Laboratório de Microscopia na Estação Ciência

E Departamento de Genética e Biologia Evolutiva Departamento de Botânica Laboratório de Microscopia na Estação Ciência Programa: descobrindo o mundo microscópico Suzana Ursi Eliana Maria Beluzzo Dessen

i. PROJETO PEDAGÓGICO Apresentação O Centro de Estudos do Genoma Humano financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, em parceria com a Estação Ciência concebeu e instalou um laboratório de microscopia. As atividades desenvolvidas nesse laboratório permitirão que o visitante descubra A Diversidade do Mundo Microscópio. Justificativa Além de nossos olhos há um mundo de curiosidades, encantamento e informação. No entanto, o ensino-aprendizagem do mundo microscópico, da célula em particular, é um desafio para professores e pesquisadores envolvidos com a educação em ciências, justamente por incluírem processos e entidades que são invisíveis a olho nu. São exemplos dessas dificuldades as confusões entre os conceitos de célula, átomo e molécula e a falta de clareza quanto à noção de tamanho das estruturas biológicas nos diversos níveis de organização. A implantação de um Laboratório de Microscopia vem de encontro com a proposta de educação científica do espaço Estação Ciência: estimular a curiosidade e o espírito de pesquisador nato do indivíduo, levando-o a observar a realidade concreta do mundo. Para tanto, serão criadas situações que permitem a realização de tateios experimentais que facilitam a descoberta e a construção das relações significativas entre os fenômenos. A natural curiosidade infantil deve ser incentivada e orientada de modo a criar condições para que o jovem possa reagir aos múltiplos estímulos que decorrem de um contexto cada vez mais caracterizado pela ciência e pela tecnologia. Para isso pelo menos dois requisitos básicos devem ser observados: 1. Promover o hábito de observar, coletar, investigar, comparar e relacionar pela atividade operativoconstrutivista, isto é, pela manipulação, pelo tocar, pelo fazer, pelo experimentar, pelo tatear, pelo construir e pelo medir e avaliar a realidade concreta do mundo 2. Dar a devida importância ao ato de observar as coisas, o mundo e aprender as relações entre os fenômenos observados. O mundo e a sociedade são o grande laboratório de pesquisa que permite a aprendizagem de conceitos e princípios científicos. As atividades a serem desenvolvidas no Laboratório de Microscopia estão contempladas no item 3.1 Organização Celular da vida Temas estruturadores dos Parâmetros Curriculares Nacionais. O uso de instrumentos ópticos possibilita a identificação de estruturas formadoras dos diferentes seres vivos e a organização celular. Além disso, a observação microscópica pode iniciar a percepção e a discussão das atividades vitais que ocorrem no interior de células que são controladas pelo material genético. Objetivos Inserir no espaço Estação Ciência um laboratório equipado para o desenvolvimento de um programa sobre o estudo da célula e sua diversidade Criar condições para que os visitantes desenvolvam a habilidade da observação com o uso de equipamentos ópticos como lupas e microscópios Motivar o visitante para a compreensão do conceito de célula, sua diversidade e importância para a compreensão dos processos biológicos que ocorrem na natureza. 2

Programa: 1. Ver páginas 9 a 11 Organograma As atividades no laboratório serão desenvolvidas com grupos de 20 pessoas, num programa de 50 minutos cada. Durante a semana serão atendidos grupos de escolas previamente agendados. Quatro grupos serão atendidos no período da manhã e quatro no período da tarde, totalizando 160 visitantes por dia. Nos fins de semana, as atividades no laboratório ocorrerão em horários previamente fixados. A idade mínima para participar das atividades do laboratório é de 11 anos. Responsabilidades Eliana Maria Beluzzo Dessen, coordenadora de Educação e Difusão do Centro de Estudos do Genoma Humano e Suzana Ursi, docente do Departamento de Botânica do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo são responsáveis pela concepção das atividades a serem desenvolvidas no laboratório e de implantação das mesmas na Estação Ciência. Job Carvalho é o coordenador na Estação Ciência e responsável pelos monitores que atuarão no laboratório. A coordenação geral do projeto é de Eliana Maria Beluzzo Dessen. Financiamento O projeto é uma parceria do Centro de Estudos do Genoma Humano, do Depto. de Genética e Biologia Evolutiva do Instituto de Biociências com a Estação Ciência, ambos da Universidade de São Paulo. Os equipamentos e a matéria prima para a construção do laboratório foram financiados pela FAPESP, por meio da verba de Difusão do Centro de Estudos do Genoma Humano. O projeto arquitetônico, a mão de obra para a construção do laboratório e a manutenção ficarão a cargo da Estação Ciência. 3

II. PREPARAÇÃO DO LABORATÓRIO E DINÂMICA DE USO Material ao lado de cada lupa 2 pranchas com escalas 3 pranchas com perguntas 1 lupa de mão Béquer + conta gotas 2 placas de Petri pequenas Papel (1/2 folha A4) Lápis Para distribuir nos 10 locais com lupa de mesa Larva de besouro numa placa de Petri pequena Gotas d água contendo microorganismos Na parte final da bancada: 8 microscópios - 4 em cada lateral. Na mesa do monitor (frente do laboratório): Cultura de Euglena Cultura de paramécios + rotífero Cultura de vermes 1 aquário com Elodea 2 béqueres para fazer a mistura da gota 1 pipeta, longa, de vidro (com chupeta) 2 pipetas de plástico 1 béquer com água limpa Lâminas e lamínulas 1 bastão de vidro 2 pinças Preparação das lâminas a) A primeira observação no microscópio será da gota contendo microorganismos. fazer 8 lâminas contendo uma gota de água com microorganismos (paramécios, Euglena e rotíferos), imediatamente antes da entrada dos visitantes. Para evitar evaporação muito rápida usar o seguinte procedimento para a preparação das lâminas: o Com um pincel de ponta fina molhado em vaselina líquida desenhar, em uma lâmina limpa, a forma geométrica correspondente a lamínula. o Depositar, no centro da figura delimitada pela vaselina, uma gota de água contendo microorganismos. Sempre que possível acrescentar um pouco dos restos de matéria orgânica usada como alimento. Cubra a gota com a lamínula limpa. 4

Focalizar a preparação com aumento de 100 vezes em uma área favorável para a observação (de preferência com algum resquício de alimento que agrupa mais microorganismos). Iluminação na posição 7. Identificar cada um dos microscópios, com as pranchinhas correspondentes, indicando o material a ser observado e o aumento, Após o uso, coletar as lâminas usadas em vasilha especial, separando as lâminas das lamínulas ou na bandeja se não estiverem secas. b) A segunda observação nos microscópios será dividida em duas partes: b.1. 4 lâminas de Elodea 400x As lâminas devem ser preparadas conforme descrito no item anterior, isto é, usando uma margem de vaselina líquida, do tamanho da lamínula. Colocar as lâminas emu ma bandeja. Logo após a visualização da gota, enquanto o outro monitor explica a escala, colocar as lâminas com Elodea nos microscópios e focalizar uma área favorável. Iluminação 7. Trocar as pranchinhas de identificação do material e do aumento ao lado dos microscópios. b.2. 4 lâminas com pulga, sendo duas no aumento de 40x e duas no aumento de 100X Focalizar as pulgas no aumento de 40X focalizar de modo a possibilitar a visualização do corpo inteiro da pulga. Cuidado para não deixar a imagem na posição invertida. Focalizar duas pulgas com aumento 100x focalizar parte da cabeça, na mesma orientação da imagem em menor aumento Colocar as pranchinhas com a identificação do material e do aumento ao lado dos microscópios. 5

III. MANUTENÇÃO DE MATERIAIS BIOLÓGICOS 2.1. Elódeas Material disponível: um aquário Prender a extremidade dos ramos de Elodea com um barbante e amarrá-lo em uma pedra para que eles se posicionem de modo direcionado no aquário Manter o aquário em local bem iluminado (ex. próximo a uma janela). Completar o aquário com água sempre que necessário (normalmente, de 15 em 15 dias). Utilizar água mineral. 2.2. Euglenas Material em cultivo: dois béqueres de 500 ml. Manter os béqueres em local bem iluminado (ex. próximo a uma janela). Colocar meia folha de alface fresca e bem lavada submersa na cultura uma vez a cada 15 dias. Utilizar apenas água mineral. Replicar as culturas uma vez ao mês, passando cerca de 5 ml para um novo béquer com aproximadamente 500 ml de água mineral. 2.3. Vermes Material em cultivo: quatro béqueres Manter os aquários em local com luz indireta. o alimento constitui-se de aveia em flocos finos hidratada com água. Misturar aveia e água em um recipiente até que a aveia esteja hidratada e em seguida colocar uma camada de cerca de 2 cm na base do béquer de 300 ml A aveia deve sempre estar coberta por uma fina camada (cerca de 2 mm) de água. Normalmente, é necessário completar o nível da água uma vez por semana. Utilizar apenas água mineral. Replicar as culturas uma vez ao mês. Colocar uma camada de cerca de dois centímetros de aveia em farelos finos hidratada em um béquer de 300 ml. Passar delicadamente o bastão de vidro na parede de um dos béqueres já com cultura, na parte seca onde podemos observar um material viscoso e com coloração entre bege-marrom. Atenção: retire pouco material, pois uma pequena porção já contém muitos organismos. Passar o bastão com nematódeos na superfície da aveia contida na nova cultura. 2.4. Rotíferos e paramécios Material em cultivo: 2 erlenmeyers de 500 ml. Manter os erlenmeyers em local com luz indireta. Alimentar a cultura a cada 3 dias com um pedaço de folha de alface fresca e bem lavada e uma pitada de leite em pó. Dosar a quantidade de alface colocada de acordo com o que está sendo consumido. 6

Utilizar apenas água mineral. Replicar as culturas uma vez ao mês, passando cerca de 5 ml para um novo erlenmeyers com aproximadamente 250 ml de água mineral. Não descartar a cultura antiga até ter certeza de que a nova cultura está se desenvolvendo bem. 2.5. Besouro do amendoim Local de cultivo: recipiente plástico com tampa contendo pequenos furos. Forrar o recipiente com uma camada de cerca de 1cm de farelo de trigo (o farelo, ainda dentro da embalagem original, deve ser previamente esterilizado, em freezer a -20oC, durante 24 horas). Cortar um pedaço de papel de filtro pequeno e colocar sobre o farelo, como se fosse um pequeno tapete. Colocar sobre o farelo alguns amendoins crus. Colocar os adultos e/ou larvas sobre o farelo. A cada 3 ou 4 dias acrescentar uma rodela de cenoura OU um pedaço de casca de banana (com a parte externa da casca voltada para o farelo, OU um pedaço de talo de alface. Cuidado para não umedecer demais o ambiente. Ao colocar rodelas novas retirar os restos das antigas. Trocar para recipientes novos quando a cultura começar a cheirar 3. PREPARAÇÃO DO LABORATÓRIO O laboratório deve estar organizado segundo a disposição apresentada na figura abaixo. Parede de vidro Disposição de instrumentos Pia Armários e bancada lateral Parede de vidro Banco Lupa Microscópio Entrada 7

IV. PREPARAÇÃO DO MATERIAL BIOLÓGICO 4.1. Observação com lupa de mesa 4.1.a. Gota com microrganismos Preparar uma mistura de euglenas, e rotíferos + paramécios como se segue: Com o auxílio de uma pipeta longa de vidro retirar da parte inferior da cultura de rotíferos+paramécios cerca de 2 ml e colocar em um pequeno béquer. Sempre que possível retirar, junto com o líquido, um pouco da matéria orgânica em decomposição usada na alimentação dos microorganismos. Acrescentar nesse mesmo béquer 2mL da cultura de Euglenas, retirados da parte mediana da cultura. Distribuir a mistura de microorganismos para cada um dos grupos. Um dos visitantes de cada dupla pipetará uma gota da mistura na placa de Petri pequena. 4.1.b. Vermes Passar delicadamente o bastão de vidro na parede de um dos aquários, na parte seca onde podemos observar um material viscoso e com coloração entre bege-marrom. Atenção: retire pouco material, pois uma pequena porção já contem muitos organismos. Diluir o material em cerca de 20 ml de água destilada. Distribuir a suspensão para cada um dos grupos, usando uma pipeta de plástico. Cada grupo receberá uma gota na placa de Petri pequena. 4.2. Observação com a lupa de mão Cartaz 1 e larva de besouro As larvas de besouro devem ser colocadas numa placa de Petri pequena, individualmente. Acrescentar um pouquinho de alimento para ajudar a manter a umidade da placa. 8

V. DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE Dois monitores devem participar da atividade. Dez duplas de visitantes realizam o início das atividades e a observação 1 sentadas nos bancos próximos às lupas de mesa. Todas fazem as mesmas atividades simultaneamente. 5.1. Introdução às atividades (10 min) a) Recepção aos visitantes e apresentação do monitores. b) Ainda fora do laboratório. Os visitantes receberão aventais e as instruções iniciais: - entrar devagar e com cuidado no laboratório; - sentar em duplas perto das lupas de mesa; - tocarem nos materiais apenas no momento em que os monitores autorizarem, pois tudo pode parecer inofensivo, mas sempre existe o risco de acidentes quando estamos em um laboratório. c) Após acomodação dos visitantes, contextualizar a da atividade: o monitor deve fazer a conexão entre as atividades que serão desenvolvidas e o cotidiano dos visitantes. d) Atenção: é muito importante conduzir a atividade com base no que os visitantes responderão. Por isso, sempre espere e utilize as respostas para prosseguir com a atividade. Sugestão de fala inicial perguntas que os monitores podem fazer aos visitantes: O que é microorganismo? Micro-organismos são aqueles que não podemos observar a olho nu. Mesmo sem podermos observá-los, vocês acham que eles influenciam nosso dia-a-dia de alguma forma? Como? Discussão - Ressaltar que os micro-organismos são os agentes da reciclagem natural nos ecossistemas, têm importantes aplicações nas indústrias (ex. queijos, iogurtes, bebidas, álcool) e nas pesquisas (ex. bactérias utilizadas para estudos de biologia molecular). Além disso, alguns deles causam doenças (ex: bactéria que causa pneumonia). No entanto, a quantidade de microorganismos patogênicos é bem pequena se comparada ao seu número total. Aproveite para enfatizar a idéia de que todo tipo de ser vivo deve ser respeitado, pois possui importante papel no equilíbrio da natureza. 5.2. Atividade 1 Utilizando a lupa de mão (2 minutos) Hoje vocês serão cientistas DESCOBRINDO O MUNDO MICROSCÓPICO! Para isso, utilizaremos alguns instrumentos. Um deles é a lupa. Peguem a prancha 1 sobre a bancada e sigam as instruções para compreender como a lupa de mão pode ajudar na observação de objetos e seres muito pequenos. Leiam as instruções da prancha e utilizem a lupa de mão para ler as letras menores. Após a observação, questione se eles conseguiram enxergar até as letras menores com o auxílio da lupa. 5.3. Atividade 2 Observação de larvas e vermes (5 minutos) Agora iremos observar seres vivos utilizando lupas. Peguem a prancha 2 e sigam as instruções. Tente observar a larva que está na placa em sua bancada. Outro tipo de lupa é esse que está na mesa. Ela é mais potente e aumenta o objeto até 40x. Vamos utilizá-la com muito cuidado. Primeiro, coloquem a placa com a larva na base da lupa, a que contem um vidro redondo. Agora aproximem os olhos do instrumento, sem encostar. É possível ajustar a distância das lentes oculares para os olhos de cada um. 9

O monitor exemplifica fazendo o movimento de abertura e fechamento das oculares em uma lupa e mostra qual botão deve ser levemente girado para dar foco na imagem. Com qual tipo de lupa vocês observaram mais detalhes da larva? Vamos observar um ser vivo ainda menor que a larva: o verme que foi retirado desse pote. O monitor mostrar a cultura de vermes e retira dela, com o auxílio do bastão de vidro, uma amostra de vermes e mistura em cerca de 2 ml de água, em um béquer. O outro monitor distribui os vermes, uma gota em cada plaquinha de Petri, com o auxílio de uma pipeta. (é mais seguro preparar essa mistura com antecedência para garantir que a concentração de vermes estará correta) Os visitantes observam os vermes com o auxílio da lupa de mesa. Os vermes são microscópicos? Embora sejam muito pequenos, é possível, com bastante esforço, observá-los a olho nu. Eles estão no limite da capacidade de nossos olhos. 5.4. Atividade 3 Biodiversidade em uma gota de água (3 minutos para as instruções, montagem e distribuição da gota) Vamos observar uma gota de água. Vejam como ela foi formada. Monitor mostra as culturas e como a mistura da gota foi feita. Em seguida, o outro monitor passa o béquer com a mistura para que os visitantes peguem com a pipeta uma gota de água. Peguem a prancha 3 e vamos seguir as instruções. Primeiro, observamos a olho nu. Vocês enxergam algum organismo? Não. o 5.4.1. Observação da gota na lupa de mesa aumento 40x (10 minutos) o Agora. Observem na lupa com aumento de 40x. Vocês conseguem ver organismos? Sim. Eles são microscópicos? Sim. o Vamos desenhar o que estamos observando. o O monitor estimula os visitantes a observarem e desenharem os micro-organismos. Observação: há uma tendência de os desenhos serem minúsculos. Estimular a fazer desenhos maiores. o Após algum tempo o monitor pede para que cada dupla compare seu desenho com os desenhos da dupla ao lado. o Espera-se que sejam observados: euglenas, paramécios e rotíferos. Agora vamos dividir a turma. Metade dos visitantes vai observar organismos (inclusive os da gota) e estruturas ao microscópio. Levem as pranchas 4 e 5 com vocês e tentem responder às perguntas. A outra metade pode pegar as pranchas que mostram os tamanhos dos organismos e aguardem enquanto a outra turma faz observações ao microscópio. Depois as turmas serão trocadas o 5.4.2. Observação de organismos ao microscópio (10 minutos) Um monitor discute o tamanho dos organismos observados com a turma, pedindo que tentem identificar o que observaram até esse momento no laboratório. Também mostra o modelo de folha gigante e explica que eles observarão uma parte muito pequena da folha ao microscópio. Pode pedir para os visitantes observarem novamente a gota na lupa e melhorarem os seus desenhos. O outro monitor supervisiona a observação no microscópio. Os visitantes irão observar: o gota de água em 100X, o pulga em 40 e 100X e f o olha de Elodea em 400X. 10

Observação: Observação 4 Olhando a pulga de perto (tempo total de observação gota + pulga + Elodea= 10 minutos) Monitor estimula os visitantes para compararem o que estão observando nos dois aumentos (40X e 100X). Observação 5 Cadê a célula? Monitor estimula os visitantes para identificarem ao microscópio as estruturas indicadas na figura da prancha 5 (célula vegetal e cloroplasto) 5.6. Fechamento da atividade (10 minutos) Vamos ver quem consegui resolver os desafios das pranchas 4 e 5. Que partes da pulga vocês observaram no maior aumento? Apenas a cabeça. E no maior aumento? Quase a pulga toda. Vocês conseguiram observar a célula vegetal na folha? São aquelas que parecem os tijolos de uma parede. E as bolinhas verdes? São os cloroplastos. Neles ocorre a fotossíntese, um processo que libera oxigênio par ao ar que respiramos e também é utilizado pelas plantas para fabricar seu alimento. Vocês imaginavam que poderiam existir tanto micro-organismos em uma gota de água? Mesmo água que parece limpa pode conter organismos vivos. Portanto, é muito importante utilizarmos sempre água tratada. Agora vocês já podem contar a todos como descobriram o mundo microscópico aqui no laboratório da Estação Ciência. Tempo total = 50 minutos 6. BIBLIOGRAFIA BRASIL 1999a. Ministério de Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnologia. Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio. Brasília. MEC/SEMTEC. 4vol. BRASIL 1999b. Ministério de Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnologia. Parâmetros Curriculares Nacionais: ciências da natureza. Brasília. MEC/SEMTEC. CABALLER MJ, GIMÉNEZ I 1993. Las ideas del alunado sobre el concepto de célula al finalizar la educación general básica. Enseñanza de las Ciencias, 11(1): 63-68. CASSANTI AC, CASSANTI AC, araujo EE, URSi S 2008. Microbiologia Democrática: estratégias de ensino-aprendizagem e formação de professores. Enciclopédia Biosfera, n o 5/2008. Disponível em <http://www.conhecer.org.br/enciclop/2008/microbiologia1.pdf>; Acesso em 01.04.2009. Prado IAC, Teodoro GR, Khouri S 2004. Metodologia de Ensino de Microbiologia para Ensino Fundamantal e Médio. VIII Encontro Latino Americano de Iniciação Cientifica e IV Encontro Latino Americano de Pós- Graduação Universidade do Vale do Paraíba. Disponível em <http://www.inicepg.univap.br/inic_2004/ trabalhos/inic/pdf/ic2-11.pdf>; Acesso em 01.04.2009. Tunnicliffe SDeC, Ueckert C 2007. Teaching biology the great dilemma. Journal of Biological Education, 41(2): 51-52. 11

1 Você tem idéia de quanto a lupa deixa a imagem maior?? Lente aumento de 2x Lente E se você ampliar mais? Podemos ir diminuindo o tamanho da letra, mas se você usar lentes mais potentes, conseguirá ler o texto até o fim... e aí? conseguiu??? 2 Vermes e larvas: pequenos, mas nem tanto! 1. Observe as larvas com a lupa de mão. 2. Observe as larvas na lupa de mesa. O que você consegue ver utilizando cada instrumento? 3. Observe os vermes na lupa de mesa. 12

3 Biodiversidade em uma gota de água 1. Observe a gota a olho nu. Você consegue ver algum organismo? 2. Observe a gota na lupa de mesa. Faça um desenho simples dos organismos que você observou. Quantos foram? 4 Olhando a pulga de perto 1. Observe a pulga em dois microscópios com aumentos diferentes. 2. O que você consegue ver em cada aumento? 13

5 Cadê a célula? Desafio: tente achar na preparação as duas estruturas indicadas na figura abaixo B Cloroplasto (interior da célula) A Célula inteira Folha de 400x Folha de 400x Folha de 400x Folha de 400x Gota de 100x 14 Gota de 100x

Gota de 100x Gota de 100x Pulga de 40x Pulga de 40x Pulga de 100x Pulga de 100x Tamanho real 1 m = 100 cm 1 cm = 10 mm 5 4 3 2 1 cm 0 Folha Elódea 2,5 cm Larva 1,5 cm Grão de arroz 0,5 cm Verme 0,2 cm Rotífero 0,03 cm Paramécio 0,02 cm Euglena 0,002 cm invisíveis a olho nu Diminuição de tamanho 15

5 4 3 2 1 cm 0 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 mm 0 Ampliação de 100x Rotífero 0,03 cm 0,3 mm 300 µm Paramécio 0,02 cm 0,2 mm 200 µm Euglena 0,002 cm 0,02 mm 20 µm 1 m = 100 cm 1 cm = 10 mm Diminuição de tamanho 16