Oggi tutti siamo consapevoli del fatto che le piante sono state e sono tuttora in grado di colonizzare qualsiasi ambiente attraverso la produzione di semi altamente specializzati, in grado di raggiungere luoghi anche molto lontani dal paese di origine. Tutto questo però, fino alla fine del XIX secolo non era noto. Charles Darwin (1809 – 1882) era convinto che le piante fossero in grado di disperdere i semi anche in luoghi molto lontani, sfruttando vettori come l’acqua, l’aria o gli animali.
Su queste considerazioni prese forma l’esperimento che il grande scienziato progettò, realizzò e descrisse in un articolo che venne pubblicato nel 1855 sul Gardener’s Chronicle, da cui prende spunto la progettazione di quest’attività che si propone di ripercorrere l’esperienza descritta da Darwin e di confrontare i risultati riferiti dallo scienziato con quelli ottenuti dagli studenti.
Questo esperimento è presente anche nella versione per le scuole secondarie di II grado: L’acqua di mare uccide i semi?
Scheda esperimento
| Classi | 1° anno, 2° anno, 3° anno |
| Tipologia | Strumentazione semplice |
| Durata | 6-8 h distribuite su più settimane |
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Scheda sintetica delle attività
L’esperienza si divide in sei parti.
Prima parte: presentazione dell’esperienza.
Seconda parte: divisione degli alunni in gruppi di lavoro, preparazione dell’acqua salata e non salata e immersione dei semi. Registrazione delle osservazioni (galleggiamento, cambiamento di aspetto) e controllo giornaliero per 4 settimane.
Terza parte: divisione degli alunni in gruppi – preparazione dei semi e loro interramento in piccoli vasi di terriccio umido. Registrazione delle osservazioni (germinazione) e controllo giornaliero per 2 settimane.
Quarta parte: raccolta ed elaborazione dei dati. Discussione.
Quinta parte: approfondimento della teoria evolutiva elaborata da Darwin attraverso la visione del documentario della BBC “Darwin e l’evoluzione della specie”.
Sesta parte: verifica delle conoscenze attraverso un test predisposto su Google moduli.
Risorse necessarie
- Semi, 36 per ogni tipo di pianta. È preferibile usare specie a rapida germinazione per ridurre i tempi di attesa. Darwin avena utilizzato: mais, broccoli, ravanelli, lino, spinaci, piselli, peperoni e lattuga. Nella nostra esperienza abbiamo utilizzato i semi di mais, broccoli, ravanelli, spinaci, piselli, lattuga, bietola, cicoria
- Acqua di mare (oppure acqua salata al 3% ottenuta aggiungendo 3 grammi di NaCl per ogni 100 ml di acqua)
- Bottiglie di plastica trasparente (PET)
- Cotone idrofilo
- Cilindro graduato
- Bilancia
- Sale
- Imbuto
- Piccoli vasi o bottiglie di plastica (PET) tagliate a metà
- Terriccio umido
- Etichette
- Cucchiaio
- Pennarelli colorati
- Palette di legno tipo quelle da gelato
- Computer
- Guanti da giardinaggio
- Colino
- Spruzzetta
- DVD “Darwin e l’evoluzione delle specie”
- Copia dell’articolo di Darwin “Does Sea-Water Kill Seeds?” Gardener’s Chronicle and Agricultural Gazette, May 26, 1855
Prerequisiti
- Conoscere i concetti fondamentali della teoria di Darwin sull’evoluzione
- Conoscere la morfologia e fisiologia delle piante
- Sapere come si esprime la concentrazione di una soluzione
- Saper preparare una soluzione
- Saper lavorare su un foglio elettronico
Obiettivi di apprendimento
Obiettivi e competenze generali
- Saper lavorare in gruppo
- Saper estrapolare un protocollo sperimentale da un articolo autentico
- Saper condurre un esperimento
- Saper interpretare i dati ottenuti sperimentalmente e saperli confrontare con quelli ottenuti da Darwin
- Saper formulare ipotesi e darne spiegazioni
Dalle Indicazioni nazionali:
- Riconoscere le somiglianze e le differenze nel funzionamento delle diverse specie di viventi
- Realizzare esperienze quali ad esempio: in coltivazioni osservare la variabilità in individui della stessa specie
Obiettivi e competenze specifiche
- Verificare l’ipotesi di Darwin e cioè che i semi immersi in acqua di mare possono ancora germinare e comprendere le condizioni che influenzano la germinazione
- Comprendere che la distribuzione di piante e animali sul nostro pianeta è una prova dei processi evolutivi in atto
Dotazioni di sicurezza
Nessuna
Svolgimento
Premessa
L’attività laboratoriale di seguito proposta prende spunto da un esperimento storico che Darwin progettò, realizzò e descrisse in un articolo che venne pubblicato nel 1855 sul Gardener’s Chronicle. Darwin, infatti, era in cerca di prove a sostegno della sua teoria evolutiva che contrastava l’idea del “creazionismo” e del “fissismo”, fino ad allora generalmente accettati. Dimostrare che i semi potessero viaggiare e attraversare gli oceani, avrebbe, allora, avvalorato l’idea dell’evoluzione per selezione naturale.
In questo esperimento verrà proposto agli studenti di ripetere il protocollo sperimentale elaborato dal grande scienziato per poter confrontare i suoi risultati con quelli ottenuti dagli alunni: un modo per “fare scienze” con consapevolezza storica.
Fase 1: Presentazione dell’esperienza
Gli studenti vengono informati sulle fasi successive, in particolar modo viene sottolineato il ruolo attivo che avranno nel controllo giornaliero dei semi e nella raccolta dei dati.
Fase 2: Divisione degli alunni in gruppi – preparazione dei sei e loro distribuzione in acqua dolce e salata
Per ogni specie vegetale ci siamo procurati 36 semi che sono stati suddivisi in tre gruppi:
- 12 sono stati messi in bottiglie di plastica trasparente da 1,5l con 500ml di acqua di rubinetto;
- 12 sono stati messi in bottiglie di plastica del medesimo tipo, con 500ml di acqua di mare;
- 12 sono stati usati come controllo, senza cioè essere immersi in acqua, per testarne la resa di germinazione senza lo stress da immersione.
Sull’apice delle bottiglie è stato posto un batuffolo di cotone, per permettere il passaggio dell’aria, ma impedire l’entrata di polvere o altri organismi (figura 1)
Fase 3: Divisione degli alunni in gruppi – preparazione dei semi da interrare (controllo)
Per organizzare in maniera ordinata la fase di semina, sono stati realizzati degli stecchini colorati con colori differenti per ogni essenza piantata. Per distinguere, inoltre, i semi provenienti da situazioni di immersione differente (semi in acqua dolce, semi in acqua salata e semi di controllo) sui vari stecchini si è annotato con una matita (si sconsiglia l’uso della penna perché l’inchiostro con l’acqua si scioglie) il trattamento a cui sono stati sottoposti.
I 12 semi di controllo sono stati interrati in piccoli vasi di terriccio umido (figura 3) e controllati giornalmente per verificare la loro germinazione (tabella 1).
Ad intervalli regolari gli studenti provvedevano a mantenere l’umidità irrorando i vasetti con acqua tramite uno spruzzino.
Fase 4: Controllo giornaliero e cura, raccolta ed elaborazione dei dati
Sin dal primo giorno e per 28 giorni, gli studenti avevano cura di annotare l’eventuale galleggiamento dei semi nelle bottiglie di acqua dolce e salata, tanto importante nell’ipotesi di Darwin come requisito per essere trasportati dalle correnti marine (tabella 2). Sono state segnalate per ogni specie: l’inizio della germinazione dei semi e anche eventuali fenomeni di putrefazione, cattivi odori, etc.
Passati i 28 giorni, tutti i semi sono stati interrati in vasetti equivalenti a quelli del controllo e ne è stata controllata la germinabilità (figura 4 e tabella 3).
Figura 4: osservazione della germinazione dei semi interrati
A conclusione dell’esperimento, i risultati ottenuti sono quelli illustrati in figura 5: i semi di controllo interrati nei vasetti sono germinati con una percentuale pari all’ 82%; tutte le specie del controllo hanno mostrato una buona capacità di germinazione.
Riguardo ai semi mantenuti per 28 giorni in acqua dolce, sono germinati con una percentuale di circa il 62%; alcune specie, come il mais e i piselli, non hanno resistito per 28 giorni in acqua e si sono letteralmente dematerializzati. Più bassa è sicuramente la percentuale di germinazione dei semi immersi per 28 giorni in acqua salata, solo il 31%; non tutte le specie hanno dato risultati simili le migliori sono state la bietola, la cicoria e gli spinaci. Riguardo ai piselli, anche Darwin aveva notato, come riportato nell’articolo “Does Sea Water Kill Seeds?”, che le leguminose sono le specie meno resistenti alla sopravvivenza in acqua salata.
Fase 5: Approfondimento sulla teoria evolutiva elaborata da Darwin attraverso la visione del documentario della BBC “Darwin e l’evoluzione della specie”.
Alla classe viene proposta la visione in classe del documentario della BBC ”Darwin e l’evoluzione della specie” che ripercorre gli esperimenti progettati dal grande scienziato alla ricerca di prove a supporto della sua teoria. Il documentario ricostruisce gli esperimenti realizzati o anche solo progettati da Darwin e da lui descritti nel libro “Sull’origine della specie”, ripercorrendo così le tappe significative che lo hanno portato all’elaborazione della teoria evolutiva.
Il documentario, in lingua inglese, è visibile, gratuitamente, sulla piattaforma YouTube (vd. Bibliografia).
Inoltre, si consiglia la lettura (in modalità flipped) dell’articolo “Does_Sea Water Kill Seeds?” (L’acqua di mare uccide i semi) pubblicato dallo scienziato nel 1855 sul Gardener’s Chronicle per il confronto dei risultati riferiti da Darwin con quelli ottenuti dagli studenti.
Note e storia
Darwin: breve biografia
Charles Robert Darwin nacque a Shrewsbury, città del Regno Unito, il 12 febbraio 1809. Fu avviato dal padre, medico generico, agli studi di medicina a Edimburgo, ma a causa dei rigidi ed antiquati metodi didattici, abbandonò la facoltà e fu avviato alla carriera ecclesiastica. Un viaggio intorno al mondo compiuto dal 1831 al 1836 sul brigantino Beagle, e le osservazioni che ebbe modo di fare, sancirono la sua vocazione di naturalista e gli suggerirono la sua geniale e rivoluzionaria intuizione sull’origine delle specie. Tornato in patria si stabilì, dopo un breve soggiorno a Londra, in una casa di campagna a Down, nel Kent, dove trascorse tutto il resto della sua vita e dove ebbe modo di pianificare e realizzare numerosi esperimenti a conferma delle sue teorie, tra i quali “l’acqua di mare uccide i semi?” qui descritto.
Darwin e i suoi esperimenti
La cura con cui Charles Darwin pianificò i suoi esperimenti ci dice molto del carattere geniale e tenace del grande scienziato. Per dimostrare la sua teoria e cioè che le piante fossero in grado di disperdere i propri semi a grandissime distanze utilizzando l’acqua di mare arrivò a dire: “Voglio dimostrare l’ipotesi che alcune specie vegetali possono essere trasportate dalle correnti. E, per Giove, ci riuscirò”. Darwin si procurò un certo numero di semi di specie molto comuni e li mise all’interno di bottiglie contenenti una certa quantità di acqua salata. Cercò anche di posizionare le bottiglie in situazioni ambientali differenti di temperatura e luminosità ed ottenne risultati buoni, ma non entusiasmanti. Si confrontò con il suo amico botanico Sir Joseph Dalton Hooker, il quale, comunicandogli che i semi, di solito, non galleggiano, lo gettò nello sconforto. Programmò allora un’altra serie di esperimenti ipotizzando un ruolo attivo dei pesci nella diffusione dei semi in mare e per farlo si recò alla Zoological Society per delle osservazioni. Questo è il resoconto che scrisse: “Ultimamente tutto sta andando storto; il pesce alla Zoological Society ha mangiato un sacco di semi e nella mia immaginazione già li vedevo ingoiati, pesce e tutto il resto, da un airone, quindi trasportati per centinaia di miglia e scaricati sulle rive di qualche lago, dove avrebbero germinato splendidamente, quando ecco che il pesce espelle con veemenza, e con disgusto uguale al mio, tutti i semi dalla sua bocca”. Nonostante tutte le difficoltà, Darwin realizza che alcuni semi sono in grado di galleggiare per un numero di giorni che li renderebbero ipoteticamente in grado di viaggiare per 2800 miglia, trasportati dalla corrente oceanica. Oggi sappiamo che di tutte le 250.0000 specie di piante da fiore conosciute, all’incirca 250 (0,1%) producono semi che possono trovarsi facilmente sulle spiagge. La metà di questi semi ha la capacità di galleggiare e rimanere vitale per più di un mese in acqua salata. Anche se il numero è piccolo, non toglie il fascino a queste grandi navigatrici.
Bibliografia
- L’acqua di mare uccide i semi? – Esperimento LS-OSA per le scuole secondarie di II grado
- DVD Darwin e l’evoluzione delle specie – BBC, AA.VV.; Cinehollywood, 2011
- Does Sea- Water Kill Seeds? (L’acqua di mare uccide i semi?), articolo pubblicato da C. Darwin nel 1855 su Gardener’s Chronicle and Agricultural Gazette. Documentario visibile gratuitamente ai seguenti link:
- Darwin’s Garden 1 https://youtu.be/VVnSuq1EOe8?si=RSbEyuGNZ5LsCsl9
- Darwin’s Garden 2 https://youtu.be/0fX4f8F6FRk?si=yC3WFZ5DV6Ug556N
- Darwin’s Garden 3 https://youtu.be/Zz5XNuAnUIA?si=rfhj7ZDQaGBP4_Dj
- Darwin’s Garden 4 https://youtu.be/3_MHDpFgmVM?si=VtS6KEdL-0jilgWM
- Darwin’s Garden 5 https://youtu.be/S-uZ5CAykis?si=rqE2-75tBU0uEyZZ
- Darwin’s Garden 6 https://youtu.be/5lT7WKTvH-4?si=KXAo3km5LnIVnR85
- L’incredibile viaggio delle piante, S. Mancuso, Editori Laterza
Autori
Anna Marino, I. C. Statale di Diano Marina, Diano Marina (IM)
Sabina Pagano, I.C. “P.Vanni”, Viterbo
Manuela Pontremoli, I.C. “L.Fantappié, Viterbo
Ha contribuito all’ottimizzazione dell’esperimento:
Salvatore F. Altavilla, I.C. 1 di Modena, Modena