Conclusiones del proyecto durante el curso 15-16

El gran número de experimentos que hemos podido desarrollar durante el curso nos ha permitido obtener abundantes resultados cuyo análisis nos ha hecho ser capaces de dar respuesta a los objetivos que nos planteamos durante el curso. El crecimiento de más de 1.200 semillas de Brassica napus en diferentes condiciones experimentales ha sido analizado. Las principales conclusiones desde el punto de vista científico que hemos obtenido, son las siguientes:

Tasa de crecimiento

La microgravedad simulada mediante clinostatos 2D afecta significativamente a la direccionalidad del crecimiento de las radículas pero no a otras características tales como la velocidad de crecimiento, abundancia de pelillos absorbentes o morfología de los mismos. Un resultado similar es observado en otras especies, cuando se somete a las semillas a clinorrotación en clinostatos. Por el contrario, diversos estudios realizados en el espacio a bordo de naves orbitales sugieren que la microgravedad real estimula el crecimiento de las raíces. No obstante, algunos estudios encuentran resultados contradictorios con respecto a este punto.

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Elongación de radículas de Brassica expuestas a diferentes condiciones de microgravedad mediante clinostato inclinado.

Existen varias hipótesis sobre qué factores determinan esta diferencia entre microgravedad verdadera y simulada. Se ha propuesto que la microgravedad real podría estar relacionado un ciclo celular más corto que favorecería un aumento de la proliferación celular. Igualmente, se ha hallado que el patrón de proteínas expresadas durante la clinorrotación guarda semejanzas con los hallados en gravedad normal o hipergravedad, sugiriendo que algunas de estas proteínas podrían estar implicadas en la regulación de la elongación de las raíces.

 Dirección de crecimiento en microgravedad simulada

En condiciones de microgravedad simulada, la dirección de crecimiento de las raíces de Brassica sí se ve alterada con respecto a las condiciones normales. Las radículas crecen en diferentes direcciones en función de la orientación de la semilla. Se produce una ligera curvatura inicial del primordio de la radícula-hipocótilo de la plántula que influye en la dirección de crecimiento de la raíz.

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1s - 0s

Radículas de Brassica napus sembradas sobre lámina de agar e incubadas en posición vertical (A), rotando a 1 rpm, con paradas de 5s cada dos minutos (B), rotando a 1 rpm, con paradas de 1s cada 2 min (C) y con rotación continua a 1 rpm (D).

Sensibilidad a la gravedad

El crecimiento gravitrópico de las radículas de Brassica napus sigue un patrón dosis-respuesta. Cuanta mayor dosis de gravedad, mayor direccionalidad del crecimiento. La respuesta se satura a niveles de gravedad bajos, alcanzándose valores del 95% de direccionalidad con valores de 0.09g. La relación estímulo respuesta se ajusta a un patrón un patrón hiperbólico, de forma que en un estrecho intervalo de variación del estímulo gravotatorio se produce un fuerte cambio en la intensidad de la respuesta.

En los efectos de la dosis de estímulo gravitatorio intervienen de forma similar tanto el tiempo de presentación del estímulo habitual (1g) como la intensidad del estímulo (simulada mediante clinostato inclinado). El tiempo de exposición a la gravedad tiene efectos acumulativos, observándose que cuando se alternan periodos de exposición al estímulo con periodos de clinorrotación, la respuesta depende del tiempo total de exposición, y no  del tiempo de exposición en cada intervalo.

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Relación de la direccionalidad de la respuesta gravitrópica con la dosis de estímulo gravitatorio en función de la intensidad del estímulo (línea roja) y del tiempo de presentación del estímulo (línea azul discontinua).

Los resultados demuestran que Brassica podría desarrollar una respuesta gravitrópica normal en cuerpos celeste como la Luna (0,16g)  y que en cuerpos aún significativamente menores como Sedna (0,03g) podría mostrar una respuesta gravitrópica suficiente para discriminar la orientación del eje vertical.

Memoria del estímulo

Exposiciones de las semillas durante 14 h desde el comienzo de hidratación, cuando las plántulas aún no han emergido son suficientes para desencadenar respuestas gravitrópicas significativas durante al menos las 36 horas siguientes, sin que sea necesaria una exposición posterior al estímulo. Estos sugiere que las radículas de Brassica son sensibles al estímulo gravitatorio desde momentos muy tempranos de su desarrollo y son capaces de prolongar una respuesta gravitrópica significativamente después de que cese el estimulo.

Fototropismo en microgravedad

Las condiciones de microgravedad simulada permiten evitar el efecto de enmascaramiento que la intensa respuesta gravitrópica produce sobre otros tropismos. En nuestro caso, las radículas de Brassica mostraron un evidente fototropismo negativo cuando fueron expuestas a un gradiente de estímulo luminoso. En las primeras 6 horas tras la germinación, las radículas fueron especialmente sensibles a este tipo de estímulos, produciéndose curvaturas muy intensas de las mismas en función de la dirección del estímulo luminoso.

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Gráfica de crecimiento de radículas iluminadas con luz direccional (flecha) en microgravedad simulada mediante clinostato. Cdir: coeficiente de direccionalidad .

Aunque la direccionalidad de la respuesta fototrópica de la radícula de Brassica no es tan intensa como la respuesta gravitrópica, la acción de la luz direccional podría ser suficiente como estímulo alternativo para guiar el crecimiento de las raíces en condiciones de microgravedad.

La respuesta fototrópica negativa se mantiene durante todo el periodo estudiado, aunque su direccionalidad no es tan intensa como en el caso del gravitropismo. No obstante, sería necesario estudiar mayor número de intensidades y calidades de iluminación para caracterizar con mayor detalle esta respuesta.

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Crecimiento de radículas sometidas a estímulo gravitatorio y luz direccional en direcciones perpendiculares. La orientación del crecimiento resultante observada (línea negra contínua) es muy similar a la esperada por suma vectorial de respuestas independientes (línea roja discontínua).

Aunque fototropismo y gravitropismo están mediados por el mismo tipo de hormonas, no parece existir una interacción sinérgica o antinérgica entre ambos mecanismos,  de forma que la respuesta combinada de ambos estímulos (luz direccional y gravedad) produce resultados que se asemejan a una combinación independiente de ambas respuestas.

 

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Participación en la II Feria Andaluza de Tecnología

La Feria Andaluza de Tecnología, organizada por un grupo de profesores de Tecnología de centros educativos de Málaga, se ha convertido con sólo dos años de andadura en un referente en cuanto a encuentros de Tecnología en la Educación. Y nosotros hemos querido estar presentes, así que agradecemos a la organización el habernos invitado a participar también en esta segunda edición.

Varios alumnos/as de 3ºESO y 4ºESO participantes en el proyecto, se encargaron de presentar y explicar a los interesados el diseño y funcionamiento de los clinostatos que hemos utilizado en nuestro proyecto durante el curso. Decoramos el stand con un ambiente inspirado en el espacio, incluyendo una gran maqueta del cohete Apolo XI.

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Nuevamente, la experiencia satisfizo plenamente los objetivos que nos planteamos y el alumnado pudo entrenarse en la comunicación de las experiencias realizadas y los resultados obtenidos.


Participación en el VIII encuentro de Ciencias Bezmiliana

bezmilianawEl encuentro de Ciencias Bezmiliana forma parte de la red de ferias de la Ciencia que se realizan en Andalucía todos los cursos y, por segundo año consecutivo, participamos en el encuentro que tuvo, como siempre, una impresionante afluencia de público.

En el stand que nos correspondió, alumnas y alumnos de 3º y 4ºESO presentaron y defendieron parte del trabajo realizado durante este curso, explicando el funcionamiento de los dispositivos fabricados, así como los resultados y conclusiones obtenidos. De esta forma, pudieron experimentar una de las tareas más importantes y, a veces, poco considerada de la metodología científica, que es la de difundir y compartir  los resultados  que se consiguen.

Numerosos curiosos, incluidos algunos medios de comunicación, se interesaron por conocer el proyecto y fueron atendidos por los alumnos. Fue una excelente oportunidad para conocer y compartir el trabajo que se hace en muchos centros de toda la Comunidad en relación con la Ciencia y la Tecnología. Desde aquí queremos aprovechar para felicitar a la organización del evento por el excelente trabajo realizado un año más.

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Versiones de clinostato 2015-16

Una de las cuestiones fundamentales que se plantearon en el incio de este proyecto hace ya tres años era la explorar las posibilidades técnicas para el prototipado de clinostatos de un sólo eje (habitualmente llamados clinostatos  2D) mediante materiales y tecnologías asequibles, incluyendo diseño mediante sobftware libre e impresión 3D de piezas de precisión y utiliciación de Arduino y motores paso a paso para el control de la rotación de las muestras.

En este sentido, hemos diseñado y fabricado nuevas configuraciones y versiones que han permitido desarrollar y mejorar determinados planteamientos experimentales en el proyecto. Las principales nuevas configuraciones que se han fabricado han sido:

20160415_141421Clinostato 2D con plano de crecimiento paralelo al eje de rotación: A diferencia del diseño inicial, que posee el plano de crecimiento perpendicular al eje de rotación, esta configuración permite utilizar la inclinación del eje de rotación para descomponer la fuerza de gravedad en dos vectores, uno perpendicular al eje de rotación, que se “anula” debido al movimiento de este, y otra paralela al eje, que queda como resultante efectiva. Con esta estrategia es posible ensayar valores de gravedad inferiores a la gravedad terrestre y estudiar la sensibilidad de las plantas a la gravedad.

20160418_161040Clinostato 2D con iluminación lateral: Incorpora un panel led en uno de los laterales de la cesta portamuestras de forma que es posible estudiar respuestas fototrópicas en combinaciones con circunstancias de microgravedad simulada.

20160516_144930Clinostato 2D fotográfico: Incorpora un sistema de captura de imágenes a intervalos regulares, de forma que es posible realizar un seguimiento del proceso de crecimiento de las plántulas en diferentes condiciones de ilumniación y posterior montaje de videos “timelapse”.

20160519_142039Clinostato 2D de rotación rápida: Los clinostatos de rotación rápida producen rotación de las muestras a velocidades angulares de 50-120 rpm. Existen estudios que demuestran que estas condiciones simulan de forma más ajustada los efectos de la microgravedad debido a que surpimen los procesos de sedimentación intracelulares. Haciendo uso de materiales comunes y adaptando diseños previos, fabricamos una versión de clinostato 2D con portamuestras de forma cilíndrica y portapreparaciones especiales.

El rendomiento de los nuevos diseños ha sido muy satisfactorio, si bien, el último de ellos aún está siendo mejorado, permitiendo obtener un gran número de resultados.


Objetivos para el curso 15-16

Pretendemos que este sea un curso clave en el desarrollo de nuestro proyecto. Después de poner a punto las motorizaciones de nuestros dispositivos, queremos comenzar a desarrollar experimentos y obtener resultados definitivos.

foto raizPara este curso hemos seleccionado como especie de estudio Brassica napus, una crucífera, debido a que su precocidad, pequeño tamaño y proximidad con Arabidopsis ofrece condiciones ventajosas para nuestro estudio.

Nos planteamos los siguientes objetivos de estudio:

  • Describir el crecimiento de Brassica en condiciones de microgravedad simulada en comparación con el crecimiento normal (direccionalidad y velocidad del crecimiento).
  • Determinar la sensibilidad de Brassica a la gravedad, tanto en referencia al tiempo de presentación del estímulo como a la intensidad del mismo.
  • Valorar la respuesta a otros estímulos como la luz en condiciones de microgravedad simulada.
  • Realizar videos time-lapse para estudiar la dinámica del crecimiento de las radículas en condiciones de microgravedad.

Para ello, será necesario realizar, partiendo del diseño base de nuestro clinostato, nuevas configuraciones  para conseguir diferentes condiciones experimentales.

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Participación en el VII Encuentro de Ciencias Bezmiliana

El encuentro anual de ciencias Bezmiliana, organizado por el club científico Bezmiliana, es uno de los referentes de la comunidad en cuanto a ferias de la Ciencia se refiere. De hecho, forma parte de la red de ferias de la Ciencia de Andalucía. En ella se dan cita centros escolares de toda España para presentar proyectos y trabajos relacionados con la Ciencia y la Tecnología.

Por tanto, fue una suerte poder participar en este encuentro con nuestro proyecto. El viernes 24 de abril nos desplazamos hasta el IES “Bezmiliana” del Rincón de la Victoria (Málaga) y establecimos nuestro stand en el espacio asignado. El ambiente era inmejorable: cientos de alumnos presentado sus propios trabajos y aprendiendo de los realizados por otros.

Stand del proyecto en el VII Encuentro de Ciencias Bezmiliana

Stand del proyecto en el VII Encuentro de Ciencias Bezmiliana

Hemos marcado la participación en este tipo de eventos como uno de los aspectos destacados de nuestro proyecto y, sin duda, esta participación fue una decisión muy acertada, teniendo en cuenta la calidad y variedad de trabajos presentados.

Una vez más, el alumnado tuvo que defender y explicar las características de nuestra investigación, en esta ocasión, destacando los aspectos científicos, más que los técnicos.

Atendiendo el stand del proyecto

Atendiendo el stand del proyecto

En definitiva se trató de otra experiencia excelente para comprender  la importancia y la dificultad de dar a conocer información científica. igualmente aprovechamos la ocasión para felicitar a los organizadores del encuentro por este fenomenal trabajo.


Participación en la I Feria Andaluza de Tecnología, Robótica, Ingeniería e Innovación

Cartel oficial de la Feria

El pasado 17 de abril, nuestro proyecto tuvo la suerte de poder participar en la  I Feria Andaluza de Tecnología, Robótica, Ingeniería e Innovación, que tuvo lugar en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Málaga.

El éxito de organización y participación del encuentro fue rotundo. Más de 2000 alumnos, profesores y curiosos pudieron disfrutar de una enorme variedad de proyectos y actividades de una gran calidad distribuidos en una gran superficie correspondiente a la zona central de la planta baja de la Escuela. Se organizaron concursos de proyectos, de robots de diferente tipo y también se dieron citas diversas empresas relacionadas con la Robótica y la didáctica de la Tecnología.

Tenemos que agradecer a la organización del evento su amabilidad al invitarnos a participar con nuestros prototipos de clinostato. Los alumnos/as participantes en nuestro proyecto tuvieron que explicar a todos los interesados/as las característica de nuestra investigación y, en particular, los detalles técnicos de los prototipos. Al ser un encuentro de tecnología, fueron los aspectos técnicos de nuestro proyecto sobre los que se centró nuestra participación.

Expositor de nuestro proyecto y miembros del equipo en la I Feria Andaluza de Tecnología, Robótica, Ingeniería e Innovación

Expositor de nuestro proyecto y miembros del equipo en la I Feria Andaluza de Tecnología, Robótica, Ingeniería e Innovación

De esta forma, los alumnos/as tuvieron la oportunidad de  entrenar uno de los aspectos clave de cualquier investigación: la difusión de los resultados del trabajo científico. En distintos turnos, se organizaron para atender nuestro stand situado junto a la entrada a la Feria. Numerosos visitantes se interesaron por nuestros dispositivos y a todos se les ofreció información sobre el funcionamiento y utilidad de nuestros dispositivos..

Fue una jornada intensa y llena de experiencias muy positivas. Felicitamos desde aquí a los organizadores por el excelente trabajo realizado.