„Jugend forscht“ Regionalwettbewerb 2026
Auch in diesem Jahr nahm unsere Schule wieder am Jugend forscht-Wettbewerb auf der Regionalebene Ostsachsen teil. Während wir bereits seit vielen Jahren regelmäßig vertreten waren, war die Zahl unserer Teams diesmal so hoch wie noch nie: 11 Teams mit insgesamt 17 Teilnehmerinnen und Teilnehmern aus der Mittel- und der Oberstufe gingen an den Start. Zudem freuten wir uns über die Teilnahme von Florian Reddel, der mittlerweile zu den Altafranern zählt und sich noch gut an seine erfolgreiche Teilnahme vor zwei Jahren erinnerte. Die Teams erarbeiteten Projekte in den verschiedensten Fachbereichen:
Martin Lütke-Entrup: Kann die Nutzung von synthetischen Trainingsdaten die Wirtschaftlichkeit von OCR-Systemen in Unternehmen steigern?
Für die Digitalisierung handschriftlicher Aufzeichnungen entstehen für Unternehmen teilweise enorme Kosten. Ist es möglich, handschriftliche Daten KI-basiert automatisch und damit deutlich kosteneffizienter zu erfassen? Die vorgelegte Jufo-Arbeit zeigt, wie ein entsprechendes OCR-Modell zunächst trainiert und anschließend mit synthetisch generierten Trainingsdatensätzen optimiert werden konnte. Das Ergebnis überzeugt im Praxistest. Martin Lütke-Entrup wurde im Fachgebiet mit dem ersten Platz ausgezeichnet und ist damit für das Landesfinale qualifiziert!
Alina Schmöller und Leonard Kroha: Next Level Math!
Cogyn AI ist ein KI-gestütztes Mathematik-Lerntool für die gymnasiale Oberstufe. Ziel des Projekts ist der experimentelle Nachweis, dass eine systematische Analyse und gezielte Wiederholung konzeptueller und logischer Fehler deren langfristige Reduktion bewirkt. Die Plattform generiert vernetzte, abiturähnliche Aufgaben, wertet individuelle Lösungswege aus und integriert wiederkehrende Fehlmuster adaptiv in neue Aufgaben. Die Wirksamkeit wird in einer zweigeteilten Kontrollstudie überprüft, in der in Pre- und Posttest strukturgleiche Aufgaben bearbeitet werden, um Veränderungen in der Häufigkeit von Grund- und Ausführungskompetenz zu messen.
Diese Arbeit qualifizierte sich ebenfalls zum Landesfinale als bestes interdisziplinäres Projekt!
Sophie Knoll und Victoria Tkachova: Chromatographie-Analyse des herbstlichen Alterungsprozesses von Weinblättern
Im Rahmen ihres Projekts untersuchten sie die Frage, welche pflanzenphysiologischen Prozesse der Weinpflanze (Vitis vinifera) hinter der Farbveränderung von grün zu gelb und rot stehen und welche Farbstoffe im Pigmentprofil zu finden seien. Dafür wurden von September bis November regelmäßig Blattproben genommen, woraufhin das Pigmentprofil dieser durch die Methode der Dünnschichtchromatographie analysiert wurde. Ihre Ergebnisse zeigten: Der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll nimmt im Verlauf des Herbstes deutlich ab. Dies führt dazu, dass zuvor überlagerte Pigmente wie Carotinoide (gelb/orange) stärker hervortreten, wobei andere Pigmente, die Anthocyane (rot) nicht mehr abgebaut werden, sondern sich in der Zellsaftvakuole anreichern. Zusätzlich erfassten sie die Lufttemperatur, um zu belegen, dass die Seneszenz nicht zeitabhängig ist, sondern mit den Veränderungen der Temperaturdaten in Korrelation steht. Die Hypothese ließ sich erfolgreich bestätigen. Besonders spannend war die überraschende Detektion von Anthocyanen (rot) in optisch grünen Blättern. Damit wurde ein Versuch entwickelt, um die Seneszenz schon vor der optischen Wahrnehmung zu erkennen, was im Bereich der Landwirtschaft und auch im Umweltmonitoring Anwendung finden kann.
James Tschub und Teo Helmer: Genomik von springenden Genen
Damit moderne Genomdaten nicht falsch ausgewertet werden, braucht es konsequente Qualitätskontrollen. James hat dafür einen für Schülerinnen und Schüler nutzbaren ChIP-seq-Workflow zur Analyse epigenetischer Datensätze aufgebaut, mit dem sich Zusammenhänge zwischen Genaktivität und epigenetischen Markierungen der DNA-Verpackungsproteine (Histone) sichtbar machen lassen. Teo hat eine in der Forschung verbreitete Software zur Vorhersage springender Gene systematisch getestet und dabei Artefakte identifiziert, die biologische Effekte vortäuschen können – etwa scheinbar inflationär hohe Signale. Gemeinsam zeigen ihre Arbeiten, wie entscheidend Qualitätskontrollen, Reproduzierbarkeit und gute Dokumentation sind, damit aus Genomdaten belastbare biologische Aussagen werden.
Magdalena Staude, Anna Donara Yeribekyan und Pauline Sturm: Wie zuverlässig sind bioinformatische Vorhersagen zu „springenden Genen“ – und wie lassen sie sich experimentell an einer Schule validieren?
Magdalena, Anna Donara und Pauline haben einen für die Schülerforschung geeigneten, systematischen Workflow aus PCR und Agarose-Gelelektrophorese (AGE) etabliert. Damit lassen sich bioinformatisch vorhergesagte Transposon-Insertionen („springende Gene“) experimentell überprüfen. Transposons sind DNA-Abschnitte, die ihre Position im Genom verändern können und dadurch Einfluss auf Genregulation, genetische Variation und Evolution nehmen. In den Experimenten zeigte sich, dass etwa 50 % der bioinformatischen Vorhersagen nicht experimentell bestätigt werden konnten. Durch das strukturierte Vorgehen gelang es dem Team jedoch, zusätzlich 45 neue Transposon-Insertionskandidaten zu identifizieren. Diese Kandidaten möchten Pauline und Anna Donara im Rahmen ihrer BeLL (Besondere Lernleistung) weiter untersuchen und molekularbiologisch charakterisieren. Der entwickelte Workflow ist durch eine elektronische Datenbank, eine physische Biobank sowie einen speziell für Schülerinnen und Schüler konzipierten Leitfaden skalierbar und für weitere Teams sowie Schulen anschlussfähig. Bei Interesse bieten wir zudem Workshops zur praktischen Umsetzung an: Meldet Euch gern unter molekularbiologie@sankt-afra.de
Gemeinsam mit Teo und James belegten Magdalena, Anna Donara und Pauline den dritten Platz im Fachgebiet Biologie.
Florian Reddel: Untersuchung der Verwendbarkeit von pflanzlichen Biomaterialien für die Kultivierung eines menschlichen Hautmodells aus Stammzellen als Testsystem in der tierversuchsfreien Forschung.
Wie entwickelt sich aus einer einzigen Zelle ein ganzer Organismus? Wie lassen sich Tumorzellen bekämpfen oder die Wirkung von Medikamenten auf Organe untersuchen? Für das Erforschen solcher Fragen werden häufig Tierversuche eingesetzt. Das ist jedoch nicht nur ethisch umstritten, sondern auch wissenschaftlich begrenzt, denn Mäuse sind nun mal keine Menschen. Deshalb wurden bereits 1959 die 3R-Prinzipien formuliert: Replace, Reduce und Refine. Tierversuche sollen, wo immer möglich, ersetzt, reduziert und verbessert werden. Eine mögliche Alternative untersucht Florian in seinem Labor: Spinat. Dabei dient das Spinatblatt nicht als Nahrungsmittel, sondern als biologisches Gerüst für menschliche Hautzellen. Hautorganoide sind winzige, selbstorganisierte Hautstrukturen, die aus Stammzellen im Labor entstehen. Ein Problem dieser Modelle ist jedoch ihre sogenannte inside-out-Struktur: Die äußere Hautschicht liegt im Inneren. Das ist für viele Anwendungen unpraktisch, und um die Organoide eben auszubreiten, benötigt man ein Biomaterial und hier kommt der Spinat ins Spiel. Dessen Blätter besitzen ein fein verzweigtes Gefäßnetzwerk aus Cellulose. Werden die pflanzlichen Zellen entfernt (Dezellularisierung), bleibt ein dreidimensionales Gerüst zurück. Florian konnte zeigen, dass menschliche Hautzellen auf diesem Biomaterial überleben, wachsen und sich vermehren. Anschließend transplantierte er Hautorganoide auf die dezellularisierten Spinatblätter, um ein biomimetisches Hautmodell zu kultivieren. Pflanzliche Scaffolds für die Kultivierung von Hautmodellen: ein Konzept, das zeigt, dass die nächste Generation von Scaffolds vielleicht aus dem Gemüsegarten kommt.
Für sein Projekt erhielt Florian den ersten Platz im Fachgebiet Biologie!
Aniya Hisek: Untersuchungen der pKS-Werte von Aminosäuren in Abhängigkeit von der Salinität
Hat der Klimawandel Einfluss auf die Kommunikation in marinen Ökosystemen? Ändert sich die Konformation und Ladung von Biomolekülen durch zunehmende Ozeanversäuerung? Um diese Fragen zu beantworten, wurde für drei Aminosäuren (Glycin, Glutamat, L-Prolin) die pKS-Werte in Abhängigkeit vom Salzgehalt systematisch experimentell bestimmt. Diese Untersuchungen wurden zunächst im Schullabor durchgeführt. Zur Durchführung der Messreihen und für die Auswertung wurden die Programme Pasco-Capstone und GeoGebra (Classic) verwendet. Anschließend konnten die Beobachtungen an der Uni Bremen nochmals mit Hilfe eines Titrationsautomaten der Firma Metrohm reproduziert werden. Dabei zeigte sich eine deutliche Verschiebung des pKS-Wertes um 0,2 pH-Einheiten. Mit steigendem Salzgehalt (von 0-3,5%) sinkt der pKS-Wert. Sinkt der pH-Wert im Meerwasser, wird somit das Zwitterion begünstigt. Entsprechende Konformationsänderungen könnten die Passfähigkeit an Rezeptoren beeinflussen, die nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren. Für die Aminosäuren konnte exemplarisch gezeigt werden, dass der Klimawandel nicht nur für die Mineralisation von Calcit-Skeletten, sondern auch für die Kommunikation in marinen Ökosystemen dramatische Folgen haben könnte.
Emma Quellmalz und Amalia Hein: Untersuchung von Mikroplastik in Peelingprodukten
Diese Arbeit untersucht Peeling-Produkte unterschiedlicher Marken auf das Vorkommen fester synthetischer Polymere. Trotz der seit 2023 geltenden EU-Regulierungen zum Verbot zugesetzter Mikroplastikpartikel zeigen die Ergebnisse, dass weiterhin polymere Substanzen in Kosmetika enthalten sind. Mittels RAMAN-Spektroskopie, ergänzt durch Löslichkeitsversuche, wurden die isolierten Partikel charakterisiert. In zwei der untersuchten Produkte wurde Polyethylenwachs identifiziert, welches klassisches Mikroplastik darstellt. Weitere Produkte enthielten synthetische Polymere wie Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere, Polysorbate und Paraffin, die aufgrund ihrer Formulierungsweise nicht unter die gesetzliche Mikroplastikdefinition fallen. Viele der übrigen Partikel konnten als natürliche oder mineralische Stoffe wie Cellulose, Quarz oder Titandioxid bestimmt werden. Insgesamt zeigt die Untersuchung, dass Mikroplastik in klassischer Form zwar seltener wird, jedoch polymerbasierte Alternativen zunehmen.
Hugo Schmidt: Quantitativer Nachweis von Blausäure
Wie giftig sind Apfelkerne oder bittere Mandeln? Ist der Kirschlorbeer wirklich gefährlich? Um diese Fragen zu beantworten, wurde im Projekt eine bereits beschriebene Methode zum quantitativen Nachweis von Blausäure aus dem Jahr 1953 reproduziert, etabliert und angewendet. Dazu wird die von der Cyanid-Ionenkonzentration abhängige Synthese eines blauvioletten Farbstoffs genutzt. Die Verfärbung der Lösung kann als Absorption gemessen und graphisch abgebildet werden. Anschließend kann mithilfe des Lambert-Beerschen Gesetzes der molare Absorptionskoeffizient der Lösung bestimmt und damit für unbekannte Lösungen die Cyanid-Ionenkonzentration ermittelt werden. Kennt man die Cyanid-Ionenkonzentration, kann indirekt auf den Gehalt an cyanogenen Glykosiden in der ursprünglichen Probe geschlossen werden. Zur Extraktion der Cyanid-Ionen aus der Probe wird zuvor ein Versuchsaufbau genutzt, bei dem die cyanogenen Glykoside säurekatalysiert gespalten werden. Die freigesetzte Blausäure wird anschließend vollständig in einer verdünnten Natriumhydroxid-Lösung adsorbiert. Um die Eignung dieser Methode zu prüfen, wurde die Konzentration in verschiedenen Proben wie dem Kirschlorbeer bestimmt und mit Literaturwerten verglichen. Aktuell funktioniert der Nachweis der Cyanid-Ionenkonzentration hinreichend präzise, allerdings muss die Probenvorbereitung noch weiter optimiert werden, um verlässliche Ergebnisse zu generieren.
Aniya, Emma und Amalia sowie Hugo wurden jeweils mit dem 3. Platz im Fachgebiet Chemie ausgezeichnet. Zusätzlich erhielt Hugo einen Sonderpreis.
Kenny Löffler: Das DNA-Sprachmodell GROVER-fly
GROVER-fly ist ein transformerbasiertes DNA-Sprachmodell zur Analyse des Genoms von Drosophila melanogaster, das untersucht, ob sich genomische Sequenzen als strukturierte Sprache modellieren lassen. Hierfür wurde eine adaptive Tokenisierungsstrategie mittels Byte-Pair Encoding eingesetzt, um ein flexibles, datengetriebenes Vokabular variabler k-mer-Längen zu erzeugen, anstelle klassischer starrer Zerlegungen. Auf Basis mehrerer generierter Vokabulare wurden BERT-ähnliche Modelle trainiert und systematisch über eine Next-k-mer-Vorhersageaufgabe evaluiert. Das leistungsstärkste Modell, basierend auf einem kompakten 50-BPE-Vokabular, übertraf etablierte Ansätze wie DNABERT-2 in zentralen Sequenzvorhersageaufgaben und zeigte die Fähigkeit, kontextuelle Abhängigkeiten sowie eine latente genomische Grammatik zu erfassen. Gleichzeitig offenbarten funktionale Tests, etwa bei der Promotor-Klassifikation, Grenzen adaptiver Subwort-Tokenisierung gegenüber motivsensitiven k-mer-Modellen. Die Ergebnisse belegen das Potenzial effizient trainierbarer, artspezifischer DNA-Foundation-Modelle und unterstreichen die Bedeutung geeigneter Tokenisierungsstrategien für die Modellierung biologischer Sequenzen.
Sein Projekt erreichte den ersten Platz im Bereich der Mathematik und Informatik!
Frieda Janosch und Miriam Raatz: Gib Gummi! – Abrieb von PVC- und Kautschukradiergummis bei unterschiedlichen Bremsarten
Fahrradfahren ist mittlerweile zu einer unserer alltäglichsten Tätigkeiten des Lebens geworden. Ein unverzichtbarer Teil davon ist das Bremsen. Wie richtig gebremst wird, sodass die Bremsen möglichst lange funktionsfähig sind, ist Gegenstand ihrer Arbeit. Daraus ergaben sich die Frage: „Wie unterscheiden sich verschiedene Bremsarten in Bezug auf Abrieb und Bremszeit am Beispiel von PVC–Radiergummis und Kautschukradiergummis?“ und ein Versuchsaufbau, in welchem eine Fahrradfelge von Radiergummis gebremst wurde. So konnte der Abrieb des Radiergummis als Modell für die Bremse eingesetzt werden. Zusätzlich wurde auch die Bremszeit der verschiedenen Bremsweisen gemessen.
Frieda und Miriam erreichten mit ihrem Projekt den ersten Platz im Fachbereich Physik!
Besonders erfreulich ist, dass wir noch nie so viele Gewinnerinnen und Gewinner zu feiern hatten. Damit ist der Jugend forscht-Wettbewerb für die Afranerinnen und Afraner hervorragend ausgefallen. Viel Erfolg an alle Gewinner beim nun folgenden Landeswettbewerb!
