Experimentos

Ciencia en las profundidades marinas

desarrollada por escolares y ejecutada por científicos y científicas durante una campaña oceanográfica

El objetivo de un experimento científico es encontrar respuestas a preguntas concretas. A menudo un experimento dura mucho tiempo, es muy complicado y caro. Te presentamos en detalle algunos de los experimentos que realizamos durante expediciones anteriores y nuevos experimentos realizados durante esta campaña oceanográfica del SOI en 2023.

Clase 5A (alumnas y alumnos de 14 a 15 años, profesora Ulrike Randl-Gadora), AHS Rahlgasse, Viena, Austria

Animales de las fuentes hidrotermales - ¿Comedores de carne o amantes de las hojas?

Antecedentes: Los animales que viven en las fuentes hidrotermales de las aguas profundas del volcán de la Cordillera Albatros (Dorsal del Pacífico Oriental) son bien conocidos. En Desbruyeres D., Segonzac M., Bright M. 2006 se describen unas 50 especies de poliquetos (Phylum Annelida, familia Polychaeta), caracoles (Phylum Mollusca, familia Gastropoda), algunos mejillones y almejas (Phylum Mollusca, familia Bivalvia) y algunos crustáceos (Phylum Arthropoda, familia Crustacea). Handbook of Deep-Sea Hydrothermal Vent Fauna. 2ª edición. Denisia 18, Landesmuseum Linz, Austria pp. 554. La dieta de los animales de las fuentes hidrotermales se basa en la quimiosíntesis. Algunos animales ramonean las superficies para alimentarse de estas bacterias quimiosintéticas, otros son filtradores e ingieren las bacterias del agua. Hay muchos depredadores que se alimentan de animales o carroñeros que se alimentan de animales muertos. Otros aparentemente no son exigentes y se alimentan tanto de animales vivos como muertos. Sin embargo, debido a la falta de luz en las profundidades marinas, en ellas no viven plantas. Por lo tanto, esperamos que los animales sean carnívoros en lugar de vegetarianos porque ésta es la comida que conocen. Además, creemos que los animales preferirán las grasas y las proteínas a los carbohidratos, simplemente porque los carbohidratos animales son bastante escasos. Dado que las proteínas se utilizan principalmente como bloques de construcción en el metabolismo y sólo se descomponen para obtener energía cuando los carbohidratos y la grasa ya no pueden metabolizarse, suponemos que los animales también prefieren la grasa (hasta los humanos preferimos comer un filete a un trozo de tocino de cerdo). En última instancia, cuanto más cerca esté la comida más rápido la encontrarán, no con los ojos (que son inútiles en la oscuridad) sino por el olfato.

Hipótesis 1: Nuestra hipótesis es que los animales de las fuentes hidrotermales preferirán la carne a las plantas.

Hipótesis 2: Nuestra hipótesis es que los animales de las fuentes hidrotermales prefieren las grasas frente a las proteínas y frente a los carbohidratos.

Hipótesis 3: Nuestra hipótesis es que los animales de las fuentes hidrotermales encontrarán la comida más rápido cuanto más cerca esté.

Material y métodos: Utilizamos dos rejillas de horno de cocina y colocamos en cada una tres productos animales y tres productos vegetales en la rejilla y los sujetamos con bridas. En cada esquina de la rejilla del horno se coloca un lastre de plomo de 0,5 kg. Además, se utiliza una tapa de cubo de plástico etiquetada (ya preparada en Viena). La tapa se sujeta con cuerdas a la rejilla antes del despliegue. La rejilla del horno de cocina, el plomo, la cuerda y las tapas de los cubos se enviarán desde Viena a Costa Rica.

Los siguientes alimentos se comprarán en Puntarenas, Costa Rica, antes de embarcar y se almacenarán en un frigorífico hasta su despliegue: Corteza de cerdo animal (grasa), carne de cerdo (proteína), hígado (carbohidrato), grasa de coco vegetal o nueces de Brasil (grasa), lentejas o judías (proteína), patata (carbohidrato).

Antes del despliegue en el cráter del volcán a 2500 m de profundidad, las dos rejillas con los alimentos se fijarán en la plataforma del ROV SuBastian. Una de las rejillas se desplegará en una zona de la fuente hidrotermal con abundancia de animales y la otra en basalto desnudo a unos metros de distancia. El despliegue se filmará y se tomarán fotografías. Está previsto visitar el lugar unas horas después del despliegue y durante los días siguientes. El final de los experimentos dependerá de 1) la rapidez con la que los animales encuentren la comida y se la coman y 2) la frecuencia con la que sea posible visitar este despliegue. Al final, las científicas y científicos utilizarán el muestreador de succión multicámara del ROV para recoger todos los animales sobre cada alimento por separado. En el laboratorio del barco, los animales se fijarán en etanol y se enviarán a Viena para que las alumnas y alumnos de la clase 5A cuenten los animales los identifiquen a nivel de especies.

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Escuela primaria Ciril Kosmač Piran (alumnado de 7 a 8 años, profesora Vika Kuštrin) Pirán, Eslovenia en colaboración con la Estación de Biología Marina de Pirán, el Instituto Nacional de Biología y sus actividades COI UNESCO

Habichuelas mágicas en el océano profundo

En el famoso cuento de hadas, las habichuelas mágicas crecen hasta convertirse en un enorme tallo que llega hasta las nubes (Jack y las habichuelas mágicas). Veamos si nuestras habichuelas hacen lo mismo en el fondo del océano.

Antecedentes: Sabemos que la germinación de las semillas de las habichuelas tarda aproximadamente una semana. Puedes ponerlas directamente en la tierra o también puedes ponerlas entre capas de papel y humedecer el papel. Entonces brotarán, pero sólo a temperaturas cálidas, por lo que las semillas no deben brotar cuando hace demasiado frío. Las habichuelas tardan aproximadamente una semana en brotar. El 16 de marzo de 2011, el buque MS Oliva encalló en la isla del Ruiseñor, en el océano Atlántico. Tras rescatar a todos los miembros de la tripulación, el barco se partió unos días después. La carga era de 60.000 toneladas de semillas de soja. Se vertió mucho aceite en el océano, lo que causó graves daños medioambientales. También se vertieron las semillas al océano, pero no se describió lo que ocurrió con ellas. Seis meses después, unos buzos encontraron habichuelas podridas entre los restos del barco.

Se desconoce si las habichuelas pueden germinar en agua de mar. Tampoco se sabe si brotan a las altas presiones de las profundidades marinas.

Hipótesis: Las habichuelas no brotarán en aguas frías y profundas, pero sí en aguas profundas cálidas.

Material y métodos: Pondremos las habichuelas entre capas de papel y luego las colocaremos en bolsas hechas con medias. Para su despliegue con el ROV montaremos un lastre de plomo de buceo en esta bolsa con una cuerda, y para encontrar la bolsa montaremos la tapa de un cubo de plástico con una segunda cuerda. Se desplegarán dos de estas bolsas, una en agua caliente de fuentes hidrotermales y la otra en una zona fría. Dejaremos las bolsas en las aguas profundas durante unos 10 días. Como control también pondremos habichuelas entre capas de papel, las humedeceremos con agua de mar o con agua dulce y las dejaremos a temperaturas cálidas en el laboratorio. Otro juego lo pondremos en el frigorífico.

Comprobemos qué ocurre con las habichuelas en el océano profundo y comparémoslas con las del laboratorio.

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Escuela primaria Barbaraschool (alumnos de 10 a 11 años, profesora Isabel Spruijt) Bunnik, Países Bajos en colaboración con el Real Instituto de Investigación Marina de los Países Bajos (NIOZ) 

Parte I: ¡Bajo presión!

Antecedentes:

Nuestros cuerpos están adaptados a la presión atmosférica de la Tierra, que es de 1 bar a nivel del mar. Es posible que hayas experimentado un cambio de presión cuando estás sentado en un avión y sientes un "plop" en los oídos al disminuir la presión del aire sobre tu oído interno cuando asciendes. Cuando saltas a una piscina y te sumerges hasta el fondo, la presión aumenta con la profundidad del agua y también puedes sentirlo, y te pueden empezar a doler los oídos al presionar el agua contra tu oído interno.

En el mar, la presión aumenta 1 bar cada 10 metros, lo cual es mucho, ya que el agua es mucho más pesada que el aire. Los animales que viven en las profundidades marinas están adaptados a esta enorme presión. Cuando realizamos nuestros experimentos científicos en las profundidades marinas con sumergibles o robots, los materiales tienen que ser lo suficientemente fuertes para resistir la presión del agua. Pero, ¿hasta qué punto son resistentes los materiales? ¿Qué ocurre con los materiales de la "vida cotidiana" cuando se exponen a las profundidades de nuestro océano?

Hipótesis: Los materiales con aire dentro son destruidos al verse compactados por la presión del agua. Los materiales sólidos permanecen intactos porque no son comprimidos por la presión del agua.

Material y métodos: Pensamos en materiales de la vida cotidiana sobre los que queremos saber qué ocurre con ellos bajo la presión del agua. Los materiales que queremos probar son: un globo lleno de aire, una pelota de ping-pong, un huevo crudo, un huevo cocido, pasta, gominolas y malvaviscos.

Queremos montar estos materiales en la plataforma del ROV y filmarlo con la cámara del ROV mientras desciende a 2500 metros de profundidad. ¡A ver qué pasa!

Parte II: Alta cocina en el océano profundo

Antecedentes: Los fluidos de las fuentes hidrotermales pueden alcanzar temperaturas realmente elevadas, especialmente en las fumarolas negras, donde pueden medirse temperaturas superiores a los 300 grados centígrados.

Hipótesis: Se puede cocinar un huevo, pasta o malvavisco en los fluidos calientes de las fumarolas.

Material y métodos: En el primer experimento queremos averiguar si un huevo crudo, malvaviscos y pasta pueden resistir la gran presión. En caso afirmativo, colocamos los alimentos en una malla de acero montada un asa también de acero. A continuación, el brazo mecánico del ROV sujeta el asa de acero con la malla de acero fijada, exponiendo los alimentos durante 10 minutos a los fluidos calientes de la fuente hidrotermal. De vuelta a bordo, abriremos el huevo y probaremos el malvavisco y la pasta para ver si están bien cocinados. ¡Que aproveche!

La levadura ve las profundidades marinas (de una campaña oceanográfica anterior)

Antecedentes: Conocemos la levadura porque la utilizamos para hacer pan, elaborar cerveza y producir vino y todo esto desde hace ya unos cuantos miles de años. Sin embargo, que las levaduras son organismos vivos lo describió por primera vez Louis Pasteur (1822-1895) en su libro "Études sur la bière" (Estudios sobre la cerveza). Las levaduras son hongos unicelulares que alcanzan un tamaño de 10 micrómetros (la centésima parte de un milímetro). Las levaduras son heterótrofas, es decir, se alimentan de materia orgánica (azúcar, proteínas, grasas) producida por otros seres vivos. Utilizan el oxígeno para descomponer el azúcar en agua y dióxido de carbono y aprovechan la energía liberada para su metabolismo. Si no hay oxígeno alrededor, las levaduras pueden vivir al menos durante algún tiempo y con menos división celular. A continuación, las levaduras transforman el azúcar en alcohol etílico (en lugar de agua), menos rico en energía, y en dióxido de carbono. Esto se denomina fermentación. Utilizamos el dióxido de carbono, por ejemplo, para que suba la masa del pan o para airear la bebida. La propia levadura nos proporciona vitamina B. Los extractos de levadura se utilizan como potenciadores del sabor en los alimentos. En biotecnología, los extractos estériles de levadura se utilizan como medio de cultivo para otros tipos de hongos o bacterias. Las levaduras se reproducen por gemación y por división celular (reproducción asexual) o producen esporas (reproducción sexual).

Hipótesis: Nuestra hipótesis es que las levaduras sobrevivirán en las profundidades marinas, al menos durante algunas horas.

Material y método: Colocamos masa de pan con levadura viva en un recipiente y lo montamos fuera del sumergible. La inmersión duró 8 horas, la levadura estuvo a una profundidad de 2500 metros durante 5 horas. Después de la inmersión, el cocinero del barco hizo pan con la masa para ver si se podía hacer pan con esta masa, lo que indicaba que la levadura sobrevivía a las condiciones de presión y frío de las profundidades marinas.

Resultados: El cocinero cogió la masa que habíamos recuperado e inmediatamente le añadió harina para hacer pan. Todos y todas lo probamos y comprobamos que no era tan aireado y esponjoso como el pan normal, pero sabía a pan.

Conclusión: La levadura no muere a causa de la alta presión, la oscuridad o las bajas temperaturas. Al menos no en 5 horas. Además, el agua salada del mar no daña la levadura.

Aprendimos que las bolsas de plástico no son adecuadas como envoltorio en aguas profundas, porque se rompen. Además, la masa subió durante el viaje a las profundidades. Probablemente incluso varias veces y esto siempre es malo para la masa, nos dijo el cocinero. La masa era relativamente pequeña cuando la sacamos de la nevera. La temperatura exterior ya era de 25°C a primera hora de la mañana. La temperatura del agua en la superficie era de 28°C. Esta temperatura disminuye continuamente al aumentar la profundidad, pero la levadura tuvo tiempo suficiente para activarse cuando la bolsa estaba fijada al Alvin, durante el descenso y ascenso del sumergible y durante la recuperación al final de la inmersión.

Experimento de espuma de poliestireno (de una campaña oceanográfica anterior)

Antecedentes: La espuma de poliestireno es un material sintético, introducido en el mercado por la empresa alemana BASF ya en 1951. El material de base son pequeñas perlas de poliestirol, que se obtiene del petróleo crudo en un procedimiento muy complicado. Las perlas se espuman con la ayuda de un agente espumante y calor y se convierten en pequeños gránulos. Con calor y presión, estos gránulos pueden adoptar casi cualquier forma. La espuma de poliestireno completa contiene un 98% de aire. Es muy adecuada como material de embalaje y aislamiento. Muchos artículos de la vida cotidiana están hechos de espuma de poliestireno. Por ejemplo, adornos y vasos de fiesta.

Hipótesis: Nuestra hipótesis es que los vasos de espuma de poliestireno cambian bajo presión.

Material y método: Para averiguar qué ocurre con los vasos de espuma de poliestireno bajo presión, llevamos algunos de estos vasos a la profundidad. Para mantener sus formas, los rellenamos abundantemente con toallitas de papel. El piloto del sumergible fijó uno de los vasos en la cesta del Alvin y apuntó una cámara hacia él, antes de la inmersión. Resultados y conclusiones: Los vasos de espuma de poliestireno se redujeron considerablemente bajo alta presión. Esto ocurrió porque el aire se comprimió bajo presión durante el descenso del sumergible. Hay que tener en cuenta que los líquidos y los sólidos no se comprimen con la presión, mientras que los gases reaccionan de forma diferente.