Uwaga! Trucizna!

Doświadczenie 1

Do 7 pojemników na mocz włóż po 3 krążki wycięte z papierowego ręcznika. Nanieś na nie strzykawką po 5 ml wody i wysiej nasiona rzeżuchy (minimum 20). Zakryj naczynia wieczkiem, ale nie zakręcaj. Po 3–4 dniach (w razie konieczności podlewaj wszystkie tą samą objętością wody), gdy wykiełkują, wlej kolejno do 6 pojemników po 10 ml roztworów soli kuchennej o różnym stężeniu (w 100 ml wody rozpuść: 3 g, 2 g, 1,5 g, 1 g, 0,5 g i 0,25 g soli). Do siódmego wlej tylko 10 ml wody. Po upływie 24–48 godz. policz, ile siewek obumarło.

Wyjaśnienie: Informację o śmiertelnej dawce trucizny na kilogram masy ciała najczęściej podaje się jako tzw. LD₅₀ (lethal dose) – to takie stężenie lub dawka, które zabija 50% osobników. Posługiwanie się dawką zabijającą 100% osobników nie byłoby tak użyteczne – ze względu na różną odporność poszczególnych osobników może się zdarzyć, że szybko zginie 93% wszystkich zwierząt, ale te ostatnie 7% wymaga już niewspółmiernie wysokiej dawki trucizny. Gdy dochodzimy do 99% zabitych osobników, to dalej nie osiągamy LD₁₀₀, ale ten 1% nie wnosi już wiele więcej informacji na temat toksyczności dla typowego osobnika – taki będzie martwy już przy o wiele niższym stężeniu. A 100% osobników może umrzeć po podaniu zarówno 0,5 g, jak i 1 g trucizny. To wypłaszczenie wykresu zależności śmiertelności od dawki trucizny zaobserwujemy też przy najniższych stężeniach – większość zdrowych osobników nie będzie wykazywała objawów zatrucia.

Czasami substancja toksyczna nie zabija badanego organizmu, ale wpływa na zahamowanie jego wzrostu lub ruchliwości. Wtedy używa się określenia „dawka efektywna” (skuteczna) – ED₅₀ (effective dose). Czasami efekt toksyczny jest pożądany – np. w przypadku reakcji komórek nowotworowych na testowane leki. ED₅₀ pozwala porównywać skuteczność różnych medykamentów. Dla soli wyraźne negatywne efekty zaobserwujemy w próbkach traktowanych stężeniami 1–2 g soli na 100 ml.

Doświadczenie 2

Przygotuj 7 pojemników na mocz z papierowymi krążkami na dnie. Strzykawką nanieś na nie po 10 ml roztworów soli i wody z doświadczenia 1. Posiej po 20–30 nasion rzeżuchy w każdym pojemniku. Zakryj wieczkiem, ale nie zakręcaj. Po 4 i 7 dniach policz, ile nasion wykiełkowało i jak wyglądają siewki.

Wyjaśnienie: Czynniki toksyczne spowalniają rozwój roślin lub go blokują. Wygodnym i szybkim testem toksyczności badanej substancji jest ocena szybkości kiełkowania po wybranej liczbie dni. Określa się ją jako procent nasion z kiełkami (liczbę siewek) w stosunku do całkowitej liczby nasion, policzony w danym dniu od posiania. Po 4 dniach niewiele siewek wykiełkuje w pojemnikach z wyższymi stężeniami soli (powyżej 1 g na 100 ml), po 7 dniach nie zaobserwujemy kiełkowania przy 2 g na 100 ml. Czasami udaje się uchwycić efekt ilościowy – im wyższe stężenie, tym mniej nasion kiełkuje.

Doświadczenie 3

Zagotuj do całkowitego rozpuszczenia 5 g agaru w 500 ml wody. Rozlej po 100 ml do pojemników na mocz (na każdym jest podziałka). Szybko rozpuść w nich kolejno 3, 2, 1 oraz 0,5 g soli kuchennej, a ostatni roztwór pozostaw bez soli. Czekaj do całkowitego zestalenia agaru. Opcjonalnie – ostrym nożem przetnij agarowy bloczek w połowie i wyrzuć jedną z połówek. Przy brzegu naczynia (opcjonalnie – wzdłuż wyciętej krawędzi bloczku) posiej 4–7 nasion rzeżuchy. Zakryj wieczkiem. Umieść hodowlę w zamykanej szafce, zabezpieczając rośliny przed dostępem światła. Po upływie 5–6 dni porównaj i zmierz długość korzeni.

Wyjaśnienie: Testy korzeniowe zwykle wykonuje się na szalkach laboratoryjnych, ustawiając je pionowo. Nasiona wysiewane są na odciętej krawędzi agarowego podłoża. Substancja toksyczna (np. woda z przepłukiwania skażonej ziemi, a w doświadczeniu – sól) hamuje wzrost roślin, powodując, że ich korzenie są krótsze niż w kontroli bez dodatku czynnika toksycznego. Efekt może być ilościowy – im wyższe stężenie soli, tym krótsze korzenie. Przy stężeniu 2 g na 100 ml i wyższym rośliny nie będą już dobrze kiełkować.

Długość korzeni można zmierzyć – nie tylko linijką lub zliczając odległości na papierze milimetrowym – ale także ogólnodostępnymi programami, np. ImageJ. Zdjęcie hodowli z ułożoną obok linijką (uwaga – ułożoną tak, jakbyśmy chcieli nią faktycznie pomierzyć siewki; za bliskie lub za dalekie położenie zafałszuje pomiar z powodu złej perspektywy) pozwala na taką analizę – wpierw trzeba ustawić skalę obrazka (zaznaczenie linii prostej na obrazie podziałki sfotografowanej linijki, a następnie funkcja analyze® set scale i ustawienie, ile zaznaczono rzeczywistych centymetrów), aby program wiedział, ile pikseli odwzorowuje 1 cm. Dołączenie kolejnych linii na obrazie korzeni i funkcja analyze® measure wstawia do tabeli długość zaznaczonej linii – czyli np. długość korzenia.

Doświadczenie 4

W internecie znajdź tabelę skali porostowej wraz ze zdjęciami reprezentatywnych gatunków. Potem w lesie dokonaj oceny badanego obszaru – szukając porostów, zwróć uwagę na skały, korę i gałęzie drzew. Skonfrontuj swoje obserwacje z danymi Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska (GIOŚ) (https://powietrze.gios.gov.pl/pjp/current), zaznaczając opcję indeks SO₂ i punkt na mapie odpowiadający obszarowi najbliższemu miejsca przez ciebie badanego. Dane z wcześniejszych lat znajdziesz w postaci plików .xls w zakładce „Bank danych pomiarowych”.

Wyjaśnienie: Stężenie SO₂ poniżej 100 µg/m³ uznawane jest za dostatecznie dobre. Takie wartości dotyczą ośrodków miejskich. To jednak za dużo dla wrażliwszych porostów takich jak płucnik modry czy mąkla tarniowa. Źródłem tlenków siarki są nie tylko elektrociepłownie, ale nawet zwykłe piece węglowe – komercyjnie dostępny węgiel kamienny zawiera pewne ilości siarki, ten niskiej jakości – powyżej 1,5%! Podczas spalania tlenki siarki uwalniane są do atmosfery, co lokalnie powoduje zanieczyszczenie miejskiego powietrza.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

2 opakowania nasion rzeżuchy, papierowy ręcznik, sól kuchenna, 14 pojemników na mocz, strzykawka

Niewliczone w cenę: nożyczki, waga, łyżeczka, szafka, telefon z aparatem, komputer

Czas przygotowania: 3 godz.
+ tydzień oczekiwania

Koszt: 50 zł

***

Wiedza w pigułce

Potrzebujemy dostępu do czystej wody, gleby i powietrza. W tym celu konieczny jest monitoring stanu środowiska. Często dokonuje się biomonitoringu – czyli oceny różnorodności gatunkowej, a zwłaszcza występowania wrażliwych na zanieczyszczenia gatunków wskaźnikowych, tzw. bioindykatorów. Tlenki siarki szkodzą np. porostom, zwłaszcza tym o najbardziej krzaczkowatej formie. Skorupiaste i przylegające do podłoża gatunki wytrzymują więcej zanieczyszczeń. Tak opracowano skalę porostową – na podstawie składu gatunkowego porostów można ocenić jakość powietrza.

W jeziorach i strumieniach wrażliwymi na zanieczyszczenia bioindykatorami będą larwy owadów – np. chruścików, znanych z budowania rurkowatych domków z piasku i kamyków. W stawach i jeziorach taką funkcję mogą pełnić np. jednokomórkowy glon chlorella lub rozwielitki. Te ostatnie wykorzystuje się także bezpośrednio w laboratoryjnych badaniach toksyczności. Próbkę wody dodaje się do hodowli tych niewielkich skorupiaków i obserwuje, czy nieruchomieją lub umierają – jeśli tak, to potrzeba dalszych badań w celu identyfikacji zagrożenia. Podobną rolę strażników wody odgrywają też małże „zatrudniane” w stacjach uzdatniania wody np. w Rzeszowie i Warszawie – gdy zatrzaskują skorupy, wyczuwając truciznę, wszczynają tym samym alarm. Przysługę oddają badaczom także rośliny (wykorzystuje się tzw. testy korzeniowe) i bioluminescencyjne bakterie (najczęściej Vibrio fischeri) – trucizny w mierzalny sposób osłabiają ich świecenie.

Nowoczesne sposoby detekcji zanieczyszczeń bazują na organizmach modyfikowanych genetycznie – wiele bakterii w obecności jonów metali ciężkich uruchamia geny związane z odtruwaniem komórki. Można tu „podpiąć” geny warunkujące powstawanie barwnika, tworząc prosty bioczujnik do wykrywania skażeń – zmiana koloru hodowli staje się sygnałem ostrzegawczym.