Fascinerande forskning – Livets djupaste rötter
Övningar och laborationer
Fortplantningsförmågan är förutsättningen för att liv ska kunna fortleva på jorden och för att arvsanlag ska kunna föras vidare i generation efter generation. Det var också något som det första livet måste uppfinna. Dagens organismer använder DNA för att lagra, kopiera och föra vidare arvsanlag till avkomman, samt för att styra de kemiska reaktionerna i cellen. Diskussionen pågår om de första organismerna saknade DNA och istället använde sig av RNA. En fungerande organism måste också kunna innesluta en värld av kemiska ämnen och strukturer inom ett hölje där kontrollerade kemiska reaktioner kan ske. Detta kräver någon form av avgränsat rum, en primitiv cell. Dagens celler omges av ett cellmembran av fosfolipider och vissa organismgrupper har även en cellvägg. Vilka är de minsta och enklaste organismerna som finns idag?
Odla och studera slemsvamp
Experimentsatser med Dictyostelium eller Physarum finns att köpa från företag i USA. Försök visar att Physarium kan reagera på stimuli och leta sig fram genom en labyrint. Dessa organismer är inte patogena. (Filmer som visar tillväxt av Physarum finns på YouTube.) Ett exempel på slemsvamp som man kan hitta på hösten i skogen är det starkt gulfärgade trollsmöret.
Studera celltyper i mikroskop
Genom att titta på celler i mikroskop från olika organismgrupper, som exempelvis bakterier, jästsvampar, växter och djur, kan elever få förståelse för hur cellernas egenskaper varierar. Även evolutionära frågeställningar kan diskuteras i detta sammanhang. Här finns två häften med laborationer, dels biologiuppgifterna under Sverigefinalen i EUSO, dels uppgifter under en kursdag för lärare. Utformningen är något olika, men innehållet i stort likartat:
Praktiska undersökningar av celler gjordes av elever i åk 9 och åk 1 på gymnasiet under Sverigefinalen 2014. Eleverna fick själva tillverka mikroskopiska preparat av egna munceller (uppgift C), växtceller från vattenpest (uppgift A) och bagerijäst (uppgift B). Dessutom fick de tillgång till ett färdigt preparat med bakterier från yoghurt, Lactobacillus delbrueckii ,Streptococcus salivarius eventuellt med flera (uppgift D). Ytterligare en uppgift under tävlingen var att studera osmos i celler från vattenpest genom att tillsätta saltlösning till preparatet. Försöket, och frågor som kopplas till detta, visar en egenskap som skiljer växtceller från djurceller, att de har en cellvägg som är genomsläpplig för saltlösningen. Begreppet osmos behandlas även i detta sammanhang.
Mätningar av cellstorlek visar att celler från djur (munceller), växter (celler från vattenpest) och svampar (jäst) är mångdubbelt större än bakterieceller. Cellernas egenskaper hjälper eleverna att som avslutning på de praktiska uppgifterna placera in organismerna (celltyperna) i ett släktträd.
Studera celler med mikroskop (Från EUSO 2014)
Mikrovärlden ger förståelse för evolutionen (Från lärarkursdag om evolution 2014)
Kolla på plankton
Hämta ett planktonprov, helst från en näringsrik sjö eller damm. Här brukar finnas en stor variation av organismgrupper som kan bli utgångspunkt för en diskussion kring evolutionen av organismvärlden, samt om problematiken kring övergödning av vattenmiljöer. Skilj mellan cyanobakterier och grönalger. De förra har mycket små celler och ofta en blågrön färg medan grönalger har mycket större celler och en mer gulgrön färg. Leta speciellt efter olika arter av grönalger. Det finns ofta encelliga, kolonibildande och flercelliga arter i samma planktonprov. De flercelliga arterna kan vara trådformade (grenade eller ogrenade) eller skiktade. De olika arterna av grönalger får illustrera utvecklingen mot flercelliga växter. Se sidorna 28-29 i häftet Efter Linné där det finns ett stort antal bilder på arter av grönalger.
Euglena
Ögonflagellaten Euglena är en intressant organism att studera praktiskt och diskutera kring i samband med evolutionsundervisning i skolan. Euglena är lätt att odla och har egenskaper som gör att den liknar både växter och djur, men är inte närmare släkt med dessa organismgrupper.
I denna laboration studerar vi Euglena i mikroskop. Vi funderar över hur den fungerar och varför den har en röd ögonfläck.
Kommentarer till laborationen med Euglena. Se även artikeln Odla i slutna rumfrån Bi-lagan.
Plastidfärgämnen
Kromatografi kan användas för att separera olika organiska ämnen. Metoden utnyttjar att ämnen lösta i ett lösningsmedel (rörlig fas) kommer att vandra olika snabbt i en lämplig fast fas. De lösta ämnenas struktur är mer eller mindre lika den fasta eller den rörliga fasen. Ett ämne som mer liknar den rörliga fasen kommer att vandra snabbare än ett ämne som mer liknar den fasta fasen. Avsikten med laborationen är att separera, isolera och identifiera de viktigaste plastidpigmenten hos några olika fotoautotrofer och jämföra pigmentsammansättningen.
Laborationer med arkéer
Arkéerna är närmast släkt med eukaryoterna, dit bland andra djuren, växterna och svamparna hör. Halobacterium sp. NRC-1 hör till arkéerna och som många arkéer klarar den att leva i extrema miljöer. Det är en modellorganism för arkéerna som är väl undersökt. Nedan beskrivs en serie undersökningar som handlar om att göra iakttagelser och beskriva egenskaper hos Halobacterium, som växer dels på platta, dels i vätskekultur. Gruppen arkéer och nedanstående laborationer presenteras även i en artikel i Bi-lagan. Halobacterium kan under en begränsad tid köpas in från Bioresurs. Kontakta info@bioresurs.uu.se.
Samtliga beskrivningar av laborationer med arkéer hittar du i ett gemensamt laborationshäfte längst ner.
- Beskrivningar för att studera egenskaper hos Halobacterium (koloniernas utseende, flytande kulturer, absorbansmätning och mikroskopstudier av celler. Dessutom finns kommentarer till resultaten avsedda för lärare.
- Renodling av arkéer. Beskrivningen visar hur man odlar fram enskilda kolonier av Halobacterium.
- Halobacterium är en saltälskande arké. Den här laborationen handlar om att ta reda på optimal salthalt och om att göra tillväxtkurvor vid olika halt av natriumklorid i mediet.
- Flytande medium med en tät kultur av Halobacterium indunstas. På saltkristallerna som bildas finns levande celler av Halobacterium. Dessa saltkristaller kan användas för att regenerera en kultur.
- Cellerna lyserar omedelbart om de placeras i rent vatten och DNA-innehållet frigörs. Med en enkel metod fälls DNA-ut och blir synligt.
- Testa med en enkel metod hur Halobacterium påverkas av olika ämnen. Pröva till exempel rent vatten, olika metalljonlösningar, som till exempel kopparjonlösningar, eller rengöringsmedel.
- Artemia, ett litet kräftdjur, odlas upp i lösning med 3% havssalt. Kanske kan Artemia ingå tillsammans med Halobacterium i en näringskedja i naturliga saltsjöar.
Laborationshäfte Halobacterium
Odlingsanvisningar
Renutstryk
Biogasreaktor i miniformat
Biogasprocessen är högaktuell av flera anledningar. Denna mikrobiologiska process gör det möjligt att behandla olika typer av avfall och samtidigt producera miljövänlig energi (biogas) och en rötrest, som är rik på växtnäringsämnen. Genom att använda denna rötrest som ett organiskt gödningsmedel är det möjligt att återföra näringen tillbaka till marken. Detta är en laboration där en modell av en biogasreaktor tillverkas. Laborationen har utvecklats vid SLU i samband med kursdagar för gymnasielärare.
Winogradskykolonn
Ett enkelt och illustrativt försök är att tillverka en Winogradskykolonn, ett miniatyrekosystem där ett brett spektrum av bakterier kan leva under lång tid. Winogradskykolonner kan användas för att visa olika slag av fotoautotrofa bakterier och för att illustrera svavelomsättning i aeroba och anaeroba miljöer. En stor flaska eller långsmal glasbehållare (1-2 liters mätglas) fylls med bland annat slam från en sjö eller ett vattendrag och får sedan stå belyst under några veckor. Olika bakterier tillväxer och bildar röda och gröna zoner.
Efter Linné
Häftet Efter Linné, som omfattar 40 sidor, handlar i sin helhet om evolution, med fokus på växternas evolution i den avslutande delen. Mycket har hänt inom naturvetenskapen under 300 år. Vad vet vi idag som förklarar organismvärldens utveckling? Den innehåller texter som kopplas till metoder för att studera organismernas evolution på cell- och molekylärnivå. Flera av de laborationer som presenteras här på sidan finns även att läsa om i häftet.
Tidsbrickan
En bricka fylls med föremål som representerar både levande organismer och sådant som inte är levande, exempelvis bakterier, arkéer, olika eukaryoter, järnmalm, granit, lava, vatten, syrgasmolekyl, DNA, RNA och protein. Uppgiften för eleverna är att gruppvis diskutera hur dessa objekt inordnas i jordens utveckling och evolutionen av levande organismer. Uppgiften hittar du på s. 19 i häftet.