Alla scoperta della cellula

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1 SCIENZE La Vita Che cos hanno in comune una quercia, una coccinella, un fungo e un batterio? Facile: sono esseri viventi. Il tuo libro di testo riporta le caratteristiche comuni che stanno alla base di tutti gli esseri viventi, e cioè essere costituiti da cellule e condividere le fasi vitali. Ma che cos è una cellula? Perché è stata chiamata così? Come te la immagini? Quali sono le sue caratteristiche? Come hanno fatto i biologi a stabilire, per esempio, che le macchie gialle presenti su alcune rocce, i licheni, sono esseri viventi? Allora perché le rocce stesse non sono viventi? Grazie a questo laboratorio, potrai vedere le cellule da vicino, attraverso le lenti di un microscopio. Scoprirai dove sono e come possano avere forme e dimensioni diverse e infine verificherai sperimentalmente le sorprendenti proprietà della membrana che separa la cellula dall ambiente esterno. Fare esperimenti LINK diagrammi di flusso 1 Vive o non vive? Per osservare una cellula da vicino procurati un microscopio o almeno una lente di ingrandimento, la più potente che puoi. Raccogli diversi campioni: una foglia, della sabbia, un po d acqua prelevata da una pozzanghera, un pomodoro e altri che vuoi tu. Abbi cura di scegliere solo campioni provenienti dall ambiente naturale e non materiali prodotti dall uomo. Prima di osservarli da vicino suddividili in due gruppi, viventi e non viventi, e, se hai qualche dubbio, crea un terzo gruppo. Poi riporta i nomi dei campioni in una tabella come questa, motivando le tue ipotesi circa la loro appartenenza all uno o all altro gruppo. viventi non viventi sono in dubbio Foglia Perché.... Sabbia Perché.... Pomodoro Perché... Poni il campione scelto sul vetrino portaoggetti del microscopio, coprilo con il coprioggetto e osserva. Riconosci delle cellule? Che cosa succede se lasci il campione sotto la luce della lampada? Attenzione: se il campione dopo qualche minuto si secca, è necessario inumidirlo con una goccia di acqua; se invece ti appare tutto scuro e non riesci a distinguere nulla, forse è troppo spesso e la luce non riesce ad attraversarlo. Conviene allora tagliarne una fettina sottile e adagiarla con una pinzetta sul vetrino: in questo caso il tuo campione prenderà il nome di preparato. Per capire se il tuo preparato è abbastanza sottile, controlla il coprioggetto: non deve rimanere sollevato. 1

2 Disegna ogni campione, così come lo vedi al microscopio, annotando se hai riconosciuto delle cellule e quindi se l osservazione ha confermato le tue ipotesi iniziali. Descrivi una cellula e rappresentala con un disegno sul tuo quaderno. Poi rispondi. Di quali campioni sei riuscito a riconoscere le cellule con facilità? Perché, secondo te, i biologi hanno scelto proprio il nome cellula?... Ciò che hai visto tu, con il microscopio o con la lente d ingrandimento, è quanto è apparso al primo scienziato che ha osservato le cellule e, se ci pensi, non è un caso che le abbia chiamate così: esse somigliano infatti a piccole celle, cioè camerette che contengono strutture ancora più piccole. In alcuni casi è facile osservare e distinguere le diverse cellule: questo avviene esaminando, per esempio, fettine sottili di cipolla, frammenti di foglia tagliata trasversalmente o qualche goccia di succo di pomodoro. Le cellule sono in genere tondeggianti, ma possono presentare moltissime forme: tutte quelle che puoi immaginare e anche di più! Rifletti e poi rispondi completando. In alcuni preparati ti può capitare di osservare tante cellule tutte uguali, come fossero ripetute in serie: ne hai trovato uno così? Si trattava di In altri preparati si distinguono invece cellule isolate di forma diversa: ne hai trovato uno così? Si trattava di Alcuni materiali, per esempio la sabbia, sono costituti da strutture ripetute, simili a tante cellule affiancate; tuttavia non si tratta di organismi viventi. In questi casi, per essere sicuro della tua classificazione, devi necessariamente verificare la presenza delle altre proprietà dei viventi. Le proprietà dei viventi sono... Viceversa, in altri casi può accadere che non si riescano a distinguere le cellule, pur trattandosi di viventi, magari semplicemente perché hanno una forma strana, che non riconosciamo: occorre infatti un occhio allenato per poter leggere i vetrini! 2 2 Dentro e fuori la membrana La cellula è come una piccola camera in cui deve entrare solo ciò che è strettamente necessario per la sua vita e uscire ciò che è di rifiuto. Come fa la cellula a selezionare ciò che entra e ciò che esce? Preparati dunque a osservare il meccanismo di selezione operato dalla membrana cellulare. Prima di procedere, procurati un piccolo recipiente (un vasetto di vetro o una bottiglia di plastica dell acqua minerale tagliata a metà), alcuni stuzzicadenti, una grossa carota ben lavata, sale e acqua del rubinetto. Se ne hai in casa, procurati anche dell acqua distillata, altrimenti va bene anche acqua del rubinetto.

3 Scienze La Vita Lava la carota, pelala e scavala internamente, creando una cavità profonda senza romperne la parete esterna e senza forarla da parte a parte (puoi usare il comune attrezzo che si usa per levare il torsolo alle mele). Inserisci alcuni stuzzicadenti nella parte alta della carota. Aggiungi 3 cucchiai di sale in un bicchiere d acqua. Quindi versa delicatamente l acqua salata nella cavità della carota riempiendola fino circa a metà (puoi aiutarti con un contagocce). Versa dell acqua distillata nel recipiente trasparente e inserisci la carota in modo che vi rimanga sospesa grazie agli stuzzicadenti. Poi segna con un pennarello il livello dell acqua all interno del recipiente. Che cosa pensi che succederà? Raccogli le idee, annota le tue ipotesi e poi rispondi Secondo te, la parete della carota si comporterà come un muro impenetrabile a sale e acqua? SÌ NO Se queste sostanze possono entrare e uscire da una cellula, in che direzione pensi che si muovano? Aspetta un giorno, osserva i cambiamenti avvenuti e assaggia con la punta della lingua l acqua del recipiente; ricordati di annotare sempre le tue osservazioni. Completa il testo in base alle tue conclusioni. Poi leggi La spiegazione che ti proponiamo. Alla prova dei fatti posso concludere che il livello di acqua nel recipiente è..., mentre quello all interno della carota è...: l acqua distillata ha quindi attraversato la... raggiungendone la cavità. Quando ho assaggiato l acqua contenuta nel recipiente, questa è risultata...: il sale è passato dalla cavità al recipiente... la carota dall interno all esterno. La spiegazione L acqua (H2O) e il sale (NaCl, cloruro di sodio) hanno quindi attraversato liberamente la membrana cellulare. Le sostanze non si muovono casualmente, ma passano sempre da dove sono più concentrate a dove lo sono di meno. Per capire questo fenomeno immagina due stanze: una affollatissima di gente (maggiore concentrazione), l altra semivuota (minore concentrazione); tra le due stanze c è una porta chiusa. Se si apre la porta, le persone passano spontaneamente dalla stanza dove stavano appiccicate le une alle altre, alla stanza semivuota, cercando di distribuirsi equamente tra le due. Allo stesso modo l acqua passa spontaneamente da dove è più concentrata (recipiente) a dove lo è di meno (cavità della carota). Anche il sale è passato dalla zona in cui è più concentrato (cavità) a quella in cui è meno concentrato (recipiente), muovendosi in direzione opposta a quella dell acqua. Nel caso dell acqua questo movimento si chiama osmosi, per qualsiasi altra sostanza, sale compreso, si parla di diffusione. Ora che hai verificato che le membrane cellulari delle carote sono permeabili ad alcune sostanze, puoi provare a introdurre delle variazioni. Per esempio, puoi usare una patata al posto della carota e zucchero al posto del sale e sperimentarne l esito. 3

4 3 Distruggi la membrana Sale e acqua possono attraversare liberamente le membrane cellulari della carota perché si tratta di sostanze che fanno parte del suo ciclo vitale. Infatti ogni singola cellula trattiene al suo interno solo la quantità di sostanza che le occorre e il resto viene liberato all esterno. A che cosa si deve questa permeabilità selettiva della membrana cellulare? Questa volta metterai le cellule vegetali a contatto con sostanze che attaccano la membrana. Proverai perfino a distruggerla con il calore, per verificare fino a che punto essa mantenga la sua capacità selettiva. Procurati quattro bicchieri, una barbabietola, 150 ml di acido acetico glaciale (normalmente è presente nei laboratori di scienze, ma lo puoi sostituire con una soluzione di 80 ml di aceto e 70 ml di succo di limone), 150 ml di cloroformio (anch esso facilmente reperibile nei laboratori di scienze o in farmacia). Ricava dalla barbabietola quattro cubetti e mettine uno in ciascuno dei quattro bicchieri insieme a un po d acqua del rubinetto. Prepara i quattro bicchieri come segue: Contiene solo l acqua del rubinetto e il cubetto di barbabietola. Aggiungi i 150 ml di acido acetico glaciale o di soluzione di aceto e succo di limone. Aggiungi i 150 ml di cloroformio. Versa l acqua e il cubetto di barbabietola in un pentolino e portali a ebollizione, poi travasali nel bicchiere. Ricordati di inserire un cucchiaino d acciaio nel bicchiere 4 quando versi il liquido bollente, per evitare che si rompa. Che cosa succederà, secondo te, nei bicchieri così preparati? Annota le tue ipotesi e poi verifica che cosa accade effettivamente in ciascun bicchiere. Le mie conclusioni Trai le tue conclusioni mettendo in relazione, nella tabella, le tue ipotesi e i risultati osservati. Poi confrontale con La spiegazione che ti proponiamo. bicchiere la mia ipotesi che cosa ho osservato

5 La spiegazione La barbabietola è rosso-violacea per la presenza di pigmenti colorati detti antocianine. Questi, presenti anche nei petali di alcuni fiori, servono a richiamare l attenzione degli animali che favoriscono l impollinazione, dunque sono sostanze utili alla barbabietola. Perciò qualsiasi cellula di barbabietola, se integra, non lascerebbe uscire spontaneamente le antocianine. Tagliando a cubetti la barbabietola ne hai distrutto le cellule più esterne, mentre quelle interne sono rimaste intere: solo le cellule rotte perdono quindi i loro pigmenti e infatti l acqua si colora appena un poco (1 bicchiere). La membrana cellulare è fatta di lipidi e proteine: i primi ne rappresentano la componente principale, mentre le seconde possono svolgere varie funzioni, tra cui appunto quella selettiva. Sono dunque le proteine della membrana che consentono l ingresso e l uscita solo delle sostanze necessarie alla vita della cellula. In pratica le proteine funzionano un po come i metal detector degli aeroporti. L acido acetico glaciale (o la soluzione di aceto e limone) distrugge le proteine, mentre il cloroformio distrugge i lipidi. Il risultato a cui si giunge nei due casi è lo stesso: la membrana non fa più da argine, i pigmenti possono uscire liberamente e l acqua si colora di rosso intenso (2 e 3 bicchiere). Le cellule possono sopravvivere solo fino a una certa temperatura: raggiunti i 40 C, le proteine iniziano già a perdere la propria struttura e non sono più in grado di svolgere la funzione originaria (Lab 17); a temperature un poco più alte, la stessa cosa capita ai lipidi. A 100 C, la temperatura di ebollizione dell acqua, le membrane cellulari vengono sicuramente distrutte e tutte le cellule perdono i loro pigmenti: in questo caso l acqua si tinge molto intensamente, tanto che il cubetto di barbabietola in alcune zone diventa addirittura bianco (4 bicchiere). Scienze La Vita Ora so che... Ora puoi rispondere alle domande iniziali completando il testo. Una quercia, una coccinella, un fungo, un batterio, così come una foglia, una carota, una cipolla, una mela o una barbabietola hanno in comune il fatto di far parte dei..., cioè degli esseri che, come noi, sono costituiti da cellule e hanno un ciclo vitale, cioè:...,...,... e... I biologi hanno potuto stabilire che le macchie... che ricoprono alcune... sono costituitedalichenichesonoesseri...perchésenepossonoriconoscerele... al microscopio e se ne può osservare il ciclo... che si sviluppa nel... Le... non appartengono ai... perché, malgrado siano costituite da strutture anche regolari (i cristalli), queste non sono...: le rocce esistono e certo si trasformano nel tempo, ma non si può dire che nascano, crescano, si riproducano e muoiano. La... è l unità elementare dei... e ne possiede le caratteristiche basilari, anche se si può presentare in... molto diverse tra loro. Essa è stata chiamata così perché assomiglia a una..., le cui pareti, costituite da..., oltre a racchiudere vari organuli, sono dotate di speciali... che permettono... e..., per osmosi o per diffusione, di... liquide o solide selezionate. LINK bussola 5

6 ompetenze Verifica delle competenze Verifica delle competen L anello mancante! Abbiamo parlato di esseri viventi, di cellule e di membrane cellulari sforzandoci di dare definizioni corrette e di esprimere concetti organizzandoli secondo una rete di relazioni. Tutto OK dunque? No: a ben guardare in tutto ciò vi è un anello mancante che è costituito dal tempo. 1 2 Rileggi tutto questo laboratorio e gli appunti che hai preso sul tuo quaderno. Poi inserisci dove lo ritieni opportuno dei post it con le tue considerazioni circa il tempo trascorso: in secondi, minuti, ore, giorni, anni... Scegli uno degli esperimenti svolti e preparati a descriverne le fasi allo scopo di spiegare ad altri il da farsi. Abbi cura di introdurre nel tuo discorso anche la componente tempo, in secondi, minuti, ore, giorni, anni