Escritos La respiración de soplo vital a problema de Conocimiento

LA RESPIRACIÓN COMO PROBLEMA DE CONOCIMIENTO: UN ACERCAMIENTO A LAS ESTRUCTURAS INVOLUCRADAS EN LA RESPIRACIÓN DEL MILPIÉS RESPIRATION AS A KNOWLEDGE PROBLEM: AN APPROACH TO THE STRUCTURES INVOLVED IN MILLIPEDE RESPIRATION

Joaquín Eduardo Bello Ballesteros1, Ángel Danilo Florián Ardila2, Juan Camilo Jiménez Jiménez3, Karen Geraldine Rodríguez Dallos4, Sandra Patricia Verano Fuentes5

RESUMEN El objeto de estudio del presente trabajo ha sido el acercamiento a la comprensión de la respiración como un problema de conocimiento. Para ello, se escogió un organismo perteneciente al grupo de los diplópodos para estudiar la relación entre las condiciones, las sustancias que intervienen, los recorridos que se llevan a cabo y las estructuras donde se realiza, profundizando exclusivamente en los espiráculos ocluibles. De este modo, se elaboró

Comentado [VVS1]: El escrito contextualiza el origen del problema, pero no lo formula en el lugar indicado. El escrito no muestra el proceso que hizo posible el desarrollo del trabajo, lo que deja lo planteado en un lugar común más sobre la respiración de artrópodos. No relieva el papel de la experiencia, la artificialización, la construcción de explicaciones, en general, el proceso llevado acabo en el seminario.

No se hace uso de las fotografías de la salida o del organismo en cuestión.

No se evidencia uso de la bibliografía recomendada en el módulo.

una ruta metodológica que incluye a groso modo el proceso de exploración y descripción de

Calificación: 40/50

la transecta, la caracterización morfológica del milpiés, el proceso de respiración traqueal del

Comentado [VVS2]: Se escribe y se dice groso modo y no a groso modo

animal y la construcción de un material audiovisual que responderá al cuestionamiento planteado. Finalmente, los resultados determinan como la respiración traqueal en un milpiés con espiráculos ocluibles involucra diferentes momentos y diversas relaciones entre las condiciones del ambiente, las concentraciones de los gases y las estructuras implicadas en los procesos de ventilación y difusión de las sustancias que intervienen.

ABSTRACT The object of study of this work has been the approach to understanding breathing as a problem of knowledge. For this, an organism belonging to the group of diplopods was chosen to study the relationship between the conditions, the substances involved, the routes that are carried out and the structures where it is carried out, delving exclusively into the occludable spiracles. In this way, a methodological route was elaborated that roughly includes the process of exploration and description of the transect, the morphological characterization of the millipede, the process of tracheal respiration of the animal and the construction of an 1

Estudiante de maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Universidad Pedagógica Nacional. jebellob@upn.edu.co Estudiante de maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Universidad Pedagógica Nacional. adfloriana@upn.edu.co Estudiante de especialización en Docencia de las Ciencias Naturales para nivel básico. Universidad Pedagógica Nacional. jcjimenezj@upn.edu.co 4 Estudiante de maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Universidad Pedagógica Nacional. krodriguezd@upn.edu.co 5 Estudiante de maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Universidad Pedagógica Nacional. spveranof@upn.edu.co 2 3

audiovisual material that responds to the question raised. Finally, the results determine how tracheal respiration in a millipede with occludable spiracles involves different moments and diverse relationships between environmental conditions, gas concentrations, and structures involved in the processes of ventilation and diffusion of the substances involved.

PALABRAS CLAVES Artrópodo, Diplópodo, espiráculo, tráquea, traqueola, respiración discontinua KEY WORDS Arthropod, Diplopod, spiracle, trachea, tracheola, discontinuos breathing

INTRODUCCIÓN El estudio y la comprensión de las estructuras involucradas en la respiración de un milpiés se origina a partir de la salida de campo a la Laguna El Tabacal con el grupo de estudio del seminario de Comprensión de lo vivo. Allí se produjeron diversas experiencias innovadoras que luego nos llevaría a transformar las formas de conocer la respiración del milpiés. Este paraje se encuentra ubicado a 10 kilómetros del casco urbano del municipio de la Vega, Cundinamarca, caracterizado por ser un bosque muy húmedo, con una altitud entre los 1000 metros y los 2000 metros de altura sobre el nivel del mar, se pueden presentar temperaturas que varían entre los 18ºC y los 24ºC, cuenta con precipitaciones constantes, por lo que hay humedad en el ambiente generando suelos moderadamente profundos de alta acidez y baja fertilidad.

Comentado [VVS3]: Falta referencia bibliográfica.

La Laguna el Tabacal se encuentra en la extensión de un paisaje montañoso con relieves que van desde ligeros hasta moderadamente escarpados, de hecho, es la parte geomorfológica más extensa de la zona; en aquel sector también se observa un sistema de lacustre intermontano, que corresponde al cuerpo hídrico conocido como: La laguna el Tabacal, con un área aproximada de 22429 m². Estos últimos hacen parte de las montañas que conforman la zona y se definen como vertientes de rocas con pendientes que superan los 45° grados.

En este lugar, el grupo de estudio exploró en algunos senderos y se destinó que la zona de observaciones sería el bosque cerca al “Mirador el cacique”. En dicho lugar se construyó una transecta de 4m² donde era evidente a simple vista diferentes tipos de vegetación, de las cuales se encontró como dominante la herbácea con al menos unas 20 morfoespecies de unos 12-15 cm de altura, hojas grandes para la captación de la poca entrada de luz solar y

Comentado [VVS4]: Falta referencia bibliográfica.

rastros de organismos folívoros, por otro lado, había una vegetación arbustiva con menor cantidad de morfoespecies que presentaban un rastro de organismos que se alimentaban de la savia de sus hojas, y, por último, una vegetación arbórea entre unos 15-20 metros de altura, finalizando en lo más alto en un gran dosel que impedía la entrada de luz hasta el suelo.

Asimismo, en los troncos de los árboles se podía observar la presencia de musgo y líquenes, lo cual indicaba la humedad y pureza en al aire que podría influir en los procesos de respiración de los seres vivos del lugar. Del mismo modo, se encontraban hongos fructíferos que determinaban presencia de gran variedad de materia orgánica, el suelo estaba compuesto por grandes cantidades de hojarasca y semillas pequeñas provenientes de los grandes árboles. Fue en este lugar donde apareció desplazándose lentamente por la hojarasca el organismo de colores vivos que permitió problematizar el proceso de respiración.

MARCO CONCEPTUAL El milpiés es un organismo perteneciente al Phylum Artrópodo, caracterizados por ser segmentados y poseer un exoesqueleto. Pertenece al Subphylum Miriápoda y a la clase diplópoda, la cual constituye a los organismos cilindrados denominados Milpiés. Su morfología cuenta al igual que el de otros artrópodos, con cabeza, tórax y abdomen, la cabeza presenta una dirección convexa hacia la parte ventral, tiene estructura bucal, ocelos y antenas sensoriales, el tórax y abdomen están constituidos por diplosegmentos quitinosos que forman un armazón cilíndrico, cada segmento cuenta lateralmente con dos pares de patas, cercano a estas se encuentra una de las estructuras que conforma el sistema traqueal responsable del intercambio gaseoso entre el ambiente y la célula del organismo. Dentro de este sistema encontramos el espiráculo, la tráquea y las traqueolas, las cuales se describirán a continuación, denotando su importancia.

Los espiráculos, también llamados estigmas, son unos orificios por donde ingresa y salen las sustancias involucradas en la respiración. En el milpiés están localizados delante de las coxas de las patas, se abren a los extremos y están asociados con apodemas, que también sirven de inserción de los músculos exclusivos de las patas, lo que permite evaluar la relación que existe entre el movimiento del artrópodo y la función mecánica de los estigmas. Esta relación cobra relevancia puesto que, a diferencia de la mayoría de los artrópodos, el milpiés no cuenta con válvulas. En este sentido sus espiráculos no pueden cerrarse completamente. (Moreno, 2013) Cabe resaltar que todos los estigmas en el milpiés son funcionales, es decir todos intervienen en el intercambio gaseoso, a lo que se le llama sistema respiratorio holoneustico (De la cruz

Comentado [VVS5]: Falta referencia bibliográfica

lozano, 2006). Para evitar la pérdida de agua, éste cuenta con una cámara ocluible, llamada atrio, que puede abrir y cerrar a causa del cambio de las presiones parciales y los movimientos del animal. Esta actividad se realiza o está directamente vinculada con la acción de los quimiorreceptores que se encuentran tanto en los espiráculos como en la tráquea, los cuales en determinadas ocasiones mandan señales al sistema nervioso (Mora, n.d.).

Esta cámara cuenta con sedas o espinas llamadas tricomas que impiden el paso de polvo, parásitos u otras sustancias extrañas; así mismo, el peritrema, que es un anillo esclerotizado ayuda a evitar estas sustancias que podrían ser perjudiciales para este organismo. La función del espiráculo y las estructuras que lo conforman es conectar el sistema interno con el ambiente. Este sistema interno se compone de las tráqueas y las traqueolas, las cuales permiten que el gas se desplace por medio de difusión hasta las células donde se realiza el proceso de respiración, es decir la transformación de las sustancias y la liberación de energía.

Comentado [VVS6]: Falta referencia bibliográfica

Asimismo, las tráqueas son invaginaciones de las paredes del cuerpo del milpiés, que terminan en los estigmas, en la cutícula. Normalmente se unen entre sí para formar una red ramificada que se extiende por casi todo el cuerpo. El sistema de conductos que transportan el oxígeno por el organismo, junto con las traqueolas, consideradas como las estructuras más internas del sistema traqueal, son canales llenos de líquido, los cuales terminan en una célula o en un conjunto de células. (Gefaell et al., n.d.)

Teniendo en cuenta la información anteriormente descrita es posible realizar una aproximación sobre la ventilación vista como uno de los fenómenos que ocurre en el proceso de respiración. Acercamiento que busca dar respuesta a como sucede el intercambio gaseoso en el milpiés. Para lo cual, es necesario entender la complejidad del ser vivo en su conjunto y los procesos que allí ocurren para dar cabida a esta actividad.

El milpiés cuenta con un tipo de respiración discontinua, esto debido a que hay un intercambio gaseoso entre el espiráculo y el ambiente de esta manera. Es Importante resaltar que la respiración es continua entre las células y las estructuras más internas. Un factor fundamental en la respiración discontinua en los artrópodos es la presencia de espiráculos ocluibles, es decir que se puedan abrir y cerrar, ya sea debido a válvulas o por carencia de ellas, a distintas estructuras que permiten ese mecanismo (Perry et al.,2019).

La respiración discontinua se aborda desde tres periodos o fases, donde los espiráculos pueden estar abiertos o cerrados según lo requerido y necesario para el milpiés, lo que da lugar a los procesos de ventilación y difusión. Estos periodos se caracterizarán en los resultados donde se relacionará directamente con la pregunta problema que surgió a partir de la ruta metodológica.

Comentado [VVS7]: ¿Por qué ese interés, de dónde surge la pregunta? ¿Cuál es la pregunta?

MATERIALES Y MÉTODOS La investigación se llevó a cabo mediante la observación realizada en la Laguna el Tabacal y la revisión bibliográfica de información que permitieran profundizar el objeto de estudio. Para ello, se elaboró una ruta metodológica que se fundamenta en cinco fases, en donde cada una de ellas contempla una acción a seguir como se presenta a continuación: FASE 1 FASE 2

Realizar un proceso de observación y exploración en un entorno natural, así como la caracterización de la transecta y selección de un organismo artrópodo.

Reconocer e identificar el organismo a partir de un estudio que se compone de la caracterización morfológica y la ficha taxonómica del animal seleccionado.

Reproducir un escenario de construcción de conocimiento científico a partir del

FASE 3

estudio del sistema de respiración del milpiés, vinculado con una pregunta problema, que permita detenerse a contemplar la respiración del organismo seleccionado como un verdadero problema de conocimiento.

Identificar el sistema traqueal del milpiés, donde se reconocen las estructuras

FASE 4

que intervienen en la respiración, analizando los recorridos y las sustancias que intervienen.

Elaborar un video que represente de forma explícita la ubicación de las

FASE 5

estructuras que están presentes en el artrópodo en el proceso de respiración, permitiendo simultáneamente responder la pregunta que orienta el escenario problemático de conocer y comprender la respiración del milpiés.

Tabla No. 1. Fases de la ruta metodológica.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Teniendo en cuenta las estructuras que intervienen en el sistema traqueal del milpiés, se encontró diversos estudios sobre el espiráculo; por ejemplo, Shelley, R (1999) afirma que los espiráculos de los milpiés están ventralmente y no pueden cerrarse; sin embargo, hay una gran variedad de especies de miriápodos que pueden cerrar sus espiráculos y las homologías en la estructura espiracular sugieren que otros taxones de artrópodos traqueados también tengan esta capacidad (Klok, J; Mercer, R y Chown, S, 2002). De igual manera, Perry. S; Lambertz. M y Schmitz. A (2019) manifiestan que algunos casos de milpiés tienen espiráculos que pueden cerrarse.

En este orden de ideas, se planteó la siguiente pregunta ¿Cómo es el intercambio de gases en un milpiés con presencia de espiráculos ocluibles? Perry et al., (2019) afirman que: “Un requisito previo para la respiración discontinua son los espiráculos que se pueden cerrar. Este

es el caso de algunos arácnidos, ciempiés, milpiés y también insectos”. Por tanto, un componente crucial de la respiración discontinua en artrópodos traqueados es la presencia de espiráculos ocluibles.

En este sentido, se elaboró un video explicativo sobre la respiración discontinúa para dar respuesta a la pregunta planteada:

Comentado [VVS8]: Mmm no. El video es un producto de las comprensiones realizadas; no es el contrario.

Imagen 1. Periodo C. Tomada y adaptada de: Discontinuous gas-exchange in centipedes and its convergent evolution in tracheated arthropods, 2002

La imagen 1. representa el periodo C (por closed, cerrado) en donde los espiráculos permanecen cerrados y no se produce un intercambio gaseoso entre el milpiés y el medio; sin embargo, el animal consume el oxigeno de las tráqueas mientras que la respiración celular libera CO2, el cual es absorbido por el bicarbonato y las proteínas de la hemolinfa. En estas circunstancias, el CO2 resulta removido con lo que la presión parcial de O2 disminuye en las tráqueas.

Comentado [VVS9]: Esta información aparece descontextualizada.

Imagen 2. Periodo F. Copiada y adaptada de: Discontinuous gas-exchange in centipedes and its convergent evolution in tracheated arthropods, 2002

Cuando la presión parcial del O2 llega a un valor muy bajo, el sistema nervioso central del animal comienza a abrir y cerrar los espiráculos de una forma rápida, dando lugar al periodo F (imagen 2). En este periodo ingresa el aire atmosférico en la tráquea, por lo que aumenta el nivel de O2 del animal y el CO2 continúa acumulándose, a pesar de que en parte sigue siendo absorbido. Cuando la acumulación de CO2 alcanza un determinado valor, se abren los

espiráculos sin intervención de los quimiorreceptores y dejan salir el CO2 acumulado, dando lugar a la última fase O (por open, abierto) (Schilman, 2007).

De acuerdo con lo anterior, Schilman (2007) manifiesta que la respiración discontinúa habría resultado de las ventajas de mantener una baja concentración de O2 en el cuerpo, pues en un diplópodo ésta es aproximadamente el 5%, mientras que en la atmósfera es del 21%. Es por esto que una alta concentración de O2 tendría efectos negativos o tóxicos, ya que el O2 es un radical libre propenso a reaccionar con metales para formar superóxidos, los que atacarían los ácidos grasos insaturados e, incluso, podrían dañar directamente el ADN. Aunque el cuerpo posee sistemas defensivos contra estas reacciones adversas, una alta concentración de O2 puede exceder la capacidad de las defensas y ocasionar la muerte celular. Desde esta perspectiva, la regulación de la concentración de O2 del milpiés se logra variando la frecuencia de apertura y cierre de los espiráculos, pues con una baja concentración de O2 en el aire, abren los espiráculos con mayor frecuencia. Por lo tanto, la respiración discontinua evitaría los efectos tóxicos de las altas concentraciones de O2 en la atmosfera.

CONCLUSIONES A la respiración del milpiés se le denomina respiración discontinua, no precisamente porque deje de respirar el organismo, sino porque el mecanismo de cierre y apertura del espiráculo permite el almacenamiento de aire dentro del atrio, que luego posiblemente por los movimientos del cuerpo y de las patas, fluye por todo el sistema traqueal, donde se desplaza el oxígeno hasta las células del milpiés, en donde se lleva a cabo el proceso de respiración mitocondrial, que hace referencia a un proceso mucho más complejo y propio de un transporte de electrones del oxígeno a nivel celular.

De este modo la explicación de la respiración desde una perspectiva un tanto mecanicista se puede describir, a partir del intercambio gaseoso en el milpiés. Es claro que esta no es una explicación suficiente para el concepto de la respiración, puesto que es un proceso complejo, en donde intervienen múltiples estructuras, las cuales se complementan entre sí. Sin embargo, desde este punto, es posible explicar unos de los factores a los cuales se vincula este proceso y es el de la difusión y la ventilación.

En concordancia con lo anterior, la respiración del milpiés se constituyó un problema de conocimiento al generarse espacios de debate, formulación de preguntas y construcción de criterios para validar las explicaciones sobre lo vivo, para comprender la respiración más allá de una mirada cotidiana, entrando en detalle sobre las condiciones, las sustancias que

intervienen, los recorridos que se llevan a cabo y las estructuras donde se realiza tal proceso; para lo cual, se eligió un recurso audiovisual con el objetivo de dar respuesta a la pregunta problema, configurada sobre la respiración del milpiés, esto con el fin de llegar a un entendimiento de fenómenos complejos que no son observables a simple vista.

Así como se ha plasmado, la respiración es uno de muchos procesos dentro del mundo viviente que pueden problematizarse en el aula. El profesor de ciencias debe tener rigurosidad en identificar aquellos obstáculos que impiden la adecuada conceptualización del término, y así, replantear metodologías adecuadas de enseñanza que permitan ver la respiración desde componentes epistemológicos e históricos que promuevan un aprendizaje significativo y duradero.

BIBLIOGRAFÍA De La Cruz Lozano, J. (2006). Entomología: morfología y fisiología. En Universidad Nacional de Colombia. Palmira, Colombia.

Gefaell, B., Regueira, M., & Varela, R. (n.d.). Respiración en insectos [Fisioloxía Animal II, 3º de Grado en Bioloxía]. In Universidade de Vigo.

Klok, J; Mercer, R y Chown, S (2002) Discontinuous gas-exchange in centipedes and its convergent evolution in tracheated arthropods. The Journal of Experimental Biology 205, 1019 – 1029.

Mora, D. (n.d.). Termitologia I -Capítulo XIV: El aparato respiratorio y la respiración.

Retrieved Abril 4, 2021, from https://www.expertoentermitas.org/termitologiam/termitologia/termitologia-i-capitulo-xiv-el-aparato-respiratorio-y-la-respiracion/ Moreno, A. G. (2013, Agosto 22). MIRIÁPODOS. Apuntes de zoología. Retrieved Mayo 4, 2021, from https://www.ucm.es/data/cont/docs/465-2013-0822H8%20MIRIAPODOS.pdf Perry. S; Lambertz. M y Schmitz. A (2019) Respiratory Biology of animals. Evolutionary and Functional Morphology. Oxford University press. pp., 123-124 Schilman, P (2007) La respiración de los artrópodos con tráqueas. Ciencia Hoy. Universidad de California – San Diego. pp., 40 – 45.

Shelley, R (1999) Los ciempiés y milpiés, con énfasis en la fauna de América del Norte.

Mundos subterráneos UMAE No 10. North Carolina State Museum of Natural Sciences in Raleigh.

LA RESPIRACIÓN UN CONOCIMIENTO COMPLEJO PARA LA TRANSFORMACIÓN EN EL AULA

Autores: K.V Torres Vásquez; C. D. Cangrejo Sabogal; W.E. Sanchez Serrato y C.A Laguna Rivera.

Resumen:El escrito deriva de las reflexiones y momentos de aproximación a la respiración como un problema de conocimiento en el marco del Seminario de la Compresión de lo Vivo del programa de la Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. El escrito desarrolla cuatro planteamientos: La respiración traqueal cómo una propiedad emergente, complejidad de la interacción entre las estructuras, la transformación del conocimiento sobre la respiración

Comentado [VVS1]: Mmmm si bien es cierto participan varias personas en el escrito, no se nota una estructura articulada que lo haga aparecer como un texto. Es un escrito con cuatro partes distintas entre sí.

La ausencia de un contexto de origen del trabajo lo hace aparecer como un escrito cualquiera sobre la respiración de insectos bastante superficial. ¿Por qué el escrito? ¿A qué preguntas responde? De dónde se origina el interés por los fasmidos, por qué los fasmidos y no otros. Más allá de la trasposición didáctica y del Concomimiento del contenido didáctico, que tal vez sean interesantes en oros contextos, qué papel jugó la experiencia, la artificialización del mundo natural, la elaboración de artefactos o simulaciones…etc. Etc. Etc,… son aspectos que fueron trabajados en el seminario y desarrollados por ustedes, pero que no se ven reflejados en este escrito.

No se hace uso de las fotografías de la salida o del organismo en cuestión.

y las implicaciones didácticas en la enseñanza de la respiración; con ellos se propone abordar

No se evidencia uso de la bibliografía recomendada en el módulo

particularmente a la respiración traqueal desde una perspectiva integradora que articule

Calificación: 36/50

aspectos disciplinares biológicos y didácticos.

Abstract: The text derives from the reflection and moments of breath approximation as a knowledge problem in the framework in the Seminar of the Understanding of the living, of the masters in teaching natural sciences. The text develops four approaches: the tracheal breathing as an emergent property, interaction complexity between structures, knowledge transformation about breathing and the didactic teaching implications. With them, it is proposed to deal with particularly tracheal breathing from an integrative perspective that articulates biological and didactic disciplinary aspects.

Palabras clave: Respiración traqueal, propiedades emergentes, conocimiento biológico, conocimiento didáctico, transposición didáctica.

Key Words: Tracheal breathing, emergent properties, biological knowledge, didactic knowledge, didactic transposition.

INTRODUCCIÓN El presente escrito tiene como objetivo abordar la respiración traqueal como un problema de conocimiento complejo que involucra una transversalidad de las Ciencias Naturales. La respiración traqueal aquí, será vista como una propiedad emergente, de la cual se pretenden establecer reflexiones asociadas a la transformación de su conocimiento, la complejidad más

Comentado [VVS2]: Mmmm en otro momento desarrollaré más elementos sobre este asunto. Por lo pronto solo mencionaré que la relación entre los problemas de conocimiento y la transposición didáctica es asimétrica. Hace referencia a dos contextos de entender la enseñanza de las ciencias totalmente distintos.

allá de los procesos fisiológicos y las implicaciones didácticas de su enseñanza.

Continuamente, se realiza una caracterización de las estructuras que intervienen en dicho proceso y la interacción con otros sistemas del organismo y el ambiente. Así, los contenidos a desarrollar serán: la respiración traqueal como una propiedad emergente, la transformación del conocimiento sobre la respiración a partir del desarrollo del Seminario de la Comprensión de lo Vivo, la complejidad más allá de los procesos fisiológicos y por último las implicaciones didácticas en el ámbito de la enseñanza de la respiración.

LA RESPIRACIÓN TRAQUEAL COMO UNA PROPIEDAD EMERGENTE La respiración en la mayoría de insectos, tiene lugar por medio de tubos aéreos internos conocidos como tráqueas, estas se ramifican a través de los órganos del cuerpo y sus apéndices, (O.W Richards, Barcelona, 1983) permitiendo que el organismo se abastezca del oxígeno requerido para el funcionamiento del metabolismo. Dado que el metabolismo aerobio exige oxígeno, los animales deben disponer de mecanismos para su captación y distribución por todas sus células. Del mismo modo, deben poseer también mecanismos para la eliminación de los desechos gaseosos (Regueira, Valera, & Gefaell, 2016). Este proceso, analizado paso por paso, desde una reconstrucción literaria, permitió comprender que la respiración traqueal, más allá de ser un sistema constituido por una estructura cilíndrica y ramificada que se distribuye a lo largo de la corporalidad de un organismo. Para este caso

Comentado [VVS3]: Falta texto. Frase incompleta.

puntual, un insecto, es la conexión y articulación en varios sistemas y procesos adicionales que deben interconectarse para que todo funcione en favor del insecto, logrando máxima precisión y funcionamiento.

De allí que se retomen planteamientos desde la teoría sistémica propuesta por Humberto Maturana, quien indicó que:

Comentado [VVS4]: Mmm aquí hay una falta de correspondencia entre lo anterior y esto que se afirma.

Se está hablando de la estructura tr5aqueal y se salta (al vacío) a la definición del un insecto como cuna conexión articulada de sistemas y procesos. ¿?????

“Las propiedades sistémicas de un nivel concreto reciben el nombre de propiedades *emergentes* puesto que emergen precisamente en aquel nivel, en donde a distintos niveles sistémicos corresponden a distintos niveles de complejidad.

En cada nivel, los fenómenos observados poseen propiedades que NO se dan a niveles inferiores”. (Maturana H, 1998).

Con esta misma idea, como lo referencia Valencia en su semanario un Soplo de vida, citando a Francois Jacop (1999).

“Un cuerpo vivo no es simplemente una asociación de elementos, una yuxtaposición de órganos que funcionan: es un conjunto de funciones que responden cada una a

Comentado [VVS5]: Hasta lo dicho no hay ninguna argumento o referencia discursiva que justifique la noción de emergencia como idea para entender el sistema traqueal y por tanto no hay conexión tampoco con la cita de Maturana.

Comentado [VVS6]: François Jacob

exigencias precisas. No sólo los órganos dependen unos de otros, sino que su presencia y su disposición proceden de las necesidades impuestas por las leyes de la naturaleza que rigen la materia y sus transformaciones” (François Jacob 1999 citado en Valencia, S. Méndez, O. Jiménez G).

Con lo dicho anteriormente, se infiere que mediante los diferentes sistemas de insectos, a diferentes niveles, todo se ensambla para el funcionamiento de un organismo, todo se conecta y se articula, mediante las formas y se perfilan las exigencias de la fisiología. De esta manera, afirmamos que la respiración es una propiedad emergente.

COMPLEJIDAD DE LA INTERACCIÓN ENTRE LAS ESTRUCTURAS

En el presente apartado se muestran las estructuras del sistema traqueal, con el fin de realizar una explicación del fenómeno de la respiración en insectos palo, visto como un problema del conocimiento de alta complejidad. De esta manera, se inicia describiendo las estructuras del sistema traqueal, como lo son, el peritrema, el músculo oclusor, los espiráculos, el atrio, las tráqueas (primarias y secundarias), los tenidios, las traqueolas y los sacos aéreos.

La peritrema, es el reborde amiento esclerotizado del músculo oclusor, este último cumple la función de evitar la pérdida de vapor de agua y abrir y cerrar, los espiráculos (ver imagen 1), los cuales son aberturas que suelen situarse en las pleuras, se dan en pares simétricos, dos y tres pares en el tórax, siete y ocho pares en el abdomen, Ilustración 1Ninfa de insecto palo, ilustrada con rapidografo

mientras la cabeza carece de ellos, por en técnica puntillismo, Elaborada por Karol Torres lo que intercambia gases mediante

ramificaciones cefálicas que se desprenden del tórax. Estas aberturas dan paso a una cámara o adaptación común, que evita la penetración de partículas nocivas al interior del organismo, conocido como Atrio, el cual conecta la entramada red de estructuras tubulares, denominadas tráqueas. Las tráqueas, son la red de conductos que transportan el oxígeno, estos tubos tienen un diámetro de 1 o 2 µm (1x10^-6 m) y están ramificadas por todo el organismo (de allí que sean primarias o secundarias) su revestimiento cuticular contiene una estructura que le brinda estabilidad a la tráquea frente a los cambios de la presión y permiten cierta elasticidad, esta estructura se llama Tenidio. Las ramificaciones que disminuyen su diámetro se conocen como traqueolas (O.W Richards, Barcelona 1983).

Comentado [VVS7]: Interesante conclusión. Tanto la de Jacob como la de ustedes; en el caso de Jacob habría que leer la cita en contexto para saber a qué hacer referencia él, y en caso de ustedes faltan argumentos para mostrar porque se afirma tal cosa.

El diámetro de las traqueolas es menor 1 µm (1x10^-6 m) y pareciera que esta es la única diferencia entre tráquea y traqueolas, sin embargo, hay otras diferencias en términos estructurales como lo es su composición de quitina y proteínas derivadas del ectodermo, las tráqueas están compuestas de estas proteínas mientras que las traqueolas carecen de las mismas. Y las traqueolas son las que se conectan directamente con las células, en este momento entre las células y las traqueolas es donde se produce el intercambio de gases (Regueira, Valera, & Gefaell, 2016). Lo expuesto anteriormente, es a groso modo la estructura del sistema traqueal. Cabe resaltar que las traqueolas tienen contacto directo con la superficie

Comentado [VVS8]: Se escribe y se dice groso modo; no se escribe ni se dice a groso modo

de las células. Este contacto entre las células y las traqueolas tiene como objetivo que la célula, mediante difusión del fluido, realice la metabolización a través de la mitocondria y aquí se produce la respiración celular. (Regueira, Valera, & Gefaell, 2016).

Entre este proceso de respiración, hay un papel importante y es cuando el espiráculo se abre y se cierra. Aquí la apertura y cierre depende de los músculos y los nervios. Es decir, que si los músculos que se encuentran conectados a los espiráculos no se abren o se cierran, no habrá ingreso o salida de flujo de oxígeno. Esto quiere decir que el proceso de respiración depende de otros sistemas.

Mediante la investigación realizada sobre las estructuras, se reflexiona acerca de poder conocer a cabalidad el proceso de respiración, ya que hay bastantes factores que intervienen para este fin, no se puede determinar por solo una estructura que el organismo está respirando. En otras palabras, la respiración es una red de funciones entre diferentes estructuras.

A si las cosas la respiración es un problema del conocimiento, puesto que va más allá de la comprensión de recibir oxígeno y expulsar dióxido de carbono. La respiración debe ser analizada desde todo aquello que interfiere en su proceso. Es decir, para hablar de la respiración, se debe analizar la interacción en la suma de las partes. Y este acto de esquematizar y reconocer funciones de cada una de las partes.

LA TRANSFORMACIÓN DEL CONOCIMIENTO SOBRE LA RESPIRACIÓN Los fenómenos que tienen ocurrencia en la cotidianidad pasan por inadvertidos para una gran parte de la población en general, estos se dan por entendidos a tal punto que su ignorancia puede entenderse como un saber ya adquirido y no modificable, la problemática surge cuando a partir de un interés por el conocer se rompen muchos dogmas establecidos por el contexto que nos rodea, estos intereses específicos dan cuenta de un proceso de transformación de

Comentado [VVS9]: Esta afi5nación es vacía de contenido; primero porque hasta ahora solo se ha hablado de la estructura y segundo porque aun no se ha dicho qué es eso de un problema de conocimiento.

conocimiento, en el cual se describen 3 estados: El primero de estos podemos llamarlo estado incipiente, este es muchas veces impreciso, en donde se encuentra respuestas a cualquier cuestión que rodee al fenómeno a partir de saberes popularizados contextualmente, el segundo lo denominamos estado de conflicto, ya que a partir de una búsqueda de nuevas respuestas aliadas con un proceso de observación, análisis y descripción, que al mismo tiempo se apoya en la literatura, se pueden llegar a romper o afirmar algunos preconceptos adquiridos con anterioridad, el tercer y último estado lo llamaremos estado de transformación, en el cual se recogen todas las experiencias adquiridas en las etapas anteriores incluyendo los procesos de socialización, es decir, mediante la adquisición de conocimientos e información a partir de la interacción directa con pares o superiores académicos, donde se da fin o solución al problema de conocimiento del cual se partió, en consecuencia de la superposición de estos 3 estados en donde resulta lo que ahora llamaremos transformación de conocimiento.

respiración nos limitamos a señalar con absoluta seguridad que esto se debe a un simple

Comentado [VVS10]: Interesante estos estados; sin embargo, estos no estuvieron propuestos ni por el seminario, ni por ustedes en el trascurso de las exposiciones, por lo que poco peso argumentativo tienen tales estados para describir lo que el grupo realizó.

intercambio gaseoso en el cual solo intervienen el oxígeno en la inhalación y el dióxido de

Comentado [VVS11]: De acuerdo con

De acuerdo a lo anterior, es interesante descubrir que las veces que hablamos de la

carbono en la exhalación, incluso para el gran Aristóteles la respiración era esencialmente un mecanismo de refrigeración y por esta misma razón estaba ausente en algunas formas de vida, como lo menciona en su escrito “Hemos defendido ya que, entre los animales, los insectos no respiran, y este hecho está abierto a la observación incluso en el caso de pequeñas criaturas como moscas o abejas, ya que pueden nadar en un fluido por largos periodos si este no está ni demasiado caliente ni demasiado frío.” (Sobre la respiración; sección 2 parte 5), pensar que han

pasado siglos y este pensamiento perdura con unas mínimas variaciones en la población es prueba inequívoca la de la carencia de curiosidad sobre este fenómeno. En contra posición, a partir del estudio llevado a cabo, donde el concepto de respiración tomó protagonismo, de manera general en los fásmidos, puntualizando en el sistema respiratorio del insecto palo como objeto de estudio, nos llevó a la discusión a través del planteamiento de cuestionamientos que surgieron y que nos llevaron a describirla como un complejo sistema que surge como la sumatoria de “microprocesos” individualizados que se complementan para la formación del sistema traqueal, pero para llegar a esta aseveración, fue necesario atravesar por los tres estados mencionados con anterioridad, que nos permitieron como grupo transformar esas ideas iniciales arraigadas en nuestra formación disciplinar y contextual, construyendo al mismo tiempo un nivel conceptual superior sobre la problemática de la respiración.

LAS IMPLICACIONES DIDÁCTICAS EN LA ENSEÑANZA DE LA RESPIRACIÓN

En el ámbito de las profesiones, existen ciertos elementos que caracterizan y diferencian a los maestros de otros profesionales, dichos elementos son el constructo de una formación académica, de experiencias educativas, personales de acciones propias de un proceso cognitivo, de modo que, son los maestros quienes constantemente se cuestionan sobre el cómo acerca de la enseñanza de un contenido disciplinar. Uno de esos elementos son el conocimiento didáctico del contenido.

Cómo lo menciona (Valbuena, 2007, p. 138) el conocimiento didáctico del contenido (CDC), se refiere al conocimiento que se necesita para poder transformar los contenidos disciplinares, con el fin de hacerlos comprensibles a los estudiantes. Se trata entonces de hacer de los contenidos disciplinares, contenidos “enseñables y aprendibles”.

La respiración traqueal como contenido disciplinar, principalmente es abordado por maestros de la Biología, sin embargo, en el ámbito de las Ciencias Naturales puede ser abordado desde la Física pero también desde la Química. En ese sentido, se habla entonces de una transposición didáctica de los saberes disciplinares propios de los cuerpos de conocimiento científico para hacerlos enseñables a un grupo o población, esto se hace necesario dado que las formas en que se construye el conocimiento, los conceptos y los contenidos científicos tienen un nivel de complejidad distinto a la forma en que los estudiantes en edades escolares lo hacen. Aquí influyen factores cómo la edad, los ritmos de aprendizaje y los procesos metacognitivos desarrollados en torno a un objeto de estudio.

Autores cómo Chevallard, (1998) ya han mencionado hace mucho que un contenido de saber que ha sido designado como un saber a enseñar, sufre a partir de entonces un conjunto de transformaciones adaptativas que van a hacerlo apto para ocupar un lugar en los “objetos de enseñanza”. El “trabajo” que transforma de un objeto de saber a enseñar es denominado “transposición didáctica” Lo anterior, implica que para abordar la respiración traqueal con poblaciones en edades escolares se deben escoger muy bien y de manera elocuente los conceptos estructurantes, el lenguaje y las estrategias didácticas específicas que le permitan al maestro, trascender por sobre las explicaciones simplistas en las que, por lo general, solo se obtienen interpretaciones tergiversadas tanto para los estudiantes cómo para el mismo maestro. Aquí el papel que juegan las modelizaciones, simulaciones, diseños experimentales es muy importante porque permiten que a su alrededor se formen estructuras que servirán de base para la construcción de un conocimiento escolar en torno a la respiración cómo un objeto de estudio por parte de los estudiantes. Por su parte, el maestro encontrará en ellas una forma de enriquecer su

Comentado [VVS12]: Mmmm esto no fue problema del seminario. Como se mencionó, si bien podría haber referencias históricas o pedagógicas estas no eran centrales; menos aún con alguna tendencia en particular.

práctica toda vez que dichas modelizaciones y demás se vayan actualizando de manera relativa a la dimensión disciplinar. Esto no quiere decir que la didáctica sea una una subordinada de las disciplinas “puras” pues en esta última se ha venido consolidando debido, en parte, a la investigación que circula en congresos, libros, artículos y revistas especializadas en didáctica de las Ciencias.

Con respecto a las artificializaciones, simulaciones y diseños experimentales es importante comprender cómo la coherencia entre los presupuestos teóricos y explicativos logran dar cuenta en mayor o menor medida de la naturaleza del fenómeno de estudio, en este caso, abordar la respiración cómo una propiedad emergente implica por parte de los maestros posicionarse en una perspectiva de pensamiento holístico y complejo, holístico porque va más allá de la identificación de elementos cómo las estructuras, los sistemas o la comprensión de los procesos fisiológicos relativos a la respiración traqueal y complejo porque integra precisamente esos elementos en un plano explicativo y relativamente tangible.

Es preciso aclarar además que los diseños experimentales no son herramientas totalmente acabadas y que por sí solas no logran dar cuenta de todo el fenómeno o problema de estudio, se debe tener cierta experticia en reconocer sus ventajas, pero también sus limitaciones, pues es posible que se idealicen recrean imágenes o analogías erróneas muy distantes a la “realidad” de la naturaleza fenomenológica del objeto de estudio, con lo cual el diseño o la simulación pierden fuerza. Por su parte, las ventajas radican en el dominio que el maestro tenga del mismo en términos de su construcción el lenguaje científico utilizado y el juego entre lo aparentemente tangible a los métodos y abstracciones del conocimiento científico, didáctico, escolar y contextual.

CONCLUSIONES La respiración como un problema del conocimiento, va más allá de la comprensión de recibir oxígeno y expulsar dióxido de carbono. La comprensión de la respiración debe ser analizada desde todo aquello que interfiere en su proceso. Es decir, para hablar de la respiración, se debe situar en la suma de las partes que me producen este fin. Y este acto de esquematizar y reconocer funciones de cada una de las partes, hace que el concepto de respiración sea complejo. No solo depende de una estructura, depende de muchas estructuras. Entonces definir la respiración como las interacciones entre muchas estructuras, es una forma de complejizar el concepto.

El pensamiento sistémico permite explicar y comprender procesos biológicos y fisiológicos

sin caer en explicaciones reduccionistas, que vean a los organismos como maquinaria constituida por la sumatoria de partes..

La respiración traqueal es una propiedad emergente, producto de las interacciones entre los sistemas muscular, nervioso y traqueal, los cuales responden a las condiciones ambientales manteniendo un intercambio de materia y energía con el medio, permitiéndole al organismo su autorregulación.

La aprehensión de un conocimiento particular surge necesariamente de un proceso estructurado donde el sujeto atraviesa por un batalla por encontrar respuesta a las inquietudes que lo llevan a desprenderse de sus dogmas, transformando no solo sus ideas sino también la de su contexto en general En la enseñanza de un contenido disciplinar es importante no caer en la simplicidad de las explicaciones reduccionistas ya que la formación del conocimiento tanto escolar cómo científico comprende momentos incipientes, conflictivos y de transformación.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Chevallard, Y. (1998). La transposición didáctica, del saber sabio al saber enseñado (Tercera ed). Argentina: Aique. Retrieved from http://cesee.edu.mx/assets/plan-de-la-ens.-yev.-del-aprend.-i.pdf

Gefaell Borrás, J. R. (20 de Abril de 2021). Respiración en Insectos. Obtenido de Researchgate.net: https://www.researchgate.net/publication/301547273_Respiracion_en_insectos O.W Richards, R. (Barcelona). Tratado de entomología Imms. Estructura Fisiología y desarrollo . 1983: Ediciones Omega .

Valbuena E. (2007) El conocimiento didáctico del contenido biológico. Estudio de las concepciones disciplinares y didácticas de futuros docentes de la Universidad Pedagógica Nacional (Colombia) Universidad Complutense de Madrid.

Regueira, L., Valera, N., & Gefaell, J. (2016). Respiración de insectos. Vigo: Universidad de Vigo.

Maturana, H., & Valera, F. (1998). De máquinas y seres vivos. Editorial universitaria .

Giordan, A. (1988). Conceptos de Biología. Evolución del significado de un conocimiento. Historia del campo conceptual de la respiración . Madrid: Labor.

LA RESPIRACIÓN EN LOS COLEÓPTEROS: UN PROBLEMA DE CONOCIMIENTO Respiration in Coleoptera: A knowledge problem Por: María Fernanda Moreno Baquero, Dennix Reyes Olaya, Paula Alejandra Cardona Torres, Gina Robayo Vélez, Karen Lorena Gutiérrez Beltrán1 INTRODUCCIÓN Todos los seres vivos experimentan diversos procesos que les permiten mantenerse y desarrollarse en los diferentes ambientes que habitan. Fenómenos como la reproducción, la

Comentado [VVS1]: Es un escrito interesante que recoge elementos desde la salida de campo a la laguna El tabacal, hasta la socialización de la experiencia. Destaca el papel de la experiencia, la artificialización y la complejización de las explicaciones en el construcción de conocimiento. Aunque no detalla el proceso de construcción de la pregunta y de la ruta conceptual y metodológica, deja ver la importancia del trabajo den grupo en su concreción. El uso de los artefactos como representaciones para explicar las estructuras, los recorridos y las sustancias que intervienen son creativos :; sin embrago, no se arriesga a mostrar las limitaciones que ellos mismos imponen a la hora de explicar el proceso en cuestión.

Calificación: 48/50

nutrición o la respiración, suelen ser tan naturales en los contextos cotidianos, que parece reconocerse todas las condiciones que hay detrás de estos eventos. Sin embargo, el transcurso del primer módulo del seminario: La Comprensión de lo vivo, ha transformado la mirada sobre la percepción y comprensión que se tiene de estos sucesos y que además se deducen como características propias de los seres vivos. En este caso, se centró el estudio en entender particularmente todas esas condiciones que hay detrás de la respiración en los artrópodos, concentrando la mirada en las estructuras que conforman su sistema respiratorio.

Las diferentes actividades propuestas en el módulo, entre las que se destaca en un primer momento la salida de campo a la Laguna el Tabacal en la Vega (Cundinamarca), fue pertinente para enfocar la mirada al mundo de los artrópodos, que dentro de la percepción del diario vivir suele pasar desapercibido. Esto, abrió el camino para la conceptualización de las diferentes cuestiones acerca de la respiración en general, como lo son la ventilación, la transformación de sustancias, la circulación de la sangre, entre otras (Giordán, 1988), que fueron un punto clave en las reflexiones sobre la respiración en artrópodos, principalmente en un Coleóptero.

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Ilustración 1. El mirador del cacique: Laguna el Tabacal. Fuente: Autoras

Estudiantes de los programas de postgrado: Especialización y Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Departamento de Física.

Universidad Pedagógica Nacional

Comentado [VVS2]: Del programa de Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales

Así pues, en el transcurso de este texto se pretende mostrar el desarrollo de una ruta conceptual y metodológica que se construyó a partir de las experiencias, consultas y diálogos colectivos que transformaron la concepción de la respiración de un coleóptero y se convirtió en un problema de conocimiento desde las perspectivas de la biología, química y física.

DE LA SALIDA DE CAMPO El día 20 de Marzo del 2021 dentro del desarrollo de las actividades propuestas en el seminario, se realizó una salida a la laguna El Tabacal en la Vega-Cundinamarca. En un principio, fue pertinente que cada uno de los grupos de trabajo socializara un material en el que se encontraba una contextualización sobre el lugar. Esto, permitió reconocer algunos aspectos de orden geográficos, climáticos, históricos, culturales; además de las características de la distribución de la biota2 que son representativas de este ecosistema, las cuales fueron determinantes en la elección del organismo y el desarrollo del estudio sobre su respiración.

Ilustración 2. Panorámica de la laguna el Tabacal. Fuente: Autoras

Teniendo en consideración que en la maestría en docencia de las ciencias naturales, hay estudiantes que son licenciados en química, física y biología, es necesario comentar que la perspectivas sobre la salida fueron diversas. Si bien había un mayor acercamiento de este tipo de actividades por los licenciados en biología, fue para los demás necesario replantear esas observaciones e interpretaciones que se hacen del mundo natural más aún a nivel micro, que es en donde habitan los artrópodos. La primera aproximación que permitió enfocar la mirada hacia estos ecosistemas fue la actividad propuesta sobre la película microcosmos, junto con la introducción al módulo de respiración.

2

Hace referencia a la fauna y flora de un lugar determinado.

Así pues, desde esa perspectiva que se tenía un tanto lejana frente a estas actividades por parte de algunos estudiantes, fue significativo el hecho de reconocer la importancia de esa observación detallada de los paisajes que poco a poco se iban presentando en la salida de campo. También, las diferentes apreciaciones que iban realizando los docentes y los licenciados en biología a medida que se hacía la caminata, donde no se concentraba la mirada únicamente en esos elementos que podían verse a simple vista, sino en esos detalles minuciosos (crecimiento de hongos, exoesqueletos encontrados, musgos, líquenes, etc.) que quizás no se tenían presentes en esa percepción de la naturaleza.

Parte de esta experiencia generó un liderazgo de los licenciados en biología, que ya tenían algún acercamiento a estos espacios y que fueron de gran importancia en la construcción de conocimiento de los demás licenciados de las diferentes disciplinas. Además, para los docentes de biología permitió afianzar varios de los conceptos durante el recorrido, aprender algunos nuevos y recordar otros, como la relación entre el tamaño de los peces como consecuencia de la alimentación constante que les ofrecen los visitantes y la generación de grandes cantidades de materia orgánica que contribuyen con la reducción del espejo de agua.

Ilustración 3. Sendero rumbo a la laguna el Tabacal. Fuente: Autoras

Por otro parte, la riqueza del ejercicio radicó en reconocer las

perspectivas de los integrantes de grupo, no solo desde el criterio biológico, sino también, considerar los sentires y la experiencia de los compañeros que no tenían un acercamiento al trabajo de campo, por ejemplo demarcando la transecta, la observación detalla del ecosistema, el sorprenderse de los organismos encontrados, seleccionar uno, nombrar las especies, inclusive preguntarse por las condiciones del suelo, la temperatura o la cantidad de luz. Esta experiencia, permite reconfigurar la percepciones y prácticas, no solo como maestros que dominan cierto conocimiento, sino como aprendices que se abren a la posibilidad de una nueva construcción de conocimiento. Más adelante se abordará como esta socialización de distintos saberes enriqueció el proceso de análisis y artificialización en torno a la respiración del organismo seleccionado durante este recorrido.

DE LA RUTA CONCEPTUAL Y METODOLÓGICA A partir de la salida de campo se tuvo la oportunidad de observar todas aquellas características del hábitat del organismo que se escogió y que fueron importantes para la realización de la propuesta de la ruta conceptual y metodológica. Así pues, la apuesta que se estableció para la ruta fueron: La salida, identificación del artrópodo y la artificialización, que se estructuraron de la siguiente manera: Salida

Caracterización del lugar

Reconocimiento y observación

Delimitación transecta

Elección artrópodo

Identificación artrópodo

Coleóptero Carabidae

Características de la especie

Respiración traqueal

Preguntas generadas

Artificializació n

Documentación respiración

Diseño de maqueta

Pieza comunicativa

Presentación final

Esquema 1. Ruta metodológica propuesta. Fuente: Autoras

Sobre la caracterización del lugar mediante la transecta Uno de los momentos fundamentales de esta experiencia fue la elección del lugar de estudio y la delimitación de la transecta que se estableció de un metro cuadrado. Así pues, para realizar ese ejercicio colectivo de observación y reconocimiento del lugar, fue determinante realizar una caracterización de las condiciones en las que se encontró la zona3. Dentro de estas particularidades, se identificó que había un suelo húmedo, oscuro y gredoso, de sucesión secundaria, con poca vegetación y mucha hojarasca (Véase imágenes 2 y 3: Ilustración 4). Así mismo, se pudo ver que la entrada de luz directa al suelo no era posible ya que habían diferentes árboles alrededor cuyas hojas no permitían el ingreso de la radiación solar tal como se puede observar en la primera imagen de la ilustración 4.

3

Ilustración 4. Transecta seleccionado en salida de Campo. Fuente: Autoras

Ejercicio que previamente los diferentes grupos de trabajo habían consultado y socializado pero que este ejercicio permite pasar del papel donde es muy abstracto a una caracterización desde la observación.

En cuanto a la edafofauna, fue necesario enfocar la mirada hacia los organismos que se podían encontrar entre la hojarasca, sobre las hojas, tallos que habían alrededor e incluso bajo tierra. Cuando se inició con el removimiento de la hojarasca en la parte superficial de la transecta, se encontraron cochinillas de tierra (crustáceos), arañas (arácnidos), hormigas (insectos), escarabajos (insectos) y una rana (anfibio) Ilustración 5. Rana encontrada en la transecta.

Fuente: Autoras

(Véase: Ilustración 5). Tras la observación de los animales allí encontrados y considerando las características que debía tener (ser artrópodo) se decidió elegir el escarabajo, que posteriormente

pudimos determinar más específicamente como coleóptero carabidae de acuerdo a sus características taxonómicas.

Ilustración 6. Coleóptero Carabidae. Fuente: https://desinsectador.com/2018/07/24/esc arabajo-harpalus-distinguendus-coleopteracarabidae-harpalinae-en-un-parque-debadalona/

Sobre la consulta del organismo y su tipo de respiración Tras la elección del organismo, fue importante en un primer momento reconocer todas sus particularidades.

Así pues, se estableció que esta especie se caracteriza por tener un exoesqueleto de quitina, con cuerpo segmentado en cabeza, tórax (prototorax y pteratorax) y abdomen, patas articuladas saltadoras y corredoras que les permiten moverse con agilidad en su hábitat. Pueden tener un par de glándulas internas en el abdomen, Ilustración 7. Coleóptero Observado en la Salida de Campo. Fuente: Autoras

empleadas para producir sustancias químicas defensivas.

Varían en tamaño, forma y color; en general presentan un tamaño entre 1 y 70 𝑚𝑚 y la coloración varía desde totalmente negra, amarillos, manchados hasta colores metálicos (Véase: Ilustración 7). Estas especies generalmente no vuelan y están asociadas al suelo, hojarasca y corteza (Martínez, 2005).

Por otro lado, para poder realizar la pregunta problema que sería clave en el desarrollo de la ruta de trabajo en cuanto a la artificialización, fue importante enfocar la mirada hacia el tipo de respiración que se da en los artrópodos y sus diferentes estructuras. A partir de ello, se pudo estimar que la respiración que posee el coleóptero es traqueal y que es característica de animales activos y de metabolismo rápido (Jordán, 2012).

Este tipo de respiración se caracteriza por darse mediante conductos llamados tráqueas que se ramifican en estructuras llamadas traqueolas que van haciéndose más finas, con diámetros cada vez menores. En estas últimas, se lleva acabo la difusión del oxigeno a un medio acuoso que será el encargado del intercambio de gas con las paredes celulares por medio de difusión simple por gradientes de concentración (Jordán, 2012). Este sistema, esta conectado con el medio exterior por medio de los espiráculos, encargados del proceso de ventilación y filtración del aire (Véase ilustación 8).

Ilustración 8. Esquema del aparato respiratorio de un artrópodo. Fuente: https://docplayer.es/70102800-Sistemarespiratorio-javier-leonardo-morantes-tolozaerika-alexandra-guerrero-cardenas-virgilioesteban-leal-hurtado-diego-carrero-bsc.html

Sobre la pregunta problema y la artificialización Dentro de la enseñanza en ciencias naturales, la respiración suele ser un proceso que se da por hecho dentro de los organismos “aparece siempre ligada a la vida desde el nacimiento hasta la muerte” (Giordan, 1988). Sin embargo, el verse enfrentado al fenómeno de la respiración y ampliar los conceptos teóricos que esta involucra, permite convertirlo en un problema de conocimiento. Pensar en este caso en el coleóptero e identificar que no solo se trataba de reconocer un tipo de respiración (traqueal) fue significativo a la hora de indagar y comprender cómo ocurre este proceso dentro de su ambiente e identificar lo complejo de todas estas estructuras respiratorias que lo conforman. Por lo tanto la importancia de delimitar el objeto de estudio además de lo complejo que fue el ejercicio de dejar a un lado lo

perceptible ante los sentidos para sumergirse al interior de un organismo pequeño comprendiendo lo microscópico y su valor en lo vivo.

Lograr identificar al coleóptero, reconocer su generalidades y particularidades desencadenó más interrogantes que respuestas, puesto que hablar del sistema traqueal ya no era suficiente para dar cuenta de la intrincada relación entre estructuras, sistemas, sustancias, comportamientos e interacciones del organismo durante la respiración. Esto llevó a replantear la idea de respiración como un simple intercambio de gases, a problematizarla a partir de un estudio más detallado de la estructura, el funcionamiento del espiráculo y la filtración del aire que ingresa desde el exterior del organismo. Tras reconocer todas estas características del coleóptero, su tipo de respiración y el proceso que se lleva a cabo en su interior, se hicieron múltiples reflexiones grupales en las que se tuvo que reconstruir la pregunta varias veces para poder enfocarla al objeto de estudio, que fue en este caso el espiráculo que es una de las estructuras que componen el sistema respiratorio. Bajo esas consideraciones, se estableció finalmente la pregunta de la ruta de trabajo: ¿Cuáles son las características estructurales y funcionales del espiráculo en el coleóptero que permiten el proceso de filtración del aire?

Para poder responder a esta pregunta, fue necesario realizar una nueva documentación sobre los espiráculos. A partir de ello, se identificó que el coleóptero posee siete pares de espiráculos, dos en su tórax junto a las patas y cinco bajo sus élitros4 en el abdomen (Martinez, 2005). Estas son aperturas que se forman a partir de invaginaciones que se abren y se cierran permitiendo la ventilación, que se da por medio de la presencia de músculos oclusores que son los encargados de controlar las válvulas en el espiráculo. Todo ello, también gracias a las señales dadas por neurotransmisores cuando existe una diferencia de presiones parciales en el aire al interior del animal (Jordán, 2012).

La diferencia de presiones parciales, se presenta ya que la entrada del aire tiene una alta concentración de oxígeno que posteriormente es usada por las células para la producción de energía por medio de reacciones químicas5, por lo que esta irá bajando lentamente su 4

Son alas endurecidas que protegen al insecto.

Tomado de: Giordan, A. “Evolución del Significado de un conocimiento. Historia del campo conceptual de la respiración” en cuanto a la transformación de las sustancias.

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concentración y aumentando el dióxido de carbono producto de este proceso. Cuando la concentración de dióxido de carbono llega a un punto crítico este activa neuroreceptores que activan los músculos que permiten el intercambio de gas con el exterior, por medio de corrientes convectivas. A esto se le conoce como respiración discontinua (Gefael, Regueira & Varela, 2017).

Teniendo en cuenta el desarrollo de la ruta de trabajo se decidió realizar una maqueta del espiráculo y sus partes internas. Antes de hablar del proceso de construcción se debe mencionar que la artificialización es una manera de conocer la cual permite aproximarse a un fenómeno de la naturaleza bajo unas limitaciones. Cabe resaltar que esta representación se realizó a gran escala6 para dar cuenta de su funcionamiento y de las características del espiráculo en el proceso de respiración. Para poder realizar el montaje, fue necesario hacer una documentación detallada de las partes internas que componen el espiráculo. Puesto que internamente no se componen únicamente de músculos oclusores, sino que tiene otras estructuras. Dentro de las consultas realizadas, se pudo evidenciar que en algunos libros, documentos, investigaciones, etc; realizaban aproximaciones mediante esquemas o ilustraciones básicas que no permitían detallar los distintos elementos internos del espiráculo.

En algunas imágenes solo se observaron los músculos oclusores de apertura y cierre junto con unas microvellosidades, mientras que en otros sitios web se encontraron videos de palpitaciones o vistas desde algunos microscopios electrónicos. Teniendo en cuenta estas aproximaciones se inició con la construcción de la maqueta del espiráculo.

El siguiente desafío fue buscar elementos semejantes que permitieran modelar el espiráculo (Véase: Ilustración 9).

Para ello, se eligió un recipiente de plástico transparente de 20 𝑐𝑚 de largo que simulara el atrio para poder ver su interior. Después de una larga búsqueda se seleccionaron unos cepillos, los cuales simularon el aspecto de las microvellosidades filtradoras y que se acoplaron perfectamente al recipiente. Estos cepillos, tienen una 6

Ilustración 9. Materiales utilizados para el modelo.

Fuente: Autoras

Se debe tener en cuenta que la estructura real es microscópica y esta artificialización es sólo una representación.

medida de 15 𝑐𝑚 de largo, se utilizaron siete en total para no permitir vacíos alrededor del recipiente.

Para el sistema de apertura y cierre se recurrió al principio de pascal7 donde se utilizaron dos jeringas de 10 𝑚𝑙 y unas sondas de cateterismo con un diámetro de 3𝑚𝑚. Cuando se accionaba uno de los émbolos de la jeringa (que representaban los músculos oclusores) hacia abajo el otro se impulsaba hacia arriba, lo cual simulaba la apertura del espiráculo y que permitía mover las válvulas que fueron simuladas con cartón paja. Adicionalmente, se utilizó una gasa al final que permitió ver la filtración de las partículas después de pasar por el atrio (recipiente de plástico).

Luego del montaje en el cual fue necesario un ensamblaje con silicona, se realizaron experiencias que dieran cuenta del proceso de filtración del espiráculo a la hora de la ventilación. Así pues, se buscó representar las partículas nocivas e innecesarias en el proceso de respiración a partir de la utilización de diferentes talcos, harinas y condimentos. Para sorpresa del equipo de trabajo efectivamente el modelo filtró y al final del recipiente no pasaron partículas de color (Véase: Ilustración 10). Este modelo se complementó con la elaboración de una pieza comunicativa, que recogió y sintetizó toda la construcción conceptual sobre las características

estructurales

y

funcionales del espiráculo de un coleóptero que permiten la filtración del aire.

Ilustración 10. Artificialización filtración del aire.

Fuente: Autoras

Por otro lado, dentro de las discusiones que se tuvo a la hora de la elaboración de la maqueta, fue el hecho de recaer en la simplificación de un fenómeno como lo es la apertura y cierre del espiráculo, además de la filtración del aire en su interior, en el atrio. Además, elaborar una artificialización que permitiera dar cuenta de este proceso mediante una maqueta cuyo

7

El principio de pascal: La presión ejercida en un fluido se transmite igual por todos los puntos del fluido con la misma intensidad.

funcionamiento es mecánico, complejizó aún más la situación. De hecho, uno de los problemas en cuanto a la respiración puede ser el hecho de considerar a los seres vivos como máquinas en donde su trabajo se limita a desempeñar una función concreta (Jacob. 1999), en este caso respirar. Reconociendo que cada una de las estructuras juegan un papel determinante en el cuerpo de un ser vivo, fue significativo identificar que la existencia, disposición y articulación de ellas, son importantes en relación con las necesidades propias de la naturaleza (Jacob, 1999). Por esta razón, es imprescindible reconocer que la comprensión de un ser vivo no puede delimitarse a una sola estructura. Comprender que existen particularidades en ellas y aspectos fisiológicos hace también que se tenga presente que “en los seres vivos los fenómenos no sólo son más complejos: también más perfectos” (Jacob, 1999).

CONCLUSIONES •

La complejidad y riqueza que se esconde detrás de muchos de los procesos que se dan por hecho en los seres vivos es desconocida por el común de las personas y en ocasiones mal interpretada, inclusive para algunos que tienen formación en el campo de las ciencias. Por ello experiencias como la anterior proporcionaron un espacio de reconstrucción de conocimientos y de fuente de desarrollos de diversos saberes y espacios escolares.

•

La artificialización fue un ejercicio que permitió centrar compresiones de un proceso, en este caso la respiración que demandó una plena conciencia de las limitaciones y alcances para representar los fenómenos de lo vivo, entendiendo este mucho más que la suma de sus partes.

•

Es enriquecedor como el conocimiento se puede construir con el diálogo a partir de varias experiencias y perspectivas, teniendo como origen un solo momento (salida de campo) donde los saberes previos jugaron un papel muy importante. Esto amplió la mirada e indudablemente hacer un acercamiento y reconocimiento al fenómeno de la respiración del organismo permitiendo una convergencia necesaria entre la teoría y la práctica, para así tener un conocimiento significativo.

•

Se evidenció que el conocimiento no es algo subjetivo, sino objetivo y producto de una construcción social permanente, enriquecedora, que permitió a los sujetos investigadores

crecer desde diferentes posturas y ramas de conocimiento. Así mismo, permitió a los docentes de otras disciplinas aprender herramientas conceptuales sobre la biología.

BIBLIOGRAFIA •

François, J. (1999). “La lógica de lo viviente: Una historia de la herencia”. Barcelona.

Ed. Tusquets

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Gefaell, B., Regueira, M., & R., V. (2017). Respiración en insectos. Fisioloxía Animal II, 1 - 30.

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Giordan, A., Raichvarg, D., Drouin, J. -M., Gagliardi, R., & Canay, A. M. (1988).

Evolución del Significado de un Conocimiento. Historia del Campo Conceptual de la Respiración. En A. Giordan, D. Raichvarg, J. -M. Drouin, R. Gagliardi, & A. M. Canay, Conceptos de Biología. Tomo I (págs. 87 - 125). Madrid: Labor.

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Jordán, F. (2012). La Organización Corporal. En F. Jordan, El Universo de los Insectos (págs. 39 -93). España: Agro guías. Mundi-prensa.

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Martínez C. (2005). “Introducción a los escarabajos Carabidae (Coleoptera) de Colombia.” Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt.

Bogotá D. C., Colombia. 546 p.

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL MAESTRÍA Y ESPECIALIZACIÓN EN DOCENCIA DE LAS CIENCIAS NATURALES SEMINARIO LA COMPRENSIÓN DE LO VIVO

Análisis del comportamiento del aire en una sección de la tráquea en el proceso de respiración del insecto palo Behavioral analysis of air in a section of the trachea through the breathing process in the stick insect 1

Rosalba Martínez , Esperanza Ortiz1, Ribká Soracipa Muñoz2, Armando Palacios1, Lorena Bejarano1 Resumen La comprensión de lo vivo representa un sistema complejo de interrelaciones, dinámicas y fenómenos que atañen procesos biológicos, físicos y químicos de los seres vivos, es así que se toma como referente la respiración en insectos para reconocer las implicaciones que presenta la forma de la estructura traqueal interna en el recorrido de las sustancias que intervienen en el proceso de respiración del insecto palo. La ruta metodológica se desarrolló bajo un enfoque exploratorio alrededor de la formulación de una hipótesis en la cual se planteó que la estructura interna de la tráquea (tenidio) disminuye la velocidad de los fluidos en el proceso de respiración del insecto palo. Para dar respuesta se tuvo como punto de partida una revisión documental de investigaciones sobre procesos de respiración de los insectos y formalismos físicos y matemáticos propuestos en estudios previos, con los cuales se pudiera fundamentar la simulación computacional desarrollada en Blender. La simulación desde los fundamentos de los flujos laminar y turbulento permite comparar los cambios de la velocidad a través de una cavidad fija similar a la estructura traqueal interna del insecto, reflejando como la velocidad disminuye en el segmento traqueal representado, esto debido a las partículas que quedan dentro de cada curvatura del tenidio. La posibilidad de modelar y artificializar el segmento de la tráquea y flujo del aire a través de ella permitió dar cuenta de una gran cantidad de variables que están implícitas en el proceso de respiración, evidenciando su complejidad.

1

Estudiante de la maestría en docencia de las ciencias naturales. Universidad Pedagógica Nacional. Bogotá D.C. 2 Estudiante de la especialización en enseñanza de las ciencias para un nivel básico. Universidad Pedagógica Nacional. Bogotá D.C.

1

Comentado [VVS1]: Es un escrito muy interesante que recoge aspectos del desarrollo del seminario, desde la salida de campo, hasta la socialización final. La simulación elaborada es un ejercicio muy valioso, no solo porque pone en juego una serie de conceptos que permiten explicar el posible recorrido de un “fluido” por una estructura con ciertas características, sino que pedagógicamente apoya la comprensión de los recorridos que dichas sustancias realizan. Aunque al final se hacen una serie de preguntas interesantes que se derivan de la experiencia, queda un poco en el aire la preocupación por las implicaciones de la estructura en el recorrido de las sustancias; además de variar su velocidad que otras implicaciones puede tener?, qué ventajas fisiológicas aporta al organismo esta reducción de la velocidad en el flujo? Aunque el grupo se centra en una sección de la tráquea, qué pasa con el flujo cuando ésta disminuye de diámetro?

Calificación: 48/50

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL MAESTRÍA Y ESPECIALIZACIÓN EN DOCENCIA DE LAS CIENCIAS NATURALES SEMINARIO LA COMPRENSIÓN DE LO VIVO

Palabras Claves: respiración, insecto, espiráculo, atrio, tráquea, tenido, cutícula, fluido, laminar, turbulento, velocidad, aire.

Abstract The understanding of what is alive represents a complex system of interrelations, dynamics and phenomena that concern biological, physical and chemistry processes of living beings, thus, breathing in insects is taken as a reference to recognize the implications that the shape of the structure presents. internal tracheal in the path of the substances that intervene in the breathing process of the stick insect. The methodological route was developed under an exploratory approach around the formulation of a hypothesis in which it was proposed that the internal structure of the trachea (tenidium) reduces the speed of fluids in the breathing process of the stick insect. To give an answer, a documentary review of research on insect respiration processes and physical and mathematical formalisms proposed in previous studies was taken as a starting point, with which the computational simulation developed in Blender could be based. The simulation from the fundamentals of laminar and turbulent flows allows comparing the changes in velocity through a fixed cavity like the internal tracheal structure of the insect, reflecting how the velocity decreases in the represented tracheal segment, this due to the particles that they remain within each curvature of the tenidium. The possibility of modeling and artificializing the segment of the trachea and air flow through it allowed to account for a large number of variables that are implicit in the breathing process, evidencing its complexity.

Keywords: respiration, insect, blowhole, atrium, trachea, had, cuticle, fluid, laminar, turbulent, velocity, air.

Introducción El ejercicio se desarrolló en el marco del seminario “La comprensión de lo vivo” de la maestría y especialización en docencia de las ciencias naturales de la Universidad Pedagógica Nacional, a partir de una visita al parque ecológico Laguna el Tabacal, mediante la cual se fortaleció la concepción de lo vivo y el entorno natural, como un aspecto primordial en la formación para la enseñanza de las ciencias naturales.

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A partir del reconocimiento de las características generales del ecosistema de la Laguna, se elige un organismo de interés para profundizar sobre su proceso de respiración dada la importancia de problematizar este proceso. Considerando las condiciones de la laguna y la diversidad que en ella se presenta, fue seleccionado un organismo del grupo de los fásmidos por las ventajas adaptativas, lo llamativo de su morfología, ecología y a su vez el poco conocimiento que se tiene de estos insectos.

En el proceso de artificialización del mundo natural surgieron cuestionamientos como ¿Cómo fluye el aire dentro de una estructura en espiral en comparación a una lisa?, ¿Cuál es el recorrido de las sustancias que intervienen en el proceso de respiración del insecto palo?, ¿Qué variables afectan el flujo de gases durante el proceso de respiración del insecto palo?, ¿cómo medirlas?, ¿Cuál es la disposición del tenidio que le confiere un movimiento particular al fluido? que permitieron establecer condiciones y limitantes en la respiración para la construcción de conocimiento en colectivo. A partir de estas discusiones sobre el proceso de respiración se propuso la siguiente pregunta ¿qué implicaciones tiene la forma de la estructura traqueal interna en el recorrido de las sustancias que intervienen en el proceso de respiración del insecto palo?

Es así que se profundizó en aspectos morfológicos del sistema traqueal de los fásmidos como objeto de estudio. El sistema respiratorio está constituido por unas aberturas denominadas espiráculos, que se ubican en la pared del cuerpo por donde ingresa el aire, ubicados a ambos lados del cuerpo, tanto en tórax como en el abdomen, estos están unidos por medio de un tubo traqueal a otro principal, el cual corre longitudinalmente todo el cuerpo del insecto, los espiráculos suelen estar rodeados por un reforzamiento de cutícula, estas estructuras cuentan con un sistema de apertura y cierre, por medio de válvulas oclusoras e involucran una serie de mecanismos neuromusculares (Gefaell et al., 2016).

Entre

el

espiráculo

y

las tráqueas se ubica el atrio, que consisten en

una cámara

engrosada que suelen presentar sedas o pelos que actúan como filtro al agua, al polvo o a parásitos y favorecen la adaptación del organismo. (Gefaell et al., 2016). Las tráqueas están compuestas por

una

única

capa

de

células

epiteliales

planas

revestida

por

cutícula, estas secretan sustancias hidrofóbicas y su función es proteger la estructura y 3

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hacerla impermeable al agua, está compuesta por quitina (Cruz, 2005). Por debajo de estas células se encuentra la endocutícula y la epicutícula, este sistema de tubos traqueales se ramifica en traqueolas, donde su diámetro es más pequeño volviéndose tubos microscópicos, carecen de pared cuticular, son permeables a los gases permitiendo el intercambio de estos con las células. (Schilman, 2007).

Este sistema traqueal está reforzado internamente por espirales (tenidios), los cuales se forman a partir de pliegues en espiral de endocutícula quitinosa, cuya función es proporcionar a la tráquea elasticidad brindando resistencia ante las presiones de aire generadas en el proceso de respiración como resultado de la difusión (Cruz, 2005).

Adicionalmente, permite un proceso de respiración discontinua en tres periodos: abierto, aleteo y cerrado, que están relacionados con la ventilación, específicamente el ingreso y salida de los gases respiratorios, controlado por los espiráculos anteriores y abdominales posteriores, donde circulan los gases hacia el interior del insecto y se liberan las sustancias resultantes del proceso de respiración hacia el exterior (Simelane et al., 2017).

Si bien la estructura traqueal es el lugar por donde fluye el aire se hace pertinente estudiarlo desde el ámbito de la física. El aire es considerado como un fluido, que es analizado en el contexto de la mecánica de fluidos (Jiménez, 2011), en esta rama se tienen en cuenta, el principio

de

conservación

de

la

masa,

la

energía,

el momentum lineal

y

3

angular . Los fluidos se pueden caracterizar generalmente como flujos viscosos o no viscosos, compresibles o incompresibles, laminar o turbulento, entre otros (Reyes et al., 2020).

Las ecuaciones de Navier – Stokes describen el movimiento de un fluido, estas no se encuentran resueltas y aun es problema abierto de la física4 (Keith, 2002), aunque existen aproximaciones analíticas y numéricas5, en otros casos, como las simulaciones de los fluidos se utilizan métodos desde un enfoque distinto, como por ejemplo el método 3

Aunque en algunos casos sea despreciable Ver problemas del milenio: http://www.claymath.org/millennium-problems . Se recomienda el libro: The millennium problems (Keith, 2002) 5 Como por ejemplo flujos estacionarios fundamentales entre dos placas analizado en dos dimensiones como el Flujo Couetteel y Poiseuille (Krüger, 2016); otro ejemplo sería la deducción del principio de Bernoulli que considera a los fluidos como no compresibles, sin viscosidad ni rozamiento. Recuperado de: https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-derivacion-de-la-ecuacion-de-bernoulli-definicion/ 4

4

Comentado [VVS2]: Mmmm no es la forma del tenido lo que “permite” la respiración discontinua; sino, como lo explicaban, las necesidades fisiológicas del organismo las que determinan un tipo de “mecanismo”.

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numérico Lattice Boltzmann donde se tiene una mirada a escala mesoscópica del fluido donde el espacio – tiempo no se toma continuo6 (Krüger, 2016)7.

Estas consideraciones permitieron artificializar una pequeña parte del proceso de respiración del insecto palo, mediante una simulación que reflejara el comportamiento del flujo del aire a través de una porción de la parte interna de la tráquea (tenidio).

2. Materiales y métodos Primera fase: •

El organismo seleccionado se encontró dentro de la transecta de 1m x 1m x 1m delimitada, a un lindero del camino del Cacique de la Laguna del Tabacal que se encuentra ubicada en la vereda Gualivá, a 10 km del municipio de la Vega en el departamento de Cundinamarca, Colombia, su estructura ecológica refleja, según la escala de Holdridge, características de bosque muy húmedo premontano (bmh-PM). El ejercicio se aproxima a una metodología exploratoria “que sirve para familiarizarse con fenómenos relativamente desconocidos, poco estudiados o novedosos, permitiendo identificar conceptos o variables promisorias, e incluso identificar relaciones potenciales entre ellas” (Cazua, 2006).

•

Desde la perspectiva de la física se consideró los conceptos de flujo laminar y turbulento, así como las implicaciones que tienen en el proceso de la respiración, los cuales son estudiados en la mecánica de fluidos. El flujo laminar se caracteriza por presentar capas contiguas de fluido que no se mezclan entre sí. En cambio, el flujo turbulento se caracteriza por ser altamente variable, lo cual implica que se presenten fluctuaciones en la velocidad (Ver Figura 1).

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Caso contrario a la mecánica de fluidos que tiene un punto de vista continua del fluido Se nombra el método debido a que es el utilizado por el software para la simulación como se verá más adelante. Se puede profundizar en el método de Lattice Boltzmann en Krüger (2016).

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Figura 1. Simulación del flujo en Blender a) Flujo laminar, b) Flujo turbulento

a

•

b

Revisión bibliográfica para complementar y delimitar la información pertinente que permitiera la modelización y artificialización para dar respuesta a la pregunta de estudio.

Entre esta bibliografía consultada se consideró el trabajo publicado por Simelane y colaboradores (2016; 2017), los cuales tienen en cuenta los elementos conceptuales que caracterizan la estructura interna de la tráquea y el recorrido que realiza el aire en su interior.

Segunda fase Para la simulación del flujo del aire a través de la parte interna de la tráquea, se utilizó el software Blender 2.92.0, que posee un motor de física (Blender, 2021), y permite modelar las partículas de los líquidos con el método de Lattice – Boltzmann (Blender Foundation, 2021), como una aproximación al comportamiento del aire, el cual se ve reflejado en la variación de la tonalidad de las partículas al cambiar de velocidad.

Se realizaron dos simulaciones con el fin de observar los cambios de tonalidad en el flujo del aire cuando tiene un comportamiento laminar y uno próximo al turbulento. La última simulación se realizó teniendo en cuenta la estructura interna de la tráquea haciendo énfasis en el tenidio cuya forma es en espiral (ver figura 2).

3. Resultados y discusión Fase uno El proceso de clasificación requiere del espécimen, el no haberlo colectado dificulta mucho su clasificación a nivel de género y especie, por lo cual se determinó de manera general, relacionando las categorías taxonómicas asociadas al orden Phasmatodea. Desde lo

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anteriormente descrito en el orden estudiado se identifican tres subórdenes: Anareolatae, Areolatae, y Timematodea, con sus respectivas familias.

Para esta familia al igual que la mayoría de los insectos se encuentra que la tráquea y sus ramificaciones son consideradas como las únicas zonas que contiene el aire cuando el espiráculo se encuentra abierto (Simelane et al, 2016), En otros estudios8 han observado fenómenos inesperados atribuidos al pequeño tamaño por donde fluye el gas, esta premisa desde el contexto de la física permitió evidenciar la importancia de analizar el comportamiento del aire desde la mecánica de fluidos, dada la pertinencia de este campo de estudio para la simulación y no como generalmente se hace desde el principio de Bernoulli, donde para cavidades con ramificaciones se tiene que la velocidad de salida del fluido será igual a la velocidad de entrada sí y solo sí, el área de sección transversal inicial sea igual a la suma total de las secciones de salida individuales.

Los resultados de la fase dos muestran que dadas las limitaciones del programa y de los escasos datos que se tienen referentes algunas variables del aire fundamentales en el proceso de la respiración como son la viscosidad, velocidad inicial del aire, presión humedad, densidad y temperatura, junto con otras características propias del organismo como lo son las ramificaciones, el diámetro y movimientos peristálticos de la tráquea, se tuvo como única consideración para la elaboración de la simulación9 y el diseño del modelo en tres dimensiones del segmento traqueal fue la aproximación entre un giro completo del tenidio (Figura 2b) y la distancia entre estos, como se puede deducir del diagrama de la sección longitudinal de la pared traqueal (Chapman, 1998) (Figura 2a).

8

Por ejemplo, Arkilic y colaboradores (1997) observaron fenómenos caóticos en las mediciones experimentales, adicionalmente descubrieron la existencia de un deslizamiento de la velocidad en la pared del canal y que la distribución de presión dentro de un microcanal no es lineal. Es por esta razón que el estudio del transporte de fluidos dentro de una compleja red de microcanales es un problema de investigación, cuyas soluciones pueden contribuir en muchas aplicaciones científicas (Simelane et al., 2017).

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Ver simulación: https://www.youtube.com/playlist?list=PLpwARIowaV9iqoWaq2UCEuTfaBFjlRhQG

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Figura 2. Comparación entre la representación del tenidio (a) y el modelo 3D (b)

a

b

A pesar que el objeto de estudio no eran los espiráculos, en la revisión documental se encontró que la respiración no se limita solo a un proceso de ventilación, los espiráculos no son simples válvulas que permiten el ingreso o salida de los gases respiratorios, sino es una serie de eventos desencadenante como: la respuesta de propiedades físicas; las presiones internas en la tráquea, el cambio del pH en la hemolinfa al disolverse CO2 y formar HCO3, el potencial de acción y su umbral, la respuesta nerviosa que indica que los tokus (estructura traqueal que se vincula con los hemocitos) deben activar los músculos oclusores y permitir la apertura de los espiráculos. De lo anterior el grupo infiere que estos procesos retardan la apertura o cierre de los espiráculos por lo cual se reduce la velocidad del flujo del aire acumulándose en las curvaturas de los tenidos manteniendo una reserva de oxígeno, de tal modo que los procesos metabólicos se desarrollan de manera más lenta en concordancia con la ecología del insecto.

La simulación permitió evidenciar la disminución de la velocidad que presenta el flujo del aire al interior del tenidio, como se observa en la figura 3, en la cual las tonalidades más oscuras hacen referencia a la reducción de la velocidad en comparación con las de tonalidades más claras.

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Figura 3. Imagen de la simulación del aire al interior de una sección de la tráquea del insecto con Blender, a) vista lateral, b) vista exterior superior, c) vista interior.

a

b

c

Durante el desarrollo de cada una de las fases de la ruta metodológica se generaron nuevas preguntas que dan cuenta de las innumerables posibilidades que se desprenden de este tipo de ejercicios y se convierten en un insumo importante para nuevos estudios, entre algunos de estos cuestionamientos se destacan: ¿Hasta qué punto la simulación realizada va acorde con el comportamiento real del flujo del aire?, esto debido a que no se tuvo en cuenta las proporciones de tamaño entre el diámetro de la tráquea y el tamaño de los tenidios. ¿Qué influencia tiene el atrio en el flujo y el movimiento del aire antes de que ingrese a la tráquea? ¿Qué relaciones existen entre las células sanguíneas (hemocitos) y su ubicación en los espiráculos por donde sale el aire resultante de la respiración? ¿Qué funciones cumplen los sacos aéreos en el proceso de respiración? ¿Cuál es el requerimiento de oxígeno durante el cierre de los espiráculos? ¿Qué diferencias se presentan entre un proceso de respiración pulmonar y traqueal frente a los componentes del aire? ¿Cada cuánto se dan los movimientos peristálticos de la tráquea?

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¿Qué diferencia existe entre la forma de las tráqueas y traqueolas y cómo esta influye en el flujo del aire?

Conclusiones De los anteriores planteamientos se puede concluir que luego de la revisión y consulta del material bibliográfico se evidencia la necesidad de profundizar los estudios en este grupo de organismos. Este tipo de estudios aportan al desarrollo de procesos abordados desde otros campos de investigación contribuyendo a la investigación transdisciplinar como por ejemplo la medicina, nanotecnología, entre otras.

Es de resaltar que en el trabajo desarrollado simuló la forma del tenidio como un aspecto innovador que aporta a estudios similares, que representan el comportamiento del aire a través de estructuras lisas y a su vez presentan mayor exactitud en sus datos.

Con el desarrollo de la simulación se evidencia que la velocidad del fluido disminuye a medida que recorre la estructura interna de la tráquea.

La construcción del modelo estuvo basada en imágenes, consultas y experiencias que en un momento fueron insuficientes para un análisis más detallado de la naturaleza, ecología y clasificación del insecto seleccionado.

Este tipo de estudios aportan al desarrollo de procesos abordados desde otros campos de investigación contribuyendo a la transdisciplinariedad como por ejemplo la medicina, nanotecnología, entre otras, lo cual pone en evidencia la necesidad de profundizar los estudios en este grupo de organismos y dar respuesta a nuevos interrogantes que surgen durante su desarrollo.

El desarrollo de este ejercicio permitió reconocer la importancia que presentan las estructuras que intervienen en el proceso de respiración para la compresión y explicación desde este fenómeno, evitando una visión reduccionista en la enseñanza de las ciencias.

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