Holz ist für uns Menschen wichtig, zum Beispiel als Baumaterial und Rohstoff. Der Baum produziert Holz aber nicht für uns, sondern für den Transport von Wasser und seine mechanische Stabilität. Im Projekt „Woody Woodpecker“ hat eine Gruppe von SchülerInnen des Sportgymnasiums Dornbirn in Zusammenarbeit mit der Universität Innsbruck das Holz von Bäumen aus unterschiedlichen Höhenlagen analysiert.

Noch ein paar Umdrehungen, dann ist es geschafft! Es ist ganz schön anstrengend, einen Zuwachsbohrer in den Stamm einer lebenden Fichte zu treiben – besonders dann, wenn dutzende Bäume an einem Tag angebohrt werden müssen und man die richtige Bohrtechnik gerade erst erlernt hat. Wir befinden uns in einem Hang in Wald am Arlberg, um mit diesen Bohrern Bohrkerne zu entnehmen. An denen wird später die  mikroskopische Struktur des Holzes untersucht. Jeder Bohrkern wird sorgfältig verpackt, bevor wir  die nächste Fichte für unser Forschungsprojekt „Woody Woodpecker“ anbohren. Wir vermuten nämlich, dass bei den weiter oben wachsenden Fichten nicht nur die Jahrringe, sondern auch die Zellen im Holz kleiner sind. Dieses Sparkling Science Projekt wird von Professor Stefan Mayr gemeinsam mit 13 SchülerInnen der 7. Klassen des BORG Dornbirn und ihrem Biologielehrer  Gerhard Purin durchgeführt. Stefan Mayr arbeitet am Institut für Botanik der Universität Innsbruck und beschäftigt sich schon seit langem mit unterschiedlichen Forschungsfragen rund um Bäume [1,2]. Die Projektidee basiert auf einigen Vorprojekten, die gezeigt haben, dass das Holz für den Baum mehrere wichtige Funktionen erfüllt. So sorgt es für Stabilität, und in ihm findet der Wassertransport statt [3,4 ].

Da das Wachstum von Bäumen auch von der Höhenlage beeinflusst wird [5], ergab sich die Frage, ob sich die Strukturen des Holzes mit der Höhe verändern – etwa durch Anpassung oder durch eine Wachstumslimitierung. Da es sehr wenige Untersuchungen zu diesem Thema gibt, soll dieses Projekt mehr über mögliche Veränderung des Holzes mit zunehmender Höhenlage in Erfahrung bringen. Um die Baumstruktur analysieren zu können, nahmen wir im September 2014 Proben von Bäumen unterschiedlicher Höhenlagen. Solche Proben werden mittels eines so genannten Zuwachsbohrers gezogen (Abb. 1). Dabei ist zu beachten, dass der Bohrer in Brusthöhe angesetzt wird und möglichst waagerecht zum Baummittelpunkt gebohrt wird. Durch vorsichtiges Herausziehen des Bohrers kann der Bohrkern entnommen werden. Die angebohrten Bäume waren Fichten von verschiedenen Höhenregionen über 1000 Metern. Die Fichte ist ein wichtiger Forstbaum in mittleren und höheren Lagen und deshalb auch wichtig für unser Projekt.

Aus den Proben fertigten wir mit Hilfe eines Mikrotoms (Abb. 2) mikroskopische Schnitte an. Mit dem Mikrotom können sehr dünne und gerade Schnitte von Holz angefertigt werden. Diese Schnitte werden gefärbt, um den Kontrast zu verbessern. Dazu werden sie kurz in Etzold-Lösung eingelegt, was zu einer intensiv roten Färbung der verholzten Bereiche führt. Anschließend werden die Schnitte unter dem Mikroskop betrachtet und Fotos angefertigt. An den digitalisierten Fotos der Schnitte werden mit einer Bildbearbeitungssoftware die Durchmesser der Leitelemente vermessen und der durchschnittliche Durchmesser berechnet.

ERGEBNISSE

Betrachtet man den Querschnitt eines Nadelholzes im Mikroskop, kann man erkennen, dass Holz vorwiegend aus Leitelementen besteht. Ein Querschnitt zeigt die Leitelemente so, wie wenn man ein Bündel von Strohhalmen von oben anschaut. Die hellen Bereiche sind die Hohlräume, durch welche das Wasser zu den Blättern fließt. Die mit Etzold-Lösung rot gefärbten Teile sind die Zellwände der Leitelemente (Abb. 3). Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Höhenlage keinen wesentlichen Einfluss auf den Durchmesser der Leitelemente im Holz hat. Obwohl die Bäume in höheren Lagen insgesamt langsamer wachsen, bleibt die Größe der Leitelemente konstant (Abb. 3, 4). Offensichtlich ist eine gewisse Größe der Leitelemente notwendig, um das Wasser optimal transportieren zu können. Dagegen hat sich auch gezeigt, dass die Wanddicke der Leitelemente mit zunehmender Höhe abnimmt. Möglicherweise können die weiter oben wachsenden Bäume wegen des kürzeren Sommers keine dicken Zellwände ausbilden. Das würde sich aber auch negativ auf die mechanische Stabilität des Baumstammes auswirken. Hierzu wären weitere Untersuchungen notwendig.

INTERVIEWS

Das Forschungsprojekt scheint inhaltlich auf einem guten Weg zu sein. Wie geht es jenen, die am Projekt beteiligt sind? Hier arbeiten  WissenschaftlerInnen mit SchülerInnen und LehrerInnen zusammen – eine Zusammensetzung, die in der Forschung nicht alltäglich ist. Deshalb haben wir Vertreter der drei Forschungsgruppen in Interviews befragt: Professor Stefan Mayr, Lehrer Gerhard Purin und Schüler Felix Gurschler.

Forschungsteam: Herr Prof. Mayr, warum wollten Sie dieses Projekt gerade mit SchülerInnen machen und wie zufrieden sind Sie mit den Projektergebnissen bis jetzt?

Mayr: Es macht immer großen Spaß mit jungen, interessierten Leuten Forschung zu betreiben. Eine wichtige Voraussetzung für dieses Projekt war, dass die geplanten Untersuchungen mit der Ausstattung von Schulen durchführbar sind und die SchülerInnen tatsächlich in die Forschungsarbeiten eingebunden werden können. Sie sind nun von der Probenentnahme über die Probenanalyse bis zur Auswertung beim ganzen Projekt beteiligt und können so auch die Früchte ihrer Arbeit ernten. Aufgrund unserer Voruntersuchungen gab es bereits Hinweise, dass keine großen Veränderungen in den Dimensionen der Leitelemente zu finden sind, was sich nun mehr oder weniger bestätigt hat. Ich finde es aber sehr erstaunlich, dass die Zellen mit Ansteigen der Höhe gleich groß bleiben, obwohl die Jahrringe deutlich schmäler werden – das belegt, dass die Dimensionen der Leitelemente für die Funktion des Holzes sehr wichtig sind!

Forschungsteam: Herr Mag. Purin ist Biologielehrer am BORG Dornbirn. Er hat selber in einem Forschungsprojekt über alpine Bäume bei seiner Diplomarbeit gearbeitet und war deshalb begeistert, als Professor Mayr ihn gefragt hat, ob er mit seinen SchülerInnen mitmachen möchte.

Purin: Ich finde die Möglichkeit, als Schule mit einer Universität zusammen zu arbeiten und die damit verbundene Möglichkeit für die  SchülerInnen, mit richtigen WissenschaftlerInnen zu forschen und ihre Arbeitsweise kennen zu lernen, sehr interessant. Noch spannender ist die Tatsache, dass es sich um ein reales wissenschaftliches Projekt handelt. Für mich ist besonders wichtig, gemeinsam mit SchülerInnen zu erleben, wie Wissenschaft abläuft – von der Planung bis zur Durchführung und der Interpretation der Ergebnisse.

Ich denke, dass das Projekt im letzten Jahr für die SchülerInnen aber auch für mich viele Höhepunkte geboten hat, vor allem bei den  praktischen Tätigkeiten, die wir gemeinsam mit den WissenschaftlerInnen durchgeführt haben. Im Kopf habe ich aber bereits einige Dinge, die ich im kommenden Jahr adaptieren möchte: Wissenschaft ist Knochenarbeit und braucht einen langen Atem. Auch das ist Teil des  Lernprozesses. Im Laufe des Jahres habe ich bemerkt, dass es für meine SchülerInnen schwer ist, ihre Motivation und Begeisterung über ein ganzes Schuljahr aufrecht zu halten. Ich denke, beim nächsten Projekt bzw. im nächsten Jahr sollte man die Laufzeit jeweils auf ein Halbjahr beschränken.

Forschungsteam: Felix war so wie die anderen SchülerInnen von der Probenentnahme bis zur Auswertung dabei und spricht stellvertretend für uns.

Felix: Ich bin sehr zufrieden – vor allem hat mir gefallen, einen Einblick in das Uni-Leben und das wissenschaftliche Arbeiten zu bekommen. Die Geräte wurden uns von unserem Professor sehr gut erklärt und vorgeführt, weshalb es mir nicht schwer gefallen ist, mit den Geräten zu arbeiten und Ergebnisse zu erzielen. Am besten hat mir gefallen, dass wir die Möglichkeit hatten, in die Natur zu gehen und einmal einen ganz anderen Unterricht zu erleben.

Lernen in der Natur hat für mich einen besonderen Reiz, da man sich das Gelernte viel besser merken kann, wenn man es auch selber ausprobiert hat. Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass die Zusammenarbeit zwischen SchülerInnen, Lehrer, und ForscherInnen sehr gut funktioniert. Wir haben aber auch gelernt, dass die Forschungsarbeit sehr anstrengend sein kann.

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