Trabajo de Evolución Nicolás Cavieres Palacios III-A 1). Área de Biología: 1.1). Adaptación: Material Cuatro cajas con plantas de pino (Pinus pinaster) de un año, con diferentes grados de desarrollo, representando las cuatro combinaciones posibles de interacción de las dos variables: genotipo y ambiente. Fundamento científico El estudio genético de la micro-evolución de individuos dentro de una misma especie como adaptación a ambientes favorables (lluviosos, templados y con buenos suelos) o desfavorables (secos o fríos, con suelo erosionado o poco fértil) es de aplicación a la elección de la mejor procedencia de una especie para una repoblación forestal. Los árboles que viven en ambiente favorable (semilla f) suelen ser capaces de aprovechar al máximo las buenas condiciones y de adaptarse a cambios ambientales transitorios, pero no tienen por qué estar igual de bien adaptados a sufrir la sequía o la escasez de recursos de forma continuada. Del mismo modo, poblaciones de la misma especie que han vivido durante muchas generaciones en sitios difíciles (semilla d) han logrado adaptarse a ese medio dedicando gran cantidad de recursos al ahorro de agua, a mantener una raíz profunda y a acumular reservas de agua y nutrientes, lo que les hace muy tolerantes a la escasez, pero poco capaces de aprovechar condiciones más favorables. Desarrollo Se dispusieron las cajas situando dos en un sitio considerado favorable (Sitio F) (fotografía 1) y las otras dos en un sitio considerado desfavorable (Sitio D) (fotografía 2). Se trataba de deducir cuál era el genotipo de procedencia de los pinos de cada caja a la vista del grado de desarrollo de los árboles. Para ello, se facilitaban tarjetas con las cuatro combinaciones posibles, de modo que se pudiera asignar una a cada caja de pinos: Semilla f × Sitio F. Semilla f × Sitio D. Semilla d × Sitio F. Semilla d × Sitio D. ¿Qué hizo el visitante? Resultaba paradójico y sorprendente para la mayoría de los visitantes que las plantas procedentes de semillas de sitio desfavorable crecían mejor en terrenos desfavorables que las que provenían de sitios favorables. 1.2) Sistema Nervioso ¿Qué vas a aprender? En este práctico conocerás la historia y el uso del micro estimulación en el estudio del sistema nervioso, e investigarás el efecto de la frecuencia en la excitabilidad eléctrica de los nervios de la cucaracha. Antecedentes Mucho antes que los científicos fueran capaces de registrar spikes, podían estimular el sistema nervioso mediante el uso de baterías (La Botella de Leyden). Dado que los nervios utilizan electricidad para comunicarse, pueden ser manipulados por ella también. Luigi Galvani, un científico italiano del siglo XVIII, descubrió que al aplicar electricidad a los nervios de las patas de una rana, sus músculos se contraían. Descubrimientos como este dieron lugar a debates sobre si la "electricidad animal" era diferente de la electricidad producida en las tormentas eléctricas. Galvani también experimentó con esto, colgando ancas de rana en su patio trasero durante tormentas y observando los espasmos de las patas. Estos resultados fueron también fuente de inspiración para "Frankenstein", de Mary Shelley: "Quizás podía reanimarse un cadáver; el galvanismo había dado prueba de tales cosas; quizás podía fabricarse las partes componentes de una criatura, ensamblarlas y dotarlas de calor vital." -Mary Shelley, Introducción a Frankenstein Eventualmente, la comunidad científica se puso de acuerdo y descubrió que si bien la electricidad es capaz de estimular el sistema nervioso y el tejido muscular, el tejido en sí genera electricidad. Esto llevó a los inicios de la neurociencia contemporánea, que es lo que estás estudiando hoy. En otro famoso experimento en 1870, los científicos y médicos alemanes Eduard Hitzig y Gustav Fritsch aplicaron una corriente eléctrica a la corteza cerebral expuesta (la parte arrugada del cerebro) de un perro, en su propia cocina (sí, en ese tiempo también sonaba extraño) demostrando que la estimulación de partes diferentes del cerebro puede causar diferentes tipos de movimientos. Hoy en día, estas técnicas son utilizadas especialmente en pacientes afectados por la enfermedad de Parkinson. Mediante la inserción de un pequeño electrodo, siempre en una parte específica del cerebro conocida como el núcleo subtalámico, es posible disminuir sacudidas y temblores asociados con la enfermedad. Sin embargo, se han descrito efectos secundarios, como una asociación a la adicción al juego y otras conductas compulsivas. Actualmente, algunos grupos de investigación de avanzada están diseñando pequeños chips que estimulan los nervios del ojo como una cura para la ceguera. Procedimiento r o tu computador, conecta el cable de estimulación a la entrada de audífonos. "Paul's Boutique"), pon el volumen a la mitad, y súbelo lentamente. En algún momento, la pata debiera empezar a "sacudirse" al ritmo del bajo de la canción. Ahora pon una canción con muchos agudos (como J.H. Bach), y observa la pata. ¿Se mueve? o, sería ideal tener un control sobre la estimulación más fino que tan solo tocar música. No te preocupes, se puede hacer. Usando una aplicación gratis como ToneGen en tu laptop, o FreqGen en tu iPhone, puedes controlar la frecuencia y amplitud del estímulo. En personas que tienen un implante coclear o estimuladores profundos del cerebro, la señal llamada “tren de pulsos bifásicos” se ve así: s en "square wave", y ajusta la tasa (frecuencia)... Y volumen (amplitud). ¿Puedes encontrar el punto ideal con el menor volumen y mejor frecuencia para lograr movimiento? Usa la siguiente tabla como guía. Novedades Si quieres, puedes estudiar la microestimulación en un experimento aún más simple solamente usando: Primero, estudiemos la teoría detrás del funcionamiento de los parlantes: El sonido, representado por la corriente eléctrica que viaja por los cables, pasa por un campo magnético en el parlante, lo que causa que el tambor se mueva, empujando aire y creando el sonido que puedes escuchar. Por ejemplo, ¿has visto un woofer vibrando en un concierto de rock? Este principio funciona al revés también, y así funcionan los micrófonos. Si hablas por un micrófono, el movimiento del tambor genera una corriente que fluye a través de los cables. Si usamos un parlante especial, llamado piezoeléctrico, podemos generar voltajes bastante grandes (1-3 V), ¡tan grandes que son capaces de excitar tejido nervioso y muscular! Conecta los dos cables del parlante a las agujas en la pata de la cucaracha usando los clips, coloca el parlante cerca de tu boca, y silba lo más fuerte que puedas. Observa la pata; mientras silbes más fuerte, la pata debiera empezar a moverse. 2). Área de Química 2.1) Cinética química Materiales Tubos de ensayo. Gradillas. Calefactor/agitador magnético. Matraces Erlenmeyer. Espátulas. Probetas. Diversos productos químicos. Fundamento científico Los cambios químicos pueden producirse a diferentes velocidades. Como las reacciones químicas tienen numerosas aplicaciones, la velocidad con que transcurren es importantísima. El estudio de la velocidad de las reacciones químicas constituye la cinética química. La velocidad de las reacciones químicas depende de cuatro factores: el estado de división de los reactivos, la concentración de los reactivos, la temperatura y la adición de catalizadores. Desarrollo Se llevan a cabo cuatro experimentos químicos que ponen de manifiesto la dependencia de la velocidad de una reacción química en función de: El estado de agregación de los reactivos. Reacción entre el nitrato de plomo (II) y yoduro de potasio, primero en estado sólido y después en disolución. Pb (NO3)2 + 2 KI ····>> PbI2 (s) + 2 KNO3 La aparición del yoduro de plomo (II), sólido amarillo insoluble en agua, determina el final de la reacción. La adición de catalizadores. Reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia de cuatro catalizadores diferentes (dióxido de manganeso, trióxido de dihierro, patata e hígado). La adición de detergente líquido, que asciende por las cuatro probetas a diferente velocidad, permite visualizar las diferentes velocidades de reacción. H2O2 (ac) ····>> H2O (l) + 1/2 O2 (g) La concentración de los reactivos. Reacción redox entre yodato de potasio e hidrogenosulfito de sodio. En exceso del primer reactivo, y cuando se ha consumido el segundo, se forma yodo, que se identifica por el color anaranjado que aparece debido a la presencia del ion triyoduro. Se realizan dos experiencias. En una de ellas se diluye a la mitad la concentración de yodato de potasio y se comparan los tiempos de reacción. KIO3(ac) + 3NaHSO3 ····>> KI(ac)+ 3/2 Na2SO4(ac) + 3/2 H 2SO4(ac) KIO3(ac) + 5KI + 3H2SO4(ac) ····>> 3I2(ac) + 3H2O(l) + 3K2SO4(ac) La temperatura. La misma reacción anterior se realiza aumentando la temperatura, sin variar la concentración de los reactivos, observando la diferencia de tiempo en la aparición del color anaranjado que indica el final de la reacción. 2.2) Equilibrio Químico Materiales Tubos de ensayo. Gradilla. Cuentagotas. Placas Petri o vidrios de reloj. Probetas. Erlenmeyer. Agua muy caliente. Agua muy fría. Modelos moleculares. Sustancias químicas: dicromato de potasio (K2Cr2O7), cromato de potasio (K2CrO4), hidróxido de sodio(NaOH), ácido clorhídrico (HCl), cobre metal (Cu) y ácido nítrico (HNO3). Introducción El equilibrio químico es el proceso reversible en el que coexisten reactivos y productos. EXPERIENCIA 1: CROMATO-DICROMATO Desarrollo En un vaso de precipitados disolvemos una pequeña cantidad de dicromato de potasio en agua. El dicromato de potasio, al reaccionar con el agua, se disocia y se forman los iones dicromato, que proporcionan un color naranja. En otro vaso de precipitados disolvemos una pequeña cantidad de cromato de potasio en agua. Se produce igualmente una disociación y aparecen los iones cromato que colorena la disolución de amarillo. ¿Qué hizo el visitante? En un vidrio de reloj añadió unas gotas de dicromato de potasio y, sobre él, unas gotas de hidróxido de sodio. Comprobó que el dicromato se convertía en cromato de color amarillo. Análogamente, al añadir sobre el cromato de color amarillo un ácido, en este caso ácido clorhídrico, se comprobó que se volvía de color naranja debido a la presencia de iones dicromato. Este equilibrio se debe al fenómeno del ion común del agua. Si añadimos uno de los iones del agua, H+, la reacción tiende a desplazarse hacia la derecha para mantener el equilibrio y que no haya solo reactivos, sino que aparezcan los productos. Cuando añadimos la sal NaOH (los iones OH−), el equilibrio se desplaza hacia la izquierda para formar reactivos y mantener el proceso. EXPERIENCIA 2: 2 NO2«---» N2O4 Desarrollo En un tubo de ensayo introducimos una pequeña cantidad de cobre metal en cuentas (no en virutas) y añadimos unas gotas de ácido nítrico concentrado. En esta reacción se produce un gas, el NO2. Nos interesa recoger este gas. Para ello, cerramos el tubo de ensayo con un corcho. Cuando veamos que todo está lleno de este gas, que es amarillo, en ese momento el tubo no contiene aire, y sí NO2. Tenemos preparadas dos probetas, una con agua muy fría y otra con agua muy caliente. ¿Qué hizo el visitante? Introdujo el tubo de ensayo, ya cerrado, en la probeta con agua fría. El color amarillo del gas se intensifica y, a continuación, lo introdujo en la probeta con agua muy caliente y se volvió de color ocre. Esto se debe a que, por efectos del calor externo, el NO 2 se dimeriza, las moléculas se agrupan de dos en dos, los enlaces se hacen más fuertes y el color del gas se oscurece. Este proceso es reversible, porque siempre que modifiquemos externamente la temperatura del sistema, el equilibrio se desplazará en un sentido o en otro. 3). Área de Física 3.1) Fluidos Materiales Limaduras de hierro. Aceite vegetal crudo. Imanes. Un recipiente de cristal. Procedimiento Mezclamos en el recipiente de cristal un volumen de limaduras de hierro con dos volúmenes de aceite. El fluido que se forma después de agitar bien tiene una viscosidad similar a la del aceite. Si acercamos un imán por cada lado, con caras enfrentadas, veremos solidificarse el fluido. Si apartamos los imanes, se convierte de nuevo en líquido .Esta viscosidad variable se comprueba al intentar remover el fluido con un lápiz en los distintos casos. Explicación La reología es la ciencia que estudia el lento fluir de algunos sólidos: vidrio, hormigón, etc. En este caso se trata de fabricar un fluido que se convierte en sólido, y de nuevo en líquido, según acerquemos o alejemos un campo magnético . Este tipo de fluidos podrían servir para amortiguadores inteligentes (se harían más o menos duros según sea el terreno), frenos de distinta dureza (un disco acoplado a un motor podría ser frenado más o menos según varíe la viscosidad del fluido en el que gira el disco), autómatas con “manos” de dureza variable, según lo que vaya a coger, etc. 3.2) Movimiento Circunferencial Materiales Hilo de nailon. Tubo de plástico. Porta pesas. Tapón horadado. Dinamómetro. Cinta aislante Cinta métrica. Cronómetro. Procedimiento Se hace girar de modo estable el tapón de caucho de la figura, fijando un radio arbitrario. Si se mide el periodo de la oscilación, el radio de la órbita y las masas responsables de la fuerza centrípeta, es posible medir la aceleración y la masa inerte del tapón (que debe coincidir con su masa gravitatoria medida en una balanza). Explicación Con esta experiencia se pretende identificar las fuerzas centrípetas (o centrífugas, según el observador), así como diferenciar y relacionar las magnitudes masa inerte y masa gravitatoria.