Wissenschaftliche Experimente sind dazu da bestimmte Fragen zu beantworten. Oft dauern diese lange, sind sehr kompliziert und teuer.

Einige Experimente, die wir auf der Expedition durchführen, werden wir auch genau vorstellen. Damit ihr aber seht wie wir WissenschaftlerInnen arbeiten, haben wir ein paar einfache Experimente für euch erfunden. Wir werden euch genau erklären welche Frage wir mit dem Experiment beantworten wollen, wie man aus einer Frage eine Hypothese formuliert, mit welchen Methoden wir unsere Frage beantworten wollen und welches Material wir dafür verwenden werden. Wir werden diese Experimente dann für euch mit dem U-Boot durchführen und genau mit Fotos und Video dokumentieren. Zuvor aber, wollen wir von euch wissen, welches Ergebnis ihr euch erwartet und begründet warum ihr denkt, daß dieses Ergebnis herauskommt.

Nach der Durchführung des Experiments werden wir euch das Ergebnis genau erklären.

Hefe besucht die Tiefsee

Versuche mit Hefe im Unterricht

Styropor unter Druck


Hier einige Infos zur Hefe

Hefe (oder Germ)

Wir kennen die Hefen in erster Linie, weil wir mit ihrer Hilfe Brot backen, Bier brauen und Wein herstellen und das schon seit einigen tausenden Jahren.

Dass Hefen Lebewesen sind hat allerdings erst Luis Pasteur (1822 - 1895) in seinem Werk „Études sur la bière“ (Studien über das Bier) beschrieben.

Die Hefen sind einzellige Lebewesen und werden den Sproßpilzen zugeordnet. Innerhalb dieser Gruppe sind sie weit entwickelt. Sie werden zirka 10 Mikrometer groß. Hefen sind heterotroph, d.h. sie leben von organischem Material (Zucker, Eiweiße, Fette, die von anderen Lebewesen stammen). Mit Hilfe von Sauerstoff bauen sie Zucker in Wasser und Kohlendioxid ab und nutzen die dabei freiwerdende Energie für ihren Stoffwechsel, zum Wachstum und zur Vermehrung.

Gibt es keinen Sauerstoff können sie zumindest eine Zeit lang und bei verminderter Zellteilung leben, indem sie die Zucker statt in Wasser in Ethylalkohol, der weniger reich an Energie ist, und Kohlendioxid abbauen (Fermentierung). Das freiwerdende Kohlendioxid nutzen wir z.B., um Brotteig treiben zu lassen und für Kohlensäuren in Getränken. Die Hefen selbst sind ein Vitamin B Lieferant und können als Extrakt ein Geschmacksverstärker in Lebensmitteln sein. In der Biotechnologie werden sterile Hefeextrakte als Nährmedien für andere Pilztypen oder Bakterien verwendet.

Hefen vermehren sich durch entweder durch Sprossung und Teilung (nicht-sexuell) oder indem sie Sporen bilden (sexuell).


Hefe besucht die Tiefsee

Das Wort kommt aus dem Lateinischen: Experimentum: Versuch, Beweis, Prüfung,

Probe In der Wissenschaft verwenden wir Experimente, um eine Frage, die wir sozusagen an die Natur stellen, zu beantworten. Die Voraussetzungen für ein Experiment sind, dass wir die Bedingungen, unter denen das Experiment stattfinden soll, genau kennen (in der Tiefsee sind das z.B. der Druck, die Temperatur des Wassers, das Licht etc.) und das wir das Experiment reproduzieren (=wiederholen) können.Wenn man ein Experiment machen will, macht man das in 3 Phasen.

Die erste Phase beginnt im Kopf.

Wir überlegen uns eine Frage, die wir beantworten möchten: z.B. „Überlebt Hefe, wenn sie einige Stunden den Bedingungen in der Tiefsee ausgesetzt wird?“

Daraus machen wir eine Hypothese: eine Hypothese ist eine Vermutung. Weil wir schon etwas über Hefe wissen und auch schon etwas über die Tiefsee, nehmen wir an, dass die Hefe überlebt. „Hefe überlebt einige Stunden unter Tiefseebedingungen.“

Dann überlegen wir uns, wie wir das beweisen oder untersuchen können, d.h. wir überlegen uns eine Methode.

Dazu gehört neben dem „Wie machen wir es?“ auch das „Was brauchen wir dazu?“. Das Material ist besonders wichtig, wenn wir auf ein Forschungsschiff gehen und für Wochen auf dem offenen Ozean sind. Wir können ja nicht einkaufen gehen und müssen alles was wir vergessen haben, bei Kollegen ausleihen (wenn sie es haben) oder wir können unser Experiment womöglich gar nicht machen.

Methode:

Lebende Hefe wird dicht in einem Plastiksack verschlossen außen am U-Boot angebracht und mit auf einen Tauchgang genommen. Der Tauchgang dauert 8 Stunden, 5 Stunden davon ist die Hefe in 2500 Meter Wassertiefe. Danach wird der/die KöchIn der Atlantis versuchen mit der Hefe ein Brot zu backen.

Material:

Hefe, 3 Plastiksackerl, Klebeband, Kabelbinder fürs U-Boot (mit Videokamera, Fotoapparat, Licht) Eine KöchIn, alle Zutaten zum Brotbacken (Achtung Geheimrezept), Backofen und andere Utensilien in der Küche, Papier, Kugelschreiber, Fotoapparat zur Dokumentation des Brotbackens, einige hungrige Besatzungsmitglieder (nicht unbedingt notwendig, aber vielleicht ist der Geschmack des Brotes mit der Tiefseehefe ja anders, als der des Kontrollbrotes?)

Die zweite Phase ist the praktische Umsetzung.

Wir machen das Experiment nach unserer Methode, das nennt man den Versuch.

1. Wir nehmen 3 Plastiksackerl und verteilen in jedem Sackerl gleich viel Hefe.

Grund: Um sicher zu gehen, dass unser Ergebnis kein Zufall ist, müssen wir das gleiche Experiment öfter als 1 Mal durchführen. Es könnte ja sein, dass gerade die Hefe, die wir verwenden, sich zufällig in einem Plastiksackerl anders verhält als normalerweise. Ausserdem könnte es ja sein, dass ein Plastiksackerl ein Loch hat und wir es nicht bemerken.

2. Bevor wir die Hefe auf die 3 Plastiksackerl verteilen, nehmen wir einen Teil und bewahren ihn für später auf, um auch damit Brot zu backen. Grund: Um sicher zu gehen, dass die Hefe vor dem Experiment lebt und Brot damit gebacken werden kann, dürfen wir mit einem Teil der Hefe das Experiment nicht durchführen. Das nennt man eine positive Kontrolle des Experiments.

3. Wir nehmen die 3 Sackerl mit der Hefe mit auf 2500 Meter Tiefe.

4. Der/Die KöchIn bäckt mit der Hefe, die in der Tiefe war und mit der Kontrollhefe Brote.

Die dritte Phase findet wieder im Kopf statt

Wir haben die Ergebnisse unseres Experiments und die werten wir jetzt aus und ziehen unsere Schlussfolgerungen daraus, et voila wir haben unsere Frage beantwortet. Überlebt die Hefe den Ausflug in die Tiefsee?

Wenn ja, was haben wir gelernt?

Wenn ja, unter welchen Bedingungen lebt Hefe?

Wenn nein, was haben wir gelernt?

Wenn nein, was könnte die Hefe abgetötet haben, der hohe Druck, die Finsternis, die niedrige Temperatur?


Das Experiment in der Praxis

Wie so oft, sieht die Realität etwas anders aus als die Theorie. Nach einigen Gesprächen mit den erfahrenen Piloten, die uns gleich sagten, daß die Plastiksackerl nicht gut funktionieren werden, weil diese durch die Restluft darin immer Risse bekommen, überlegten wir lange hin und her, wie wir die Trockenhefe mitnehmen könnten. Ein Plastikgefäß funktioniert auch nicht, teilten sie uns mit, weil auch in diesem Luft ist und das Gefäß damit platzen wird. So blieb uns letzten Endes doch nichts anderes übrig, als ein Plastiksackerl zu verwenden. Pat, der Expeditionsleiter, hatte dann noch die Idee, gleich den fertigen, noch nicht aufgegangenen Brotteig auch noch mitzunehmen.

 

        

                                            Gut verpackter Hefeteig                                             Hefe vor dem Tauchgang

Allerdings entschlossen wir uns, sowohl das doppelt abgedichtete Plastiksackerl, als auch den fertigen Teig nicht vorne am Basket zu montieren, sondern zwischen der Titaniumkugel und der Außenwand der Alvin.

        

                                           Sack mit Hefe und Brotteig                                              Gavin montiert den Sack

This was for safety only. Imagine, if the plastic bags crack open, the yeast and the dough could not only smudge our boxes but also blur Alvin’s windows.

Nur zur Sicherheit, denn wenn diese Sackerl reißen, dann könnten Hefe oder Teig nicht nur unsere Boxen sondern sogar die Fenster der Alvin verschmieren. Am Vortag überredeten wir dann den Chefkoch Larry Jackson, der für die Herstellung des frischen Brotes jeden Tag zuständig ist, uns einen Teil des Brotteiges zu überlassen. Damit dieser Teig aber nicht schon vorher beginnen würde aufzugehen, haben wir ihn im Kühlschrank aufbewahrt. Am nächsten Morgen, ganz früh um 6.00 Uhr haben wir ein Paket Brotteig und ein Paket Hefe dicht in zwei Schichten Plastik verpackt und mit mehreren Kabelbindern an der vorgesehenen Stelle montiert.

Pünktlich um 17 Uhr nach der Bergung der Alvin, stürtzten wir dann zum U-Boot. Das Ergebnis war, wie wir es erwartet hatten. Das Sackerl mit Hefe war gerissen und Seewasser hatte sich mit Trockenhefe zu einem Klumpen vermischt. Auch das Teigsackerl war geplatzt und ein Teil des Teigs quoll aus dem Netz.

         

                                                 Hefeteig nach Tiefseeabenteuer                            Hefe aus 2500 Metern Tiefe

                                                                                        Hefeteig und Hefe danach

Aber immerhin war noch genug da um in der Küche brauchbar zu sein. Larry mischte schnell noch ein bißchen Mehl dazu, denn unsere Teig-Seewasser-Mischung war ein bißchen zu dünn.

               

                                                     Jerry, etwas skeptisch                                     Jerry beim Teigkneten

              

                                        Letzte Hadgriffe                                                                    Wir werden ja sehen....

Dann ab in den Ofen. Nach einer Stunde hatten wir unser Ergebnis – das erste Tiefseebrot. Ganz so groß wie das am Vortag gebackene Kontrollbrot war es nicht. Aber immerhin: Es sah aus wie Brot.

              

                                             Sieht aus wie Brot...                                                            ...riecht wie Brot

Wir fragten uns allerdings, schmeckt es auch gleich oder ist es doch zu salzig? Als Testpersonen mussten dann Bettina, Sabine, Sigrid und ich herhalten.

                 

                                            ....fuehlt sich an wie Brot                                                 … und schmeckt wie Brot

Wie ihr seht, haben wir alle davon gekostet und einstimmig beschlossen, dass es zwar nicht so leicht und locker ist, wie normales Brot, aber immerhin gleich schmeckt.

Jerry weigerte sich allerdings, unsere klebrige Trockenhefe zu testen. An diesem Abend gab es Pizza und er meinte, er koennte es nicht riskieren damit den Pizzateig zu machen. Die gesammte Mannschaft freute sich schon auf Pizza und wenn er die verpatzte, gäbe es eine Meuterei. So nahmen wir die inzwischen wieder getrocknete Hefe mit nach Hause.

Wenn Ihr wollt, könnt Ihr uns schreiben und wir schicken Euch die Hefe zum Testen.

Ergebnis

Zur unseren Fragen, die wir ja beantworten wollten:Überlebt Hefe den Ausflug in die Tiefsee?

Ja, Hefe überlebt in Form von Brotteig.

Die Frage bleibt, überlebt Hefe auch in Form von Trockenhefe.

Wenn ja, was haben wir gelernt?

Wir haben gelernt, dass Plastiksackerl nicht als Verpackung in der Tiefsee geeignet sind, weil sie platzen.Darüber hinaus ist der Brotteig während der Reise nach unten aufgegangen. Wahrscheinlich sogar mehrmals und das ist nie gut für einen Teig, sagte Larry. Während der Teig im Kühlschrank über Nacht aufbewahrt noch relativ klein war, die Hefe also noch nicht aktiv war, hatten wir in der Früh schon Außentemperaturen von 25 Grad C. Auch die Seewassertemperatur an der Oberfläche betrug 28 Grad C. Sie nimmt zwar kontinuierlich mit steigender Tiefe ab, Doch die Hefe hatte genügend Zeit schon beim Montieren der Sackerl, als auch beim Abtauch- und Auftauchvorgang und bei der Bergung am Ende des Tauchgangs aktiv zu werden.

Resultat: Hefe stirbt weder durch hohen Druck, noch durch Finsternis, noch durch niedrige Temperatur, zumindest nicht innerhalb von 5 Stunden. Darüber hinaus stört auch das salzige Meerwasser nicht.


Versuche mit Hefe im Unterricht

Ein Versuch zur Hefe, den ihr in der Schule machen könnt

Frage: Überlebt Hefe Dunkelheit und Kälte?

Hypothese: Hefe überlebt Dunkelheit und Kälte.

Material:

Luftballons, Trockenhefe, Zucker, Wasser, Kühlschrank, Schrank oder Schublade, Lineal, Papier, Schreibzeug, Uhr.

Methode:

1. Füllt in jeden unaufgeblasenen Luftballon ein Packerl Trockenhefe, gebt 3 Teelöffel Zucker und eineinhalb Stamperl Wasser dazu und knotet den Luftballon fest zu. Für die Luftballons, die ihr in den Kühlschrank gebt, muss das Wasser kalt sein, damit die Hefe gleich die richtige Temperatur hat.

2. Messt den Umfang von eurem Ballon.

3. Gebt einen Teil der Luftballons in den Kühlschrank. So testet ihr, ob die Hefe die Temperatur und Finsternis, die in der Tiefsee herrschen überlebt.

Einen anderen Teil der Luftballons legt ihr in ein Kasterl bei Raumtemperatur.

Das ist euer Test, ob die Hefe im Dunkeln wachsen kann. Die restlichen Luftballons lasst ihr im Hellen bei Raumtemperatur. Das ist die Kontrolle.

4. Wartet und beobachtet was mit den Luftballons passiert.

5. Nehmt die Hefeballons aus dem Kühlschrank und gebt sie ins Warme.

Was passiert, wenn sich die Hefe in den Ballons erwärmt?

Erklärung:

Die Hefe hat in den Luftballons alles, was sie zum Leben braucht: Nahrung und Wasser. Deswegen kann sie wachsen und sich teilen. Dabei produziert sie das Gas Kohlendioxid, welches die Luftballons aufbläst. Ihr könnt ja den Umfang der Luftballons messen und ungefähr ausrechnen, wieviel Gas die Hefe pro Minute produziert hat.

Die Hefe in den Luftballons aus dem Kühlschrank sollte nichts oder wenig getan haben, weil es zu kalt ist für den Stoffwechsel der Hefe, aber im Warmen sollte auch die Hefe aus dem Kühlschrank anfangen Gas zu produzieren.

Licht spielt keine Rolle für den Stoffwechsel.

Auf http://www.eduvinet.de/mallig/bio/Pilze/hefe.htm

gibt es Vorschläge für Versuche mit Hefe im Unterricht.


Styropor unter Druck

Frage:

Was passiert mit einem Styroporbecher unter Druck?

Hypothese:

Da Druck in alle Richtungen wirkt, wird der Becher schrumpfen.

Methode:

Styroporbecher werden außen am U-Boot angebracht und mit auf einen Tauchgang genommen. Der Tauchgang dauert 8 Stunden, 5 Stunden davon ist der Styroporbecher in 2500 Meter Wassertiefe. Danach untersuchen wir die Größe, das Volumen und die Beschaffenheit des Styropors.

Material:

Styroporbecher, Kabelbinder fürs U-Boot (mit Videokamera, Fotoapparat, Licht) Lineal, Becher mit Volumenangabe, Binokular mit Fotoeinrichtung, Papier, Bleistift

Versuch:

1. Wir befestigen einige Styroporbecher an der Außenseite von Alvin.

2. Wir tauchen zur geplanten Tiefe während die Becher dem Druck ausgesetzt werden und per Foto/Video aufgezeichnet wird, was mit den Bechern passiert.

3. Wir tauchen wieder auf.

4. Wir untersuchen die Becher: Einen Kontrollbecher, der nicht dem Druck ausgesetzt wurde, einen Becher zur Sektion für eine mikroskopische Untersuchung und einen Becher heben wir als Anschauungsobjekt auf.

Wir messen die Größe.

Wir messen das Volumen.

Wir untersuchen die Oberfläche im Binokular und machen ein Foto.


Das Styropor-Experiment

Auf Tauchgang Nr. 4265 wird das Styropor-Experiment durchgefuehrt. Wir wollen beobachten, wie sich Styropor unter dem hohen Wasserdruck in groszer Tiefe verhaelt. Styropor ist ein Kunststoff und wurde bereits 1951 von der deutschen Firma BASF auf den Markt gebracht. Das Ausgangsmaterial sind kleine Perlen aus Polystyrol, das auf kompliziertem Weg aus Erdoel gewonnen wird. Die zuckerartigen Perlen werden mithilfe eines Treibmittels und Waerme aufgeschauemt. Dabei entstehen kleine Kuegelchen. Unter Hitze und Druck kann man diese Kuegelchen dann in fast jede beliebige Form pressen. Das fertige Styropor besteht zu 98 Prozent aus Luft. Es eignet sich besonders gut als Verpackungs- und Isoliermaterial. Aber auch viele Gegenstaende des Alltags werden aus Styropor hergestellt. Beispielsweise Dekorationsgegenstaende oder Partybecher.

Einen solchen Styroporbecher wollen wir heute mit in die Tiefe nehmen. Damit er die Form nicht verliert, stopfen wir den Becher fest mit Papier aus. Vor dem Tauchgang montiert Pilot Pat einen dieser Becher auf der Arbeitsplattform von Alvin und richtet eine Videokamera darauf.

Zusaetzlich zu den Videobildern wird Monika in 100, dann in 200 und schlieszlich in 350 Metern Tiefe Fotos von diesem Styroporbecher machen.

Ist eine Veraenderung des Bechers zu erwarten? Wenn ja, welche?

Hier ist die Antwort: Die Styroporbecher werden unter groszem Druck tatsaechlich deutlich kleiner.

Begruendung: Der hohe Wasserdruck presst die Luft aus dem Kunststoff.

Monika berichtet, dass es gar nicht noetig ist, die Becher bis auf eine Tiefe von 2500 Metern zu bringen. Die Becher beginnen schon viel frueher zu schrumpfen und sind bereits bei 300 Metern Tiefe so klein, wie auf dem Foto zu sehen ist. Kleiner werden sie dann nicht mehr, auch nicht in groeszeren Tiefen.

        

                                     Styroporbecher nach dem Tauchgang                         Normale Groesze und geschrumpft