sábado, 25 de abril de 2015

Diversidad microscópica en un instituto de Educación de Secundaria




En un Instituto de Educación Secundaria son muchos y diversos los ecosistemas que podemos encontrar. El objetivo principal de nuestro proyecto es investigar, identificar y reconocer la biodiversidad críptica, es decir oculta no visible, en el IES Azuer. Para ello, se han tomado muestras de diferentes ecosistemas como son el suelo de los arriates o los musgos. Las muestras se llevaron al laboratorio donde se les añadió agua con el fin de activar los microorganismos. Posteriormente, se  filmaron en vivo con una cámara acoplada al microscopio y a un ordenador portátil. Las especies que no pudieron ser grabadas, fueron dibujadas. Se han identificado un total de 52 especies  y se han grabado más de 200 vídeos lo que nos ha permitido caracterizar las comunidades presentes en cada ecosistema. Este proyecto ha sido elaborado por varios alumnos de primero de la ESO, que voluntariamente y en los recreos han dedicado su tiempo a la investigación del maravillo mundo microscópico, bajo la dirección de su profesor de ciencias naturales.


INTRODUCCIÓN

La  biodiversidad críptica, también llamada “escondida” u “oculta”, es la biodiversidad invisible, formada por todos aquellos organismos que debido a su pequeño tamaño (menores de 2 mm) son invisibles al ojo humano.  Además, dentro de la biodiversidad críptica se incluyen las especies microscópicas inactivas o enquistadas. Este tipo de diversidad críptica se conoce como “banco de semillas”, ya que estos microorganismos enquistados o presentes en bajo número se encuentran “en espera” de las condiciones adecuadas para su crecimiento (Esteban, G. et al. 2011).

  


Alumno observando las preparaciones con el microscopio


Los microorganismos constituyen la base de la mayoría de las cadenas tróficas y juegan un papel fundamental en el funcionamiento de todos los ecosistemas. A su vez, los “bancos de semillas” son los responsables de la rápida respuesta ante los cambios que ocurren en el ambiente.
Los principales grupos de  microorganismos que conforman la biodiversidad críptica son: las bacterias, los protoctistas (ciliados, flagelados, rizópodos, algas y diatomeas), los nematodos, los rotíferos y los tardígrados u osos de agua.
En un Instituto de Educación Secundaria son muy diversos los ecosistemas que podemos encontrar: el suelo de los jardines, arriates o macetas, los charcos temporales que se forman después de haber llovido, los musgos que creen en las zonas de umbría de vallas y paredes, las fuentes del patio o incluso el polvo o restos de suciedad presentes a lo largo del día en los pasillos y aulas del Centro. Todos estos ecosistemas presentan una rica biodiversidad de microorganismos oculta a nuestra vista.
El objetivo principal de este trabajo es descubrir, identificar e investigar la biodiversidad críptica presente en los diversos ecosistemas presentes en un Centro de Educación Secundaria como es el IES “Azuer” de Manzanares (Ciudad Real).
Este trabajo es totalmente original, ya que nunca antes se ha investigado directamente la biodiversidad críptica presente en un Centro de Secundaria.


MATERIAL Y MÉTODOS
Los materiales empleados son los siguientes: cuatro microscopios ópticos, uno de ellos con  cámara de vídeo, un ordenador, programas de edición y captura de vídeos (PowerDirector, Adobe Premiere), portaobjetos, cubreobjetos, placas de Petri, pipetas Pasteur, chupones, botellas de plásticos, agua destilada, una pequeña espátula y granos de trigo. 
Todas las muestras se obtuvieron en el Instituto de Educación Secundaria “Azuer” de Manzanares, Ciudad Real (España), con dirección postal 13200, Carretera de la Solana nº 77.



Recogida de las muestras de musgos de la valla del Centro



Muestras de musgo en placa Petri listas para hidratarlas con agua destilada
Las muestras analizadas han sido todas recogidas directamente con una pequeña espátula y colocadas en pequeñas placas Petri. Para su mantenimiento en el laboratorio únicamente se le añadía periódicamente agua destilada para que siempre estuviesen húmedas las muestras. La cantidad de agua variaba dependiendo de la muestra, ya que la finalidad era mantener la muestra “encharcada” pero no “inundada”, tal como se describe en (Finlay, et al. 2000).
Se han analizado un total de 12 muestras. Las primeras 8 muestras fueron de ensayo para practicar las técnicas a utilizar y la metodología a seguir (meses de noviembre y diciembre del 2014 y parte del curso pasado). Las 4 restantes han sido las muestras analizadas por un tiempo de unos dos meses (después de las vacaciones escolares de Navidad hasta la entrega del proyecto).
Las muestras analizadas han sido: (1) musgos de la valla del centro; (2) musgos situado en la parte de debajo de las paredes de la zona umbría del centro; (3) muestras de suelo del arriate de la entrada principal del instituto y (4) agua con restos de hojas procedente de un charco del patio anterior del centro que se formó debido a las lluvias de diciembre.
La observación de las muestras para la identificación de los diversos microorganismos se ha realizado con los microscopios ópticos y siempre con material vivo, ya que no se han realizado ningún tipo de tinciones o impregnaciones. El procedimiento ha sido el siguiente:  (1) con la pipeta Pasteur se toma una pequeña cantidad del agua extraída de las placas Petri rotuladas con el nombre del alumno encargado de cada muestra; (2) una gota o dos de la muestra se vertían sobre un portaobjetos al que posteriormente colocamos encima un cubre objetos; (3) las muestras en vivo eran ahora observadas al microscopio, en primer lugar con el objetivo de menor aumento (x4) con el fin de enfocar correctamente, luego con (x10) y finalmente con el de (x40); (4) los alumnos se iban turnado para la utilización del microscopio que tenía la cámara de video y desde el ordenador portátil se han ido grabando las diversos especies de microorganismos encontrados (han sido muchos los problemas, ya que la cámara no tiene una buena resolución y por otra parte, es muy complicado grabar a los ciliados que se mueven muy rápido y en pocas ocasiones se quedan quietos, por lo que hay que tener mucha paciencia, algo no muy común en el alumnado).
Para la elaboración de los vídeos de presentación del proyecto y para la edición de algunos de los vídeos grabados con la cámara del microscopio se ha empleado el Adobe premiere y el PowerDirector. Para la generación de códigos QR se ha utilizado la siguiente página de internet: (http://www.codigos-qr.com/generador-de-codigos-qr/).
La bibliografía utilizada para la identificación de las especies ha sido: el Atlas de los microorganismos de agua dulce (vida en una gota de agua) (Streble y Krauter, 1987), las guías de Finlay et al. (1988), la guía amigable de ciliados de Foissner y Berger (1996), el libro de los colpódidos de Foissner (1993) y diversos artículos de investigación (ver bibliografía). Además, de la búsqueda de información en internet.
Todos los trabajos de recogida de muestras, observación microscópica, grabaciones de especies se han realizado en el tiempo de recreo escolar o bien asistiendo algunas tardes fuera del horario lectivo. Todos los alumnos implicados en el proyecto son voluntarios.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se ha identificado un total de 52 microorganismos, la mayoría de ellos pertenecientes al grupo de los protoctistas. En muy pocas ocasiones hemos podido identificarlas a nivel de especie, en la mayoría de los casos hemos podido llegar hasta la categoría género y en otras ocasiones, únicamente al nivel de filum o tipo. La principal razón es que son necesarias diversas técnicas de impregnación o tinción para la correcta identificación de las especies y en el caso particular de las bacterias es necesario emplear todo un conjunto de técnicas bioquímicas y genéticas que se encuentran fuera de nuestro alcance. Además, ciertos grupos de organismos presentan una gran complejidad taxonómica que requiere de expertos en dichos grupos, como ha sido en nuestro caso con los nematodos, rotíferos y tardígrados.
Se han grabado un total de 210 vídeos con una duración variable de 10 segundos hasta 6 minutos. De total de vídeos grabados se han seleccionado 68 por su valor y representatividad. Todos ellos han sido subidos a un canal en YouTube para su posible visualización pública. El nombre del canal es “Azuer Diversidad Críptica” (https://www.youtube.com/channel/UCNqGJfz36Q1uZmbpw6lw3cA).
Con el fin de que este proyecto pueda servir de guía  para  futuros trabajos, tanto en el IES “Azuer” como en otros Centros de Educación Secundaria se ha realizado una descripción de cada una de las especies y grupos de microorganismos hasta ahora identificados. En la descripción de cada especie se dan detalles de su tamaño, su morfología, haciendo especial mención aquellos detalles más característicos o relevantes que nos permitan identificar el género o la especie, su alimentación y su hábitat. Además, hemos realizado un comentario sobre el vídeo del microorganismo filmado y hemos indicado en que muestra fue encontrado.  Aquellas especies u organismos que no han podido ser grabados se les ha realizado un dibujo.  Los microorganismos y especies descriptas han sido  los  52 identificados.  Para este texto hemos realizado una pequeña selección de aquellas especies más características e interesantes como:
Cyrtohymena sp.
Tamaño in vivo de 140 x 55 µm.  Tiene forma ortogonal, con ambos extremos más o menos redondeados. Su cuerpo es casi rígido. Su área bucal es ancha y profunda con la parte anterior semicircular. Su membrana paroral es curvada en forma de interrogación muy característica. Su zona adoral de membranelas (ZAM) ocupa aproximadamente el 47 % de la longitud del cuerpo. Al ser un ciliado hipotrico presenta un patrón ventral de 18 cirros semejante a las Oxytricha. La vacuola contráctil  en el margen izquierdo en posición media. Se alimenta de bacterias, ciliados y  otros protoctistas. Se encuentra fundamentalmente en muestra de musgo y suelo.
Comentario de la muestra y el vídeo: Se localizó en las muestras de musgo de la valla. Tuvimos la suerte de poderla grabar dividiéndose transversalmente y pudimos ver varias de sus fases antes de su completa división.



Cyrtohymena sp. recién dividida donde se aprecia muy bien la membrana paroral en forma de interrogación




















Haptórido sp.
Tamaño in vivo de unos 50 x 20 µm. Tamaño variable dependiendo de lo que ha ingerido. La abertura oral es apical y simple. La ciliación es uniforme y completa formada por cinetias longitudinales. La vacuola contráctil  situada en la parte posterior final de la célula. Es un ciliado carnívoro.
Comentario de la muestra y el vídeo: Se ha identificado en las muestras de musgo de la valla. Se ha grabado al haptórido  intentando devorar en varias ocasiones  a una Vorticella.  Puede tratarse de una especie nueva o poco conocida.
 



















Haptóridos intentando devorar a una Vorticella
Homalogastra setosa
Tamaño en vivo de 15-30 x 7-14 um. Forma del cuerpo alargada a ovoide con una depresión sobre el tercio posterior del cuerpo. Su zona oral se extiende casi toda la longitud de la célula. La membrana paroral y la abertura oral se localizan en posición subecuatorial. La ciliación es completa y uniforme compuesta por 11-13 filas de cinetias ligeramente curvadas. Presenta un cilio caudal. La vacuola contráctil en posición terminal. Tiene un distintivo movimiento al quedarse quieta por un momento y posteriormente moverse muy rápidamente. Se alimenta de bacterias. Es un ciliado típico de suelos y musgos.
Comentario de la muestra y el vídeo: Se ha identificado en las muestras de musgo. Se ha grabado su característico movimiento, así como en estado de reposo creando corrientes para la captura de bacterias, además, se aprecia muy bien la localización y funcionamiento de su vacuola contráctil.

Homalogastra setosa y vacuola contráctil
Mayorella sp.
Es una ameba desnuda de tamaño en vivo muy variable de 12-350 µm. Es larga y aplanada con varios pseudópodos en su margen anterior, que suelen ser de tamaño similar en longitud y de forma más o menos cónica (digitiformes). El extremo posterior suele ser redondeado. Su citoplasma está lleno de vacuolas digestivas y con pequeños cristales. Se alimenta de bacterias y es frecuente en sedimentos, suelos y musgos.
Comentario de la muestra y el vídeo: Se han encontrado en las muestras de musgo, tanto de la valla como de la pared. Se ha grabado desplazándose con sus pseudópodos. Para su identificación no hemos guiado por dos criterios su tamaño y forma de pseudópodos, ambos de los cuales no son ideales para identificar a este grupo tan complicado de amebas desnudas. 


 
Mayorella sp. ameba grande con lobopodos

José Luis Olmo Rísquez



Bibliografía
ESTEBAN, F. G., FINLAY, B. J., GUERRO, F., JIMÉNEZ-GÓMEZ, F., PARRA, G. GALOTTI, A. & OLMO, J.L. (2011). Biodiversidad críptica. Actualidad SEM. 51. 27-30.
FINLAY, B. J., BLACK, HI. J., BROWN, S., CLARKE, K. J., ESTEBAN, F., G., HINDLE, R, M., OLMO, J. L. ROLLET, A. & VICKERMAN, K. (2000). Estimating the growth potential of the soil protozoan community. Protist, 151: 69-80 (And Corregendum: Protist 151: 367)
FINLAY, B. J., ROGERSON, A. & COWLING, A.J. (1998). A beginner´s guide to the Collection, Isolation, Cultivation and Identification of Freshwater Protozoa. Freshwater Biological Association, Ambleside, 1-77.
FOISSNER, W. (1993). Colpodea (Ciliophora). G. Fischer. Stuttgart, Jena, New York.
FOISSNER, W. & BERGER, H. (1996). A user-friendly guide to ciliates (Protozoa, Ciliophora) commonly used by hidrobiologists as bioindicator in rivers, lakes, and waste waters, with notes on their ecology. Freshwater Biology, 35, 375-482.
STREBLE, H. & KRAUTER D. (1987). Atlas de los Microorganismos de Agua Dulce. La vida en una gota de agua. Ed. Omega. Barcelona.

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