Biologiczne sprzątanie

Doświadczenie 1

W czterech dużych doniczkach umieść glebę pozyskaną z ogródka lub lasu. Oznacz je (np. flamastrem) i zakop w nich następujące produkty: 1) foliową torebkę, 2) ogryzek jabłka, 3) kawałek papieru, 4) folię aluminiową. Doniczki odstaw na 2 tyg., a glebę delikatnie zwilżaj co drugi dzień. Po tym czasie wyciągnij zakopane produkty i oceń ich wygląd. Doświadczenie można wykonać także w ogródku: wybrane produkty zakop, oznaczając miejsce eksperymentu, po czym odczekaj 2 tyg. i odkop je.

Wyjaśnienie: Gleba to dynamiczny układ, będący środowiskiem życia określonych mikroorganizmów, głównie bakterii i grzybów. Wykorzystują one materię organiczną jako źródło pożywienia, prowadząc do jej rozkładu. Po 2–3 tyg. produkty organiczne (np. ogryzek jabłka czy papier) ulegają częściowemu rozkładowi. W przeciwieństwie do nich folia aluminiowa czy torba plastikowa pozostają nienaruszone – ich rozkład nie zachodzi w tak krótkim czasie.

Doświadczenie 2

Przygotuj dwie porcje gleby ogrodowej (po ok. 1,5 kg). Jedną wsyp do doniczki, drugą umieść w pojemniku lub blaszce do ciast i wstaw do piekarnika mniej więcej na godzinę (temp. 150°C). Potem przenieś ziemię do drugiej doniczki. Wytnij z białej bibuły dwa krążki o średnicy 3 cm i umieść po jednym na powierzchni gleby w doniczkach. Zwilż je wodą. Doniczki nakryj folią aluminiową i odstaw na 2 tyg. (co jakiś czas zwilżaj krążki wodą). Obserwuj zmiany zachodzące na powierzchni krążków. Doświadczenie można przeprowadzić także w pracowni szkolnej, wykorzystując mikroskop świetlny do obserwowania struktury bibuły przed doświadczeniem i po nim.

Wyjaśnienie: Mikroorganizmy glebowe prowadzą rozkład celulozy, z której zbudowany jest krążek, dlatego na jego powierzchni pojawiają się liczne kolorowe plamy i ubytki. W doniczce z glebą poddaną działaniu wysokiej temperatury ten proces nie zachodzi (lub w znacznie mniejszym stopniu) i wygląd krążka w zasadzie się nie zmienia. Pod wpływem wysokiej temperatury gleba ulega wyjałowieniu, tzn. zabite zostały obecne w niej mikroorganizmy.

Doświadczenie 3

Przygotuj trzy litrowe słoiki. Napełnij je 700 ml 1) wody wodociągowej, 2) wody ze stawu, jeziora lub w miarę możliwości z morza, 3) wody wodociągowej z dodatkiem łyżki preparatu do oczyszczalni szambowych (do kupienia w postaci saszetek). Do każdego słoika dodaj 3 łyżki stołowe zużytego oleju spożywczego i zawartość każdego z nich zamieszaj. Odstaw słoiki w ustronne i ciemne miejsce na 1–2 tyg. Po tym czasie przyjrzyj się zawartości słoików. Uwaga: po przeprowadzonym doświadczeniu wodę wraz z bakteriami ze słoika nr 3 wylej do toalety i spłucz wodą.

Wyjaśnienie: Woda ze zbiorników wodnych zawiera mikroorganizmy, które prowadzą rozkład zawartej w niej materii organicznej i są podstawą tzw. procesu samooczyszczania się wód. Specjalnie wyselekcjonowane szczepy bakterii wykorzystuje się do usuwania tłuszczów czy związków ropopochodnych (m.in. po awariach tankowców). Dlatego w wodzie z dodatkiem bakterii po kilkunastu dniach olej nie oddziela się jako osobna warstwa, można go wymieszać z wodą. Woda wodociągowa w procesie uzdatniania do spożycia zostaje pozbawiona większości mikroorganizmów. Dlatego w słoiku z wodą z kranu nie obserwujemy widocznych zmian.

Doświadczenie 4

Do doświadczenia będą potrzebne styropianowe i biodegradowalne wypełniacze do pakowania oraz chrupki kukurydziane. Przygotuj dwa zestawy doświadczalne: na spodku umieść po jednym równej wielkości kawałku każdego z wymienionych produktów. Wypełniacze i chrupek kukurydziany na pierwszym spodku polej sporą ilością wody. Które produkty uległy rozpuszczeniu? Wypełniacze na drugim spodku zwilż wodą (np. ze spryskiwacza), a następnie na ich powierzchnię dodaj po dwie krople płynu Lugola. Czy zaobserwowałeś zmianę zabarwienia tych produktów?

Wyjaśnienie: Zwykłe wypełniacze do pakowania robi się z polistyrenu (potocznie nazywanego styropianem), a skrobiowe (nazywane orzeszkami piankowymi) – ze skrobi sorgo lub kukurydzianej. Są one biodegradowalne, nietoksyczne i rozpadają się w wodzie. Dowodem na ich skrobiową budowę jest ciemnogranatowe zabarwienie w reakcji z płynem Lugola (podobnie jak chrupków kukurydzianych). Ponieważ wypełniacze skrobiowe nie powstają w warunkach obowiązujących przy produkcji żywności, to nie należy ich jeść.

dr hab. Renata Szymańska
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

dr Paweł Jedynak
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin WBBiB UJ

***

Zestaw przyrządów i materiałów

Doniczki, słoiki, gleba ogrodowa lub leśna, woda ze zbiornika zewnętrznego, preparat do oczyszczalni szambowych, olej spożywczy, wypełniacze do pakowania, chrupki kukurydziane, płyn Lugola, zakraplacz, torebka foliowa, jabłko, papier, folia aluminiowa, bibuła

Niewliczone w cenę: łyżka, flamaster, łopata, piekarnik, blaszka do ciast, nożyczki, spryskiwacz, mikroskop

Koszt: 100 zł

Czas przygotowania: 3 h

Czas oczekiwania na wynik doświadczenia: 2 tyg.

***

Wiedza w pigułce

Prognozy mówią, że do 2050 r. liczba osób zamieszkujących naszą planetę przekroczy 10 mld. Wzrost ten spowoduje wiele problemów, m.in. z ubóstwem, głodem czy nierównościami społecznymi. Osobnym wyzwaniem będą także dodatkowe tony śmieci, odpadów i innych zanieczyszczeń – zwłaszcza tych trudno się rozkładających. Tereny zdegradowane i zanieczyszczone w wyniku działalności człowieka z roku na rok będą się powiększały. Już teraz ilość, ale i jakość zanieczyszczeń przekracza możliwości ich konwencjonalnego usuwania. Dlatego szuka się nowych metod, które pomogą w rozwiązaniu „brudnego” problemu.

Wśród metod remediacji (oczyszczania) środowiska przyrodniczego znajdują się metody fizyczne, chemiczne i biologiczne (bioremediacja). Te ostatnie są najmniej inwazyjne dla ekosystemu, bo opierają się na procesach biochemicznych przeprowadzanych głównie przez mikroorganizmy, m.in. bakterie, grzyby i pierwotniaki. Rozkładają one materię organiczną (złożoną z białek, węglowodanów czy tłuszczów) na prostsze związki chemiczne (np. CO₂, CH₄, H₂O). Materia ta stanowi dla nich źródło pożywienia, a dzięki jej przetwarzaniu uzyskują energię potrzebną do życia. Przy okazji wykonują pożyteczną dla człowieka pracę – usuwają zanieczyszczenia z gleby czy wody (także ze ścieków). Do oczyszczania biologicznego przeznaczone są również tworzywa biodegradowalne, czyli powstałe z organicznych polimerów (np. skrobi, celulozy), które po użyciu mogą być rozłożone przez mikroorganizmy.

Do biologicznego oczyszczania środowiska wykorzystuje się także rośliny (fitoremediacja), które mogą pobierać i magazynować np. metale ciężkie, a nawet toksyny. Gatunki zwane hiperakumulatorami magazynują w tkankach ponadprzeciętne ilości metali ciężkich (czyli niklu, kadmu, arsenu czy ołowiu). Sadzi się je więc na terenach zanieczyszczonych (np. wokół zakładów przemysłowych, kopalń czy hut), by korzeniami „wyciągały” toksyny z gleby. Przykładem krajowych hiperakumulatorów są rzeżusznik Hallera, smagliczka pagórkowata czy tobołki alpejskie.
Na świecie występuje ponad 400 gatunków hiperakumulatorów (najwięcej niklowych), a rekordzistą jest endemiczne drzewo Sebertia acuminata z Nowej Kaledonii, u którego stwierdzono aż 25,7% niklu w suchej masie wydzielanego przez nie lateksu.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.