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I mozziconi dispersi nell’ambiente, interazioni con l’acqua e i microbi come protozoi e funghi

Questa tematica inclusa nella programmazione di microbiologia, svolta al terzo anno dell'indirizzo bio-tecnologico come quarto modulo, presso l’ITAS di Reggio Calabria è stata trattata sia teoricamente che nelle varie attività pratiche di laboratorio. Nonostante le problematiche...

Stefano Giuggia   by Stefano Giuggia
Tinkering
CATEGORIA
Tinkering

Strumenti da laboratorio

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Introduzione progetto WeTurtle

Introduzione

Questa tematica inclusa nella programmazione di microbiologia, svolta al terzo anno dell'indirizzo bio-tecnologico come quarto modulo, presso l’ITAS di Reggio Calabria è stata trattata sia teoricamente che nelle varie attività pratiche di laboratorio. Nonostante le problematiche della pandemia si è riusciti a completare il lavoro almeno nella classe 3^C, per una presenza abbastanza continua dei discenti. Date le modeste strumentazioni a disposizione ,si è operato sul liquido acquoso rilasciato dai mozziconi di sigarette, che contengono tantissime sostanze chimiche tossiche, che potevano però interagire con lo sviluppo di alcuni microbi come i protozoi e i funghi, oggetto della nostra ricerca. Mentre la parte del filtro, già ampiamente esaminata in altri laboratori, più attrezzati del nostro, non è stata considerata.

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Obiettivi e Competenze Obiettivi e Competenze

Abbiamo proposto ai tre gruppi di studenti l’apprendimento teorico assieme al pratico, con l’acquisizione delle manualità con i vari strumenti e la vetreria; inoltre stimolandoli alla collaborazione abbiamo notato confronti tra i singoli, utili ad apprendere. Qui ovviamente confluivano pure le competenze, maturate in altre discipline come la chimica e l’igiene,  applicabili così alle varie sperimentazioni, contribuendo alle acquisizioni tecniche tipiche del ciclo di studi (approccio multidisciplinare).

Strumenti Strumenti

  • Microscopio,
  • Vetreria,
  • Pinzette,
  • Spatole,
  • Forbici,
  • Esano,
  • Acqua distillata,
  • Alcool,
  • Carta da filtro.

Metodologia didattica Metodologia didattica

Inizialmente ci siamo focalizzti sulla comprensione teorica della lezione frontale e sulle attività pratiche realizzate dai tre gruppi. In seguito abbiamo supportato gli studenti nell’esposizione personale e di gruppo che ha riassunto nel confronto diretto le capacità , le competenze e le conoscenze. E' risultata utile e fondamentale la discussione relativa alle varie fasi sperimentali, che hanno attestato così il reale apprendimento.

Linee guida delle attività Linee guida delle attività

L'attività è stata strutturata in cinque fasi: 

  1. l'allestimento di una coltura di protozoi da residui vegetali
  2. la preparazione di una soluzione acquosa proveniente da diversi mozziconi, dimostrandone poi la capacità inibitoria sui protozoi a determinate concentrazioni
  3. favorire la decomposizione di tale liquido da parte di decompositori più “agguerriti” come i funghi e muffe
  4. visionare i residui dei mozziconi in soluzione acquosa e paragonarli a quelli ottenuti a “secco”, comprimendo i mozziconi stessi direttamente sul vetrino per esaminarli al microscopio
  5. prove di cromatografia su carta per evidenziare i componenti del liquido, eventualmente separabili.

Fase 1 - La coltura di protozoi

I protozoi sono tra i microbi quelli che si trovano facilmente nel fieno o nelle parti vegetali in forma cistica e che sottoposti a macerazione con l'acqua si "risvegliano" pronti alla nuova vita. Si tratta sostanzialmente di infusori e l'acqua rappresenta l'elemento necessario al loro ciclo di decompositori. Solitamente gli allievi raccolgono questi materiali (in particolare i mozziconi di sigaretta) in un barattolo di vetro che lasciano in macerazione per giorni, per poi osservali nei loro frenetici movimenti dentro una goccia posizionata sul vetrino del microscopio, come illustrato dalle foto seguenti.

Essendo quasi trasparenti, regolando la luminosità, avremmo potuto evidenziarli meglio con deboli colorazioni come con l’eosina diluita, con la quale sarebbero risaltati tantissimo dallo sfondo rosso, ma per questa ricerca abbiamo escluso l’uso di coloranti sia sintetici che naturali, perché avrebbero potuto interferire con i risultati attesi. Sarebbe stato comunque possibile seguirli meglio nello sviluppo delle loro fasi vitali, come: 

  1. la ricerca continua del nutrimento che attuano sfruttando sempre quella parte della membrana chiamata”citostoma”, che, proprio come una "bocca" ingerisce i materiali per digerirli poi nel vacuolo digestivo, momento questo essenziale, che accenna inconsapevolmente a una fase evolutiva superiore, tipica degli esseri pluricellulari forniti di bocca;
  2. le forme di riproduzione asessuale attuata con scissione dove un protozoo, come cellula madre, si divide in due cellule figlie, evento comunque difficilmente visibile;
  3. gli spostamenti tra le numerose fibre vegetali in disfacimento associate ad altri esseri microscopici come funghi, talvolta amebe, metazoi e vermi.

Fase 2 - La preparazione dei mozziconi di sigaretta e la diluizione

I mozziconi sono stati disposti in numero di sei in 65 ml di acqua distillata, per circa 48 ore. Abbiamo evidenziato così l’iscurimento del liquido, il ph inizialmente di 8,5 a causa delle ceneri dissolte, tendeva gradualmente a neutralizzarsi per lo scioglimento di altri composti in 2 giorni circa.
Leggermente differenti erano i valori per altri tipi di mozziconi, sicuramente legati ai vari tabacchi utilizati. In questo esperimento si è operato unicamente su mozziconi di rothmans bianche per la sicura provenienza igienica del fumatore.

Successivamente si è passati alla diluizione con l’uso di pipette: prima 1 a 10 nella prima provetta, poi 1 a 20 nella seconda, effettuando poi, le prove di inibizione sui protozoi, positive quando l’osservazione in vivo al microscopio attestava la scomparsa di ogni movimento. Il liquido diluito 1 a 10 inibiva; il secondo diluito 1 a 20 invece non mostrava tale effetto, solo dopo diversi tentativi, abbiamo stabilito la minima concentrazione inibente al 6,5% che corrispondeva realmente al suo dimezzamento, cioè il 3,25%, dovuto al fatto che il liquido colturale era posto in ugual quantità con il liquido inibente.

Fase 3 - Muffe e spore

Per proseguire l'esperimento abbiamo disposto il liquido nel becher su un davanzale di una finestra del laboratorio, protetto dalle intemperie ma esposto al vento, in tale condizioni, le spore di funghi o muffe potevano essere veicolate e così svilupparsi nell’acqua dei mozziconi, evento che con un po’ di fortuna, si è verificato dopo cinque giorni come riportato dalla foto. La parte fungina (la muffa) esaminata al microscopio rivelava numerose ife fungine che si erano propagate nel liquido come fosse un terreno di coltura, azione inaspettata ma utile all’ambiente per smaltire alcuni di questi prodotti nocivi.

Il fungo (muffa) ha sviluppato in superfice il micelio riproduttivo, rappresentato dai "cerchietti bianchi” che poi originavano piccolissime spore trasportate facilmente dal vento e pronte a crescere su nuovi substrati, completando così il loro classico ciclo riproduttivo. Le altre foto riportate sotto invece, rappresentano il micelio vegetativo, allestendo vetrini in tempi diversi. Abbiamo notato infatti una netta differenza nella propagazione delle ife nel liquido, che si estendevano in profondità per circa 1 cm e assicuravano la nutrizione e il suo intero sviluppo, che si completava ovviamente con la parte superiore del micelio riproduttivo.

I due fotogrammi dei vetrini sono stati ottenuti con colorazione diluita con blu di metilene.

I funghi e le muffe sono in effetti esseri che perdendo la capacità fotosintetica hanno sviluppato molto quella di saprofiti, decompositori e talvolta di parassiti per vegetali e animali. Non possiedono tessuti differenziati, classificabili come tali, ma i prolungamenti delle loro cellule formano le ife, che diffondono rapidamente nell’ambiente colonizzato. Per nutrirsi riversano i loro enzimi digestivi all’esterno e assorbono solo le sostanze digerite. A differenza degli altri microbi che attuano una digestione endocellulare, che può portare alla contemporanea introduzione di sostanze nutritive e nocive come nei protozoi. Questo spiegherebbe così, le capacità di adattamento di alcuni funghi che vengono isolati nei laboratori di ricerca, per degradare inquinanti difficilmente smaltibili e per produrre diverse molecole.

Fase 4 - I residui

Il completamento dello studio necessitava di un secondo becher, perfettamente uguale al primo con lo stesso tipo di mozziconi e la stessa quantità di acqua, conservato poi in condizioni asettiche per evitare modificazioni microbiche accidentali. Si è potuto così esaminare i residui sedimentati sul fondo del becher ricavandone al microscopio, una visione interessante, dovuta all’azione dell’acqua. Infatti, confrontandola con una seconda ricavata da sedimenti di mozziconi stemperati a secco, si è potuto comprendere il ruolo della componente acquosa, che solubilizza un numero di sali dalla forma variabile e molto apprezzabile; come appare nella parte allegata della foto di sinistra, mentre nella parte destra la situazione è ben diversa, i sali sono quasi assenti. In entrambe però, si notano piccole particelle, elementi che vanno a costituire il “particolarato” del fumo, alcune sembrano ancora legate ad altre a causa di una combustione incompleta, mentre le diverse forme dei cristalli, di inconsueta tipologia dimostrerebbe la presenza di alcune molecole tossiche.

Fase 5 - Le molecole del liquido

L’ultima fase della sperimentazione, ci proponeva l’eventuale isolamento di alcune molecole contenute nel liquido di ricerca perciò abbiamo proposto alla prof.sa Laganà E. ( ITP di Chimica) una cromatografia per evidenziare alcune molecole presenti e differenziabili tra loro. Nel nostro plesso scolastico è stata limitata alla sola cromatigrafia cartacea, con l’uso di carta da filtro, poichè non era disponibile l’HPLC, tecnica ideale per la reale identificazione chimica. L’esecuzione proposta con l’utilizzo di tre eluenti: acqua, alcool denaturato ed esano,in tre singole cromatografie ha offerto pochi risultati, nella carta infatti è stato evidenziata solo la migrazione della parte aromatica del tabacco, mentre altre sostanze si erano in parte disciolte in acqua per poi cristallizzare e altre richiedevano sostanze rivelatrici non disponibili. E' stata ad ogni modo molto valida la didattica multidisciplinare dell’operazione grazie alle fasi di rielaborazione e comprensione da parte degli studenti.

Dalle immagini si notano i becher con l’eluente con la deposizione sulla carta del liquido da separare. E vediamo i rettangoli di carta essiccati, dove nella parte alta si “avvertiva il trascinamento” delle molecole del  composto qui ancora ammassati, indice questo dei limiti della tecnica.

La preparazione è consisistita nella deposizione su carta in 3 o 4 punti con una pipetta di 2mm a 2cm dal bordo inferiore, per poi immergerli in 0,5cm di eluente: acqua, esano o alcool; nella carta l’eluente per capillarità è salito trasportando le varie molecole, che diverse tra loro, si sono separte. Il miglior risultato è stato ottenuto con l’alcol denaturato come è evidente, mentre con l’esano (parte destra) era impercettibile l’alone  dei composti aromatici rilasciati dal mozzicone.

Abbiamo infine concluso il lavoro ricapitolando le fasi essenziali , con i vari fotogrammi e passando alla sua stesura.

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Risultati attesi Risultati attesi

Essendo la microbiologia la disciplina più coinvolta, si può affermare che ha risposto bene alle aspettative, sia per la microscopia riconducibile ai due tipi di microbi, che per l’esame dei cristalli e di altri fondamentali  particolari che restavano patrimonio degli aspetti biologici. Limitati dalle poche strumentazioni e dai tempi  ristretti ci possiamo ritenere soddisfatti anche per la partecipazione interessata degli alunni.

Valutazione Valutazione

Trattandosi di una tematica di facile comprensione ma diversamente articolata, ha coinvolto molto i ragazzi che speravano di poter usufruire del laboratorio, anche se solo alla fine dell’anno scolastico siamo riusciti a concludere l'attività a  causa della situazione dovuta al Covid 19.  Le competenze acquisite, teoriche e pratiche per i presenti, hanno abbracciato nell’insieme tutto quello che poteva offrire questa ricerca settoriale.

Riferimenti e links Riferimenti e links

  • Ecoforstreet
  • Parlamento europeo
  • Ideagreen
  • Qui finanza

Ringraziamenti

I propositi stilati all’inizio anno nella programmazione di classe, sono stati rinforzati dal prof. Repaci G. che nonostante le diverse alternanze tra didattica in presenza e a distanza, ha stimolato l’esecuzione anche coinvolgendoli personalmente, lo stesso vale per le prof.sse Laganà E. e Festa M, per gli assistenti tecnici Familiari M. e Squillace G.

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