Fredericia Gymnasium – Årets bedste skole

De 25.000 kr. skal bruges til yderligere fremme af de naturvidenskabelige fag på gymnasiet.

Temperaturafhængighed for koldblodede organismer

Gærcelleaktivitetens temperaturafhængighed

Æblers respiration og temperaturafhængighed

Vekselvarme dyrs temperaturafhængighed

Gærceller og forskellige kulhydrater

Vejledning til dissektion af benfisk

Hvordan formår regnormen at overleve en hård vinter og derefter en hedende sommer? Dette var hovedspørgsmålet i vores projektopgave til konkurrencen ”Unge Forskere”. For at besvare dette ville vi se nærmere på regnormens egenskaber som koldblodigt dyr.

Et koldblodigt dyr er et dyr, der tilpasser sig naturens vejrforhold. Vi undersøgte derfor dyrets respiration ved forskellige temperatur. Vi fandt frem til et øget energiforbrug ved høje temperaturer, og minimalt energiforbrug ved lave temperaturer. Ud fra disse observationer kunne der konkluderes, at dyret formår at gå i en meget lav energitilstand og formår derfor at restituere sig hen imod en ny varm sommer.

Restitueringen er meget vigtig for dyrets levevej - en global opvarmning vil dermed ændre regnormens levevilkår radikalt. En konstant varm temperatur har ikke kun indflydelse på landbrug, mennesker og lignende, men har også væsentlige konsekvenser for selv de mindste insekter. Erfaringer viser dog, at koldblodede organismer formår at tilpasse sig omgivelserne. Derfor vil en klar fremtidsudsigt være svær at forudsige.

Vi har i vores gruppe udarbejdet et projekt omhandlende gærceller, deres opbygning, stofoptagelse, energiomsætning og gærcelleaktivitetens temperaturafhængighed. Aktiviteten hos en given mængde gærceller kan bestemmes ved at måle deres kuldioxidproduktion, da dette er et barometer for, i hvor høj grad cellens energiomsætningsprocesser gæringsprocessen og respirationen forløber. Vi har foretaget en række målinger af kuldioxidproduktionen hos gærceller i opløsninger opvarmet til forskellige temperaturer, for derved at undersøge og beskrive sammenhængen mellem temperaturen og gærcelleaktiviteten.

Vi fandt dette emne interessant, fordi gæringsprocessen anvendes til mange formål i hverdagen og industrien, så som hævning, alkoholfremstilling og insulinproduktion. Ved at undersøge ved hvilke temperaturer disse processer forløber bedst muligt, kan de optimeres.

Vi nåede gennem vores undersøgelser og databehandling af materialet frem til, at gærcellens aktivitet stiger efterhånden som temperaturen øges, dog kun indtil en temperatur på 54 grader. Ved så høj en temperatur nedsættes enzymernes og dermed gærcellernes aktivitet, nogle gærceller dør og derved stagnerer eller falder kuldioxidproduktionen.

Med projektet vil vi finde ud af, om der er en sammenhæng mellem temperaturen og respirationshastigheden af et æble. Hvad sker der med respirationshastigheden, hvis frugtens temperatur forhøjes eller sænkes?
Respirationen er en uønsket proces hos æbler fordi den bevirker, at glukosen (druesukkeret) omdannes vha. ilt til kuldioxid og vand.

Respirationen måles på æbleskiver, der anbringes i en plastikbeholder, hvorover der placeres en CO₂-sensor. Dette anbringes efterfølgende i et vandbad, hvor temperaturen holdes konstant med temperaturer fra 10 °C til 60 °C. Disse målinger brugte vi til at fremstille 6 grafer, og ud fra disse grafer blev respirationshastigheden i æblet bestemt.
Forsøget kunne sammenlignes med et æble, der er faldet fra træet, og som har ligget i solen i et antal timer.

Vi konkluderede, at æblet først tog skade ved 50 °C, hvor det føltes blødt. Dvs. at æbler opbevares bedst ved temperaturer under 50 °C, da sukkeromdannelsen (respirationen) falder med temperaturen.

Vi har skrevet om vekselvarme dyrs respiration, det vil sige deres aktivitetsniveau, og hvordan denne afhænger af temperaturen omkring dem.
Til forsøget valgte vi regnormen. Dette gjorde vi, fordi den er let at måle respiration på. Ved at måle mange regnormes respiration kunne vi tydeligt se en forskel, afhængigt af temperaturerne.

Nogle dyr kan ”holde varmen” på en anden måde end os mennesker, der er ensvarme dyr. Ensvarme dyr har en indre mekanisme, der sørger for at deres kropstemperatur er tilpas, og omgivelsernes temperatur har derfor ikke den store indflydelse på ensvarme dyrs kropstemperatur. Hvorimod et vekselvarmt dyr (bl.a. regnormen) er stærkt afhængig af omgivelsernes temperatur, og bruger omgivelserne til at varme eller køle deres kroppe.

Forsøget var vellykket. Vi så helt tydeligt at respirationen faldt ved vintertemperaturer i forhold til forårstemperaturer. Til gengæld kan regnormen ikke tåle alt for høje temperaturer, så hvis vejret bliver mere ekstremt i den kommende tid, vil det have konsekvenser for regnorme. De vil have en kortere aktivitetsperiode som følge af den globale opvarmning, hvilket vil have store konsekvenser for den danske natur.

Med emnet ønskede vi at undersøge, hvilke kulhydrater gærceller kan leve af, og i hvilken form disse kulhydrater skal være.
Måling af gærcellers gæring af forskellige kulhydrater er interessant, idet den giver mulighed for at sammenligne, hvordan forskellige kulhydrater omsættes ved gæring. Dette kan f.eks. bruges til at vurdere, hvordan forskellige kulhydrater omsættes i kroppen, da gæring er, som Pasteur formulerede det, ”liv uden luft”. Kroppens celler er altså i stand til at omsætte kulhydrater under anaerobe forhold, men med et lavere udbytte end under aerobe forhold.
Gæring af forskellige kulhydrater er ligeledes et essentielt emne i forbindelse med produktion af øl og vin, og desuden kan gærcellerne få en dej til at hæve. Det er derfor interessant at undersøge, hvilke kulhydrater gærceller kan omsætte.

Gærcellernes omsætning af kulhydrater blev målt ved deres respiration, hvor der udskilles CO₂. En opslemning af gærceller og en opløsning af et kulhydrat blev overført til en plastikbeholder, hvorpå der blev anbragt en CO₂-sensor. Denne er forbundet via en Labpro til en computer, der er indstillet på LoggerPro. Forsøgene blev udført ved stuetemperatur.

Monosacchariderne glukose og fruktose resulterede i næsten samme CO₂-rate mens disacchariderne, saccharose og maltose, var meget forskellige, saccharose høj og maltose lav. Polysaccharidet stivelse kunne ikke omsættes, da gærceller ikke er i stand til at danne enzymet amylase, der spalter stivelse til bl.a. glukose.

Til konkurrencen Unge Forskere 2007 valgte vi at skrive en vejledning til dissektion af benfisk. Vores formål med dette var at sammenligne menneskets anatomi med fiskens. Vi fik fat i nogle sild, som vi undersøgte og tog billeder af til opgaven. Her var der stor mulighed for præcision og ens nysgerrighed kunne blive stillet. Vi erfarede, at en fisk er et kompliceret og meget interessant dyr. Der var mange ligheder til mennesket, som for eksempel hjerte, lever og meget mere. Det var vigtigt for os at lave en forståelig og grundig vejledning, på denne måde kan det give andre elever viden om fisken og dens fascinerende anatomi. Vores vejledning skulle være let forståelig, så vi kunne sikre, at alle vil kunne få noget ud af at dissekere en benfisk.

Vejledningen leder eleven igennem hele dissektionen og er samtidig lærerigt. I teoridelen bliver man informeret om fiskens anatomi, så man ved, hvad man skal forvente, når fisken åbnes. I fremgangsmåden beskrives det, hvordan der skal skæres og hvad der skal kigges efter. Eleven gøres opmærksom på, at der skal skæres forsigtigt gennem hele dissektionen. Sidst i vejledningen har vi udarbejdet nogle arbejdsspørgsmål, som gør det lettere for eleven at skrive en journal over forsøget.

Tina Sølbek Schmidt sammen med eleverne. Foto Søren Palmelund/Tilsted Com