Tot és ciència? OPTATIVA 3r ESO
La vida
-
en un -
cop d’ull
-
Estudiar les comunitats microbianes en el seu ambient natural. Reproduir processos naturals al laboratori. Muntar una columna de Winogradsky funcional i amb el màxim espectre de resultats possibles.
NOM:
Els treballs de Louis Pasteur i d’en Robert Koch durant la segona meitat del segle XIX es varen basar en l’obtenció de cultius bacterians purs. Més enllà de ser fonamentals des del punt de vista conceptual, aquests treballs varen possibilitar grans avenços en l’àrea de la medicina i la indústria. En una altra línia d’investigació, Martinus Willen Beijerinck i en Sergei Winogradsky varen estudiar les comunitats microbianes en els seus ambients naturals. Els estudis ecològics van permetre comprendre les característiques metabòliques d’aquestes comunitats i aclarir les etapes del cicle d’alguns elements (carboni, nitrogen, sofre). La construcció d'una columna de Winogradsky és un mètode simple d'estudi de la diversitat microbiana mitjançant la selecció de microorganismes amb determinades característiques metabòliques. Consisteix a enriquir una mostra de sòl amb nutrients, de manera d'afavorir el creixement d'algunes comunitats.
1
Existeixen nombroses variacions i combinacions possibles en l'elecció de les fonts d'enriquiment:
1. Fonts de carboni
Materials que alliberen carboni ràpidament tals com a carbonat de sodi, bicarbonat de sodi o carbonat de calci (guix mòlt). Materials d'origen vegetal que alliberen carboni més lentament, tals com a gespa, fenc, agulles de pi, paper de periòdic, paper higiènic, midó de blat de moro, civada, serradures, ...etcètera.
2. Fonts de sofre Sofre, sulfat de calci, sulfat de magnesi, ous cuits, formatge, ...etcètera.
3. Fonts de ferro Llimadura de ferro, qualsevol comprimit que contingui ferro.
4. Fuentes de fòsfor i potassi Or verd o qualsevol un altre fertilitzant per a plantes amb K2HPO4 (Proporció: mitja cullerada de te/l)
5. Fonts de vitamines Qualsevol producte multi vitamínic. Una modificació parcial o total de la manera d'enriquiment o del tractament permet seleccionar microorganismes amb característiques específiques: Tipus de microorganisme Bacteris del ferro Bacteris del cicle del nitrogen Bacteris termòfils Bacteris halòfils Bacteris acidòfils Bacteris basòfils
Element/substància Ferro Fertilitzant a l'excés Incubació a temperatura elevada Sal Vinagre Llevat químic
Les variacions semblen infinites. Es pot col·locar refresc de cola al medi i es pot afegir la pela d’una fruita per a identificar els microorganismes capaços de colonitzar-la.
2
I l’aplicació de tot això? Cerca informació a Internet i explica com podem aplicar el creixement de determinades colònies en un context tecnològic (materials, contaminants,...), i en el context biotecnològic (bioremediació).
3
ACTIVITAT PRÀCTICA La columna de Winogradsky és una forma simple de seleccionar i estudiar als microorganismes existents en qualsevol ambient. La columna pot estar construïda a partir de llot o sòl de qualsevol origen, amb aigua provinent del mateix indret o d’un font diferent.
OBJECTIU Construir una columna de Winogradsky per a observar als microorganismes de l’ambient.
MATERIALS 1 recipient transparent d’uns 2 litres 1 embut La mostra de terra del lloc analitzat, Aigua del mateix lloc, Una font de cel·lulosa (10 g de paper higiènic) Una font de fòsfor i potassi (1 cullerada petita de fertilitzant per a plantes por litre) Una font de CO2 (5 g de guix triturat) Una font de sofre (5 g de clara d’ou bullida) I, eventualment, Una font de ferro. (claus, cargols,...) Trossos de roba per a cobrir les ampolles i gomes elàstiques.
PROCEDIMENT 1. Col·locar en un recipient cinc gots de llot, sorra o terra; retirar totes les roques, branques o fulles. 2. Diluir una cullerada petita de fertilitzant en un volum equivalent d’aigua del mateix indret que la mostra. 3. Preparar amb ambdues parts una mescla de consistència cremosa, suficientment fluida para passar per l’embut. 4. Col·locar al fons del recipient 10 g de la font de cel·lulosa, 5 g de la font de CO2, 5 g de la font de sofre i, eventualment, la font de ferro. 5. Agregar una mica de la mescla. Eliminar l’aire, batent amb força para assentar la mescla. 6. Col·locar altres capes de llot, assentant-les com abans, fins que el recipient quedi un 90% ple. Si fos necessari, eliminar les bombolles existents remenant con una vareta. 7. Esperarem 30 minuts. La capa d’aigua de la part superior haurà de mesurar com a mínim 2 cm d’alçada. Agregarem aigua, si cal. 8. Cobrirem l’ampolla amb un drap i el fermarem amb una goma elàstica. 9. Incubarem en un lloc on rebi llum suficient, però no el sol directe. 4
10. Observarem setmanalment les variacions, i agregarem aigua quan sigui necessari perquè la columna no s’assequi.
La selecció de diferents tipus de microorganismes s’aconsegueix afegint alguns compostos (orgànics i inorgànics) i l’ajustament del pH.
La il·luminació estimula el creixement de fotòfils (aerobis i anaerobis), que es desenvolupen formant un biofilm, entre la paret de l’ampolla i del medi.
A prop de la vora de la columna creixen els organismes aerobis i microaeròfils, en el fons s’hi multipliquen els anaerobis (Clostridium, bactèries metanogèniques).
Els materials i el procediment descrits en el protocol permeten estudiar els organismes implicats en el cicle del sofre (medi enriquiment amb cel·lulosa, sofre i calci).
COM DISSENYAREM ELS EXPERIMENTS RECIPIENTS GRANS Compararem el desenvolupament de les comunitats bacterianes d’una mostra en columnes enriquides amb diferents quantitats de sulfat de calci. RECIPIENTS PETITS Comparar el desenvolupament de les comunitats bacterianes de diverses mostres en columnes enriquides de la mateixa manera.
Comparar el desenvolupament de les comunitats bacterianes d’una mostra en columnes enriquides de la mateixa manera, incubades en diferents condicions d’il·luminació (o de temperatura).
MESURES Cal que adaptem les quantitats als volums dels nostres recipients, per tant, cal que mesurem primer els nostres recipients.
Dissenyeu el protocol experimental adaptant-lo a les necessitats específiques que tenim, primer realitzarem els dels recipients comuns entre tota la classe, i després cadascú realitzarà el seu propi disseny experimental, seguint l’esquema que teniu a continuació.
5
PRÀCTICA 1 (Recipients grans) Objectius
Material i mètodes
Resultats
Discussió i conclusions
6
PRÀCTICA 2 (Recipients petits) Objectius
Material i mètodes
Resultats
Discussió i conclusions
7