Una temática esencial en la enseñanza de la Biología lo constituye la Teoría Celular, que resulta cómoda para los entendidos, pero, suele percibirse de manera abstracta por parte de los estudiantes de Educación Media General (EMG), e incluso en la universidad. Por ejemplo, cuando deben leer los libros de textos con expresiones técnicas como evolución prebiótica, macromoléculas, sillares de la vida, coacervados, organelos, endosimbiosis seriada, metabolismo celular, entre otros, es común escuchar en clases algunas frases de incomodidad, referidas a que por allí “viene el profesor de Biología con sus palabras complicadas.”

Por lo anterior, resulta comprensible que les lleve un tiempo asimilar la frase “la célula es la unidad de vida”, debido a que, entender su funcionamiento, implica adentrarse al mundo de los esqueletos de carbono, puesto que la química orgánica es el lenguaje de la Biología Celular. Esto se debe a que la mayor parte de las moléculas orgánicas presentan estructuras grandes y desempeñan funciones específicas. En consecuencia, la molécula de carbono cumple con esos requisitos esenciales para la vida.

El carbono posee propiedades útiles para las células: en primera instancia puede formar enlaces con uno o miles de otros átomos similares para producir esqueletos carbonados que constituyan grandes y necesarias moléculas. En segundo lugar, las cadenas de carbono forman distintas ramificaciones, plegamientos y enlaces requeridos para organizar una variedad de estructuras, donde cada una ejecuta una función específica en el organismo.

Con base en la conformación descrita, la bioenergética de esta unidad funcional, conlleva una serie de reacciones anabólicas y catabólicas, que actúan en concordancia con el mantenimiento de la homeostasis del sistema. Reacciones exotérmicas, exergónicas, endotérmicas y endergónicas, rigen la transferencia de las distintas formas de energía requeridas por la célula para sobrevivir. Se recuerda que un sistema natural necesariamente es abierto, porque interactúa con su entorno para mantener su estado de flujo constante, hasta que la entropía alcance niveles que generen desequilibrios homeostáticos.

Una vez precisada la dimensión de la temática, el profesional de la docencia con la misión de desarrollar alfabetización científica, procura las mejores estrategias y recursos para mediar el conocimiento. Considera las personalidades cognitivas de los estudiantes como una variable fundamental, puesto que a individuos con mayor tendencia a un estilo de pensamiento inductivo–concreto, se les hará pesada una clase netamente teórica sobre la célula y su organización, mostrando (probablemente) desinterés y apatía.

Del mismo modo, para un sujeto intuitivo – vivencial será más sencillo recordar todo el proceso compartido con sus pares en la elaboración de un modelo, montaje de una muestra y ejemplos en la cotidianidad asociados a la teoría. Incluso, a personalidades del estilo deductivo–abstracto, les será grato percatarse de la manera en que las leyes y postulados teóricos rigen las particularidades de las experiencias desarrolladas en práctica.

Atendiendo a lo planteado, se presentan a continuación una serie de actividades didácticas y experiencias desarrolladas con estudiantes de Educación Media General, a fin de brindar imágenes, evidencias y protocolos (que pueden ser modificados de acuerdo al contexto institucional y de los investigadores) dirigidos al entendimiento de la célula como sistema bioquímico – bioenergético. En tal sentido y correspondencia con los postulados de la teoría celular, se presentan los siguientes objetivos:

General

Estudiar la Teoría Celular mediante demostraciones prácticas de laboratorio y con modelación empírica, atendiendo a los estilos cognitivos de los estudiantes

Específicos

• Demostrar que la célula es la unidad de vida y se comporta como un sistema bioquímico – bioenergético.
  
• Diseñar protocolos didácticos para la concreción de contenidos asociados a la teoría celular y sus postulados
  
• Debatir sobre la necesidad de experiencias prácticas y el perfil del docente de biología en la competencia investigativa.
  

• Muestras vegetales (Hoja de lirio, catafilo de cebolla, fronde de helecho con soros)
• Cultivos (Jugo de naranja, moho del cítrico y moho de pan)
• Palillos
• Pitillos curvos (2) y un pitillo recto.
• Portaobjetos y cubreobjetos
• Microscopio óptico y lupa estereoscópica.
  
  

Teoría Celular, Microscopio y Observación de Muestras Vegetales y Animales

Con el objeto de demostrar a los estudiantes que tanto plantas como animales, hongos y microorganismos están constituidos por –al menos- una célula, en atención al postulado de la teoría celular propuesto por Mathias Schleiden y Theodor Schwann, se plantea la observación al microscopio de epidermis de lirio y catafilo de cebolla.Ambas estructuras son de fácil montaje, de este modo el estudiante puede realizar su propia preparación, cuidando de tomar un corte lo más fino posible, colocarlo en el portaobjeto, seguidamente una gota de agua y disponer encima el cubre objeto, a fin de sellar por adhesión la muestra. Dichas preparaciones se observan al microscopio.

Es esencial, que el docente haga mención en cuanto a la relevancia de los avances tecnológicos y el desarrollo del conocimiento científico. Un ejemplo fundamental es el despliegue en la microscopía y el estudio de la célula, desde Anton Van Leeuwenhoek con su microscopio rudimentario y el diseño de microscopio compuesto de Zacharias Jansen, dado que estos inventos propiciaron el desarrollo de un bagaje de saberes que dieron luz a las interrogantes propias de las mentes curiosas: ¿Cómo están constituidos los seres vivos?, ¿Cuál es su principal componente?, ¿Qué sucede en el interior de cada ser vivo para permitir su adecuado funcionamiento?

Por su parte, para la observación de tejido animal, se puede -con facilidad- extraer una muestra de la capa mucosa bucal empleando un palillo de dientes. La muestra extraída se coloca en el portaobjeto y a continuación una gota de colorante azul de metileno diluido al 50% y encima se dispone el cubre objeto.

Al realizar la observación de ambos tipos de tejido, es de importancia que se realicen comparaciones entre células animal y vegetal, recalcando la presencia de pared celular -compuesta por celulosa- en la célula vegetal, la cual le confiere rigidez y una forma más regular, similar a una figura geométrica. Igualmente, se puede visualizar en las muestras de epidermis de lirio un color verde característico, dando cabida a la mención de los plastidios, destacando la clorofila.

La epidermis de lirio, a su vez, permitirá la fácil visualización de las células estomáticas. Se recomienda realizar una preparación sin tinción y una muestra con azul de metileno, con la finalidad de que el estudiante compare la nitidez y claridad de lo observado. También es necesario indicarles que pueden valerse del diafragma del microscopio para graduar la cantidad de luz, y de este modo lograr un mejor enfoque.

Al visualizar las estomas celulares, los estudiantes percibirán una estructura encargada de una función esencial para el intercambio gaseoso. Para los jóvenes es de relevancia la observación de las células oclusivas abiertas, posibilitando la visualización del ostiolo, pues en ese momento el tejido vegetal podría estar transpirando, con lo cual se evidencia que la célula es la unidad fisiológica de la vida.

De igual forma, para el entendimiento de la célula como unidad de origen, se implementan los frondes de helechos con soros. Este tipo de material vegetal permite explicar a los estudiantes que esos “puntos” que observan en estas pteridofitas, no son hongos ni significan que están enfermas, más bien representan un estado vital dado que la planta se está reproduciendo. En consecuencia, se quiere observar el esporangio contentivo de las esporas, para lo cual el estudiante -empleando un palillo- raspa la estructura de un soro, de modo que ese “polvillo de color” se deposite en el portaobjeto, para luego añadirle una gota de agua y finalmente disponer encima el cubreobjetos.

Los cultivos también resultan importantes, puesto que facilitan a los estudiantes la observación de organismos pertenecientes a otros reinos. De este modo se resalta que todo ser vivo posee esta unidad (la célula), la cual es un sistema en perfecta homeostasis e interacción con su entorno.

En la imagen pueden notarse cultivos de dos tipos de hongos, los cuales deben prepararse con una semana de anticipación. Para ello pueden valerse de un trozo de pan, una naranja bien madura o una cebolla. En ocasiones, resulta difícil la aparición del hongo en la cebolla, propiciando su brote por humedecimiento de papel periódico y pasado posteriormente a su alrededor, con el propósito de crear un ambiente húmedo y favorable para el hongo Aspergillus niger (moho negro de la cebolla). Entretanto, la naranja madura exhibirá un moho verde, característico de los cítricos, que se corresponde con el Penicillium sp. Por su parte, del trozo de pan emergerá una especie de pelusilla o polvo negro: el moho negro de pan Rhizopus nigricans.

Fuente: reproductor del video de @tomastonyperez en youtube.com insertado por código embebido

En relación con los montajes con jugo de naranja, es necesario que esta sea natural y sin agua. El pitillo que se observa con doblez, consiste en la combinación de dos unidades curvas unidas, con el fin de replicar la experiencia de Louis Pasteur, quien demostró que el aire es fuente de microorganismos y confirmando la biogénesis.

Cabe señalar que, actualmente se acepta la teoría de la evolución química o prebiótica, la cual plantea que a partir de compuestos inorgánicos sencillos se obtuvieron compuestos orgánicos más complejos, los cuales como “bloques” se organizaron para dar forma a modelos precelulares (coacervados) que posteriormente originarían el primer procarionte, el cuál contaría con una maquinaria bioquímica de cadenas de carbono unidas a diversos grupos funcionales.

Posteriormente, ese primer procarionte producto de endosimbiosis seriadas, daría lugar a varios compartimientos y sistemas membranosos en su interior, adoptando una maquinaria con un mayor rendimiento energético a partir de una molécula de glucosa por respiración celular, empleando oxígeno como aceptor final de electrones. Igualmente, otro grupo de células incorporarían pigmentos, desarrollando membranas con fotosistemas y transportadores acoplados, que le harían posible aprovechar las longitudes de onda lumínica de 680 y 700 nm para sintetizar compuestos orgánicos esenciales para su subsistencia.

Estrategia Didáctica de construcción de Modelos Celulares

La evidencia bajo el microscopio de las unidades de vida resulta fascinante. Sin embargo, al estudiar la organización eucariota, los estudiantes suelen complicarse con tantos compartimientos, estructuras y sistemas membranosos presentes en los eucariontes. En respuesta, se plantea la elaboración de modelos de células, con materiales de fácil acceso y tamaño reducido para su fácil traslado. Todo ello, con la intención de favorecer la construcción de conocimientos, de manera cooperativa y aprendizaje entre pares.

• Se demuestra mediante la visualización de distintos tipos de tejidos y estructuras, que la célula es la unidad constituyente de todo ser vivo. Representa un sistema que interactúa con su entorno mediante mecanismos de transporte celular activo y pasivo, desarrolla un metabolismo energético con reacciones catabólicas y anabólicas acopladas. Además, los compuestos constituidos por esqueletos de carbono, los cuales se mantienen unidos gracias a enlaces covalentes, formando estructuras y cumpliendo funciones únicas, resultan esenciales para esta unidad de vida.
  

• El diseño de protocolos didácticos para la concreción de contenidos asociados a la teoría celular se logra mediante la postulación de experiencias sencillas de observación y montaje. Del mismo modo, los videos tutoriales referidos al desarrollo de prácticas y técnicas de laboratorio, son fundamentales a fin de suministrar un recurso didáctico completo y de fácil réplica en distintos entornos de educación media general, atendiendo al contexto de cada plantel.
  

• El debate sobre la necesidad de experiencias prácticas y el perfil del docente de biología en la competencia investigativa, es una temática necesaria, debido a que se está enseñando una disciplina de carácter teórico – práctico, por ser una ciencia empírica. Igualmente, el docente de biología ha de considerar su rol como investigador, mediante la modificación y diseño de nuevos protocolos prácticos acorde a su contexto, que permitan mediar de forma eficaz los contenidos y fomentar la construcción de conocimientos.
  

• Se recuerda que cada sujeto tiene una tendencia mayor hacia una personalidad cognitiva –estilo de pensamiento de preferencia-, por lo tanto se debe ser estratega y creativo al seleccionar los contenidos, forma de impartirlos, modo de evaluarlos, inclusive la manera en que se formulan las interrogantes, con el objeto de facilitar la enseñanza de la ciencia. Se trata de ser puente o bisagra entre la ciencia “abstracta y exclusiva” con el saber cotidiano, y direccionar a aquellas mentes curiosas de los estudiantes hacia el conocimiento científico.
  

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