COLUMNES DE VIDA
COLUMNES DE VIDA Vam descobrir les columnes de Winogradsky en la visita a l’exposició Ciència fricció al CCCB. Es traca d’un experiment senzill que permet el cultiu d’una gran diversitat de microorganismes. Consisteix en una columna plena de terra i aigua on s’hi han afegit alguns elements que proporcionaran carboni (com ara paper de diari, serradures...), i altres sofre (com per exemple ou). Deixant aquesta columna sota la llum solar durant mesos, s’aniran produint unes sèrie de reaccions, principalment d’oxigen i sulfurs, que
generaran una àmplia varietat de microorganismes. Podrem veure per tant, a simple vista, diferents zones de colors i textures diverses que correspondran a cadascuna de les colònies de microorganismes que s’estan creant. La columna de Winogradsky és una demostració de les condicions i necessitats vitals dels microorganismes (com ara els requeriments de carboni i energia),
el
desenvolupament dels seus cicles, i la interdependència que arriba a existir entre ells (les activitats d’un microorganisme permet créixer a un altre i viceversa, la simbiosi). Aquesta columna és un sistema complet i autònom de reciclatge, mantingut només per l’energia de la llum.
Procés • Visita exposició CCCB “Ciència fricció” • Simbiosi • Columnes Winogradsky • Es decideix fer experiment columnes • Documentar-se (Exposició Ciència fricció, article revista Reduca, xerrades Lídia…) • Bosc: diferents terres (argila vermella, pissarra i calcària) • Preparació columnes (laboratori) • Instal·lació terrassa biblioteca Escola • Observació setmanal
• Muntatge sensors temperatura, humitat i CO2
Excursió CCCB L’escola ens va portar al CCCB a veure l’exposició Ciència Fricció. A la primera sala hi havia dues columnes de Winogradsky en forma de cubs allargats. Com que aquestes columnes ja
estaven bastant evolucionades es veien fàcilment les colònies de bacteris i la seva respiració gracies a les múltiples bombolles que sortien constantment de l’aigua, tot plegat acompanyat d’un vídeo de la Lynn Margulis, biòloga que va estudiar els ecosistemes dels bacteris al Delta de l’Ebre A la segona sala hi havia una estanteria que tenia tres nivells plens de coralls de ganxet, els primers denotaven color mentre que els que estaven més allunyats de la porta eren més grisencs. Ens van explicar que això era degut a que els coralls tenien a dins una alga que els donava color, i gràcies això els coralls vivien més temps. Els que eren de color gris eren d’aquest color perquè l’alga que normalment hi viu dins s’havia mort per culpa de l’increment de les temperatures, degut a aquest fet els coralls grisos eren més dèbils. A aquest fet l’anomenem simbiosi. A la tercera sala vam aprofundir en el fet de la simbiosi, que és: que dues especies diferents s’ajuden mútuament. Hi havia un llibre de Maria Sibylla Merian que va ser una naturalista, exploradora i pintora que va estudiar la simbiosi i la metamorfosi d’alguns insectes com per
exemple les papallones.
Documentar-se Abans de preparar les columnes vam decidir investigar i resoldre alguns dels dubtes més essencials per començar el projecte. Calia informar-nos amb l’ajuda de expertes com la Lídia Quevedo i la Marta Flores, visitar el museu del CCCB i informar-nos amb un article de la revista Reduca. Abans de començar a fer les columnes vam investigar qui era el que
inventà les columnes de Winograndsky. Serguéi Nikoláievich Winograndsky Winograndsky va ser un microbiòleg, ecòleg i edafòleg. Va descobrir el procés biològic de la nitrificació i la primera etapa del coneixement de la quimioautotrofia, el procés per el qual els organismes obtenen carboni mitjançant la fixació del CO2. Abans creien que els organismes autòtrofes obtenien l’energia només a partir de la llum. Va ser un dels primers investigadors en entendre als microorganismes.
Serguéi Nikoláievich Winograndsky (1856-1953)
Primer de tot vam haver de posar resposta a les següents preguntes amb l’ajuda de la Lídia: que és un bacteri?, per què serveixen? què fan?, quins tipus hi ha?, què mengen? o com es reprodueixen?. Amb el que ens va explicar vam aprendre que els bacteris són organismes procariotes (organismes que no tenen l’ADN dins d’un nucli) i unicel·lulars (que només estan formats per una cèl·lula).
Cada tipus de bacteris s’alimenten d’una manera determinada, els Fotoautòtrofs (utilitzen la llum com a font d’energia i el CO2 com a font de carboni), els Fotoheteròtrofs (utilitzen la llum com a font d’energia i matèria orgànica com a font de carboni), els Quimioautòtrofs (utilitzen compostos inorgànics reduïts com a font d’energia i el CO2 com a font de carboni) i els Quimioheteròtrofs (utilitzen compostos orgànics tant com a font d’energia com de carboni). Els bacteris es reprodueixen de manera diferent que els humans, ells es parteixen per la meitat per reproduir-se, aquesta forma de reproducció s’anomena asexual (bipartició). Es bacteris van ser dels primers organismes que van aparèixer a la Terra (fa 3.600 milions d’anys) i viuen en nombrosos hàbitats diferents: aigua, sòls, fonts termals, residus radioactius o a l’interior de l’escorça terrestre.
Per fer-nos una idea de com ens quedarien les columnes, després
d’haver
investigat,
els
bacteris
i
les
seves
característiques, ens van ensenyar aquesta imatge on
Algues i cianobateries
apareixia un esquema de com ens hauria de quedar les nostres columnes. Com observem a la imatge, la columna està dividida en
Bacteries oxidadores del sofre
diferents colors depenent del tipus de bacteris que hi habita.
Bacteries vermelles no de sofre
Els bacteris verds i grocs són els aeròbics, que són els que
Bacteries vermelles de sofre
necessiten oxigen per respirar, la resta de bacteris són
Bacteries verdes de sofre
anaeròbica, no necessiten oxigen per viure i creixen a baix de la columna on no hi arriba O2. Els que se situen al voltant de l’ou, necessiten el sofre per viure. El tros en rosa i turquesa és on hi ha els bacteris que necessiten el carboni del diari.
Bacteries reductores i fermentadores
Els bacteris
1er ESO 24/02/2022
Quan parlem de microorganismes, podem trobar:
Virus
Bacteris
Fongs Algues unicel·lulars
Virus
Virus
Característiques dels virus:
Organisme microscòpic, està viu? No són cèl·lules. Són infecciosos.
Es repliquen dins de cèl·lules d’altres organismes, com nosaltres (per exemple, grip, hepatitis, COVID). Tenen informació genètica (ADN o ARN) en una mena de nucli, envoltada de proteïnes. Poden infectar animals, plantes, fongs, bacteris i fins i tot a altres virus. Es propaguen a través d’altres animals (com els mosquits), l’aire (esternuts), fecal-oral (menjar, excrements), sang infectada o sexual. Els antibiòtics no serveixen per combatre’ls. S’han d’utilitzar «antivirals».
Fongs Estructura d’un llevat
https://canalupe.com/wp-content/uploads/2021/07/Celula.jpg
Fongs
Organismes formats per cèl·lules eucariotes (són aquelles que tenen un nucli verdader). Poden ser unicel·lulars o pluricel·lulars.
Poden ser sapròfits (s’alimenten de la matèria orgànica en descomposició), líquens (formen simbiosi amb les algues), micorrizes i paràsits.
Fongs Alexander Fleming 1928, va descobrir una de les substàncies més importants que s’utilitzen en medicina: la penicil·lina La penicil·lina és una substància produïda per un fong microscòpic, anomenat Penicillium notatum, que té la propietat de destruir moltes menes de microorganismes perjudicials per a l’home. És un antibiòtic. Combat molts tipus d’infeccions, com la bronquitis, la pulmonia, les infeccions intestinals, etc.. Avui dia, gràcies a la penicil·lina i altres antibiòtics, les malalties infeccioses, que havien estat primera causa de mortalitat fins al segle XIX, especialment per als infants, són molt menys perilloses i, en general, tractades d’una forma adequada, es curen sense problemes.
Bacteris
Bacteris Són organismes procariotes, són unicel·lulars, i no tenen un nucli cel·lular diferenciat. El seu ADN no està dins una membrana, sinó en una regió anomenada citoplasma, formant el nucleoide. Mida de l’ordre dels micròmetres (mil·lèssima part d’un milímetre). Formes: Bacil, forma de bastonet Espiril i espiroquetes, forma d’espiral allargada Vibrió, forma de coma Coc, forma d’esfera Van ser dels primers organismes que van aparèixer a la Terra (fa 3.600 milions d’anys) i viuen en nombrosos hàbitats diferents: aigua, sòls, fonts termals, residus radioactius, a l’interior de l’escorça terrestre.
Bacteris
Gran importància en el cicle dels nutrients: fixen el nitrogen de l’atmosfera i participen de la putrefacció dels cadàvers. Poden ser beneficiosos/simbiòtics (intestins), sapròfits/descomponedors (humus del sòl) o patògens, per això utilitzem els antibiòtics. Alguns tenen flagels (mobilitat) i pèls.
Bacteris
Reproducció asexual (bipartició)
Bacteris Reproducció asexual (bipartició)
Bacteris Nutrició Poden dur a terme tots els tipus de metabolismes, segons les característiques del medi: - Fotoautòtrofs (utilitzen la llum com a font d’energia i el CO2 com a font de carboni). - Fotoheteròtrofs (utilitzen la llum com a font d’energia i matèria orgànica com a font de carboni). - Quimioautòtrofs (utilitzen compostos inorgànics reduïts com a font d’energia i el CO2 com a font de carboni). - Quimioheteròtrofs (utilitzen compostos orgànics tant com a font d’energia com de carboni).
Bacteris
Columna de Winogradsky
Sensors
Bacteris Exemples de bacteris beneficiosos:
Flora intestinal Depuració d’aigües residuals Tractament de residus (compostatge) Alimentació: formatge, iogurt, vinagre Medicaments
Exemples de bacteris perjudicials:
Tètanus Salmonel·losi Còlera Diftèria Escarlatina Lepra Tifus Tuberculosi
Malalties causades per virus Ebola Àfrica (riu Ebola, RD Congo), 1976, 280 morts Sudan del Sud, 151 morts Origen: Espècies de micos i ratpenats de la fruita
Febre hemorràgica, mal de cap, mal de coll, debilitat, dolor abdominal, diarrea i vòmits. Es transmet per contacte físic de fluids infectats (sang, excrements, vòmits). Taxa mortalitat: 50-90% Brot 2014-2015 (Guinea, Sierra Leona, Libèria i Nigèria) Vacuna (2015) R0= 1,2 i 1,9 < SARS, Sida o grip espanyola
R0 = número bàsic de reproducció (quantes persones contagia cada persona infectada)
Hepatitis B
Necrosis hepatocel·lular i inflamació, pot provocar cirrosi, càncer de fetge, insuficiència hepàtica, fatiga, febre, icterícia i fins i tot la mort. Primer registre, 1885 (vacuna amb limfa, 191 treballadors de les drassanes) Agulles hipodèrmiques reutilitzades Virus descobert 1963 Es transmet a través de fluids corporals. És greu i no té cura, però és fàcil de prevenir.
240 milions de persones tenen hepatitis B
Distribució geogràfica de la prevalència de l’hepatitis B (2005): Alta: > a 8% Intermèdia: entre 2 i 7% Baixa: inferior a 2%
VIH (Virus de la immunodeficiència humana) Provoca la síndrome de la immunodeficiència adquirida (SIDA), falla el sistema immunològic, de manera que permet que es desenvolupin infeccions oportunistes i càncer. Supervivència sense tractament: 9 a 11 anys Contagi a través de fluids corporals (sexual, sang, perinatal; no per la saliva o la suor) Virus descobert el 1983 per Luc Montagnier (França) Origen (zoonosi): primats Medicaments antiretrovirals 25 milions de persones mortes entre 1981 i 2007
Influenza / grip Símptomes: febre alta, mal de coll, debilitat, malestar general, dolors musculars, mal de panxa, dolor a les articulacions, mal de cap i tos.
Afecta a les vies altes respiratòries però també pot afectar els pulmons, el cor, el cervell i els músculs. Contagi a través dels aerosols (carregats de virus) (secreció nassal, bronquial i saliva). Tractament pels símptomes, no hi ha una cura. Ens vacunem prèviament per guanyar immunitat, com la COVID.
Grip espanyola
COVID 19
Virus SARS-COV-2 Wuhan, Xina Zoonosis (transmissió per animals) Vacunes per aconseguir immunitat (anticossos)
Recol·lecció de terres Gràcies a la informació que vam buscar, vam poder saber que es necessitaven terra, d’allà vam treure de fer tres columnes cadascuna de diferent terra i fer per comparar els diferents bacteris de cada terra. Vam anar al bosc de Can Roca, per recol·lectar les terres: -Calcaries -Pissarra -Argila vermella Amb aquestes terres vàrem poder iniciar el nostre projecte, primer
vam estar pensant quins tipus de terra agafarien, cada tipus ens serviria per fer una colònia però primer havíem d’anar a agafar les terres. Vam decidir anar a tres punts diferents del bosc: -Camí de les Bramones banc( argila vermella) -Turó de les Ginesteres (pissarres) -Can Rubio camí empedrat (calcàries)
Aquí teniu el mapa de la ruta i les zones on vam agafar les tres terres diferents:
Preparació columnes (laboratori) Per portar a terme aquest procés de les columnes ens vam dividir en tres grups, de 10 persones. Cada un va utilitzar un tipus de terra diferent, que prèviament havíem anat a buscar al bosc (argila vermella, pissarra i calcària). Per preparar les columnes vam utilitzar: terra del bosc de Can Roca (medi de creixement pels bacteris), aigua del riu Llobregat (font inicial de bacteris), trossos de paper de diari (font de carboni), closca i rovell d’ou (font de sofre).
Els passos que vam seguir per crear-les van ser els següents: 1.
Una primera capa de terra i a sobre el rovell i la closca de l’ou.
2.
Una segons capa de la mateixa terra.
3.
Tirarem els trossets de paper de diari.
4.
Una tercera i última capa de terra
5.
Tirem un bon raig d’aigua del riu, fins que va quedar la terra ben humida i inundada uns 3cm.
6.
Tapem la columna amb un film transparent i li fem forats petits perquè els bacteris aerobis puguin créixer.
Instal·lació de les columnes Les columnes havien de rebre llum solar, perquè els bacteris aerobis de dalt de tot poguessin rebre la llum solar, fer la fotosíntesis i per tant iniciar la cadena alimentaria de tota la columna. Perquè a les columnes poguessin rebre la llum solar, vam decidir posar-les a la terrassa de la biblioteca de l’escola, ja que es un lloc on hi dona el sol durant bastantes hores. Teníem un problema: les columnes no podien estar al terra, perquè si hi havia molt d’aire podien caure. També vam pensar posar-les fixes a la paret però no podíem, ja que no podríem treure-les i no podríem fer l’informe de seguiment. Finalment vam pensar posar unes anelles que es poguessin tancar i obrir. Vam demanar-li al Jordi Martrat, (el senyor de manteniment de l’escola), que ens les fabriqués. Vam fer uns càrrecs, per poder anar a buscar les columnes cada dia i per poder fer el seguiment setmanal. Les pugem a la terrassa cada dia a les 8:15 menys els dilluns que les pugem a la terrassa a les 9 i les tornem a deixar a la classe a les 17:00 menys els dijous i els divendres que les deixem a la 13:45.
Informe de seguiment Observació columnes de Winogradsky
Argila vermella Setmana 1
A la primera setmana observem que la nostra sorra no filtra, això és degut a que els porus son petits no deixen filtrar l’aigua. Ens ha semblat que hi havia un cuc mort, però no li hem donat gaire importància. Veiem que a l’ou li han començat a sortir fongs, encara no veiem capes.
Setmana 2
Veiem l’aigua més clara ja que els sediments han baixat, a dalt de l’aigua s’ha fet un tel estrany. L’aigua s’ha pogut filtrar més i està fent bombolles a les parts que hi ha espais. A dins de l’aigua hi ha un tronc que li ha començat a sortir una molsa extranya. Hem pogut observar una taca i l’hem mesurat: fa 6cm d’amplada per 4cm d’altura.
Setmana 3
No hi ha agut gaires novetats, però ha sortit una nova taca que fe 2,5cm d’amplada i 1 d’allargada.
Setmana 4
Encara podem veure el paper de diari, però la resta encara està igual.
Setmana 5
Avui hi ha 4cm d’aigua a la superfície, on allà hi podem veure algues. La taca d’ou fa 6,5cm d’amplada i 3,5cm d’altura. Aquesta taca és de color marró, rosa i blanc.
Setmana 6
El paper de diari està pujant cada cop més, la taca d’ou ara fa 7cm, la taca més petita en fa 2.
Setmana 8
Han començat a sortir palets blancs que ens semblen algues, la resta està igual. Veiem un gran canvi a la part de dalt.
Calcària Setmana 1
Observem que la terra ha absorbit l’aigua i que la terra està més compacta i menys homogènia i pensem que pot ser degut al paper de diari. A la zona de l’ou podem trobar una cosa blanca. La part de dalt del tub està més seca que la de a baix.
Setmana 2
Podem veure que hi ha fongs a la zona de l’ou, ja que l’ou s’ha podrit, la taca mesura 6,5cm d’amplada i 3cm d’allargada.
Setmana 3
Ara veiem que la taca fa 5cm d’ampla per 4cm d’allargada. La resta està tot igual.
Setmana 4
La terra està més seca, la taca d’ou augmenta la seva mida, veiem que podria ser un indicador dels bacteris.
Setmana 5
La terra està cada cop més seca, a la taca de l’ou podem veure coses negres. El paper encara no s’està desfent.
Setmana 6
L’aigua medeix 2,7cm i el paper de diari continua sense desfer-se. Al costat de la terra podem veure alguns forats, ara, com més amunt, més moll.
Setmana 7
Observem que la quantitat d’aigua és de 3cm, el paper de diari encara no s’ha desfet. L’aigua està tèrbola.
Pissarra
Setmana 1
Primer de tot veiem que l’aigua que vam posar fa una setmana ja no hi és, perquè s’ha filtrat en la sorra. La sorra ha fet petites pedres, podem veure l’ou i el paper de diari. Com més a baix, la sorra està més compacta. La part de dalt està seca.
Setmana 2
Observem que hi ha bombolles d’aigua. A baix podem observar una gran taca: fa 8,5cm d’amplada per 4,5 d’alçada. Els papers de diaris segueixen intactes i la sorra està més humida.
Setmana 3
La taca d’ou ara fa 9,5cm d’allargada per 5 d’alçada. A dalt de la columna podem observar que hi ha bombolles d’aigua.
Setmana 4
Hem vist que les columnes necessitaven aigua i hem buscat informació i hem trobat que se li ha de posar aigua periòdicament. Hem posat aigua i la terra l’ha absorbit ràpidament.
Setmana 5
Ha aparegut una nova taca, ara de 4cm de llarg per 1cm d’alçada. El paper de diari ja no es veu.
Setmana 6
Podem veure que hi ha 1,9cm d’aigua a la superfície. La taca d’ou fa 25cm d’amplada per 6,5cm d’allargada. El paper de diari ja no es veu, és una bona senyal ja que els microorganismes s’estan alimentant.
Conclusions • Argila vermella: En aquestes setmanes hem pogut observar que la nostra terra no filtrava, a l’aigua que es va quedar a dalt, hi van créixer algues, vam poder observar que al llarg de les setmanes han crescut dues taques, una
més gran que l’altre i que el paper de diari anava ascendint. • Calcària: Durant la primera setmana la terra es va anar compactant, més tard va aparèixer una taca i el rovell de l’ou va anar creixent la qual cosa indica que hi havia bactèries, l’aigua cada cop s’ha anat enterbolint. • Pissarra: el primer que vam veure va ser que aquesta terra va absorbir l’aigua molt ràpidament i vam buscar i resulta que s’ha de posar aigua diàriament, després va aparèixer una taca de color blanc i notem que hi ha organismes que respiren ja que apareixen bombolles i més tar el paper de diari comença a desfer-se.
Mesures de paràmetres amb Arduino Per mirar d’obtenir més informació del que estava passant dins de les columnes de Winogradsky, vam voler incorporar dins d’una de les tres columnes, uns sensors que mesuraven la temperatura, la humitat relativa i
el CO2. Per fer-ho, vam haver de construir una mena de suport per col·locar els sensors dins la columna. Més tard vam connectar els sensors a través d’uns cables a la targeta Arduino, que a la vegada estava connectada a l’ordinador. També vam incorporar una pantalla per poder visualitzar les dades que llegeixen els sensors. A més a més, vam afegir una targeta microSD per a emmagatzemar aquestes dades. Per fer que els sensors funcionessin i emmagatzemessin correctament les dades, vam realitzar una programació amb la plataforma anomenada Arduinoblocks, de manera que cada 15 minuts quedessin enregistrades les dades a la targeta microSD. La nostra hipòtesi és que la temperatura serà d’uns 20 graus, la humitat relativa d’un 70% i el CO2 de 800 ppm.