¿Qué diferencias hay entre una pera de plástico y otra natural? Con esta pregunta suelo iniciar las actividades referidas a las propiedades de la vida, que se desarrollan durante los últimos años de la educación primaria y los primeros de la secundaria. Para responderla, los alumnos buscan sus propias concepciones acerca de lo que consideran vivo: “Se parecen en la forma pero son distintas por dentro”; “una se puede comer y la otra no”; “la verdadera se va a pudrir y la otra no” o “una está viva –dicen– y la otra no”. En todos los casos, formulan las diferencias desde las propiedades de la materia que conforma a cada objeto.

Algunos describen las propiedades y el proceso de elaboración del material que forma la pera artificial: “Es fabricada por el hombre”, “los plásticos se hacen del petróleo y así fabrican juguetes y frutas como ésta”, y agregan, “tiene la forma de una cosa viva pero no está viva.” Finalmente, alguien comenta: “La diferencia es que la pera natural está formada por células y el plástico no.” Si bien la respuesta es correcta, no responde enteramente a la cuestión acerca de las diferencias entre una y otra. Restaría saber qué propiedades tienen las células de la pera natural que las hace estar vivas. Si bien algunos avanzan en la descripción de las propiedades y la manufactura de los plásticos, lo cierto es que resulta mucho más trabajosa la descripción de la materia viva.

No es para menos, ya que en la actualidad, con el conocimiento de la acción de los virus, los priones, los transposones –por sólo nombrar algunas de las partículas capaces de autorreplicarse recientemente descubiertas–, se ha corrido la frontera de lo que denominábamos ser vivo, y se ha abierto un nuevo campo propio de la biología teórica en el que existen grandes controversias acerca de qué es el fenómeno de la vida.

No obstante, y mientras no se modifique este paradigma científico que así lo establece, debemos entender a la vida biológica como un conjunto de propiedades emergentes a partir del nivel de organización celular. Por eso las células no sólo son consideradas la unidad estructural funcional de todos los seres vivos sino que también expresan, hasta hoy, el límite de lo que consideramos vida. Vale decir que sólo las estructuras que sean o que estén formadas por células poseen vida biológica.

Al estudiar las células estudiamos también las propiedades de la materia viva. Las células son estructuras vivas, y de los procesos fisicoquímicos que ocurren en su interior resulta uno de los fenómenos más complejos –acaso el mayor exponente– de la naturaleza: la vida biológica.

Características de las células

Todos los seres vivos están formados por células, que son la unidad fundamental dentro de la cual ocurren las funciones y propiedades de la vida. Este hecho evidencia no sólo el origen común de todos los organismos, sino que vuelve mucho más sencilla la interpretación de los fenómenos que ocurren en las células de organismos tan diferentes como las ballenas –formadas por miles de millones de células– o los simples protozoos, compuestos por una sola. Y si bien los protozoos y las ballenas son organismos notablemente distintos, al tratarse de organismos vivos, comparten características y propiedades muy semejantes, como las que a continuación se detallan.

Propiedades de los seres vivos

Todos los seres vivos son capaces de extraer,  transformar y utilizar la energía almacenada en las moléculas que se encuentran en su entorno (metabolismo), generalmente en forma de nutrientes químicos o, como en el caso de los organismos autótrofos –como los vegetales–, de capturar y retener la energía lumínica en moléculas para su almacenamiento o utilización inmediata.

Pero además de intercambiar selectivamente sustancias con el medio externo, los seres vivos pueden reproducirse y autoensamblarse, para generar copias de sí mismos. Una propiedad asombrosa, si se piensa en una única célula bacteriana, colocada en un medio de cultivo que puede producir mil millones de células idénticas en tan sólo 24 horas. Cada una de estas células posee miles de moléculas extremadamente complejas y, salvo raras excepciones, todas son una copia fiel de la célula madre.

Pero lo llamativo de las propiedades de la materia viva es quizá el hecho de que estas funciones no se realizan de manera espontánea, sino que se encuentran altamente reguladas por mecanismos internos capaces de dirigir estos complejos procesos hacia equilibrios dinámicos. La homeostasis o autorregulación es la propiedad que tenemos todos los seres vivos de mantener condiciones estables regulando los intercambios de materia y de energía entre el medio externo y el interno.

Asombrosamente, estas propiedades y reacciones complejas ocurren a muy pequeña escala dentro de cada una de las células, y para acceder a éstas –o más bien a la imagen que de ellas tenemos– es preciso utilizar un microscopio que nos revele la presencia de tan diminutas entidades.

El estudio de las células en el ámbito escolar

Indudablemente, una de las formas de acceder a las células es mediante la observación de las células libres o de tejidos vegetales con el microscopio. Estas observaciones resultan sumamente valiosas para reconocer e identificar células, pero poco nos dicen de las funciones metabólicas que en ellas se desarrollan, ya que para ello habría que observar los procesos fisiológicos que ocurren en una escala microscópica. Una manera de evidenciar la fisiología de las células es observar los productos de esos procesos metabólicos, tales como la fermentación láctica en el caso del yogurt o la liberación de bióxido de carbono de las levaduras durante la respiración aeróbica.

La microbiología aplicada al aula permite acceder no sólo a la diversidad de células y microorganismos que nos rodean, sino también a los productos de algunos de ellos como el yogurt, el queso o el vino, originados en procesos de fermentación de bacterias y hongos unicelulares como las levaduras.

La siguiente es una propuesta de trabajo con microorganismos de uso industrial: las levaduras. El propósito es aproximar a los alumnos de los últimos grados de nivel primaria y los primeros de secundaria a algunas de las funciones y propiedades de las células mediante el trabajo experimental con microorganismos como las levaduras que se utilizan en la elaboración del pan. A través de estas experiencias es posible trabajar contenidos referidos a funciones como respiración –aeróbica y anaeróbica–, reproducción celular, factores limitantes de una población, etc. La propuesta está orientada a que los alumnos  formulen hipótesis para explicar distintos problemas que se les plantearán a lo largo del desarrollo del proyecto y que reconozcan en las levaduras algunas de las propiedades de la vida. Asimismo, se pretende familiarizarlos con el trabajo en el laboratorio y la organización e interpretación de datos obtenidos en él.

Al pan, pan

El siguiente es un proyecto de trabajo cuyo propósito es la elaboración de masa para preparar pan o pizza. Durante su desarrollo, los alumnos deberán reflexionar acerca de los fenómenos que observan, elaborar hipótesis y diseñar estrategias para verificarlas.

Debe advertirse que, si bien estas etapas implican el desarrollo de pasos y procedimientos específicos, no están enteramente pautadas en la forma de un instructivo o guía de trabajo como los que frecuentemente utiliza el profesor con sus alumnos. Por el contrario, en esta actividad, la función del docente consistirá en promover que los mismos alumnos formulen las guías de trabajo y diseños experimentales para poner a prueba las hipótesis.

.Espacio físico

Un laboratorio o salón con mesas amplias.

.Material

Por lo menos un microscopio para todo el grupo.

Para cada grupo de trabajo (4-6 alumnos): 6 tubos de ensayo; un marcador indeleble para rotular los tubos; una regla; 2 recipientes grandes; cubitos de hielo; un termómetro de laboratorio; papel periódico; hidróxido de calcio o agua de cal preparada; un globo pequeño.

.Banco de datos

Se sugiere también la preparación de textos breves con información sencilla que esté disponible para que los alumnos consulten mientras realizan el trabajo en el laboratorio y así enriquecer la discusión durante el análisis de los datos. Algunos de estos textos pueden incluir temas como: las levaduras, la respiración aeróbica, la fermentación, historia del pan, etcétera.

Pasos del proyecto

I. ANTES DEL LABORATORIO

1)Presentación de la propuesta Elaboración del pan. En esta primera fase se expondrá brevemente a los niños el propósito del proyecto de trabajo y se les preguntará: ¿Qué ingredientes necesitamos a fin de preparar masa para pan? ¿Qué cantidades de cada uno? ¿Qué pasos se deben seguir para elaborar pan? Luego de compartir las respuestas se hace notar que falta obtener información y se les solicitará que averigüen con sus familiares cuáles son los ingredientes y que anoten los procedimientos y las recetas que les propongan. 

2)Selección de una receta. Luego de leer las diferentes recetas que los niños hayan traído de sus casas, se procederá a elaborar una para todos, y a unificar los criterios y las cantidades según el número de integrantes de cada grupo. A continuación, se elaborará un listado con los instrumentos necesarios para hacer el pan, tales como cucharas para revolver, recipientes para preparar la masa, sal, azúcar, aceite, levadura, etc. Una vez que se haya acordado el modo de preparación se les puede solicitar que elaboren ellos mismos un pequeño instructivo que explique los pasos del procedimiento.

3)Reconocimiento y reflexión sobre los ingredientes. ¿Qué tipo de sustancias son cada uno de los ingredientes? Probablemente, la mayoría de los alumnos no tendrá dificultades para identificar el origen de la harina de trigo o el aceite, pero quizá les resulte  más difícil determinar qué son las levaduras. Y esta cuestión es la que orienta la mayor parte de las actividades del proyecto, ya que implica la formulación de hipótesis referidas a las características de los seres vivos en general y de estas células en particular.

Reflexionar acerca de las características y el origen de cada uno de los ingredientes que conforman la receta constituye una buena oportunidad para describir las sustancias en función de las propiedades organolépticas como el color, el olor o la textura de los ingredientes.

Elaboración de hipótesis

Es conveniente registrar las primeras respuestas que en este punto se producen, aclarando que estas afirmaciones son hipótesis, que es necesario verificarlas, y que un modo de hacerlo es realizar pruebas o experiencias. Por ejemplo, algunos alumnos sostienen que las levaduras son un polvo o sustancias químicas que inflan la masa; otros, en cambio, dicen que son ‘bichitos’ o ‘seres vivos que inflan la masa’. En ambos casos, las consecuencias de ambas hipótesis resultan semejantes; sólo difieren en cuanto a la naturaleza de las levaduras. Es decir, hay quienes sostienen que las levaduras son seres vivos y quienes dicen que no. Eventualmente, puede formularse una única pregunta que las resuma: ¿Las levaduras son seres vivos?

Contrastación de hipótesis

En este punto cabe recordarles que una de las funciones de todos los seres vivos es la respiración, y destacar algunos procesos químicos implicados en ella, como la liberación de bióxido de carbono procedente de las oxidaciones biológicas. Acerca de la reproducción, debe destacarse que el resultado de dicha función es la multiplicación de organismos y que, eventualmente, esto sólo podrá verificarse en forma directa si observan la gemación de las levaduras en el microscopio o, indirectamente, mediante el incremento del volumen de la masa.

Para ambos casos cabe preguntar acerca de los indicios de que ambas funciones se están llevando a cabo. Es decir, ¿cómo detectarían que las levaduras se reproducen? ¿Cómo detectarían que las levaduras respiran? ¿Qué experiencias te permitirían observar estos fenómenos? En el caso de que se verifiquen ambas funciones, ¿podemos concluir que estamos ante seres vivos?

II. EN EL LABORATORIO

El agua de cal: un indicador de la presencia de bióxido de carbono

A continuación, se explica la utilización del agua de cal como indicador de la presencia de bióxido de carbono. Para ello, se prepara una solución con hidróxido de calcio concentrado y se describe su aspecto. Inmediatamente, se sopla dentro del recipiente para hacer burbujear la solución mediante un popote. Es preciso indicar que cuando la solución se torna más blanca y lechosa es porque están reaccionando el agua de cal y el bióxido de carbono resultante de la respiración. En este caso, es conveniente explicitarles que estamos ante un indicador de la presencia de una sustancia –bióxido de carbono– y que, al igual que los todos los indicadores, su función consiste en evidenciar una reacción mediante un cambio que impresione nuestros sentidos (color, olor, burbujeo, etcétera).

Una vez explicada su utilización podemos solicitarles que elaboren un diseño para responder a la pregunta: ¿Cómo podemos utilizar el agua de cal para verificar si las levaduras respiran?

En este punto corresponde destacar la importancia de presentar esquemas claros con indicaciones sencillas que puedan ser seguidas por otros. Por ejemplo:

4) Materiales. Cada mesa contará con los ingredientes y los enseres de cocina necesarios para elaborar la masa y, además: 6 tubos de ensayo; 2 recipientes medianos; un termo con agua caliente; cubitos de hielo; un termómetro; marcador para rotular.

5) Elaboración de la masa para pan. Se seguirán las instrucciones de la receta acordada. Cada grupo elaborará la masa del pan según una receta general.

6) Verificación de la respiración celular. Luego de preparar las levaduras para agregarlas a la masa, diluidas en agua entre 37°y 40°C con unas cucharaditas de azúcar, se les solicitará que viertan unos 15 ml en un tubo de ensayo, que lo coloquen en el recipiente con el agua caliente y que lo tapen con el globo tal como mostramos en el esquema 2:

A los 10 o 15 minutos observarán que el globo se infla. Éste se retira cuidadosamente para evitar que se pierda el gas acumulado, se hace burbujear dentro de la solución del agua de cal y se observa la reacción que evidencia la presencia de bióxido de carbono, producto de la respiración celular.

7) Rotulación de los tubos. Consiste en graduar los tubos que se van a utilizar (esquema 3).

8) Se toman seis bolitas de masa y se introduce una en cada tubo (esquema 4).

9) Se introducen cuatro tubos en el recipiente con agua entre 37°y 40°C (esquema 4). Completar el primer valor de la tabla al tiempo cero.

10) Posteriormente, observarán la altura de la masa y anotarán los datos en registros como el que se muestra en la tabla 1 (al final del artículo).

11) Cuando la masa haya leudado suficientemente, los alumnos se la repartirán y la cocinarán en sus casas o en la cocina del establecimiento.

12) Se sugiere también la inclusión en cada recipiente de un tubo que contenga los mismos ingredientes (harina, azúcar, aceite y agua), pero sin levaduras. Este tubo representa el grupo testigo que pone de manifiesto la función de las levaduras como el factor responsable de los cambios que se observan en la masa.

III. DESP

Organización y análisis de los datos de laboratorio

Al finalizar la actividad en el laboratorio, los alumnos analizarán los resultados e interpretarán los valores obtenidos en las diferentes partes. Se sugiere que tanto la organización como el análisis de los datos formen parte de un informe del trabajo realizado.

Organización de los datos

Colocar los valores de ambas tablas en un plano cartesiano marcando con un color los valores correspondientes a los tubos de agua fría y con otro los tubos que se encuentran en agua caliente.

Análisis de los datos

Es preciso realizar preguntas que promuevan una explicación de los fenómenos que se representan, para analizar y establecer las semejanzas y las diferencias entre ambas curvas.

Dependiendo de las características y del nivel escolar de cada grupo, es posible profundizar en los distintos aspectos, por ejemplo:

. ¿En qué momento se registró el crecimiento más rápido? ¿A qué se debe?

. ¿Qué estará ocurriendo con las levaduras?

. ¿A qué se deben las diferencias entre ambos gráficos?

. ¿Qué forma tendría un gráfico si a los diez minutos de iniciado el proceso se introdujera la masa en el refrigerador durante veinte minutos y luego se la colocara a 37°C? ¿Qué usos podría dar a estos datos un maestro panadero?

En el caso de que se haya incluido un grupo testigo conviene solicitar que explique no sólo los datos observados en su interior sino también el porqué de su inclusión en esta experiencia.

.¿De dónde proviene el gas que se acumuló en el globo?

.¿Qué resultado se observó durante el burbujeo del globo dentro del agua de cal?

.¿Qué clase de sustancias son las levaduras? ¿En qué evidencias te basas para afirmarlo?

.¿Qué cambió cuando diluyeron las levaduras en agua caliente y azúcar? Y si las diluyeran solamente en agua fría, ¿qué resultados esperan encontrar?

.¿Qué ocurría mientras las levaduras estaban guardadas en el paquete?

.¿Cómo utilizarías estas observaciones para explicar que una masa esté liviana

o pesada?

.¿Hasta cuándo puede crecer una masa (o la población de levaduras)? ¿De qué depende?

Cuando algunos datos no son los esperados

Puede ocurrir que algún tubo o algún grupo no presente los datos esperados o que difieran de la mayoría. En ese caso, lejos de ocultarlo es importante no inducir respuestas del tipo salió mal o no funcionó. Por el contrario, esos casos son los más significativos para trabajar posibles hipótesis que expliquen lo ocurrido; así como la idea de que es posible modificar los resultados atendiendo a las variables que intervienen en el proceso.

Por eso, lejos de soslayar los resultados equivocados es preciso alentar la reflexión acerca de los factores y las posibles variables que explicarían dichos resultados. De ser así, habremos logrado que nuestros alumnos se formulen preguntas y propongan soluciones, validos de procedimientos y técnicas propias del quehacer científico.

Bibliografía

CURTIS, H., et al., Biología. Editorial Médica Panamericana, México, 1994.