Experimentos

Ciência no fundo do mar

desenvolvido por crianças em idade escolar e executado por cientistas durante uma expedição

O objetivo de um experimento científico é encontrar respostas para perguntas específicas. Muitas vezes um experimento dura muito, é muito complicado e caro. Nós iremos apresentar aqui em detalhes algumas das experiências que realizámos durante as expedições anteriores e novas experiências conduzidas durante este cruzeiro SOI em 2023.

Classe 5A (estudantes de 14 - 15 anos, professora Ulrike Randl-Gadora), AHS Rahlgasse, Viena, Áustria

Animais das fontes hidrotermais – comedores de carne ou amantes de folhas?

Resumo: Os animais que habitam o oceano profundo perto de fontes hidrotermains nas cordilheiras do Dorsal do Pacífico Leste são bem conhecidos. São descritos no livro “Handbook of Deep-Sea Hydrothermal vent Fauna.” (2nd Edition, Denisia 18, Landesmuseum Linz, Austria pp. 554) cerca de 50 espécies de poliquetas (Filo Annelida, família Polychaeta), caracóis (Filo Mollusca, classe Gastropoda), alguns mexilhões e amêijoas (Filo Mollusca, classe Bivalvia), e crustáceos (Filo Arthropoda, Subfilo Crustacea). A dieta desses animais é baseada em quimiossíntese. Alguns animais “pastam” nas superfícies para se alimentar dessas bactérias quimiossintéticas, outros são filtradores que coletam as bactérias da água ao redor. Há muitos predadores se alimentando de animais ou animais necrófagos se alimentando de animais mortos. Outros animais não são tão exigentes e se alimentam de animais mortos e vivos. Devido à falta de luz no fundo do oceano, nenhuma planta vive nessa região. Portanto, animais carnívoros, e não herbívoros, são encontrados no fundo do oceano. Nós acreditamos que a dieta esses animais carnívoros é composta, principalmente, de gorduras e proteínas, uma vez que carboidratos derivados de origem animal sejam extremamente raros no fundo do mar. Como as proteínas são usadas principalmente como blocos de construção no nosso metabolismo, e são apenas transformadas em fontes energéticas quando carboidratos e gorduras não estão presentes, nós assumimos que esses animais que habitam o oceano profundo se alimentam principalmente de gorduras (diferentemente de nós humanos, que preferimos um belo bife de porco do que simplesmente gordura suína pura). Quanto mais próxima a fonte de comida mais rápido esses animais irão encontrá-la, mas não com sua visão (que são inúteis em um ambiente completamente escuro como o oceano profundo), mas pelo cheiro.

Hipótese 1: Nós hipotetizamos que os animais de fontes hidrotermais prefiram carne ao invés de plantas

Hipótese 2: Nós hipotetizamos que os animais de fontes hidrotermais prefiram gorduras ao invés de proteínas e carboidratos

Hipótese 3: Nós hipotetizamos que os animais de fontes hidrotermais irão encontrar comida que estão mais próximas dele do que longe

Material e Métodos: Usamos duas grades de forno de cozinha e colocamos em cada grade três produtos animais e três produtos vegetais os prendemos bem com braçadeiras. Em cada canto da grelha é montado um peso de chumbo de 0,5 kg. Usamos ainda uma tampa de balde de plástico rotulada (já preparada em Viena). A tampa é presa com cordas à grade antes da implantação. A grelha de forno de cozinha, chumbo, corda e tampas de baldes serão enviados de Viena para a Costa Rica.

Os seguintes alimentos serão comprados em Puntarenas, Costa Rica antes de embarcar no navio e armazenados em uma geladeira até o embarque: Couro de porco animal (gordura), carne muscular (proteína), fígado (carboidrato), gordura vegetal de coco ou castanha do Pará (gordura), lentilhas ou feijão (proteína), batata (carboidrato).

Previamente a implantação na cratera do vulcão a 2.500 m de profundidade, as duas grades com o alimento serão fixadas na plataforma do ROV SuBastian. Uma grade será implantada em uma área da fonte hidrotermal com muitos animais, a outra em basalto cru a poucos metros de distância. A implantação será filmada e fotos serão tiradas. O plano é visitar este local algumas horas após a implantação e durante os próximos dias. O final dos experimentos depende: 1) da rapidez com que o animal encontra a comida e a come; 2) com que frequência será possível visitar esta implantação. No final, os cientistas usarão o amostrador de sucção no ROV para coletar todos os animais localizados em cada item alimentar separadamente. No laboratório a bordo do navio os animais serão fixados em etanol e enviados de volta a Viena para contagem dos animais e identificação das espécies animais pelos alunos da turma 5A.

Fique atento!

Escola Primária Ciril Kosmač Piran (alunos de 7 a 8 anos, professores Vika Kuštrin) Piran, Eslovênia em colaboração com a Estação de Biologia Marinha de Piran, Instituto Nacional de Biologia e suas atividades do COI UNESCO

Feijões Mágicos no Mar Profundo

No famoso conto de fadas, os feijões mágicos se transformam em um enorme pé de feijão que chega até as nuvens (João e o Pé de Feijão). Vamos ver se nossos feijões fazem o mesmo no fundo do oceano.

Resumo:

Sabemos que a germinação de sementes de feijão leva cerca de uma semana. Você pode colocá-los diretamente no solo ou entre camadas de papel umedecido. Nessas condições, eles brotam, mas apenas em temperaturas quentes. Portanto, em temperaturas frias, nós não esperamos que as sementes não irão brotar.

Em 16 de março de 2011, o navio MS Oliva encalhou na Ilha Nightingale, no Oceano Atlântico. Depois que todos os membros da tripulação foram resgatados, o navio se partiu alguns dias depois. A carga era de 60.000 toneladas de soja. Muito óleo foi derramado no oceano, causando graves danos ambientais. Feijões também foram derramados no oceano, mas o que aconteceu com eles não foi documentado. Seis meses depois, os mergulhadores encontraram feijão podre em áreas próximas ao local do naufrágio do navio.

Não se sabe se o feijão pode brotar na água do mar. Também não sabemos se brotam em alta pressão no fundo do mar.

Hipótese: Os feijões não brotam em águas profundas frias, mas brotam em águas profundas quentes.

Material e Métodos: Colocaremos feijões entre camadas de papel e depois os colocaremos em saquinhos feitos de meias-calças. Para a implantação com o ROV montaremos um lastro de mergulho sobre os saquinhos com uma corda, e para encontrar os saquinhos depois da implantação, montaremos a tampa de um balde de plástico em uma segunda corda. Dois desses saquinhos serão implantados, um em água quente e outro em uma área fria. Deixaremos os saquinhos no fundo do mar por cerca de 10 dias. Como controle, também colocaremos feijões entre camadas de papel – umidecidos com água do mar ou com água doce em temperatura ótima para germinação no laboratório. Iremos repetir esse mesmo procedimento experimental, mas deixando os feijões na geladeira.

Vamos ver o que acontece com os feijões no fundo do mar e compará-los com os feijões de laboratório.

Fique ligado!

Elementary School Barbaraschool (alunos de 10 a 11 anos, professora Isabel Spruijt) Bunnik, Países Baixos em colaboração com o Royal Netherlands Institute for Marine Research (NIOZ) 

Parte 1: Sob pressão!

Resumo:

Nossos corpos estão adaptados à pressão atmosférica na Terra, que é de 1 bar ao nível do mar. Você pode ter experimentado uma mudança dessa pressão quando está sentado em um avião e sente um “plop” em seus ouvidos quando a pressão do ar em seu ouvido interior diminui quando você sobe. Quando você pula em uma piscina e mergulha no fundo da piscina, a pressão aumenta com a profundidade da água e você também pode sentir isso, pois seus ouvidos podem começar a doer quando a água empurra seu ouvido interno.

No mar, a pressão aumenta 1 bar a cada 10 metros, o que é muito, pois a água é muito mais pesada que o ar. Os animais que vivem no fundo do mar estão adaptados a esta enorme pressão. Quando realizamos nossos experimentos científicos no fundo do mar com submersíveis ou robôs, os materiais precisam ser fortes o suficiente para resistir à pressão da água. Mas quão fortes são os materiais? O que acontece com os materiais da “vida diária” quando são expostos às profundezas do nosso oceano?

Hipótese: Materiais que são preenchidos com ar são destruídos à medida que a pressão da água os compacta. Os materiais sólidos permanecem intactos porque não são comprimidos pela pressão da água.

Material e Métodos: Pensamos em materiais do dia-a-dia onde queremos saber o que acontece com eles sob a pressão da água. Os materiais que queremos testar são: um balão cheio de ar, uma bola de pingue-pongue, um ovo cru, um ovo cozido, macarrão, gomas comestíveis e marshmallows.

Queremos montar esses materiais na plataforma do ROV e filmá-los com a câmera do ROV enquanto ele desce a 2500 metros de profundidade de água. Vamos ver o que acontece!

Parte II: Cozinhando no fundo do mar

Resumo: Os fluidos das fontes hidrotermais podem atingir temperaturas muito elevadas, especialmente nas chaminés negras, onde se podem medir temperaturas superiores a 300 graus Celsius.

Hipótese: Você pode cozinhar um ovo ou macarrão ou marshmallow nos hidrotermais

Material e Métodos: Na primeira experiência queremos saber se um ovo cru, marshmallows e macarrão resistem à grande pressão. Se sim, colocaremos a comida em uma malha de aço que é montada em um cabo de aço. O manipulador de ROV irá segurar o cabo de aço com a malha de aço anexada que é preenchida com o alimento por 10 minutos em fluidos hidrotermais. De volta a bordo do navio, abriremos o ovo e provaremos o marshmallow e o macarrão se estiverem bem cozidos. Bom apetite!

Leveduras enxergam o fundo do mar (experimentos realizados em uma expedição anterior)

Resumo: Conhecemos fermento porque o usamos para assar pão, para preparar cerveja e para fazer vinho, e tudo isso já há alguns milhares de anos. No entanto, leveduras foram descritas como “organismos vivos” pela primeira vez somente por Louis Pasteur (1822-1895) em seu livro “Études sur la bière“ (Estudos sobre a cerveja). As leveduras são fungos unicelulares, que crescem até um tamanho de 10 micrômetros (uma décima parte de um milímetro). As leveduras são heterotróficas, o que significa que comem material orgânico (açúcar, proteína, gordura) que é produzido por outras criaturas. Eles usam oxigênio para quebrar o açúcar em água e dióxido de carbono e utilizam a energia liberada para o seu metabolismo. Se não houver oxigênio por perto, as leveduras podem viver pelo menos por algum tempo e com menos divisão celular. Na falta de oxigênio, elas transformam o açúcar em álcool etílico (que produz menos energia) e dióxido de carbono. Esse é o processo de fermentação de fermentação. Utilizamos o dióxido de carbono, por exemplo, para fazer crescer a massa de pão ou para adicionar gás nas bebidas. A própria levedura, também, nos fornece vitamina B. Extratos de levedura são usados como realçadores de sabor em alimentos. Em biotecnologia, extratos de levedura estéreis são usados como meio de cultura para outros tipos de fungos ou bactérias. As leveduras se reproduzem por brotamento e divisão celular (assexual) ou produzem esporos (sexual).

Hipótese: Levantamos a hipótese de que a levedura consegue sobreviver no fundo do mar, pelo menos por algumas horas.

Material e Métodos: Colocamos massa de pão contendo fermento vivo em um recipiente e o montamos fora do submersível. O mergulho durou 8 horas, e a levedura esteve a 2500 metros de profundidade durante 5 horas. Após o mergulho, o cozinheiro do navio conseguiu assar um pão com essa massa, indicando que o fermento sobreviveu à pressão e às condições frias do mar profundo.

Resultados: O cozinheiro sovou a massa que recuperamos do mergulho com um pouco de farinha e assou o pão. Todos nós provamos e descobrimos que o pão não é tão fofo como o pão normal, mas tinha gosto de pão.

Conclusão: O fermento não morre por causa da alta pressão ou escuridão ou baixas temperaturas. Pelo menos não dentro de 5 horas. Além disso, a água salgada do mar não prejudica o fermento.

Durante esse experimento, nós também aprendemos que as sacolas plásticas não são adequadas como material de embrulho no fundo do mar, elas quebram. Além disso, provavelmente a massa cresceu várias vezes durante a viagem para o fundo do oceano. Isso é sempre ruim para a massa e para fazer um bom pão, como nos disse o cozinheiro. A massa era relativamente pequena quando a tiramos da geladeira. A temperatura externa já era de 25°C no início da manhã. A temperatura da água na superfície era de 28°C. Essa temperatura diminui continuamente com o aumento da profundidade, mas o fermento teve tempo suficiente para se tornar ativo quando a bolsa foi fixada no Alvin, durante a descida, subida do submersível, e finalmente durante a sua recuperação no final do mergulho.

O experimento do isopor (experimentos realizados em uma expedição anterior)

Resumo: O isopor é um material sintético, lançado no mercado pela empresa alemã BASK no começo de 1951. Os materiais de base são pequenas pérolas de poliestirol, obtidas a partir do petróleo bruto em um procedimento muito complicado. As pérolas são transformadas em espumas com o auxílio de um agente espumante e calor, se transformando em pequenos grânulos. Esses pellets podem ser moldados em quase qualquer forma com calor e pressão. O isopor é composto por 98% de ar. Ele é muito utilizado como material de embalagem e isolamento. Muitos itens em nossa vida cotidiana são feitos de isopor. Por exemplo, decorações e copos de festa.

Hipótese: Nossa hipótese é que os copos de isopor mudam sob pressão.

Material e Métodos: Para descobrir o que acontece com os copos de isopor sob pressão, nós enviamos alguns desses copos o fundo do mar. Para manter a forma dos corpos, nós os enchemos com toalhas de papel. O piloto do submersível fixou um dos copos na cesta de Alvin e o filmou durante todo o mergulho.

Resultados e Conclusão: Os copos de isopor ficaram consideravelmente menores sob alta pressão. Isso aconteceu porque o ar ficou comprimido devido à pressão durante a descida do submersível. Lembre-se que líquidos e sólidos não são comprimidos com pressão, mas os gases reagem de maneira diferente.