AJUSTANDO LOS SENSORES

 La realización de un trabajo de investigación requiere la calibración y comprobación de los instrumentos de medida y de captura de datos. En esta ocasión, los alumnos de 4º de ESO han estado poniendo apunto los sensores para la medición de pH, de la conductividad del agua y de la presión atmosférica. Además, han estado aprendiendo el manejo del software (SparkVue-Pasco) que controla los sensores.

Para determinar la precisión del sensor de pH se usaron dos soluciones buffers de pH conocido, una de pH 4 y otra pH7. La lectura del sensor digital se comparó con la lectura por colorimetría usando un papel indicador de pH.

La conductividad es la capacidad para conducir una corriente eléctrica a través de una masa de agua que contiene iones disueltos (átomos con carga eléctrica). En el agua, las sales se descomponen en sus iones cargados positiva o negativamente, lo que afecta a como se transmite la corriente eléctrica. Desde el punto de vista biológico, las sales citadas afectan a que tipo de comunidades biológicas podemos encontrar en un ecosistema acuático pues los organismos tienen distinta sensibilidad a las sales.

La puesta a punto del sensor de conductividad pasó por la preparación previa de una solución salina con una concentración de sal (NaCl) de 36 g/L, su conductividad (μS/cm) se comparó con la de agua destilada, cuyo valor debería ser cercano a cero.

Para determinar la efectividad de nuestro sensor midiendo la salinidad se usó la tabla 1, propuesta por Bodelón et al. en 1994.

Tabla 1. Relación entre salinidad y conductividad. Tomada de Bodelón et al. 1994. El encabezamiento original de la tabla dice: Bandas de confianza (95%) estimadas para la salinidad (g/l) a partir de valores de conductividad en el intervalo de 1 a 100mS/cm.

Los resultados derivados de las mediciones de pH indican que el sensor de pH se encuentra en perfecto estado, los registros obtenidos tras medir el pH de los buffers coinciden con los valores etiquetados para estos, pH 4 y pH7, así mismo, coinciden con los valores medidos en estos mismos buffers con las tiras de papel indicador.

En cuanto al sensor de conductividad los resultados obtenidos de comparar la conductividad del agua destilada y la de la solución salina a 36 g/L son coherentes, ya que para el agua desionizada se obtuvo un valor de 0,179 mS/cm y para la solución salina de 50,116 mS/cm.

En relación con la concentración de sal de la solución salina determinada mediante la conductividad se observó de nuevo un resultado coherente pues la salinidad medida a través de la conductividad (tabla 1) sería de entre 26,6 y 48,37 g/L, y la de la solución salina (preparada por los alumnos) era de 36g/L.

Por último, la presión atmosférica medida con el sensor fue de 975 hPa.

ERRORES PROVECHOSOS

 La actividad experimental con frecuencia conduce a errores o fracasos, se hace mucho trabajo previo para tratar de verificar una hipótesis y finalmente los resultados no son los esperados y es tentador ocultarlos, sin embargo, el análisis de estos errores nos da la oportunidad de hacer comprender a nuestros alumnos la forma en la que la ciencia trabaja, como se genera el conocimiento científico que hace avanzar a las sociedades. El reconocimiento del error y su análisis con frecuencia aportan más conocimiento que la verificación de una hipótesis.

En esta situación de aprendizaje, pretendíamos observar las distintas fases de la mitosis en el ápice de la raíz de la cebolla, así como, llevar a cabo un contaje del número de células en las distintas fases y así poder determinar la duración relativa de cada fase, pues bien, no logramos ni una cosa ni la otra.

 Detalle de la caliptra o cofia del ápice de la raíz

Los alumnos de 4º realizaron el protocolo de tinción necesario para observar la mitosis en varias ocasiones y las células se tiñeron correctamente, pero no logramos observar las células en mitosis. Tras repasar el protocolo y no observar errores pensamos en la cebolla utilizada, ¿estará en mal estado? Tras unos días en agua las raíces se habían desarrollado, pero no demasiado, se observaron durante dos o tres días más y no se apreció que estuvieran creciendo.

Núcleos de las células del ápice (tinción más oscura) en interfase

Además, en nuestra búsqueda de células en división, nos encontramos en el ápice de la raíz una serie de estructuras filamentosas que parecen invadir el tejido de la raíz y sacamos nuestras conclusiones…..

Los filamentos claros podrían ser hifas de un hongo invadiendo el ápice de la raíz de cebolla

Pues bien, nuestra hipótesis es que esos filamentos son las hifas de un hongo que ha infectado las raíces de la cebolla deteniendo su crecimiento y esto debió ocurrir tras dejar la cebolla en agua durante varios días en el laboratorio sin cambiar el agua, disfrutamos esos días de un puente y claro, nadie estaba en el instituto para cambiar el agua.

***Nota: Las preparaciones histológicas y las imágenes han sido realizadas por Carla Santano y por Lucas Montesinos (4º de E.S.O.)

RELACIÓN ENTRE EL NÚMERO DE MICROALGAS Y LA CANTIDAD DE CLOROFILA

 Esta situación de aprendizaje completa la primera realizada este curso. Los alumnos buscaron una posible relación entre el número de microalgas presentes en un medio y la cantidad de clorofila detectada. Nos planteamos  estimar la producción primaria de la charca midiendo clorofila sin la necesidad de contar células, teniendo presente que la charca apenas tiene macroalgas ni plantas acuáticas.

Para establecer esta relación se extrajo la clorofila de una muestra de microalgas mantenidas en nuestro laboratorio y se contaron las células. Para realizar el contaje se utilizó un microscopio y una cámara de “Neubauer improved”. El contaje de cada cuadro de la cámara se realizó por triplicado. Tras el contaje de la muestra inicial se realizó una batería de diluciones idéntica a la empleada para medir la absorbancia de la clorofila y  mediante una gráfica se evaluó la relación entre el número de microalgas y la cantidad de clorofila extraída.

Los resultados del contaje de microalgas se muestran en la tabla siguiente:

Muestras	Número de células por mL
Muestra 1	100625
Muestra2	201250
Muestra 3	402500
Muestra 4	805000
Muestra 5	1,61 x 106

La muestra 1 no se diluyó. Las siguientes fueron diluidas con un factor de dilución  de 2.

La relación entre el número de microalgas y la absorbancia de la clorofila extraída se muestra en la gráfica 1.

           

Figura 1. Relación entre el número de microalgas presentes y la absorbancia a 660 nm de un extracto obtenido a partir de cada muestra.

La gráfica sugiere que podría existir una relación lineal entre el número de microalgas y la cantidad de clorofila (medida por su absorbancia a 660 nm tras ser extraída con acetona). Sin embargo, el hecho de que con un mayor número de células se perdiese la linealidad entre la absorbancia y el número de células (resultados publicados en la entrada anterior) y no haber realizado por triplicado las extracciones de clorofila hace necesario trabajar más en la optimización del protocolo.

EXTRACCIÓN DE CLOROFILA DE UN EXTRACTO DE MICROALGAS

 En esta situación de aprendizaje nos planteamos adaptar el protocolo de extracción de clorofila,  realizado por Hiscox e Israelstam en 1978 a partir de fragmentos de hojas de plantas,  a la extracción a partir de microalgas. Este objetivo, es el primer paso, de uno más ambicioso por el que pretendemos establecer una relación entre el número de microalgas en una charca local y los valores de absorbancia de clorofila y explorar si esta relación podría servirnos para estimar la producción primaria del citado ecosistema.

La actividad ha sido realizada por los alumnos de 4º de ESO como parte del estudio de los saberes del currículo “Estructura y dinámica de los ecosistemas” y “Medioambiente y sostenibilidad”.

Los cambios realizados en el protocolo de extracción tienen que ver, sobre todo, con las diferencias entre la homogenización y preparación de un extracto procedente de tejidos vegetales y la nuestra, procedente de un microorganismo acuático. Finalmente, optamos por combinar la centrifugación y eliminación del sobrenadante con la homogenización con un émbolo de vidrio en un tubo de ensayo.

Una vez realizada la extracción de clorofila se realizó una batería de diluciones seriadas y determinamos la absorbancia con el colorímetro PS-2121 de Pasco scientific a distintas longitudes de onda: 565 nm, 468 nm, 610 nm y 660 nm. El colorímetro lee valores de absorbancia fija, no podemos ajustar la longitud de onda. El dispositivo se conectó a un PC portátil mediante un data logger y se registraron los datos automáticamente con el programa Sparkvue de Pasco.

La lectura de las muestras sin diluir mostró valores de baja absorbancia a 565 y 610 nm y valores mayores de absorbancia a 468 nm y 660 nm. Estos resultados son coherentes con los picos de absorción de la clorofila a y b reportados en bibliografía. La clorofila a presenta máximos de absorción a 430 nm y a 662 nm y la b a 453 nm y a 642 nm. Así, los bajos valores de absorbancia registrados a 565 y 610 nm se corresponderían con la región comprendida entre 500 y 600 nm, donde la clorofila no absorbe y los valores registrados a 468 y 660 nm se corresponden con regiones de máxima absorción de la clorofila (453 nm y 662 nm).

Figura 1. Absorbancia en nm registrada a distintas longitudes

de onda de la muestra sin diluir

No obstante, los valores registrados en las muestras diluidas contradicen los valores registrados en la muestra sin diluir, ya que no se registró absorbancia a 468 nm y sí en el rango de los 565 nm. Lo cual indica la necesidad de más trabajos de investigación y de ajuste del protocolo.

RESUMEN DE LA SITUACIÓN DE APRENDIZAJE. JUSTIFICACIÓN DOCENTE.

DATOS GENERALES.
TÍTULO	“Extracción de clorofila de un extracto de microalgas
MATERIA	Biología y Geología de 4º de ESO
Desafíos SXXI y ODS	Desafíos. Actitud responsable frente al deterioro del medioambiente. Desarrollar habilidades que le permitan seguir aprendiendo a lo largo de la vida. Fomentar la confianza en el conocimiento. ODS. Importancia del agua limpia. Vida de ecosistemas terrestres.
Producto final	Desarrollo de una hoja de cálculo para el manejo de datos. Publicación en el Blog. Programa de radio (radio EDU).
Relación con proyectos del centro	Radio Edu.
Temporalización	Se desarrollará a lo largo del primer trimestre
Breve descripción de la SdA	Adaptación de un protocolo de análisis de laboratorio. Análisis crítico de los resultados.

 

CONCRECIÓN CURRICULAR.
PRINCIPALES COMPETENCIAS CLAVE	STEM, CCL, CPSAA, CD
DESCRIPTORES OPERATIVOS DE LAS CC (para el perfil de salida)	STEM2, STEM5, CD4, CPSAA1, CPSAA2, CC4, CE1, CC3, CPSAA2, CPSAA3, CC3; CCL1, CCL2, CCL5, STEM4, CD2, CD3, CCEC4
Desafíos SXXI y ODS	Desafíos. Desarrollar habilidades que le permitan seguir aprendiendo a lo largo de la vida. Fomentar la confianza en el conocimiento. ODS. Importancia del agua limpia. Vida de ecosistemas terrestres.
COMPETENCIAS ESPECÍFICAS		CRITERIOS DE EVALUACIÓN	SABERES BÁSICOS
CE5 Analizar los efectos de determinadas acciones sobre el medioambiente, basándose en el conocimiento de la estructura, el funcionamiento de los ecosistemas y las características de los seres vivos que proporcionan las ciencias biológicas y de la Tierra, promoviendo y adoptando hábitos que eviten o minimicen los impactos ambientales negativos, sean compatibles con un desarrollo sostenible y permitan mantener y mejorar la salud colectiva e individual, así como conservar la biodiversidad.       CE1. Interpretar y transmitir datos científicos argumentando sobre ellos.		Criterio 5.3. Identificar y justificar las causas y consecuencias de los principales impactos globales empleando argumentos científicos elaborados y proponiendo soluciones.     Criterio 5.4. Defender el uso responsable y la gestión sostenible de los recursos naturales frente a actitudes consumistas y negacionistas, argumentando con criterios científicos sus propuestas.         Criterio 1.1. Analizar conceptos y procesos relacionados con los saberes de la materia de Biología y Geología interpretando en diferentes formatos (modelos, gráficas, tablas, diagramas, fórmulas, esquemas, símbolos, páginas web…), manteniendo una actitud crítica, obteniendo conclusiones y formando opiniones fundamentas.   Criterio 1.2. Transmitir opiniones propias fundamentadas e información sobre biología y geología de forma clara y rigurosa, facilitando su comprensión y análisis mediante el uso de la terminología y el formato adecuados (modelos, gráficos, tablas, vídeos, informes, diagramas, fórmulas, esquemas, símbolos, contenidos digitales, etc.)   Criterio 1.3. Analizar y explicar fenómenos biológicos y geológicos representándolos mediante el diseño y la realización de modelos y diagramas, utilizando, cuando sea necesario, los pasos del diseño de ingeniería (identificación del problema, exploración, diseña, creación evaluación y mejora).	E.1.4.2. Impacto de las actividades humanas en los ecosistemas.   Importancia de los hábitos sostenibles (consumo responsable, gestión de residuos, respeto al medioambiente…) como herramientas para minimizar los impactos.

 

METODOLOGÍA.
TÉCNICAS Y ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS	·          Aprendizaje basado en proyectos. ·          Aprendizaje basado en problemas ·          Pensamiento de diseño. ·          Técnicas de investigación-acción.
AGRUPAMIENTOS	Dado el bajo número de alumnos habrá un solo agrupamiento.
ESPACIOS	·          Laboratorio. ·          Aula.

 

1.        SECUENCIA COMPETENCIAL.
FASE DE MOTIVACIÓN	·          Presentación de la SdA , resaltando el trabajo en el medio y en el laboratorio. ·          Presentación en forma de desafío de las tareas básicas que tendrán que realizar. ·          Presentación de los productos finales que tendrán que hacer
FASE DE ACTIVACIÓN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS	·          Explicación de contenidos referidos a los ecosistemas y su productividad y a la dinámica de las poblaciones. Se concretan los saberes en lo referente al medio natural cercano sobre el que se va a trabajar. Producción primaria y fotosíntesis (clorofila)
FASE DE DESARROLLO	·          Estudio de los protocolos de laboratorio y el uso de recursos necesario para llevar a cabo las tareas. ·          Investigación en la red sobre conceptos y procedimientos a realizar. ·          Realización de actividades para desarrollar saberes previos y necesarios para las actuaciones a realizar. ·          Aclaración de dudas.
FASE DE APLICACIÓN	·          Realización de las actividades propuestas. ·          Resolución de los desafíos ·          Elaboración de los productos finales
FASE DE CONCLUSIÓN Y TRANSFERENCIA	·          Cumplimentación de un formulario que mediante cuestiones obliga a que el alumno sintetice los aprendido y reflexiones sobre la aplicación y utilidad de lo aprendido. Prueba escrita
FASE DE DIFUSIÓN	·          Publicación en el blog PROYECTO STEAM-ECOSAL. Elaboración de un programa de radio Edu (radio Alconétar) resumiendo los resultados del producto final. *Pendiente. Se hará a final de curso.

 

EVALUACIÓN DEL PROCESO DE APRENDIZAJE.
CRITERIOS	Ver tabla 2.
INSTRUMENTOS	·          Pruebas orales y escritas ·          Rúbrica de trabajo en el laboratorio ·          Rúbrica para presentaciones escritas en medios tradicionales y digitales
MOMENTOS DE EVALUACIÓN	Se irán evaluando las actividades y sus productos a medida que se vayan realizando y el resultado de esa evaluación se incorporará a la evaluación trimestral.

BIBLIOGRAFÍA.

Hiscox, J.D. y Israelstam, G.F. 1979. A method for the extraction of chlorophyll from leaf tissue whithout maceration. Can. J. Bot. 57: 1332-1334.

Shengqi Su, Yiming Zhou, Jian G. Qin, Weizhi Yao y Zhenhua Ma 2010. Optimization of the Method for Chlorophyll Extraction in Aquatic Plants. Journal of Freshwater Ecology, 25:4, 531-538.