenprogramm bei den Schülerinnen und Schülern Wirkung zeigte, untersuchte das Forschungsteam in einer begleitenden Evaluation. An der Schnittstelle zwischen Wissenschaftskommunikation, Naturwissenschaftsdidaktik und aktueller Forschung erhoben die Bildungsforschenden einerseits, wie die Veranstaltung das Fachwissen der Schülerinnen und Schüler förderte. Andererseits erfragten sie, ob die mit dem Format verbundenen Einblicke das Vertrauen der Jugendlichen in die Wissenschaft vergrößerte. „Der Darwintag vertiefte nachweisbar das Wissen über und Verständnis für die Biologie“, fasst Claussen zusammen. Von großem zusätzlichen Wert sei zudem, dass die Veranstaltung spürbar das Vertrauen der Jugendlichen in die Wissenschaft steigere.

„In einer zunehmend wissenschaftsskeptischen Zeit zeigt dieses Ergebnis besonders den gesellschaftlichen Stellenwert der Wissenschaftskommunikation bereits im schulischen Bereich“, fasst Professorin Kerstin Kremer zusammen. „Mit der Durchführung und Optimierung dafür genutzter Formate, beispielsweise des Kieler Darwintages, können Naturwissenschaften und Didaktik gemeinsam einen wichtigen Beitrag zur Third Mission leisten und damit die Akzeptanz von Wissenschaft in der Gesellschaft bereits früh fördern“, so Kremer weiter.

Originalarbeit:
Christina Claussen, Jana Madlen Knapp, Martina Kapitza, Andrea Bernholt, Hinrich Schulenburg, Kerstin Kremer (2020): Metaorganismusforschung trifft Schule – Wissenschaftskommunikation an der Universität zu Kiel. Biologie in unserer Zeit DOI: 10.1002/biuz.202010713

Über den KiSOC:
Im Kiel Science Outreach Campus (KiSOC) untersuchen wir, wie sich die Bedeutung und die Ergebnisse von Wissenschaft verständlich vermitteln lassen. Dazu schauen wir uns in verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten an, wie Formate der Wissenschaftsvermittlung konzipiert sind und untersuchen ihre Wirkung. Hierunter fallen beispielsweise multimediale Lernumgebungen, wissenschaftliche Ausstellungen oder Angebote in Schülerlaboren. Auch die Weiterentwicklung sowie die Evaluierung der Präsentationsformate stehen im Fokus unserer Forschung.

Über das KEC:
Das „Kiel Evolution Center“ (KEC) als interaktive Wissenschaftsplattform an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) setzt sich zum Ziel, Evolutionsforscherinnen und -forscher in der Region Kiel besser zu koordinieren. Daneben sollen unter dem Schlüsselbegriff „Translationale Evolutionsforschung“ gezielt Brücken zwischen Grundlagenforschung und Anwendung geschlagen werden. Neben der Förderung der Wissenschaft stehen ausdrücklich auch Lehre und Öffentlichkeitsarbeit im Fokus des „Kiel Evolution Center“. Daran beteiligt sind neben der CAU auch Forschende vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, dem Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön (MPI EB) und dem Forschungszentrum Borstel (FZB), Leibniz-Zentrum für Medizin und Biowissenschaften.

Fotos/Abbildungen stehen zum Download bereit:
www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2020/227-claussen-biuz-vortrag.jpg
Bildunterschrift: Die Vortragenden des Darwintages möchten das Interesse der Schülerinnen und Schüler für die Biologie und Evolutionsforschung wecken. © Christian Urban, Uni Kiel

www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2020/227-claussen-biuz-zuhoerer.jpg
Bildunterschrift: Rund 1.200 Schülerinnen und Schüler aus Schleswig-Holstein nehmen Jahr für Jahr am Kieler Darwintag teil.
© Dr. Sabrina Köhler, Uni Kiel

www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2020/227-claussen-biuz-schulenburg.jpg
Bildunterschrift: Der Evolutionsbiologe und Mit-Initiator Professor Hinrich Schulenburg beim Darwintag 2018. © Dr. Sabrina Köhler, Uni Kiel

www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2020/227-claussen-biuz-metaorganismus.png
Bildunterschrift: Ein Ziel der Veranstaltung war es 2018, den Schülerinnen und Schülern das Metaorganismus-Konzept zu vermitteln.
© Christian Urban, Uni Kiel

Kontakt:
Christina Claussen
Didaktik der Chemie,
Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN)
Tel.: 0431-880-5976
E-Mail: claussen@leibniz-ipn.de

Prof. Hinrich Schulenburg
Sprecher Forschungszentrum „Kiel Evolution Center“ (KEC), CAU:
Telefon: 0431/880-4141
E-Mail: hschulenburg@zoologie.uni-kiel.de

Weitere Informationen:
Kiel Science Outreach Campus, Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN):
kisoc.de

Science Outreach-Materialien zum Kieler Darwintag 2018 „Wirt-Mikrobiota-Interaktion“:
www.metaorganismus.kisoc.de

Stop-Motion-Film zum Kieler Darwintag 2018 „Wirt-Mikrobiota-Interaktion“:
https://youtu.be/_5_wkMKCC38

Forschungszentrum „Kiel Evolution Center“ (KEC), CAU:
www.kec.uni-kiel.de

Darwintag 2020 „Pandemien im Licht der Evolution“ (als Online-Streaming):
www.kec.uni-kiel.de/outreach/Darwintag.php