StomaToy – Pflanzenverteidigung spielerisch lernen

Wie wehren sich Pflanzen gegen Mikroben? Dies ist einer der Hauptschwerpunkte der pflanzenwissenschaftlichen Forschung. Es ist auch eine wichtige Frage für sich, weil sie direkt mit der Wirkung der Pflanzenimmunität auf die Pflanzenproduktivität und folglich mit Fragen der globalen Ernährungssicherheit zusammenhängt. Oft sehen wir die Pflanzenwissenschaft nicht als relevant für das moderne Leben an. Dennoch gibt es viele Parallelen, die zwischen Pflanzen und Menschen gezogen werden können; denn zB haben auch Pflanzen wie der Mensch ein komplexes Immunsystem zur Abwehr von Krankheitserregern. Wenn wir schmutzige Hände in unseren Mund stecken, kann das eine Infektion verursachen; Ebenso ermöglicht der Eintritt von Krankheitserregern durch Stomata-Poren auf Blättern eine Infektion in Pflanzen! Das StomaToy-Projekt zielt darauf ab, Kinder schon früh für Wissenschaft zu begeistern und vielleicht in Zukunft Pflanzenwissenschaftler zu werden, und den Mitgliedern der Öffentlichkeit, die sich um die Kinder kümmern, ein wissenschaftliches Bewusstsein zu vermitteln.

Die StomaToys kombinieren Pflanzenwissenschaft, Elektronik und Kunst, um das Interesse an Pflanzenwissenschaft zu wecken und spielerisch zu unterrichten. Dazu gehören das elektronische interaktive StomaToy, ein Aktivitätsbuch, eine „Make your own paper StomaToy“-Karte und ein Video. Die Spielzeuge zeigen, wie Pflanzen auf Licht reagieren, atmen und sich mithilfe von Stomata, den „winzigen Poren oder Mündern“, die auf den Blattoberflächen vorhanden sind, gegen Krankheitserreger verteidigen. Das Projekt wird von Dr. Rucha Karnik und ihrem Labor innerhalb der geleitet Plant Science Group an der Universität Glasgow. Die Forschung im Karnik-Labor konzentriert sich auf Pflanzenwachstum und Immunität und wird von der Royal Society, der University of Glasgow, dem Begonia Trust und dem BBSRC finanziert. Das StomaToy-Projekt wird von der Royal Society und dem MVLS Engagement Fund unterstützt.

Dr. Abe Karnik und sein Labor für Human Computer Interaction (HCI). in der School of Computing and Communications der Lancaster University entwarf und baute das interaktive StomaToy in Zusammenarbeit mit den Pflanzenwissenschaftlern in Glasgow. Es stellt einen Blattabschnitt dar und vermittelt die Konzepte der lichtaktivierten Stomataöffnung, des Eindringens von Krankheitserregern und der zellulären Immunsignalisierung mithilfe interaktiver Lichtdisplays. Das Spielzeug verfügt über eine elektronische „Stomata“ in Form einer sich öffnenden Blende, die sich öffnet, wenn Licht auf einen Sensor fällt. Dies ahmt nach, was in echten Pflanzen passiert, wenn sich Stomata an der Unterseite eines Blattes als Reaktion auf Sonnenlicht öffnen, um die Temperatur einer Pflanze zu regulieren und CO auszutauschen₂ / Wasserdampf, um die Photosynthese zu ermöglichen. Genau wie bei echten Pflanzen sind die geöffneten Stomata des StomaToys ein Eintrittspunkt für schädliche Krankheitserreger. Wenn Krankheitserreger durch die Stomata eindringen, werden die Zellen auf ihre Anwesenheit aufmerksam gemacht. Chemikalien werden von der Pflanze ausgesendet, um den Krankheitserreger abzuwehren, was durch Lichter im Spielzeug veranschaulicht wird, die ihre Farbe von blau nach rot ändern, wenn ein Magnet – der „Erreger“ darstellt – mit den Pflanzenzellen in Kontakt kommt. Die interaktiven Funktionen von StomaToy werden von micro:bit betrieben, wodurch sie auch für junge, an Technologie interessierte Lernende zugänglich sind.

Um Kindern einen Vorgeschmack darauf zu geben, Pflanzenwissenschaftler zu sein, enthält das von Dr. Rucha Karnik herausgegebene StomaToy-Aktivitätsbuch Experimente zur Infektion mit Krankheitserregern mit Bildern von infizierten/gesunden Arabidopsis-Pflanzen, die während der Forschung in ihrem Labor entstanden sind. Das Buch informiert über Pflanzenbiologie und -krankheiten sowie über Stomata als Wächter der Pflanzen durch lustige Mal- und Zeichenaktivitäten. Die StomaToy Cube-Karte kombiniert das Färben, Ausschneiden und Zusammenbauen Ihres eigenen Blattquerschnitts. Dies gibt jüngeren Kindern die Möglichkeit, etwas über Pflanzen, Blattorganisation und Stomata-Platzierung auf Blättern zu lernen, um die Transpiration zu erleichtern. Das StomaToy-Heft und der Blattwürfel verwenden Doodle-Art von Dr. Mathis Riehle, ein Zellingenieur, der an Säugetiersystemen an der Universität Glasgow arbeitet. Mathis hat die Pflanzenwissenschaft durch seine Kunst interpretiert und repräsentiert, die Spaß macht und für Kinder und Erwachsene gleichermaßen attraktiv ist.

Das StomaToy-Team umfasst Nicht-Wissenschaftler. Flora Leask, ein Mitglied der Öffentlichkeit, hat dem wissenschaftlichen Team geholfen, das Projekt so zu interpretieren, dass eine effizientere Zusammenarbeit mit Nicht-Wissenschaftlern möglich ist. Sie und Lingfeng Xia, eine PhD-Studentin für Pflanzenwissenschaften im Karnik-Labor, produzierten das StomaToy-Video, das ihre Sicht auf das Projekt und ein Interview mit dem Stomabiologen Prof. Mike Blatt zeigt. Claire Osborne, Administratorin an der Universität Glasgow, hat mit den Wissenschaftlern zusammengearbeitet, um eine Webpräsenz für das Projekt zu koordinieren und es einem größeren Publikum zugänglich zu machen. Die Reise des StomaToy-Projekts und seine Errungenschaften können auf der live mitverfolgt werden StomaToy-Website und auf Twitter @Stomatal_2019.

Die StomaToys haben während des Glasgow Science Festivals und im Lancaster Fun Palace mit einem riesigen Publikum interagiert, und die Papierressourcen wurden national und international geteilt. Das Projekt war sowohl für das Team als auch für das Publikum eine lehrreiche und motivierende Erfahrung. Das StomaToy-Team hat hervorragendes Feedback von den aufsuchenden Zielgruppen erhalten und arbeitet nun daran, die StomaToys weiterzuentwickeln, damit sie kostenlos mit Vorschulen und Schulen in größerem Umfang geteilt werden können. Wenn Sie die StomaToy-Ressourcen für Bildungszwecke oder zum persönlichen Lernen nutzen möchten, senden Sie bitte eine E-Mail an Dr. Rucha Karnik (rucha.karnik@glasgow.ac.uk).

Dr. Rucha Karnik ist derzeit Research Fellow der Royal Society University im IMCSB an der University of Glasgow. Sie konzentriert sich auf die Plasmamembran-Protonenpumpen in Pflanzen, die für fast jeden Aspekt der Pflanzenphysiologie von zentraler Bedeutung sind, einschließlich Biomasseproduktion, Wurzelentwicklung, Stomareaktionen und Abwehr von Krankheitserregern.