Perché piccolo è meglio?

Buon anno a tutti!

State già scaldando i motori o siete ancora in modalità relax? Per quanto mi riguarda, sto scaldando i motori sorseggiando una tisana, per cui credo di essere… come dire… a metà strada 🙂

Qualche tempo fa, vi avevo parlato di come comincio ad affrontare il tema delle dimensioni delle cellule (Una questione di taglia). Oggi aggiungerò un altro tassello perché sto per raccontarvi un’attività semplice, ma molto utile per prepararsi ad affrontare, nei dettagli, diffusione e osmosi.

Perché la maggior parte delle cellule è di piccole dimensioni?

Per introdurre l’attività di EXPLORE, e far emergere le preconoscenze, si può chiedere ai ragazzi come mai, secondo loro, a parte qualche eccezione, come ad esempio l’uovo di struzzo, la maggior parte delle cellule sono talmente piccole che per poterle vedere serve un microscopio.

Le risposte dei ragazzi, naturalmente, saranno le più diverse e noi le accoglieremo tutte senza discuterne la validità, ma spiegando loro che per rispondere  alla domanda “ragionando come scienziati” raccoglieranno qualche evidenza sperimentale in laboratorio per rispondere alla seguente domanda: come varia la diffusione di un liquido all’interno di un cubetto di agar agar  man mano che le sue dimensioni aumentano?

Cosa serve:

• 3 coppie di cubetti di agar agar rispettivamente di 1, 2 e 3 cm per lato
• indicatore di pH come ad esempio blu di bromotimolo o fenolftaleina
• aceto bianco o acido cloridrico diluito
• un righello di plastica trasparente
• tre becher
• un bicchierino di plastica trasparente
• contagocce  o pipetta
• un cucchiaio di plastica
• fogli di carta bianca
• calcolatrice
• matita
• cronometro.

Procedimento

1. Per prima cosa, mettere alcuni mL di indicatore di pH (ad esempio la fenolftaleina) in un bicchierino. Usando un contagocce o una pipetta aggiungere all’indicatore alcune gocce di aceto (o di acido cloridrico). Cosa si può notare? Poiché l’aceto è un acido contiene molti ioni idrogeno. Quando questi ioni entrano in contatto con l’indicatore di pH la soluzione cambia colore. Di che colore è diventata la soluzione?
2. Riempire tre becher con dell’aceto. L’altezza del liquido deve essere superiore a 3 cm. Immergere un cubetto per ciascun tipo nell’aceto assicurandosi che siano tutti completamente immersi nel liquido. Porre gli altri tre cubetti di agar agar su della carta bianca vicino ai becher in modo da usarli come confronto (gruppo di controllo). Cosa pensate accadrà a ciascun cubetto?
3. Determinare l’area superficiale e il volume di ciascun cubetto immerso nell’aceto e registrare tutti i valori ottenuti in una tabella come questa:
4. Come si potrebbe fare per sapere se gli ioni idrogeno si stanno muovendo all’interno del cubo?
5. Secondo voi, quanto tempo  ci vorrà perché gli ioni idrogeno diffondano completamente all’interno di ciascun cubetto?
6. Come si potrebbe fare per essere sicuri che l’aceto sia penetrato completamente nel cubetto di agar agar?
7. Dopo 5 minuti, con un cucchiaio, rimuovere i cubetti dall’aceto, metterli sulla carta bianca vicino a quelli asciutti e confrontarli cercando di osservare qualunque variazione di colore. Secondo voi, in quale dei tre cubetti è penetrata una maggiore quantità di aceto? Quali evidenze si possono fornire a supporto della vostra risposta?
8. Rimettere i tre cubetti nei rispettivi becher con l’aceto e ripetere l’operazione ogni 5 minuti finché l’aceto sarà penetrato completamente in tutti i cubetti. Annotare in quanto tempo questo si verifica per ciascun cubetto. Cosa si può notare sulla percentuale di penetrazione dell’aceto nei tre cubetti di diverse dimensioni?
9. Secondo voi, c’è una relazione tra area superficiale e volume dei cubetti, rapporto tra area superficiale e volume e percentuale di penetrazione dell’aceto nei cubetti?
10. Come varia la diffusione di un liquido all’interno di un oggetto man mano che le sue dimensioni aumentano? Rispondere alla domanda basandosi sulle evidenze raccolte.
11. In che modo quanto avete osservato può essere collegato al fatto che per una cellula è meglio avere piccole dimensioni?

 

 

Dopo aver discusso i risultati e le risposte dei diversi gruppi alla domanda di ricerca, partiremo da quanto emerso ricordando ai ragazzi che tutte le sostanze che entrano o escono dalle cellule devono passare attraverso la membrana cellulare. Man mano che le dimensioni delle cellule aumentano il rapporto tra la sua area superficiale e il suo volume diminuisce, perché l’area superficiale aumenta più rapidamente del volume. Per questo motivo, cellule più grandi farebbero più fatica sia a ricevere i nutrienti che a far uscire le sostanze di rifiuto. Le molecole, infatti, dovrebbero fare troppa “strada” per entrare e uscire attraverso la membrana di cellule grandi e servirebbe, quindi, una superficie per la diffusione adeguata al nuovo volume.

Per essere più efficiente, quindi, la maggior parte delle cellule ha piccole dimensioni.

Esistono, però, anche cellule grandi che, evidentemente, hanno trovato un modo per aggirare questo ostacolo. Ad esempio, alcune cellule nervose (i neuroni) sono molto grandi (possono avere prolungamenti lunghi anche più di un metro) e per essere efficienti, viste le grandi dimensioni, sono molto sottili e lunghe in modo che il rapporto tra l’area superficiale e il volume si mantenga alto. Lo stesso vale per le cellule pavimentose della pelle che sono molto larghe ma piatte.

Quindi potremo concludere che solitamente le cellule più grandi hanno una forma tale da far aumentare la superficie disponibile per gli scambi: se sono grandi in una dimensione (ad esempio la lunghezza nel caso del neurone o la larghezza nel caso della cellula epiteliale), rimangono piccole nelle altre (ad esempio lo spessore).

Che ne pensate? Voi come affrontate il “problema” delle dimensioni con i vostri ragazzi? Mi raccontate?

N.B.

I cubetti di agar vanno preparati prima del laboratorio. Serve cottura quindi difficilmente potrà essere preparato a scuola. Ci sono molti tipi di agar agar. Se, come me, cercate materiali poveri, potrete trovarlo, in polvere,  anche al supermercato perché viene utilizzato come addensante al posto della colla di pesce.