Eksperimenti

Znanost v morskih globinah,

ki so si jo zamislili šolarji, uresničili pa znanstveniki med križarjenjem

Namen znanstvenega poskusa je poiskati odgovore na določena vprašanja. Pogosto je takšen poskus dolgotrajen, zelo zapleten in drag. Podrobno vam predstavljamo nekatere poskuse, ki smo jih izvedli med prejšnjimi odpravami ter nove poskuse, izpeljane med križarjenjem SOI v letu 2023.

5A razred (14 – 15 let stari učenci, učiteljica Ulrike Randl-Gadora), AHS Rahlgasse, Dunaj, Avstrija

Živali iz globokomorskih vrelcev – mesojedci ali rastlinojedci?

Ozadje: Živali, ki živijo v globokomorskih hidrotermalnih vrelcih vulkanske verige Vzhodnega Pacifika, so dobro znane. V knjigi Desbruyeres D ., Segonzac M., Bright M. 2006, Priročnik o favni globokomorskih hidrotermalnih vrelcev. 2. izdaja. Denisia 18, Landesmuseum Linz, Avstrija str. 554, je opisanih približno 50 vrst ščetinastih črvov (Phylum Annelida, družina Polychaeta), polžev (Phylum Mollusca, družina Gastropoda), nekaj školjk (Phylum Mollusca, družina Bivalvia) ter nekaj rakov (Phylum Arthropoda, družina Crustacea). Prehrana živali, ki živijo v globokomorskih hidrotermalnih vrelcih temelji na kemosintezi. Nekatere živali se prehranjujejo s kemosintetskimi bakterijami, ki se nahajajo na površinah vrelcev, druge živali so filtratorji in se hranijo z bakterijami iz okoljske vode. Veliko je plenilcev, ki se hranijo z živalmi, ali mrhovinarjev, ki se hranijo z mrtvimi živalmi. Nekatere živali očitno niso izbirčne in se hranijo z mrtvimi ali živimi živalmi. Zaradi pomanjkanja svetlobe pa v globokem morju ne živijo rastline. Zato pričakujemo, da so vse živali, ki živijo na globokomorskih vrelcih, mesojede in ne rastlinojede, ker je to hrana, ki je na voljo in jo poznajo. Nadalje verjamemo, da bodo živali raje uživale maščobe in beljakovine kot ogljikove hidrate, preprosto zato, ker so ogljikovi hidrati živalskega izvora precej redki. Ker se beljakovine v presnovi uporabljajo predvsem kot gradniki in se kot vir energije razgradijo šele, ko se ogljikovi hidrati in maščobe ne morejo več presnavljati, domnevamo, da imajo živali raje maščobe. Poleg tega, bližje kot je hrana, hitreje jo bodo živali našle, ne z očmi (ki so v temi neuporabne), temveč s pomočjo vonja.

Hipoteza 1: Domnevamo, da bodo živali iz globokomorskih vrelcev raje jedle meso kot rastline.

Hipoteza 2: Domnevamo, da imajo živali iz globokomorskih vrelcev raje maščobe kot beljakovine in ogljikove hidrate.

Hipoteza 3: Domnevamo, da bodo živali iz globokomorskih vrelcev hitreje našle hrano, ki jim je najbližje

Material in metode: Uporabimo dve rešetki iz kuhinjske pečice in na vsako položimo tri živalske in tri rastlinske proizvode ter jih pritrdimo s kabelskimi vezicami. Na vsak vogal rešetke pečice je nameščena 0,5 kg svinčena utež. Označen plastični pokrov za vedro (predhodno pripravljen na Dunaju) bo pritrjen na rešetke z vrvmi. Rešetka za kuhinjsko pečico, svinec, vrvi in pokrovi za vedra bodo poslani iz Dunaja v Kostariko.

Živila bodo kupljena v Puntarenas, v Kostariki, in bodo shranjena v hladilniku do vkrcanja na raziskovalno plovilo: živalska svinjska koža (maščoba), meso mišic (beljakovine), jetra (ogljikovi hidrati), rastlinska kokosova maščoba ali brazilski oreščki (maščobe), leča ali fižol (beljakovine), krompir (ogljikovi hidrati).

Pred namestitvijo v krater vulkana na globini 2500 m bosta obe rešetki s hrano pritrjeni na ploščad ROV SuBastian. Ena mreža bo nameščena v območju vrelcev z veliko živalmi, druga pa na golem bazaltu, nekaj metrov stran. Poskus bo posnet in fotografiran. Dogajanje bomo spremljali nekaj dni od začetka poskusa. Trajanje poskusov je odviseno od 1) kako hitro bodo živali našle in pojedle hrano in 2) kako pogosto bo mogoče obiskati mesto poskusa. Na koncu bodo znanstveniki za zbiranje vseh živali, ki se bodo nahajale ob vsakem živilu posebej, uporabili večkomorni sesalni vzorčevalnik na ROV SuBastian. V laboratoriju na krovu ladje bodo živali shranjene v etanolu in poslane nazaj na Dunaj, kjer jih bodo dijaki 5A razreda prešteli in identificirali do vrste.

Sledite nam!

Osnovna šola Cirila Kosmača Piran, Slovenia (učenci starosti od 7-8 let, učiteljica Vika Kuštrin) v sodelovanju z Morsko biološko Postajo Piran, Nacionalni Inštitut za biologijo, v okviru aktivnosti IOC UNESCO

Čarobni fižolčki globoko na dnu oceana

V vsem dobro poznani pravljici o čarobnem fižolu le-ta zraste v ogromno fižolovo steblo, ki sega do oblakov (Jack and the Beanstalk). Poglejmo, ali naš fižol počne enako na dnu oceana.

Ozadje:

Vemo, da kaljenje semen fižola traja približno en teden. Lahko jih položite neposredno v zemljo ali pa jih položite med plasti papirja in papir navlažite. Potem bodo vzklile, vendar le pri topli emperature, zato seme ne sme vzkliti, ko je prehladno. Traja približno en teden, da fižol vzklije.

16. marca 2011 je ladja MS Oliva nasedla na otoku Nightingale v Atlantskem oceanu. Ko so rešili vse člane posadke, je ladja nekaj dni kasneje razpadla. Med tovorom je bilo tudi 60.000 ton sojinih zrn. Veliko nafte se je izlilo v ocean in povzročilo hudo okoljsko škodo. V ocean so se razsula tudi zrna fižola, a kaj se je z njimi zgodilo, ni bilo nadalje opisano. Šest mesecev pozneje so potapljači v razbitini ladje našli območja polna gnilega fižola.

Ni znano, ali fižol lahko vzklije v morski vodi. Prav tako ne vemo, ali vzklijejo pod visokim pritiskom v globokem morju.

Hipoteza: Fižol ne bo vzklil v hladni, globokomorski vodi, ampak bo vzklil v topli globokomorski vodi Materiali in metode: Fižol bomo položili med plasti papirja in ga nato položili v vrečke iz najlonskih nogavic. Za potop z ROV bomo na to vrečo z vrvjo namestili potapljaški povodec, za upravljanje vreče pa bomo na drugo vrv namestili pokrov iz plastičnega vedra. Namestili bomo dve takšni vrečki in sicer eno v topli vodi in eno v hladnem prostoru. Vrečke bomo pustili v globokem morju približno 10 dni. Kot kontrolo bomo fižol položili med plasti papirja – navlažili jih bomo z morsko ali sladko vodo in jih pustili na toplem v laboratoriju. Še en komplet pa bomo postavili v hladilnik.

Ali vas zanima, kaj se zgodi s fižolom v globokem morju in s fižolom v laboratoriju? Ostanite z nami!

Osnovna šola Barbaraschool (10 – 11-letni učenci, učiteljica Isabel Spruijt) Bunnik, Nizozemska v sodelovanju s Kraljevim nizozemskim inštitutom za raziskovanje morja (NIOZ)

Prvi del: Pod pritiskom!

Ozadje:

Naša telesa so prilagojena atmosferskemu tlaku na Zemlji, ki je na površju morja 1 bar. Morda ste kdaj doživeli spremembo pritiska, na primer, ko sedite v letalu in vam "piska" v ušesih, ko se pritisk zraka na vaše notranje uho zmanjša, ko letalo vzleta. Ali pa ko skočite v bazen in se potopite na dno, se pritisk povečuje z globino vode in to lahko tudi občutite, saj vas lahko začnejo boleti ušesa, ko voda pritiska na vaše notranje uho.

V morju se tlak poveča za 1 bar na vsakih 10 metrov, kar je veliko, saj je voda veliko težja od zraka. Živali, ki živijo v globokem morju, so prilagojene temu ogromnemu pritisku. Ko izvajamo naše znanstvene poskuse v globokem morju s podvodnimi plovili ali roboti, morajo biti materiali dovolj močni, da prenesejo pritisk vode. Toda kako močni so materiali? Kaj se zgodi z materiali za "vsakdanje življenje", ko so izpostavljeni globinam našega oceana?

Hipoteza: Materiali, ki so napolnjeni z zrakom, se uničijo zaradi velikega pritiska na tej globini. Materiali, ki so trdni, ostanejo nedotaknjeni, saj jih tudi velik pritisk na tej globini ne stisne.

Material in metode: Razmišljali smo o materialih, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju, saj želimo vedeti, kaj se z njimi zgodi pod velikim pritiskom v globokem morju. Materiali, ki jih želimo preizkusiti, so: balon napolnjen z zrakom, žogica za namizni tenis, surovo jajce, kuhano jajce, testenine, užitni gumijasti medvedki in penasti bonboni.

Te materiale želimo namestiti na platformo ROV in jih snemati s kamero ROV, medtem ko se ta spušča do 2500 metrov globine vode. Poglejmo, kaj se zgodi!

Drugi del: Kuhanje v globokem morju

Ozadje: Tekočine iz hidrotermalnih globokomorskih vrelcev lahko dosežejo res visoke temperature, še posebej pri tako imenovanih ‘črnih dimnikih’, kjer je mogoče izmeriti temperature nad 300 stopinj Celzija.

Hipoteza: V vročih tekočinah globokomorskih hidrotermalnih vrelcev lahko skuhate jajce, testenine ali penaste bonbone.

Material in metode: V prvem poskusu želimo ugotoviti, ali lahko nekuhano jajce, penasti bonboni in testenine prenesejo velik pritisk v globokem morju. V kolikor da, bomo hrano položili v jekleno mrežo, ki je nameščena na jeklenem ročaju. Upravljalec ROV-a nato jekleni ročaj s pritrjeno jekleno mrežico, ki je napolnjena s hrano, 10 minut drži v vročih tekočinah, ki izhajajo iz hidrotermalnih vrelcev. Na raziskovalnem plovilu bomo nato olupili jajce in poiskusili penaste bonone in testenine, če so dobro kuhane. Dober tek!

Kvasovke v globokem morju (s prejšnjega križarjenja)

Ozadje: Kvas poznamo, ker ga uporabljamo za peko kruha, varjenje piva ter proizvodnjo vina. Vse to počnemo že nekaj tisočletij. Da so kvasovke živi organizmi pa je prvi opisal Louis Pasteur (1822-1895) v svoji knjigi “Études sur la bière“ (Študije o pivu). Kvasovke so enocelične glive, ki dosežejo velikost 10 mikrometrov (desetina milimetra). So heterotrofne, kar pomeni, da se hranijo z organskimi snovmi (sladkor, beljakovine, maščobe), ki jih proizvajajo druga bitja. S pomočjo kisika razgrajujejo sladkor v vodo in ogljikov dioksid, sproščeno energijo pa porabijo za presnovo. Če v okolici ni kisika, lahko kvasovke preživijo še nekaj časa in z manj celične delitve. Nato kvasovke spremenijo sladkor v energijsko manj bogat etanol (namesto v vodo) in ogljikov dioksid. Temu pravimo fermentacija. Ogljikov dioksid uporabljamo, denimo, za vzhajanje krušnega testa ali za zračenje pijač. Sam kvas nas zalaga z vitaminom B. Izvlečki kvasa se v živilih uporabljajo kot ojačevalci okusa. V biotehnologiji se sterilni izvlečki kvasa uporabljajo kot gojišče za druge vrste gliv ali bakterij. Kvasovke se razmnožujejo z brstenjem in s celično delitvijo (nespolno) ali s proizvodnjo spor (spolno).

Domneva: Domnevali smo, da bodo kvasovke v globokem morju preživele vsaj nekaj ur.

Material in metode: Krušno testo z živim kvasom smo dali v posodo, ki smo jo namestili zunaj podmornice. Potop je trajal 8 ur, kvas je bil 5 ur na globini 2500 metrov. Po potopu je ladijski kuhar iz testa spekel kruh, da bi preveril, ali ga je mogoče speči iz tega testa, kar bi potrdilo, da so kvasovke preživele tlak in mraz v globokem morju.

Rezultat: Kuhar je iz morja vzetemu testu takoj dodal moko in spekel kruh. Vsi smo ga pokusili in ugotovili, da ni tako zračen in puhast kot običajno, a je imel okus po kruhu.

Zaključek: Kvasovke ne poginejo zaradi visokega tlaka ali teme ali nizkih temperatur, vsaj ne v petih urah. Poleg tega jih slana morska voda ne poškoduje.

Ugotovili smo, da plastične vrečke v globokem morju niso primerna embalaža, ker se raztrgajo. Razen tega je testo med potjo v globino naraslo, najbrž celo večkrat, in to ni nikoli dobro za testo, kot nam je razložil kuhar. Ko smo testo vzeli iz hladilnika, je bilo razmeroma majhno. Zgodaj zjutraj je bila zunanja temperatura že 25 oC, temperatura vode na površini pa 28 oC. Z naraščajočo globino se ta temperatura nenehno znižuje, vendar je imel kvas dovolj časa, da začne delovati, ko so mrežo pritrdili na Alvina, med spustom in dvigom podmornice ter med prevzemom ob koncu potopa.

Poskus s stiroporom (med prejšnjim križarjenjem)

Ozadje: Stiropor je umetna snov, ki jo je nemško podjetje BASF dalo na tržišče že leta 1951. Osnovni material so majhne polistirenske kroglice, ki jih pridobivajo iz surove nafte po zelo zapletenem postopku. Kroglice postanejo penaste s pomočjo penilnega sredstva in toplote ter se spremenijo v drobne pelete, ki jih je možno stisniti v malone katerokoli obliko s pomočjo toplote in pritiska. V zgotovljenem stiroporu je 98 odstotkov zraka. Zelo primeren je za pakiranje in izolacijo. Iz njega je izdelano veliko predmetov za vsakdanjo rabo, recimo okraski in posodje za zabave.

Domneva: Domnevali smo, da se lončki iz stiropora pod tlakom spremenijo.

Material in metode: Da bi ugotovili, kaj se zgodi z lončki iz stiropora, če so pod pritiskom, smo jih nekaj vzeli s seboj v globino. Da bi ohranili obliko, smo jih tesno napolnili s papirnatimi brisačami. Pilot podmornice je enega od lončkov pritrdil na Alvinovo košaro in pred potopom vanj usmeril kamero.

Rezultati in zaključek: Pod visokim pritiskom so se lončki iz stiropora znatno zmanjšali. To se je zgodilo zato, ker se je zrak med spuščanjem podmornice zaradi pritiska stisnil. Opozarjamo, da se tekočine in trdne snovi pod tlakom ne stisnejo, plini pa se odzivajo drugače.