Título. Zona de habitabilidad: El desafío de los cinco reinos.

Autores: Juan A. Prieto Sánchez, Mª Pilar Orozco Sáenz, Juan Manuel Prieto Marín (8), Jan Szauman-Szumski Orozco (10), Ariadna Castaño López (8), Francisco Castaño López (4), Saúl Ferrer Sierra (8), Marcos Ferrer Sierra (6), Nacho Antonio Pérez González (8), Pablo Pérez González (11), Daniel Vega Otero (8), Isaac Gallardo Ruíz (9), Ariadna Gallardo Ruíz (10).

Abstract

In 2019 Chinese scientists explained their aspiration to grow plants, such as potatoes and cress, and breed silk worms on the dark side of the Moon. From this starting point we wondered if these species were the best options to be the first lunar settlers, the “ambassadors” of planet Earth on another celestial body, so we set off “The Challenge of the five Kingdoms”. Based on two physical properties, light and temperature, we compared the five kingdoms of the natural world in order to find the super-organism which could have the best chance to survive on the Moon. Our project studies the concept the habitable zone and the characteristics of living organisms in accordance with the Primary school science curriculum. In the course of this research, students have analysed scientific papers, investigated about animals and plants development processes and performed scientific experiments with species from all the kingdoms in order to contrast their hypotheses. This work is also a continuation of our astrobiology projects in which we work with students of different ages and their families.

Resumen

La búsqueda de vida en planetas distintos a la Tierra pasa por estudiar la zona de habitabilidad. Se define ésta como una región en el espacio situada a una distancia determinada de una estrella, de tal manera que la temperatura del planeta permita la existencia de agua líquida. Además se deben cumplir otros requisitos como que la presión atmosférica permita la existencia de agua en estado líquido, el efecto invernadero no eleve la temperatura del planeta por encima de un límite, la actividad volcánica no aumente el efecto invernadero, los campos magnéticos protejan del bombardeo de partículas altamente energéticas, el albedo no reenvíe al espacio un porcentaje alto de radiación de la estrella. Científicos chinos de varias universidades lideradas por la Universidad Chongqing publicaron un artículo en el que expresaban su intención de hacer crecer ciertas plantas y gusanos de seda en la cara oculta de la Luna. A partir de ese artículo nos hemos preguntado si realmente son las plantas y los gusanos de seda los dos mejores candidatos para convertirse en los primeros “selenitas”. Los científicos chinos expresaron su preocupación sobre las condiciones de temperatura y luz con los que estas especies tendrán que sobrevivir en la Luna. Es por ello que nos hemos centrado en esas dos magnitudes físicas para realizar “El desafío de los Cinco Reinos”. Durante este curso 2019-20, hemos investigado con los alumnos de primaria las facultades de los cinco reinos de la naturaleza para elegir al perfecto candidato, el organismo “supeterráqueo” con las mejores características para representar a la vida terráquea en la Luna. Es un proyecto anual, multidisciplinar e integrador familiar, fiel al currículo oficial de ciencias y continuación de nuestros estudios en el campo de la astrobiología iniciados en cursos anteriores.

1. Introducción El proyecto de astrobiología que se ha llevado a cabo durante el curso 2019-20 con alumnos de primaria, se fundamenta en conocer la zona de habitabilidad de nuestro sistema solar, experimentando con ciertas condiciones físicas en las diferentes especies, para extrapolar a otros lugares del Universo. El trabajo es una continuación al proyecto del curso pasado, seguimos basándonos en el currículo base de ciencias en esta etapa educativa. Vimos oportuno involucrar a las familias en el conocimiento científico con lenguaje accesible, esto los motiva al auto-aprendizaje y a la investigación. Las experiencias que se realizaron en casa y la función sustantiva consistieron en sensibilizar, motivar, persuadir e invitar a la reflexión sobre el tema desarrollado. El tándem Colegio-Familia-Ciencia cumple varios objetivos entre ellos, que la participación sea organizada para las familias desde el ámbito académico, revalorizando el binomio Familia-Escuela y mejorando así la percepción escolar y social de la ciencia por la ciudadanía.

2. Objetivos generales

Estudiar las características generales de los cinco reinos de la naturaleza terrestre.

Entender que significa zona de habitabilidad.

Estudiar cómo fueron apareciendo los seres vivos en la Tierra.

Reconocer las condiciones físicas que afectan a la vida.

Continuar trabajando en el campo de la astrobiología desde el currículum de primaria

fundamentándonos en el método científico.

Fomentar en las familias la realización de experiencias caseras de forma ordenada y rigurosa.

Revalorizar el binomio familia-colegio mediante la coparticipación interinstitucional en el

proyecto.

3. Metodología

El proyecto se ha desarrollado con una metodología constructivista que enfatiza la expresión abierta de lo que piensan los alumnos sobre el tema tratado. Por otro lado se basa en el sistema de enseñanza vivencial de las ciencias, que fomenta la experimentación con base en el método científico, desarrollando las habilidades de investigación.

La comunicación, tras una experiencia realizada, ha sido fundamental para unificar criterios y conclusiones, para ello hemos realizado magazines que distribuimos a todas las familias para que pudieran conocer los resultados grupales.

Por la situación vivida en el último trimestre del curso escolar, la metodología telemática ha sido fundamental. El uso de videoconferencias, la plataforma escolar junto con los envíos de los magazines digitales por correos electrónicos, facilitaron la transferencia de información.

4. Secuenciación

Primer trimestre

En la primera evaluación se programó trabajar en las aulas de los diferentes cursos que participaban en el proyecto. Dentro de las asignaturas de ciencias se estudiaron, entre otros temas, los siguientes:

CC. Naturales.

Unidad 1. Los seres vivos. Los cincos reinos. Importancia de la luz.

CC. Sociales.

Unidad 1. Nuestro planeta y la Luna. Nuestro sistema solar. Unidad 2. La atmósfera, el tiempo y el clima. Importancia del clima y del agua en los seres vivos.

Era necesario que los alumnos integrantes tuvieran conocimientos teóricos en temas relacionados con los seres vivos y el lugar donde vivimos.

Sesión 1. Presentación proyecto a las familias

En el mes de diciembre se realizó la presentación del proyecto a las familias participantes. Posteriormente se firmó un compromiso familia-alumno en que se responsabilizaban del trabajo teórico y experimental que se había programado.

Segundo trimestre

Sesión 2. Cuadernillo de trabajo alumnos.

En las vacaciones navideñas, se les proporcionó a los alumnos un cuadernillo de trabajo. Se pretendía con ello recordar teóricamente todo lo aprendido en clase. Además, en él se les ofrecía la oportunidad de expresar en varios momentos del documento su aporte crítico y situación.

Diario Científico 1.”El desafío de los cincos reinos: Misión buscar al superterráqueo”.

En el mes de enero se distribuyó a todas las familias la primera edición del magazine. En él se exponía todo lo trabajado hasta entonces. Se redactaron los aportes individuales y las conclusiones generales a que se había llegado. El objetivo principal de todo ello era que los alumnos tuvieran información de todos sus compañeros y que tras conclusiones generales, todos trabajáramos en la misma dirección.

Sesión 3. Insectos Palo. Información y justificación a las familias.

A finales de enero, se repartieron a las familias ejemplares de insectos palo. Se les proporcionó información sobre esta especie: su alimentación, tipo de reproducción y comportamiento en la naturaleza. El fin último de esta entrega era que los niños se familiarizaran con ellos y aprendieran cuidándolos.

1º Comentario de texto científico. “El insecto palo es capaz de reproducirse después de muerto”.

Se proponen como comentario de texto científico el artículo “Potential role of bird predation in the dispersal of otherwise flightless stick insect”, (2018) de la revista ECOLOGY y otros varios artículos en castellano. La documentación forma parte del método y es necesario en todo momento para pasar a la experimentación.

Diario Científico 2. “Fásmido: Vida después de la muerte”.

A finales de febrero se hizo llegar a las familias, tal como hicimos con edición anterior, el segundo ejemplar del magazine con las mismas finalidades.

Sesión 4. Gusanos de seda. Información, justificación y reparto de trabajo a las familias.

A principio de marzo (antes del confinamiento) las familias recibieron huevos de gusanos de seda, junto con información sobre esta especie: su alimentación, tipo de reproducción y comportamiento en la naturaleza. Se justificó el tenerlos para aprender más de ellos al cuidarlos. En este punto se empezó la fase de experimentación, sometiendo cada familia los huevos a diferentes condiciones físicas, simulando el trabajo de los científicos chinos.

2ºComentario de texto científico. “China cultivará plantas y gusanos de seda en la Luna”

Basándonos en el articulo “The Chinese to grow potatoes and silkworms on the Moon” y otros varios artículos en castellano, se elaboró un documento de trabajo para los alumnos. De nuevo facilitamos la documentación para justificar la experimentación que estaban realizando.

Diario Científico 3. “Investigamos astrobiología con gusanos de seda”.

Debido al confinamiento de principio de abril, esta edición se envió a todas las familias por correo electrónico, para informales sobre las conclusiones, tanto del comentario científico como de los primeros resultados de la experimentación con huevos de gusano.

Tercer trimestre

Sesión 5. Reino Vegetal y Reino Protoctista (Telemática).

A finales de abril realizamos una reunión telemática (Meet) con objeto de dar instrucciones para la fase de experimentación con los reinos vegetal y protoctista.

Sesión 6. Reino de los Hongos y Reino Monera (Telemática).

A principios de mayo tuvimos una reunión telemática (Meet) con objeto de dar instrucciones para la fase de experimentación con los reinos de los hongos y monera.

Diario Científico 4. “Reinos, ¿inferiores?”

5. Los cincos reinos

5.1. Reino Animalia INTRODUCCIÓN

El Reino Animalia reúne a los seres vivos más complejos de nuestro planeta. Son pluricelulares, heterótrofos (se nutren por ingestión de otros seres vivos) y la mayoría tienen un sistema nervioso desarrollado que les permite reaccionar frente a los estímulos del medio que les rodea.

De entre todos los miembros del Reino Animalia, los insectos son la clase más numerosa y diversa, con más de un millón de especies descritas, se han adaptado a vivir en todos los hábitats de nuestro planeta gracias a sus extraordinarias características. ¿Podrían ser ellos nuestros campeones del “Desafío de los cinco Reinos”?

Para representar al Reino Animalia, hemos estudiado los comportamientos de dos insectos, los fásmidos (orden Phasmida) y los gusanos de seda (Bombyx mori L.), frente a las variaciones de la temperatura y la luz.

Con respecto a los insectos palo, fásmidos, se realizó un comentario sobre un artículo de investigación publicado por científicos japoneses, en el que se daba a conocer la resistencia de los huevos de estos animales. En este artículo se describía la capacidad de eclosión en el exterior de los huevos de fásmidos, tras haber sido ingeridos por ciertas aves y haber transitado por sus aparatos digestivos. Este hecho permite suponer que la naturaleza usa, tal como ocurre con las semillas de las plantas, este sistema para contribuir a la expansión de estas especies.

Imagen 1. Ilustración del mecanismo usado para la expansión del hábitat de los insectos palo. (Kobe University)

La capacidad que demuestran los huevos de sobrevivir a la acidez del aparato digestivo y a la temperatura corporal de las aves, convierte a los fásmidos en firmes candidatos para participar en el reto del “Desafío de los cinco Reinos”.

Al creer oportuno que los alumnos debían familiarizarse con esta especie para conocerlos más, repartimos algunos ejemplares a cada familia.

Imagen 2. Cuidado de insectos palos.

Con respecto a los gusanos de seda, partimos del artículo científico de los investigadores chinos mencionado en el apartado 4 “Secuenciación”. Alojados en un recipiente de aluminio, una “minibiosfera”, con agua, nutrientes y aire se proponen comprobar la posibilidad de eclosión de los huevos.

Después de trabajar el documento e informar a las familias sobre la experiencia que se iba a realizar, repartimos huevos de gusanos a todas ellas.

Imagen 3. Información a las familias sobre el cuidado de los gusanos de seda.

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

Dada la importancia de la experimentación con los gusanos de seda, directamente mencionados en el artículo, sometimos a nuestros gusanos a tres parámetros distintos (temperatura, luz y dieta) en tres etapas diferentes de su desarrollo (huevo, oruga y crisálida) para estudiar las máximas situaciones posibles:.

La tabla siguiente explica todos los itinerarios seguidos durante la fase de los huevos:

Tabla 1. Experimentos con huevos de gusano de seda

Temperatura Luz Nº Exp.

Frío Intenso

(24h A -28ºc)

Oscuridad Absoluta 1

Alternancia Día/Noche 2

Temperatura Baja

(Lugar Orientado Al Norte)

Oscuridad Absoluta 3

Alternancia Día/Noche 4

Temperatura Ambiental Oscuridad Absoluta 5

Alternancia Día/Noche 6 Control

No todas las familias realizaron todas las experiencias, se dividieron para facilitar el trabajo.

Los resultados se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 2. Resultados experimentos con huevos de gusano de seda

Nº Experimento 1 2 3 4 5 6

Viabilidad Huevos No Solo 1 La Mayoría Todos La Mayoría Todos

Tamaño Oruga --- Anormal Normal Normal Normal Normal

A continuación, los individuos que permanecían con vida tuvieron dos tipos de dieta diferentes y los sometimos a dos condiciones de luz distintas.

El experimento y los resultados de la fase de oruga se muestran a continuación:

Tabla 3. Experimento con orugas de gusano de seda

Luz Dieta Crecimiento Formación de crisálida

Oscuridad Absoluta Morera Normal Normal

Alternancia Morera/Lechuga Menor Poco Densa

Alternancia Día/Noche Morera Normal Normal

Alternancia Morera/Lechuga Menor Poco Densa

El gusano que nació tras estar su huevo 24 h en el congelador presentó un tamaño muy inferior con respecto a los demás y murió con la dieta exclusiva de hojas de morera.

Imagen 4. Cuidado de los gusanos de seda.

A continuación, los capullos procedentes de dieta exclusiva con morera, se dividieron en tres grupos como se recoge en la siguiente tabla: unos se introdujeron, otros crecieron a y los restantes a):

Tabla 4. Experimento con crisálidas de gusano de seda

Temperatura Frío (24h a -28ºC) Temperatura baja Temperatura ambiental (Control)

Eclosión No No Todas

Imagen 5. Experimentación con los gusanos de seda.

CONCLUSIONES DEL REINO ANIMALIA

Según lo visto anteriormente, el frío, incluso moderado, afecta considerablemente a los gusanos de seda, aunque conseguimos que uno de los huevos expuestos a -28ºC eclosionara, fue viable unos pocos días. Las crisálidas tampoco fueron capaces de soportar el frío y aunque las orugas no se expusieron a distintas temperaturas, podemos inferir que el resultado habría sido similar.

Respecto a la dieta, aquellos gusanos con dieta combinada lechuga-morera crecieron con menor tamaño que los de dieta exclusiva de morera y formaron crisálidas de menor densidad de seda. Otra característica de estos animales es su gran voracidad, un aspecto negativo si se quieren criar en una zona tan alejada.

El único parámetro que no pareció afectarles fueron las condiciones de luz.

Por todo ello nos parece que los gusanos de seda tendrían muy pocas posibilidades de vencer el “Desafío de los cinco Reinos”, necesitan unas condiciones muy específicas para sobrevivir.

Sin embargo si consideramos a los insectos palo posiblemente tengamos un firme candidato. Según las observaciones de nuestra pequeña científica Ariadna Castaño, los fásmidos no necesitan alimentarse tanto como los gusanos de seda. Ella ha observado que pueden estar 15 días sin comer y no hay que darles de beber. Además se reproducen por partenogénesis (las hembras producen huevos sin que haya fecundación) y sus huevos son muy resistentes.

Por todo ello consideramos que las posibilidades de supervivencia de los insecto palo en la Luna son muy altas, pero, ¿podrían ganar a otros Reinos?

5.2. Reino Plantae INTRODUCCIÓN

Los integrantes del Reino Plantae son seres vivos que se distinguen por realizar la fotosíntesis, es decir, son autótrofos, por lo que son extraordinariamente independientes puesto que no necesitan que se les suministre alimento para sobrevivir, la presencia de CO2, sales minerales y luz es suficiente para que se desarrollen. Desde ese punto de vista, el proyecto de los investigadores chinos de conseguir el crecimiento de plantas en la Luna no es descabellado. Mediante la fotosíntesis y la respiración celular las plantas regulan y equilibran los gases necesarios para su supervivencia, CO2 y O2; mediante la transpiración renuevan el agua y si se les suministra un substrato y luz pueden vivir sin problema. Sin embargo, en la Luna se encontrarían con un gran inconveniente, la fluctuación de la temperatura debido a la inexistencia de una atmósfera significativa. Recordemos que la temperatura lunar puede fluctuar desde 123

oC en la parte soleada a -153

oC en

la parte oscura, y en los polos llega bastante por debajo de los 200oC.

Mantener una temperatura estable y dentro de los límites de habitabilidad va a ser un reto para los científicos, porque ¿Cómo reaccionan las plantas ante el frío?

En este Reino vamos a experimentar con dos grupos distintos de individuos: briofitas (sin vasos conductores) y plantas vasculares (con vasos conductores).

Briofitas: Musgos PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

Las muestras de musgos se recogieron en las canaletas de desagües.

Imagen 6. Procedimiento seguido con el musgo.

Los musgos se dividieron en cinco vasos y se expusieron a cinco ambientes diferentes: -Vaso 1: Exposición directa al Sol -Vaso 2: Temperatura ambiente pero a la sombra -Vaso 3: Temperatura ambiente pero en la oscuridad -Vaso 4: Frío moderado, 4

o C durante 24h

-Vaso 5: Frío intenso, -22 o

C durante 24h La tabla 5 explica la distribución de los musgos y los resultados de los experimentos. La actividad de los musgos se midió de manera indirecta, observando el color y el volumen.

Tabla 5. Resultados de la exposición a diferentes temperaturas y luz en el musgo

Vaso 1 Vaso 2 Vaso 3 Vaso 4 Vaso 5

Exposición directa al

Sol

Temperatura ambiente pero a

la sombra

Temperatura ambiente pero en

la oscuridad

Frío moderado (4

o C) durante

24h

Frío intenso (-22

o C)

durante 24h 1º Semana Color verde Color verde Color verde Color verde Color verde

2º Semana Color verde Color verde

obscuro Color verde obscuro Color verde Color verde

3º Semana Color verde Color verde

obscuro Color verde obscuro Color verde Color verde

No vemos diferencias significativas incluso aquellos ejemplares que estuvieron en obscuridad total y a bajas temperaturas.

Plantas vasculares: Leguminosas

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS Partimos de semillas de legumbres por ser fáciles de conseguir y de hacer germinar. Se hicieron 4 grupos de semillas:

- Grupo 1: En un recipiente ponemos 30 semillas de garbanzo, judía y lenteja (10 de cada una) y las introducimos en el congelador. Pasadas 24h sacamos las semillas del congelador y las ponemos en agua durante otras 24h.

- Grupo 2: De la misma manera tomamos otras 30 semillas y las ponemos en agua. Pasadas 24h metemos las semillas del congelador durante otras 24h.

- Grupo 3: Ponemos en agua 30 semillas durante 24h. Una vez que las semillas hubieron germinado y que las plantitas alcanzaron un cierto tamaño, la maceta con todas las plantitas se puso en el congelador durante 24h.

- Grupo 4: Ponemos 30 semillas en agua, este grupo actuará como control.

Imagen 7. Procedimiento seguido con semillas de legumbres.

Todas las semillas se plantaron en cuatro macetas distintas respetando los cuatro grupos como se indica en la tabla junto con los resultados obtenidos. Tabla 6. Resultados de la exposición de las plantas vasculares al frío

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4

Control Frío después de germinar Frío + agua Agua + frío

Germinación 25 15 2 0

Crecimiento Bueno Bueno Lento ------

Crecimiento después del frio No aplica Ninguno No aplica No aplica

Crecimiento después 2 semanas Bueno Ninguno Lento No aplica

CONCLUSIONES DEL REINO PLANTAE Los resultados sugieren que el problema que las plantas deben superar para poder sobrevivir a bajas temperaturas es la congelación del agua. Las bajas temperaturas ralentizan su crecimiento hasta llegar a paralizarlo pero si el agua se congela:

- Puede destruir las células vegetales por la formación de cristales que rompen las membranas celulares o por el aumento de volumen que sufre el agua al congelarse.

- Impide la absorción de agua por las raíces, agua necesaria para transportar sustancias en el interior de la planta, savia, y para hacer la fotosíntesis.

Para soportar las bajas temperaturas el Reino Plantae ha adoptado diversas estrategias:

- Secreción de compuestos químicos de acción anticongelante.

- Reducción del tamaño de sus hojas para reducir la superficie de exposición. - Hojas de color más oscuro para absorber más calor del Sol. - Vellosidades en las zonas aéreas que protegen los órganos de la planta. - Pérdida de hojas en invierno para evitar su congelación. - Escaso contenido de agua en las hojas.

La tundra es el bioma donde encontramos los integrantes del Reino Plantae con más capacidad de soportar el frío. Su vegetación se compone de pastos, musgos y líquenes que no pasan de 10cm de altura. En esta parte del planeta el suelo permanece congelado la mayor parte del año ya que la temperatura media es de -34

oC, alcanzando incluso los -50

oC ocasionalmente durante los meses

más fríos. Además las horas de luz son escasas durante esos meses. Al no tener los musgos sistema vascular absorben el agua directamente por “hojitas”, eso les da una ventaja, un superpoder, a la hora de combatir el frío. Su pequeño tamaño también juega a su favor porque reduce la superficie de exposición a las bajas temperaturas. Por otro lado las semillas de las leguminosas son verdaderas cápsulas de supervivencia, pero al necesitar agua líquida para reiniciarse y germinar, sufren roturas celulares ocasionadas por el hielo. Lo mismo ocurre con sus partes aéreas. Por todo ello, y si los científicos chinos consiguieran aislar sus plantas de las temperaturas extremas, ¿podría el Reino Plantae ganar El Desafío de los Cinco Reinos?

5.3 Reino Fungi INTRODUCCIÓN Los integrantes del Reino Fungi estuvieron durante mucho tiempo incluidos en el Reino Plantae por tener, algunos de ellos, un aspecto parecido a las plantas. Sin embargo son seres vivos heterótrofos, pluricelulares y unicelulares que necesitan lugares húmedos para vivir. Se alimentan de materia en descomposición y tienen un papel esencial en la naturaleza descomponiendo la materia orgánica y convirtiéndola en inorgánica. Para investigar los “superpoderes” de los hongos decidimos utilizar levadura, un hongo unicelular que se utiliza en la fabricación del pan y que por tanto es fácil de conseguir. La levadura fermenta el almidón de la harina y lo transforma en glucosa que posteriormente utiliza como alimento. En este proceso se producen dos sustancias de desecho:

- alcohol etílico que se evapora durante el horneado

- CO2 que convierte la masa de compacta a esponjosa La fermentación también genera calor. ¿Será la levadura un buen candidato para sobrevivir en la Luna? PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS Para estudiar el comportamiento de las levaduras a la luz y al frío disolvimos 7gr de levadura granulada en 50ml de agua tibia, posteriormente añadimos 300 gr de harina con una pizca de sal. La masa resultante se dividió en 5 grupos como se muestra en la tabla a continuación junto con los resultados:

Tabla 7. Resultados de la exposición a diferentes temperaturas y luz en el Reino Fungi

Masa 1 Masa 2 Masa 3 Masa 4 Masa 5

Exposición directa al Sol

Temperatura ambiente pero a

la sombra

Temperatura ambiente pero en

la oscuridad

Frío moderado (4

o C) durante

24h

Frío intenso (-22

o C)

durante 24h

1º día Muy Activa Activa Activa No Activa No Activa

Temperatura

Ambiente Temperatura

Ambiente

2º día ----

---- ---- Activa Activa

El día en que se puso en marcha el experimento la temperatura ambiente era de 28

oC.

La actividad de las levaduras se midió de manera indirecta, observando la esponjosidad de la masa. Si al presionar con un dedo vemos que la masa se hunde pero recupera la forma al instante significa que las levaduras están activas y están fermentando la harina para alimentarse, si la masa permanece compacta significaría que las levaduras no están activas o están inertes.

Imagen 8. Procedimiento seguido con la masa de levadura.

CONCLUSIONES DEL REINO FUNGI Como puede observarse en este experimento a mayor temperatura mayor actividad de las levaduras, de tal forma que las que estuvieron 24h sometidas a –22

oC inicialmente no

presentaban ninguna actividad. Sin embargo la temperatura no ha afectado la viabilidad de las levaduras ya que al final del experimento todas habían fermentado la harina.

En cuanto a la exposición a la luz, no se encontraron diferencias entre la masa expuesta a la luz y la no expuesta a la luz.

Esta capacidad de sobrevivir en ambientes hostiles convierten a las levaduras en un firme candidato para hacerse con el título de super terráqueo.

5.4 Reino Protoctista INTRODUCCIÓN

El Reino Protoctista es un poco el cajón de sastre del mundo natural porque incluye seres unicelulares y pluricelulares; autótrofos y heterótrofos. Los individuos del Reino Protoctista se dividen en dos grandes grupos: los protozoos y las algas. Una cosa que tienen en común es que todos viven vinculados al agua líquida. Esto podría ser un problema de cara a su supervivencia fuera de la Tierra. ¿Podrán soportar la falta de luz y las bajas temperaturas estos seres increíbles? Para investigarlo nos centraremos en las algas pluricelulares, seres vivos autótrofos que a diferencia de las plantas no poseen tejidos verdaderos.

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

Para estudiar el comportamiento de las algas, hemos recogido muestras de un estanque y del Río Palmones (Cádiz). Después de filtrar las muestras para eliminar restos, hemos rellenado cinco vasitos de cristal. Una vez etiquetados los hemos sometido a distintas condiciones. Los resultados se reflejan en la siguiente tabla.

Tabla 8. Resultados del experimento con algas

Vaso 1 Vaso 2 Vaso 3 Vaso 4 Vaso 5

Exposición directa al Sol

Temperatura ambiente pero

a la sombra

Temperatura ambiente pero

en la oscuridad

Frío moderado

(4 o

C) durante 24h

Frío intenso (-22

o C)

durante 24h

1ºSemana Tonalidad verde Tonalidad marrón Tonalidad marrón Tonalidad marrón Tonalidad marrón

2º Semana

Más volumen. Flotan.

Tonalidad marrón. No crecen

Precipitación Tonalidad verde.

Mejor aspecto

Tonalidad verde/marrón. Mejor aspecto

3º Semana

Tonalidad marrón/verde.

Mucho volumen. Flotan

Tonalidad marrón. No crecen

No sobreviven Mejor aspecto Mejor aspecto

Fotos

La temperatura ambiental en ese momento era de 28ºC. La actividad de las algas se midió de manera indirecta, observándola coloración, flotabilidad, crecimiento volumen y precipitación de sustancias en el fondo.

Imagen 9. Procedimiento seguido con algas.

CONCLUSIONES DEL REINO PROTOCTISTA Como puede observarse en este experimento a mayor temperatura mayor actividad de tal forma que las que estuvieron 24h sometidas a –22

oC inicialmente no presentaban ninguna actividad.

En cuanto a la exposición a la luz, se encontraron grandes diferencias entre los vasitos expuestos a la luz y los no expuestos a la luz, el color verde de la clorofila era más intenso en los primeros. A pesar de su dependencia de la luz, investigadores de la Universidad de Aarhus, Dinamarca, han publicado la existencia de un alga marina que es capaz de vivir bajo el hielo del Ártico, donde el nivel de luz es solo el 0,02% de la luz en la zona superficial del hielo. La diatomea unicelular, un alga denominada como fragilariopsis cylindrus, produce una proteína anticongelante particularmente interesante. Este fue el descubrimiento de los científicos del Instituto Alfred Wegener de Investigación Polar y Marina en Bremerhaven. La proteína no sólo varía el tamaño, sino también la estructura interna y la porosidad de los cristales de hielo. "El hielo varía de tal forma que la solución alcalina permanece en las canaletas. Así se evita que las cavidades y ranuras en el hielo se congelen”, dice la investigadora Maddalena Bayer-Giraldi. Gracias a la proteína el hielo no se forma en un bloque estable, sino en una red ligera de cristales de hielo, llena de vacíos y canaletas. Los científicos comprobaron que este tipo de algas produce grandes cantidades de esta proteína, sobre todo cuando se incrementa el frío y la salinidad a su alrededor.

Muchos de los habitantes del hielo utilizan otro truco. Apartan las sustancias viscosas, como grandes polímeros de moléculas de azúcar, con las cuales forman una capa protectora a su alrededor. Ésta amortigua al organismo contra su entorno, similar a un traje de neopreno que impide que el agua entre en contacto con la piel. ¿Esto podría convertir al Reino Protoctista en un vencedor? Pronto lo sabremos.

5.3. Reino Monera INTRODUCCIÓN El Reino Monera es increíblemente diverso. Lo componen individuos unicelulares, las bacterias, que presentan una estructura celular más sencilla que las células de los demás Reinos. Cuando nos planteamos experimentar con la respuesta de los integrantes del Reino Monera frente a la luz y a la temperatura nos surgió la duda de dejar que los niños, los verdaderos investigadores de este proyecto, manipularan células potencialmente patógenas. La fuente de donde se tomaran las muestras de bacterias tenía que ser “segura”, no todo valía. En un principio se nos ocurrió que una posible fuente de muestras podría ser la flora bacteriana que crece sobre los dientes y que se podría cultivar en placas de Petri en el laboratorio. Sin embargo, la situación generada por la pandemia nos obligó a cambiar de estrategia, al carecer de estufas y medios para el cultivo de nuestras muestras.

Investigar el Reino Monera parecía imposible hasta que se nos ocurrió la idea de utilizar yogur con Bífidus. El yogur es un alimento producido por la fermentación láctica de la leche. Esta fermentación es realizada por bacterias que oxidan la lactosa en ausencia de oxígeno y producen ácido láctico. El efecto del ácido láctico sobre las proteínas de la leche, principalmente sobre la caseína, confiere al yogur sus peculiares características. Para fabricar yogur se utiliza un cultivo simbiótico de dos bacterias: Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus y Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus.

Los yogures con “Bífidus” contienen las bacterias responsables de la fermentación láctica de la leche y una tercera bacteria adicional del género Bifidobacterium. Bífido, del latín bifidus, significa “hendido en dos partes”, y hace referencia a su forma.

Imagen 10. Células de Bífidus. (nootriment.com)

Para que un yogur se considere probiótico, estas bacterias han de estar vivas en el producto final.

En cada envase de yogur con “Bífidus” hay una cantidad de hasta 12.500 millones de Bifidobacterium. Si además le unimos todas las bacterias responsables de la fermentación nos encontramos que los yogures son una fuente estupenda de individuos del Reino Monera. PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS Para crear un medio en el que estudiar reacción de las bacterias a la temperatura y a la luz disolvimos 300gr de yogur con “Bífidus” en un litro de leche entera. La mezcla se sometió a distintas condiciones como se muestra en la tabla a continuación:

Tabla 9. Condiciones del experimento del Reino Monera

Vaso 1 Vaso 2 Vaso 3 Vaso 4 Vaso 5

Exposición directa al

Sol

Temperatura ambiente pero a

la sombra

Temperatura ambiente pero en

la oscuridad

Frío moderado (4

o C) durante

24h

Frío intenso (-22

o C) durante 24h

Día 1 Medio cuajada

Se observa un aro de leche cuajada

Se observa un aro de leche cuajada

Líquida Sólida

Día 2

Cuajada Medio cuajada Medio cuajada Se observa un aro de leche

cuajada

Líquida

Aro de leche cuajada

Día 3 Cuajada Cuajada Cuajada Medio cuajada Medio cuajada

Día 4 Cuajada Cuajada Cuajada Cuajada Cuajada

El día en que se puso en marcha el experimento la temperatura ambiente era de 28

oC.

La actividad de las bacterias se midió de manera indirecta, observando la consistencia de la leche. Si la leche se cuaja significa que las bacterias están activas y están fermentando la leche para alimentarse, si la leche permanece líquida significa que la actividad bacteriana es baja o inexistente.

Imagen 11. Procedimiento seguido con bifidus.

CONCLUSIONES DEL REINO MONERA Como puede observarse en este experimento a mayor temperatura mayor actividad bacteriana de tal forma que las bacterias que estuvieron 24h a –22

oC inicialmente no presentaban ninguna

actividad. Sin embargo la temperatura no ha afectado la viabilidad de las bacterias ya que al final del experimento todas habían cuajado la leche. En cuanto a la exposición a la luz, no se encontraron diferencias entre el vaso expuesto a la luz y el no expuesto a la luz. A la vista de nuestros resultados podemos inferir que las bacterias utilizadas en nuestro experimento son sensibles a las bajas temperaturas, como las de un congelador doméstico. Sin embargo, una vez que la temperatura aumenta su actividad se recupera porque han permanecido “paralizadas” pero vivas. En la superficie terrestre existen otros tipos de bacterias con comportamientos asombrosos: las bacterias extremófilas. Los “superpoderes” de las bacterias extremófilas más impresionantes son: 1. Resistencia al calor: Thermus aquaticus vive en temperaturas entre 50 y 80 °C. 2. Resistencia al frío: Polaromonas vacuolata viven en las aguas de la Antártida, a 0 °C, y

tiene una temperatura óptima de 4 °C. 3. Resistencia a los rayos gamma: Thermococcus gammatolerans es capaz de

aguantar hasta una irradiación de rayos gamma de hasta 30 KGy. 4. Resistencia a la concentración de sal: Haloferax volcanii vive en el Mar Muerto, donde la

concentración de sal es 10 veces más concentrada que la del mar Mediterráneo. Es considerada una de las primeras habitantes de la Tierra.

5. Resistencia a la acidez: Lactobacillus acidophilus es una bacteria responsable de la formación del yogur. Es capaz de vivir en condiciones de pH demasiado bajo para otras formas de vida.

Por todo ello el Reino Monera es un candidato muy fuerte para ganar el Desafío de los Cinco Reinos.

6. Conclusiones generales

Una vez estudiados todos los Reinos de la naturaleza nos resulta difícil llegar a una conclusión. La variedad de la vida en la Tierra hace que los posibles candidatos se multipliquen. En la tabla se recogen los resultados generales de nuestras experiencias. Tabla 10. Resultados generales

Reacción Bacterias Algas Levaduras Musgos Leguminosas Gusanos

Luz No afecta Afecta No afecta Afecta Afecta No afecta

Temp.

calor Favorece Favorece Favorece Favorece Favorece Favorece

suave No afecta No afecta No afecta No afecta No afecta No afecta

Frío

Sobreviven

Sobreviven

Sobreviven

Germinadas

Mueren

Semillas

sobreviven

Adultos

mueren

Huevos

sobreviven

Alimento No afecta No afecta No afecta No afecta No afecta Afecta

Por un lado, tendríamos que elegir el reino menos complejo, las bacterias. Pero por otro lado, sería más adecuado llevar un pequeño ecosistema formados por representantes de cada uno de estos reinos, de ahí que se podrían complementar y ayudar entre ellos para no sólo sobrevivir, sino crecer y reproducirse. Un ecosistema colonizador cómo aquellos organismos que aparecieron en la Tierra y fueron evolucionando, fotosintéticos y descomponedores primero y luego animales y organismo consumidores.

Estas conclusiones generales tomadas por todos los alumnos junto a las opiniones de cada uno de ellos están expuestas en el Diario Científico nº4.

Referencias

General

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