¿Limo inteligente? Un proyecto práctico para investigar los mohos de limo (viscosos) Teach article

Traducido por Javier Aseguinolaza Iriondo. Estas formas de vida simples pero poco comunes pueden ser utilizados para desarrollar la comprensión de los estudiantes sobre la vida y el método científico.

Un plasmodio en su hábitat natural
Imagen cortesía de  Frankenstoen/Wikimedia commons

Una viscosidad roja o amarilla en movimiento podría sonar a algo así como a película de ciencia ficción de los años 50, pero los científicos a menudo utilizan mohos viscosos como organismos modelo para estudiar la motilidad, el crecimiento y la diferenciación celular (Montag, 2008).

Los mohos viscosos (Eumycetozoa) son uno de los más diversos géneros conocidos por el hombre. Debido a su variedad, es difícil clasificarlos y el sistema de clasificación, en sí mismo, cambia cada pocos años. Ni siquiera está claro a qué otro grupo de organismos pertenecen: sus fructíferos cuerpos se parecen a los de los hongos de verdad, pero su genética muestra que están más estrechamente relacionados con flagelados y amebas (Hoppe & Kutschera, 2010).

Hay más de 1000 especies de mohos viscosos reales (Subclase Mixomicetos), y cada organismo está formado por una sola célula. Se adaptan a todo tipo de entornos y se alimentan de otros microorganismos o detritus.

Polycephalum Physarum es la especie más conocida de Mixomicetos y es un organismo de fácil uso para la demostración de muchos procesos biológicos básicos.

Figura 1: El desarrollo del
Physarum. El desarrollo
vegetativo del Physarum
comienza con la fusión
emparejada de la
myxamoebae haploide y del
myxoflagellates (1). El núcleo
del cigoto diploide resultante
(2) a continuación, se duplica
mitóticamente varias veces
sin la multiplicación del
plasmodium, lo que de como
resultado un plasmodium
multinucleótico (3). Este
plasmodium crece después
en forma de red
macroscópica en tres o
cuatro días a temperatura
ambiente (Esser, 2000).
Mientras que el tamaño
normal de una red de este
tipo es de 15 x 15 cm, según
los informes los plasmodios
superaron los 3 m2 (Marwan,
2001
).

Imagen cortesía de los autores

La forma macroscópica del moho viscoso, llamado Plasmodium, se mueve constantemente en busca de alimento; una vez que el Physarum lo ha encontrado, se tragará las partículas o microorganismos, creando vacuolas de alimento que se digieren después dentro de la célula (Esser, 1976). Este proceso se llama fagocitosis.

Si el entorno de Physarum se seca demasiado, se transforma en una forma más resistente para permitir que el moho sobreviva largos períodos de sequía. Una vez que las condiciones mejoran, el moho puede desarrollarse hacia un plasmodio normal. Sin embargo las influencias medioambientales tales como la luz constante o escasez de alimentos, harán que el Physarum desarrolle cuerpos fructíferos. La figura 1 muestra el ciclo de desarrollo de un moho viscoso.

La investigación de los mohos viscosos

El proyecto descrito aquí abarca dos clases para estudiantes de 16-19 años de edad. El diseño de la unidad se deriva del método científico y ha sido dividido en tres fases: la fase de introducción (fondo teórico), la fase de trabajo (prácticas), y la fase de evaluación y presentación.

Comience por mostrar a sus estudiantes el conocimiento del Physarum. Los estudiantes pueden examinar el moho en pequeños grupos con lentes de aumento con el fin de anotar sus características principales. Recoja sus resultados como un mapa mental de conocimiento, situando en el centro Physarum polycephalum.

También puede mostrar una película que represente el ciclo de vida del moho viscoso, por ejemplo, de YouTubew1. Dado que el video muestra el movimiento de la célula, que parece ser direccional, puede pedir a los estudiantes cómo piensan que se orientaría el moho, él mismo. Tome nota de la pregunta y de unas pocas respuestas en la pizarra.

Cada vez que los estudiantes comienzan uno de los experimentos descritos abajo, asegúrese de que primero anotan la  hipótesis en cuanto a su resultado esperado. Para cada experimento, los estudiantes deben anotar lo que hacen y los resultados en sus hojas de trabajo. Esto se hace para una mejor retención de la información y los mantiene enfocados. Al final de la unidad, recoja los resultados y discútalos en clase, terminando por responder a las hipótesis de que los estudiantes se propuso inicialmente. Como la mayoría de los experimentos descritos anteriormente tomar algún tiempo para terminar, la evaluación y la presentación se llevan a cabo en el segundo período doble.

 

Movimiento viscoso

Los resultados obtenidos en los experimentos de quimiotaxis y fototaxis aquí descritos pueden ser registrados en el documento “Viscosidad arrastrándose”.’w2

1 Quimiotaxis

Imagen cortesía de los autores

El Physarum encuentra comida y evita condiciones perjudiciales moviéndose en respuesta a estímulos químicos – un proceso conocido como quimiotaxis. En esta lección, pequeños grupos de estudiantes investigan el efecto de la quimio-atrayentes y repelentes. La mitad de la clase estudia el tipo positivo mientras que la otra mitad estudia el negativo.

Materiales

  • copos de avena esterilizados
  • placas Petri con agar y cultivadas con polycephalum Physarum
  • Agua destilada
  • vinagre blanco/alcohólico

Procedimiento

Coloque una sustancia química de estímulo a 1,5 cm del plasmodio en una placa Petri. Para la quimiotaxis positiva, utilice una escama de la avena; para la quimiotaxis negativa, deje caer un poco de vinagre en el copo. Cubra toda la placa con una fina película de agua destilada y manténgalo en un lugar oscuro durante un cierto tiempo a temperatura ambiente.

Después de algún tiempo, saque las placas Petri y mida la distancia entre el moho y el copo de avena.

Acerca de lo que ocurre

El plasmodium se habrá movido hacia el estímulo positivo – los copos de avena. Serán visibles anchos canales dentro de la célula, transportando los nutrientes frescos a cada parte del organismo. Mientras tanto, en el otro experimento, el molde se habrá movido lejos del estímulo negativo – el copo de avena empapada en vinagre.

Los resultados del experimento sugieren que el Physarum debe tener quimiorreceptores, ya que el entorno estaba completamente a oscuras. También muestran que el moho es capaz de medir diferencias de concentración, ya que se trasladó a la fuente de alimento directamente: si se activan más receptores en un lado de la célula, se sabe dónde es mayor la concentración. Estos receptores inducen una cadena de transducción de señales en la célula, lo que conduce finalmente a la migración de la célula.

El experimento se puede extender hacia un experimento de elección: los estudiantes pueden sumergir los copos de avena en diferentes sustancias y presentarlos al Physarum al mismo tiempo y a la misma distancia, y ver hacia qué copo de avena se mueve la viscosidad.

2 Fototaxis

El movimiento en respuesta a la luz, llamado fototaxis, es utilizado de manera diferente por los mohos viscosos jóvenes y viejos. Este experimento puede demostrar cómo ocurre, y los grupos pueden discutir por qué.

Materiales

  • Linterna
  • 1 placa Petri con agar y un polycephalum Physarum joven (2-3 días de edad)
  • 1 placa Petri con agar y un polycephalum Physarum mayor (1,5 semanas de edad)

Procedimiento

Dirija el haz de una linterna hacia el borde de un joven Physarum. Se iniciará inmediatamente la retracción de la zona iluminada. Si después se coloca al Physarum en la oscuridad, se moverá de nuevo a su posición original. Repita el experimento con un Physarum mayor – se moverá hacia la luz.

Sobre lo que ocurre

La reacción fototáctica se convierte en positiva una vez que el plasmodio es lo suficientemente grande para construir cuerpos fructíferos (Esser, 1976). El plasmodium quiere hacer crecer sus formas fructíferas en un lugar libre para que puedan alcanzar el viento. Donde hay luz, no suele haber grandes plantas u obstáculos que dificulten la distribución de esporas.

Por el contrario, el Physarum más joven evita la luz porque la luz también puede significar más calor, amenazando al moho con la deshidratación.

 

Otros experiments

Una vez que se han explorado los principios de la quimiotaxis y la phototaxis, son posibles más experimentos para investigar las propiedades de los mohos viscosos.

Los científicos japoneses comenzaron a estudiar la inteligencia del moho en 2000, cuando encontraron que era capaz de encontrar el camino más corto a través de un laberinto en busca de alimento con bastante rapidez (Nakagaki et al., 2000). Pocos años después, los científicos utilizaron Physarum incluso como una unidad central de control para un robot de moho de lodo de seis patas (Tsuda et al., 2007). Tero et al. (2010) demostraron que el moho era aún capaz de crear una red eficiente entre varias fuentes de alimentos. Se prepararon 36 fuentes de comida alrededor de una fuente central en un patrón que se asemejaba a las posiciones geográficas de Tokio y las ciudades de los alrededores. Physarum construyó una red casi idéntica a los ferrocarriles entre estas ciudades.

El experimento de redes descrito arriba, durante el cual el moho imita una red ferroviaria o algo similar, es muy adecuado como experimento de transferencia para las clases utilizando la hoja de cálculo descargable ‘Limo Inteligentew3.

Ponga un copo de avena en medio de la placa de Petri y deje que el plasmodio lo envuelva. A continuación, coloque más copos alrededor del moho con un patrón específico. Estas podrían ser formas especiales o semejantes a las ubicaciones geográficas de los pueblos de los alrededores.

Después de un día o dos, El Physarum habrá encontrado las conexiones más eficientes entre todos esos copos, y los estudiantes se podrán hacer una comparación entre ellos y una red de ferrocarril. El proceso detrás de este fenómeno es bastante simple. Las conexiones con un alto flujo de citoplasma se hacen más fuertes, mientras que las conexiones con un caudal bajo se vuelven más y más débiles hasta que finalmente desaparecen (Tero et al., 2010). Dado que siempre se produce un fuerte ciclo, o cyclosis, entre dos fuentes de alimentos, estas conexiones se harán más fuertes automáticamente.

Para mostrar a los estudiantes cómo hace esto el moho del lodo, lleve a cabo un experimento sobre la cyclosis del organismo usando la hoja de trabajow4.

Los estudiantes también podrían construir un laberinto de cartón en una cama de agar y colocar los estímulos negativos (copos de avena, por ejemplo esterilizadas, empapadas en esencia de vinagre) en ella y un estímulo positivo al final de la misma. Después de algún tiempo, el Physarum encontrará su camino a través del laberinto. Sin embargo queda pendiente de responder si estos fenómenos son prueba de que el moho sea inteligente, dado que los procesos subyacentes son todos automáticos.

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References

  • Esser K (1976) Kryptogamen. Berlin, Germany: Springer Verlag. ISBN: 9783540076384
  • Esser K (2000) Kryptogamen 1: Cyanobakterien, Algen, Pilze, Flechten. Berlin, Germany: Springer Verlag. ISBN: 9783540664512
  • Hoppe T, Kutschera U (2010) In the Shadow of Darwin: Anton de Bary’s Origin of Myxomycetology and Molecular Phylogeny of the Plasmodial Slime Molds. Theory in Biosciences 129(1): 15-23
  • Marwan W (2001) Photomovement and Photomorphogenesis in Physarum polycephalum: Targeting of Cytoskeleton and Gene Expression by Light. In Häder P, Lebert M (eds) Photomovement. Amsterdam, Netherlands: Elsevier. ISBN: 978-0444507068
  • Montag K (2008) Lichtscheue Mykophagen. Der Tintling 56(3): 12-38
  • Nakagaki T, Yamada H, Tóth Á (2000) Intelligence: Maze-solving by an Amoedoid Organism. Nature 407(6803): 470
  • Tero A, Takagi S, Saigusa T, Ito K, et al. (2010) Rules for Biologically Inspired Adaptive Network DesignScience 327(5964): 439-441
  • Tsuda S, Zauner KP, Gunji YP (2007) Robot Control with Biological CellsBiosystems 87(2-3): 215-223

Web References

  • w1 – Ve este corto video sobre La vida de un moho viscoso.
  • w2 – Descárgate una hoja de cálculo para registrar las evidencias de la quimiotaxis y de la fototaxis en Word o en PDF.
  • w3 – Descárgate una hoja de cálculo para registrar como puede modelar redes el moho viscoso en Word o en PDF.
  • w4 – Descárgate una hoja de cálculo para registrar las evidencias de la cyclosis en Word o en PDF.

Author(s)

El Dr Claas Wegner es un experimentado profesor de educación en biología y física y conferenciante en el Departamento de Didáctica de Biología en la Universidad de Bielefeld, Alemania.

Friederike Strehlke terminó su Máster en ciencias de la educación e Inglés y trabaja como asistente en el Departamento de Didáctica de la Biología de la Universidad de Bielefeld.

Phillip Weber terminó su Máster en biología e Inglés y trabaja como asistente en el Departamento de Didáctica de la Biología de la Universidad de Bielefeld.


Review

Las actividades prácticas descritas en el artículo permiten a los estudiantes investigar cómo se adaptan los mohos viscosos para utilizar la luz y cómo se alimentan a sí mismos.

Las actividades también podrían ser utilizadas por los estudiantes más jóvenes para reflexionar sobre cómo encuentra comida el limo. Utilizaría los experimentos con estudiantes de 16-19 años de edad principalmente como una introducción sobre se puede usar la ciencia para resolver problemas que afectan a la civilización moderna. Los estudiantes podrían pensar en qué otros problemas podrían ser capaces de resolver utilizando las simples ideas que se han descrito aquí.

Con un poco de imaginación, el limo se puede utilizar para todo tipo de formas de ampliar la comprensión de los estudiantes – por ejemplo, como una forma de mostrar cómo los limos pueden resolver un problema de laberinto. Los experimentos prácticos son lo suficientemente simples y baratos para que los estudiantes diseñen sus propias prácticas para desarrollar sus habilidades en la resolución de problemas.


Mike Sands, Longcroft School, Reino Unido




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