TALLERES CIENTÍFICOS EN LA FACULTAD DE CIENCIAS

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HIDRÓGENO, ¿EL COMBUSTIBLE DEL FUTURO?

CONCEPTO A TRABAJAR

En este taller veremos cómo se puede romper la molécula de agua utilizando energía eléctrica. Como resultado de la rotura se obtienen dos gases: hidrógeno y oxígeno. Cuando estos dos gases se combinan de nuevo, liberan energía y como producto se obtiene sólo agua. Por ello se considera que es una energía limpia. Si la combinación se hace dentro de una celda electroquímica se puede obtener electricidad de forma controlada.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

Se trata de un taller demostrativo en el que en la primera parte utilizaremos la electricidad para romper la molécula de agua y obtener hidrógeno y oxígeno. Este proceso es conocido como hidrólisis (de hydōr, agua i lýsis, romper) aunque también se trata de una electrólisis (usar la electricidad, elektron, para romper).Veremos que la mezcla de estos dos gases es explosiva si hay una llama, por lo que hay que tener cuidado.

En la segunda parte del taller haremos este mismo proceso pero en una celda, que separa por una parte el oxígeno y por el otro el hidrógeno. Estos dos gases se acumulan en dos depósitos.

A partir de este momento ya no hace falta electricidad, por lo que podemos continuar sin estar conectados a la corriente eléctrica.

Utilizando la misma celda, los dos gases se vuelven a combinar en un proceso llamado electrólisis inversa. Ahora lo que se forma es agua y se libera energía eléctrica. En la celda el hidrógeno se separa en protones y electrones. Por ello es necesario utilizar un catalizador. Los protones atraviesan una membrana que los pone en contacto con el oxígeno, mientras que los electrones se ven obligados a seguir un circuito. Al final del circuito, los electrones se juntan de nuevo con los protones y el oxígeno para dar agua.

El movimiento de electrones es lo que llamamos corriente eléctrica. Esta corriente es capaz de hacer funcionar un motor. Puede ser pequeño, como el que utilizaremos nosotros, o muy grande, como el de un coche o una industria.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

Actualmente se está desarrollando mucha investigación en el campo de la química verde. Su objetivo principal es encontrar procesos de síntesis más respetuosos con el medio ambiente.

Una de las maneras es reducir la cantidad de energía que se necesita para hacer las reacciones, y ahorrar reactivos. Este objetivo se pueden conseguir utilizando catalizadores.

En el Departamento de Química de la Facultad de ciencias diversos grupos trabajan con catalizadores. El grupo de Catálisis y Sostenibilidad utiliza catalizadores de rutenio y manganeso que imiten procesos que tienen lugar en la naturaleza (biomimetización).

La investigación en el Grupo de Química Bioinspirada, Supramolecular y Catálisis (QBIS-CAT) está dirigida a la síntesis de moléculas que contengan iones metálicos de la primera serie de transición y que tengan relevancia en biología. También está interesado en diseñar catalizadores que permitan dividir la molécula de agua en O2 e H2, reproduciendo reacciones similares a los que tienen lugar en la fotosíntesis.

El Grupo de Catálisis Asimétrica utiliza metales nobles para la síntesis de productos de alto valor añadido, como moléculas que presenten actividad óptica y farmacológica. En estas síntesis se utiliza CO e H2 para obtener aldehídos ópticamente puros a partir de olefinas.


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DESCUBRIMOS AL CULPABLE: LA IDENTIFICACIÓN CON DNA

CONCEPTO QUE SE TRABAJA

Los marcadores moleculares son una de las herramientas más utilizadas en los estudios genéticos, ya sean forenses, de genética de poblaciones, médicos o de identificación de variantes alélicas asociadas a enfermedades. En este taller se utilizan marcadores moleculares de DNA para la identificación individual a partir de una muestra de saliva como la que podría utilizarse en la investigación de un caso policial.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

En este taller se utilizan las técnicas básicas del laboratorio de genética molecular para realizar una identificación individual. Estas metodologías incluyen la extracción de DNA, la amplificación por PCR de los marcadores moleculares y la visualización con una electroforesis en gel de agarosa (Fig. 1)

Figura 1. Electroforesis de agarosa. Cada carril es un individuo diferente. Los individuos 1, 2,3, 5, 6, y 8 coinciden, y el 4 i el 7 también.

Mediante la comparación de los perfiles que aparecen en esta electroforesis se puede comprobar la identidad entre una muestra problema y un sospechoso. Además, a partir de los datos de frecuencias alélicas de las personas analizadas se puede realizar un cálculo de la fiabilidad de la prueba y de la probabilidad que dos personas coincidan al azar. Además se puede comprar este método con el que utiliza el FBI.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

Los marcadores moleculares son una herramienta genética muy potente que se utiliza en muchas líneas de investigación. En la “Facultat de Ciències” los utilizamos para estudiar la composición de poblaciones bacterianas, para caracterizar la estructura de poblaciones de animales en peligro como el desmán de los Pirineos, la nutria o el erizo; para ayudar en la gestión de stocks de pesca de atún o de gamba roja, o para identificar la base genética de cambios adaptativos de especies como el pez espinoso. Además también se pueden utilizar para profundizar en el estudio del desarrollo y el diagnóstico del cáncer, para identificar las rutas de síntesis del corcho i hasta para trazar las migraciones humanas que condujeron a la distribución de las cabras domésticas.


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CATA DE AGUAS

CONCEPTOS QUE SE TRABAJAN

Aguas minerales. Composición química. Interacción agua-roca. Acuíferos. Características geológicas del subsuelo. Hidrogeología.

La composición del agua mineral que se comercializa como agua envasada es diferente según la fuente o captación de procedencia. Aunque podría parecer que todas las aguas tienen el mismo sabor, si afinamos la percepción, podremos identificar los matices que permiten diferenciarlas. También podremos relacionar su composición química con las interacciones entre el agua y la roca que se ha producido en su tránsito subterráneo a través de los acuíferos.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

A partir de un conjunto de aguas minerales seleccionadas se propone una actividad de “cata a ciegas” realizada con “porrones”. La degustación permite descubrir pequeñas diferencias gustativas que demuestran unas composiciones químicas contrastadas.

El taller se acompaña de varios paneles donde se describen los fundamentos del flujo subterráneo y de la interacción química entre el agua y las rocas; así como de unas fichas para cada una de las aguas en las que se muestra el corte geológico del manantial, una tabla con su composición química y los diagramas que permiten la clasificación de las aguas en función de la concentración de los iones mayoritarios. También se presentan muestras de las diferentes rocas que se encuentran en el contexto geológico de la fuente, la disolución de las cuales influye en el sabor del agua.

El objetivo final de la actividad es correlacionar las “muestras problema” con las fichas que describen las características hidroquímicas e hidrogeológicas de cada fuente o captación.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

La explotación y comercialización de las aguas minerales es una actividad de gran importancia en las comarcas gerundenses y en ella tienen que ver los aspectos sociales, económicos y medioambientales. Desde un punto de vista científico es fundamental un conocimiento del medio hidrogeológico y de un seguimiento permanente de su calidad química y microbiológica. Estos aspectos se pueden relacionar con los grados de Ciencias Ambientales, Química o Biología impartidos en la Facultad de Ciencias.

El equipo de investigadores del Área de Geodinámica del Departamento de Ciencias ambientales y el centro GEOCAMB (http://geocamb.udg.edu/) trabajan desde hace mucho tiempo en la evaluación de los recursos hidrogeológicos superficiales y subterráneos. Desarrollan investigaciones centradas en la caracterización de los acuíferos mediante análisis hidroquímicos, isotópicos. También trabajan en la determinación de la dinámica de los flujos subterráneos y en la delimitación geométrica de las formaciones acuíferas a partir de la cartografía geológica y la prospección geofísica.


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HORMIGAS EN EL CAMPUS

CONCEPTO QUE SE TRABAJA

Poder determinar cuál es la biodiversidad en cualquier ecosistema implica la detección, en su caso, captura, y determinación de las diferentes especies que viven. Las hormigas es un grupo animal presente en todos los ecosistemas terrestres y se considera uno de los grupos ingenieros de los ecosistemas. Primero tenemos que saber qué encontramos en los ecosistemas y sólo podemos conocer la biodiversidad identificando las especies. En el taller focalizamos las observaciones en este grupo animal.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

Se trata de un taller interactivo en el que el estudiante debe manipular con las herramientas adecuadas pequeños artrópodos para hacer montajes en seco y posteriormente su identificación.

Primero se plantean las diferentes técnicas de captura de pequeños artrópodos epigeos. Se intenta la captura de algunos individuos de las especies de hormigas que hay en el campus y/o se ofrece al estudiante individuos ya capturados y fijados en alcohol.

Se ofrece al estudiante dos obreras de dos especies diferentes y de diferente tamaño. Se explica cómo se hace el montaje en seco de estos individuos con la ayuda de pinzas suaves y de relojero, de agujas entomológicas, minucias de cartón, goma arábiga y microscopio estereoscópico. El estudiante debe hacer el montaje de las hormigas.

Una vez hecho el montaje en seco el estudiante debe determinar las especies que tiene delante con la ayuda de una clave dicotómica específica de las especies de hormigas más comunes de la ciudad de Girona y del campus de Montilivi. Deberá detectar e identificar los caracteres anatómicos de estos insectos para avanzar en la clave. Tras la determinación, el estudiante debe hacer las etiquetas de captura e identificación que añadirá a las muestras.

LINEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

Las que desarrollan el Grupo de Investigación en Perturbaciones Ecológicas y Comunidades Animales Terrestres (GR-PECAT):

Estudio del impacto de diversas perturbaciones (cambio climático, cambio de usos del suelo, incendios forestales, invasiones biológicas, …) en ecosistemas terrestres focalizando las observaciones en las hormigas y los pájaros.


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EL LATIDO DEL RÍO

CONCEPTO QUE SE TRABAJA

El río es un ecosistema vivo que tiene su propio metabolismo marcado por los procesos de fotosíntesis y respiración. En un río de poco caudal y aguas poco profundas (como ocurre en la mayoría de ríos mediterráneos y de cabecera) los organismos microbianos que viven adheridos en diferentes superficies del lecho fluvial como piedras, guijarros, hojarasca, y sedimento son los mayores responsables del metabolismo fluvial. Estos microorganismos forman una estructura compacta denominada biofilm, y están envueltos por una matriz básicamente formada por polisacáridos.

Esquema de los componentes de un biofilm fluvial

Las comunidades microbianas (algas, bacterias, hongos y protozoos) que viven adheridas sobre las piedras de los ríos son responsables de buena parte de los cambios en la calidad de las aguas. Cuando hay un exceso de concentración de nutrientes inorgánicos (como fosfatos y nitratos) y mucha luz incidente, se acelera el metabolismo de las algas produciendo grandes fluctuaciones en las concentraciones de oxígeno entre el día y la noche y también se produce un aumento de la biomasa de algas. Cuando, en cambio, hay una entrada de material orgánico por ejemplo procedente de residuos de una depuradora o de actividades industriales que generan compuestos orgánicos, se aceleran las reacciones de descomposición y se favorece el crecimiento de organismos heterótrofos.

Ejemplo de la evolución diaria de la concentración de oxígeno disuelto en un experimento con ríos artificiales.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

En este taller se muestran tres acuarios donde hay en el fondo del acuario piedras recogidas del río y colonizadas por comunidades microbianas que forman el biofilm. En el primer acuario el agua tiene unas concentraciones de nutrientes bajas simulando un río de montaña o de cabecera. En el segundo acuario hay unas concentraciones de nutrientes mucho más elevadas simulando un tramo con una entrada de nutrientes (por ejemplo por actividad agrícola o urbana). En el tercer acuario hay unas concentraciones de materia orgánica elevadas.

Se dispone de un oxímetro y un pHmetro de campo para medir el oxígeno y el pH en los tres acuarios. Se muestra una Figura con la evolución diaria de estos dos parámetros que corresponderían a cada uno de los acuarios. Durante el taller hay que identificar qué figura correspondería a que acuario y la medida puntual del oxígeno y el pH puede ayudar a esta identificación. Se muestran ejemplos con datos reales de la evolución del oxígeno disuelto en distintos ecosistemas acuáticos.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

El estudio del metabolismo de los ecosistemas acuáticos permite entender el ciclo de los nutrientes (básicamente C, N y P) y los procesos de transformación y reciclaje que tienen lugar en él. En el “Institut d’Ecologia Aquàtica (IEA)” se investiga el efecto del cambio climático (calentamiento, sequía) y la polución en el metabolismo de ecosistemas acuáticos (ríos, lagunas) con énfasis en la relación entre la diversidad y estructura de las comunidades responsables de este metabolismo (microorganismos del biofilm, comunidades del plancton, invertebrados bentónicos).(http://www.udg.edu/iea).


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EL LABORATORIO DE LOS OLORES

CONCEPTO QUE SE TRABAJA

En este taller se muestra la utilización de la destilación por arrastre de vapor para extraer un aceite esencial. Asimismo, se representan los compuestos responsables de las propiedades medicinales y olfativas de diversas plantas medicinales mediante modelos moleculares, lo que permite identificar los diferentes grupos funcionales presentes en estos compuestos. Además, se introduce el concepto de estereoisomería y, en particular, del que son enantiómeros a través de la representación de dos moléculas que son la imagen especular una de la otra.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

El Laboratorio de los Olores consta, por una parte, de un taller práctico en el que se mostrará el procedimiento de extracción del aceite esencial de canela, el cinamaldehído. Este procedimiento consta de una destilación por arrastre de vapor y de una extracción líquido-líquido. Por otra parte, se expondrán plantas, flores y frutos y se indicará cual es la principal molécula responsable de las características más importantes que presentan cada una de estas plantas, flores y frutos. Cada una de estas moléculas se representará utilizando modelos moleculares. Esto será útil para poder identificar los diferentes grupos funcionales presentes en estas moléculas y también para explicar a los estudiantes la relación entre la estructura y las propiedades de estos compuestos. Por ejemplo, se representarán las moléculas responsables del olor de menta y de alcaravea, que tienen la particularidad de ser la imagen especular una de la otra. Esto permitirá introducir a los estudiantes el concepto de estereoisomería y, más específicamente, del que son enantiómeros.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

Este taller está relacionado con la investigación centrada en el desarrollo de nuevos compuestos bioactivos. Las propiedades biológicas de un compuesto están relacionadas con los grupos funcionales que contiene y con su orientación en el espacio. Estas dos características están implicadas en la interacción de este compuesto con la diana biológica. Esta diana puede ser, por ejemplo, la bicapa lipídica de una membrana celular o un receptor expresado en la superficie de una célula. El grupo LIPPSO es uno de los grupos de la UdG que centra su investigación en este campo. Concretamente, la investigación principal del LIPPSO se enmarca en el diseño y la síntesis de compuestos con actividad antimicrobiana que puedan ser útiles para el tratamiento de enfermedades de plantas con importancia económica y contra las cuales no existen pesticidas eficaces. En particular, el LIPPSO estudia el uso de péptidos antimicrobianos como nuevos pesticidas. Estos péptidos presentan una combinación de aminoácidos catiónicos e hidrofóbicos idónea para su interacción con la membrana bacteriana. Hasta el momento, se han identificado péptidos con una elevada actividad y que son buenos candidatos como nuevos pesticidas.


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LOS MICROORGANISMOS DE NUESTRO ENTORNO

CONCEPTO QUE SE TRABAJA

El taller permite una primera toma de contacto con los microorganismos que se pueden cultivar a partir de diferentes muestras obtenidas de nuestro entorno cuotidiano. Con el objetivo de poder experimentar varios conceptos básicos en microbiología, en este taller el estudiante podrá familiarizarse con los conceptos siguientes: abundancia y ubiquidad de microorganismos, la diversidad de formas presentes, el tamaño microscópico de sus formas celulares y la capacidad de modificar las condiciones físicas y químicas de su entorno mediante su actividad metabólica.

Figura 1. Imagen de una placa de cultivo (medio nutritivo) donde se observa el crecimiento de diferentes colonias de microorganismos (bacterias y hongos filamentosos – las colonias aéreas de margen filamentoso). Este resultado se ha obtenido después de un muestreo de aire en un espacio interior con presencia de personas mediante ventilación forzada y el correspondiente tiempo de incubación (3 días a 30ºC).

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

Los diferentes aspectos trabajados en el taller son conceptos y/o operaciones (manipulaciones) de base en el trabajo con microorganismos. Específicamente, los conceptos de diversidad y ubiquidad son pilares de conocimiento y en muchas ocasiones objetos de estudio del área de conocimiento de la ecología microbiana. Esta es la línea general de investigación que se llevan a cabo en el grupo de investigación de microbiología de la facultad de Ciencias, el grupo de Ecología Microbiana Molecular (gEMM) adscrito al Instituto de Ecología Acuática. El grupo de investigación desarrolla estudios en el marco de la ciencia básica y en ocasiones de aspectos más aplicados, donde el conocimiento de la diversidad y abundancia de grupos presentes a la comunidades de microorganismos es un factor clave para poder comprender aspectos relacionados con su dinámica, actividad e impacto de estos en los ciclos biogeoquímicos.

 

 


 

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¿QUE NOS DICE LA EDAD DE LOS PECES?

CONCEPTO QUE SE TRABAJA

La determinación de la edad de los peces es uno de los elementos más importantes para el estudio de la dinámica de sus poblaciones. Es la base para hacer los cálculos que permiten conocer el crecimiento, la mortalidad, el reclutamiento y otros parámetros fundamentales de las poblaciones de peces. A partir de la lectura de la edad de los peces a partir de las escamas, se pretende introducir a los estudiantes los principales conceptos de ecología de poblaciones y su aplicación en gestión y conservación.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

Taller interactivo donde los estudiantes tienen que leer la edad de un pez utilizando las escamas y, a partir de esta información, responder a distintas cuestiones sobre las características de la población a la que pertenece el pez analizado.

En primer lugar se realiza una presentación teórica sobre cómo determinar la edad a partir de estructuras esqueléticas como escamas y otolitos. Se demuestra cómo obtener estas estructuras, qué formas pueden presentar, y cómo hacer la lectura de la edad.

Seguidamente los estudiantes podrán visualizar diferentes muestras de las dos estructuras ya preparadas mediante estereomicrocopios o un lector de escamas. Los estudiantes comparan las lecturas y determinan la edad del pez. En el taller se ven diferentes tipos de escamas y las dificultades del método como el encuentro de escamas de regeneración que no permiten la lectura.

El último paso consisten en, mediante programas de simulación, determinar la curva de supervivencia y la estructura de edades de la población y su uso en gestión y conservación de especies.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

– Ecología y conservación de peces continentales en ríos, lagos, embalses, y zonas húmedas.

– Invasiones biológicas en las aguas continentales: rutas y vectores de introducción, ciclos vitales e impactos biológicos.

– Organismos de agua dulce como indicadores biológicos: algas, invertebrados y peces.

– Conservación y gestión de ecosistemas acuáticos.

– Ecología estadística.

Grupos de investigación UdG: “Grup de recerca en biologia animal: ictiología”, “Grup de recerca en biologia animal: ictiologia.”


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TALLER DE LA DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES

CONCEPTOS QUE SE TRABAJAN

1. Sensibilización sobre la problemática medioambiental asociada al cicle urbano del agua (que incluye extracción de agua del medio, potabilización, distribución, uso, recolección en cloacas, depuración y retorno al medio).

2. Contaminación de las aguas sucias (residuales).

3. Funcionamiento de una estación depuradora de aguas residuales.

4. Observación microscópica de los microorganismos que intervienen en los procesos biológicos de depuración.

DESCRIPCIÓN DEL TALLER

Taller demostrativo e interactivo para explicar el funcionamiento de una depuradora de aguas residuales.

Descripción del montaje

Reproducción a pequeña escala de una depuradora de aguas residuales, un microscopio óptico, material didáctico con fotografías de las bacterias que intervienen en el proceso y un póster donde se explica el ciclo urbano del agua.

Montaje del taller

Demostración

Los visitantes del taller reciben una explicación teórica sobre el ciclo urbano del agua, los contaminantes de las aguas residuales y una demostración del funcionamiento de una depuradora de aguas residuales. El montaje permite ver la entrada de agua sucia al reactor, la mezcla posterior con las bacterias, la reacción bioquímica de depuración y la separación final de las bacterias del agua limpia. Los visitantes también pueden interaccionar con el taller a través de la observación de una muestra del reactor biológico al microscopio óptico y la identificación de los diversos microorganismos que hay presentes

Conceptos básicos

Ciclo urbano del agua: recorrido que hace el agua para poder ser utilizada por el hombre en diferentes usos: incluye la extracción de agua del medio, la potabilización, distribución, uso, recolección de las aguas sucias en cloacas, depuración de las aguas y retorno al medio o reutilización.

Depuradora: :Instalación donde el agua sucia es sometida a la combinación de diversos tratamientos físicos, químicos y/o biológicos para reducir la concentración de los contaminantes presentes, que son los materiales en suspensión y diversas sustancias disueltas (materia orgánica y nutrientes – principalmente, nitrógeno y fósforo).

Microscopio: : Instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a ojo. El tipo más común es el microscopio óptico, con una o diversas lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto.

Microorganismos: : Organismos que solo se pueden observar con el microscopio. En la naturaleza los encontramos en distintos entornos, incluyendo hábitats en condiciones extremas de humedad, temperatura o presión. Existen distintos microorganismos que pueden producir enfermedades (patógenos) y otros que se utilizan para procesos biotecnológicos: fermentación de pan, producción de bebidas alcohólicas, depuración de aguas residuales, etc. Nosotros observamos estos últimos.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS

Diseño, operación y control de procesos avanzados para el tratamiento biológico de aguas residuales urbanas e industriales.

Grupos de investigación en la Facultat de Ciències:

LEQUIA, Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental (http://lequia.udg.cat)


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