Los microorganismos y los ciclos
Lo que vas a aprender
- Nombrar las principales funciones de bacterias y hongos microscópicos en los ciclos del carbono y del nitrógeno.
- Explicar la fermentación del pan y del yogur, y comprobar con el conteo de átomos que sus ecuaciones están balanceadas.
- Calcular cuánto se reduce la masa de un compost con datos inventados y explicar a dónde va esa masa.
- Identificar casos de la vida diaria en que los microorganismos son útiles.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Cuando oyes la palabra «microbio», seguramente piensas en una enfermedad. Pero el pan que se infla en el horno, el yogur y el kumis, el abono de la huerta y hasta el oxígeno de buena parte del aire dependen de seres vivos tan pequeños que no los ves. Una cucharadita de tierra fértil está llena de ellos.
En las lecciones anteriores viste que los ciclos del carbono y del nitrógeno no funcionarían sin bacterias y hongos. Ahora vas a conocer a esos trabajadores invisibles: qué hacen en los ciclos y cómo los usamos todos los días en la cocina y en el campo.
Antes de empezar recuerda la ecuación de la respiración celular y el papel de los descomponedores en las cadenas tróficas.
Explicación
¿Quiénes son los microorganismos?
Los microorganismos son seres vivos que solo se ven con un microscopio. Los más comunes son:
- Las bacterias, células muy sencillas que viven en el suelo, en el agua, en el aire y dentro de otros seres vivos, también en tu intestino.
- Los hongos microscópicos, como las levaduras, de una sola célula, y los mohos, que forman esa capa algodonosa verde o blanca sobre una naranja pasada.
- Las algas microscópicas, que flotan en el mar, en los lagos y en los ríos y hacen fotosíntesis.
Es cierto que algunos microorganismos causan enfermedades, pero son una parte pequeña. La gran mayoría no nos hace daño, y muchos son indispensables para la vida en el planeta. De ellos trata esta lección.
Sus trabajos en los ciclos
- Descomponer. Hongos y bacterias se alimentan de hojas caídas, troncos, cadáveres y excrementos. Al hacerlo, devuelven al aire el carbono como CO₂, con su respiración, y dejan en el suelo el nitrógeno y otros nutrientes. Sin descomponedores, el bosque se llenaría de hojarasca y las plantas se quedarían sin nutrientes.
- Fijar el nitrógeno. Como viste en la lección anterior, algunas bacterias del suelo y de los nódulos de las leguminosas convierten el N₂ del aire en compuestos que las plantas pueden absorber. Otras bacterias transforman el amoníaco en nitratos y otras devuelven N₂ al aire.
- Hacer fotosíntesis. Las algas microscópicas y algunas bacterias de los mares y los lagos toman CO₂ y liberan oxígeno, igual que las plantas. Son el primer eslabón de las cadenas tróficas del agua.
- Fermentar. Algunos microorganismos sacan la energía del azúcar sin usar oxígeno. Ese proceso, la fermentación, es el que aprovechamos en la cocina.
La fermentación en la cocina
La levadura del pan fermenta los azúcares de la masa y produce alcohol y dióxido de carbono:
$$\mathrm{C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2}$$
El CO₂ forma burbujas que quedan atrapadas en la masa y la inflan; por eso el pan sale esponjoso. El alcohol se evapora en el horno. En cambio, las bacterias lácticas del yogur y del kumis transforman el azúcar de la leche en ácido láctico, sin producir gas. Con la glucosa, una de las dos partes en que se divide el azúcar de la leche, la ecuación es:
$$\mathrm{C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_3H_6O_3}$$
El ácido le da a la leche su sabor agrio y la espesa. Fíjate en que, como en todas las reacciones, los átomos de la glucosa se conservan: solo se reorganizan en otras moléculas.
Ejemplo resuelto
Los átomos de la fermentación del pan
Comprueba que la fermentación de la levadura conserva los átomos de cada elemento.
Ver la solución paso a paso
La ecuación está balanceada:
$$\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2}}$$
Carbono: los seis de la glucosa quedan dos en cada molécula de alcohol y uno en cada CO₂:
$$\text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} = 2 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{C_{2}H_{5}OH} + 2 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}}$$
Hidrógeno: los doce de la glucosa quedan todos en el alcohol, seis en cada molécula:
$$\text{átomos de H en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} = 2 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{C_{2}H_{5}OH}$$
Oxígeno: los seis se reparten, uno en cada alcohol y dos en cada CO₂:
$$\text{átomos de O en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} = 2 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{C_{2}H_{5}OH} + 2 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}}$$
Dos de los seis átomos de carbono salen como CO₂, en las burbujas que inflan la masa. Ese CO₂ vuelve al aire, y una planta lo podrá tomar en la fotosíntesis: la cocina también es parte del ciclo del carbono.
Respuesta: La ecuación está balanceada: 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 6 de oxígeno a cada lado.
Ejemplo resuelto
Tres botellas y tres globos
Con el docente, se preparan tres botellas con levadura de panadería: una con agua tibia y azúcar, otra con agua tibia sin azúcar y otra con agua fría y azúcar. A cada una se le pone un globo en la boca. Con datos inventados, después de media hora la vuelta del globo creció 20 cm en la primera, 4 cm en la segunda y 8 cm en la tercera. ¿Cuántas veces más creció el globo de la primera que el de cada una de las otras?
Ver la solución paso a paso
Comparamos la botella con azúcar y la botella sin azúcar, las dos tibias:
$$\frac{20}{4} = 5$$
Comparamos la botella tibia y la fría, las dos con azúcar:
$$\frac{20}{8} = 2{,}5$$
El gas que infla el globo es el CO₂ de la fermentación. Sin azúcar, la levadura casi no tiene qué fermentar; con frío, trabaja más despacio. Cada comparación cambia una sola cosa, para saber a qué se debe la diferencia.
Respuesta: El globo de la primera botella creció 5 veces más que el de la botella sin azúcar y 2,5 veces más que el de la botella fría.
El compost: los ciclos en una caneca
El compost es una forma de poner a trabajar a los descomponedores. Se juntan restos de cocina (cáscaras, residuos de frutas y verduras, cuncho de café), hojas secas y aserrín, se mantienen húmedos y se revuelven de vez en cuando para que les entre aire. Bacterias y hongos se los comen y, con las semanas, queda un abono oscuro que huele a tierra de monte.
Mientras trabajan, los microorganismos respiran: por eso el centro del montón se calienta, y por eso la masa del compost baja. Pero esa masa no se destruye. Parte del carbono de los restos sale al aire como CO₂, y parte del agua se evapora. El nitrógeno, en buena parte, se queda en el abono y vuelve al suelo cuando se usa en la huerta.
Para hacerlo con seguridad, el compost del colegio se arma con el docente, en una caneca o un cajón con tapa, lejos de los salones. No se le echan carne, huesos, lácteos ni grasas, que atraen animales y huelen mal, ni excrementos o estiércol. Se manipula con guantes y una pala, sin acercar la cara ni respirar el polvo del montón; quien tenga asma o alergias observa sin revolver. Al terminar, todos se lavan las manos. Lo mismo vale para las prácticas de cocina: el pan o el yogur se preparan con el docente o con un adulto, con utensilios limpios y siguiendo una receta, y nunca se dejan microorganismos creciendo en frascos destapados en la casa.
Ejemplo resuelto
Cuánto baja el compost del colegio
Con datos inventados, el compost del colegio empieza con 20 kg de restos. Se pesa cada dos semanas: 15 kg, 11 kg, 9 kg y, en la semana 8, 8 kg. ¿Cuántos kilogramos bajó en las ocho semanas y en qué porcentaje se redujo?
Ver la solución paso a paso
Lo que bajó, en kg, es la masa inicial menos la final:
$$20 - 8 = 12$$
El porcentaje se calcula sobre la masa inicial:
$$\frac{12 \cdot 100}{20} = 60$$
Cada dos semanas baja menos: al principio hay mucha comida fácil para los microorganismos, y al final queda lo que más cuesta descomponer. Las semanas intermedias se leen en la figura:
$$15 - 11 > 11 - 9$$
Esos 12 kg no desaparecieron: se fueron al aire, con el CO₂ de la respiración de los microorganismos y con el vapor de agua. Los gases que salen pesan incluso algo más que 12 kg, porque al respirar los microorganismos usan también oxígeno que entra del aire; aquí solo contamos lo que perdió el compost.
Respuesta: El compost bajó 12 kg, el 60 % de su masa inicial.
Masa del compost del colegio cada dos semanas, en kg (datos inventados): 20, 15, 11, 9 y 8. Baja cada vez menos.
Práctica
En la fermentación de la levadura, $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2}}$, ¿cuántos átomos de carbono quedan en total en el alcohol?
Cada molécula de alcohol, C₂H₅OH, tiene dos átomos de carbono, y se forman dos: 2 × 2 = 4. Los otros dos carbonos de la glucosa salen en el CO₂.
En la misma fermentación, $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2}}$, ¿cuántos átomos de oxígeno hay del lado de los productos?
Uno en cada alcohol y dos en cada CO₂: 2 + 4 = 6, los mismos seis de la glucosa. El 4 olvida el oxígeno del alcohol, y el 12 son los átomos de hidrógeno.
¿Verdadero o falso? La fermentación de las bacterias del yogur tiene los mismos átomos de cada elemento a los dos lados: $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 2C_{3}H_{6}O_{3}}$
La glucosa tiene 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 6 de oxígeno, y dos moléculas de ácido láctico tienen exactamente los mismos. Por eso no sale gas: toda la glucosa queda en el ácido.
¿Verdadero o falso? En la fermentación del pan, el alcohol que se forma tiene más átomos de hidrógeno que la glucosa de la que salió: $\text{átomos de H en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} < 2 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{C_{2}H_{5}OH}$
Las dos moléculas de alcohol tienen 2 × 6 = 12 átomos de hidrógeno, los mismos 12 de la glucosa. Una fermentación no crea átomos; los reorganiza.
Con datos inventados, el compost de otro grupo empieza con 25 kg y, semanas después, pesa 15 kg. ¿En qué porcentaje se redujo su masa?
Bajó 25 − 15 = 10 kg, y 10 ÷ 25 × 100 = 40 %. El 60 % es lo que queda, 10 es la cantidad en kg y 66,7 % saldría de dividir entre los 15 kg finales en lugar de entre los 25 iniciales.
Un compost empieza con 30 kg de restos y, con datos inventados, su masa se reduce en 40 %. ¿Cuántos kilogramos de compost quedan?
El 40 % de 30 kg es 12 kg, que se fueron al aire con el CO₂ y el vapor de agua. Quedan 30 − 12 = 18 kg.
En otro grupo, con datos inventados, el globo de la botella tibia con azúcar creció 15 cm y el de la botella tibia sin azúcar, 3 cm. ¿Cuántas veces más creció el primero?
15 ÷ 3 = 5 veces. El 12 es la diferencia en centímetros, no cuántas veces cabe una medida en la otra.
Una masa de pan ocupa 500 mL antes de reposar y, con datos inventados, 1250 mL después de una hora con la levadura. ¿Cuántas veces creció su volumen? Escribe el número con coma decimal si hace falta.
1250 ÷ 500 = 2,5. La masa no ganó materia: las burbujas de CO₂ de la fermentación ocuparon espacio dentro de ella.
¿Por qué un compost pesa mucho menos al final que al principio?
La materia se conserva: la masa que falta se fue al aire, con el CO₂ y el vapor de agua. El nitrógeno, en buena parte, se queda en el abono; por eso el compost sirve para fertilizar.
¿Cuál de estas afirmaciones sobre los microorganismos es correcta?
Solo una parte pequeña de los microorganismos causa enfermedades. Viven en todas partes, también en el suelo sano y en tu intestino, y son bacterias, hongos o algas, no animales.
Reto
¿Qué trabajo hace cada microorganismo?
Lleva cada caso a la canasta de su trabajo en los ciclos o en la cocina.
Reto
¿Qué informe de compost tiene un error?
Cada tarjeta es el informe de un grupo: masa inicial del compost − masa final − masa que perdió el compost (la que se fue al aire con el CO₂ y el vapor), en kg. Como la materia no desaparece, si el informe está bien hecho da cero. Toca el informe que no cumple.
Reto
El crucigrama de los microorganismos.
Lee cada pista y escribe la palabra. No lleva tildes.
Cierre
En resumen
Los microorganismos son bacterias, hongos microscópicos y algas microscópicas; solo unos pocos causan enfermedades.
En los ciclos, los descomponedores devuelven el carbono al aire y el nitrógeno al suelo, algunas bacterias fijan el nitrógeno del aire y las algas microscópicas hacen fotosíntesis.
La levadura fermenta el azúcar en alcohol y CO₂, que infla el pan; las bacterias lácticas lo convierten en ácido láctico, que agria y espesa la leche del yogur y el kumis.
En el compost la masa baja porque el carbono sale como CO₂ y el agua se evapora; la materia se conserva y el nitrógeno vuelve al suelo con el abono.
Vocabulario
- Microorganismo
Ser vivo tan pequeño que solo se ve con microscopio, como las bacterias, las levaduras, los mohos y las algas microscópicas.
- Levadura
Hongo microscópico de una sola célula. La de panadería fermenta el azúcar y produce CO₂ y alcohol.
- Moho
Hongo microscópico que forma una capa algodonosa sobre los restos que descompone, como el pan viejo o la fruta pasada.
- Fermentación
Forma de obtener energía del azúcar sin usar oxígeno. Según el microorganismo, produce alcohol y CO₂, o ácido láctico.
- Compost
Abono oscuro que resulta cuando los microorganismos descomponen restos de cocina, hojas secas y aserrín.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte qué tienen en común el pan, el yogur, el abono de la huerta y la hojarasca que desaparece en el bosque. Anote las ideas y deje la respuesta para el final.
- Explicación · 15 min — Presente los trabajos de los microorganismos en los ciclos y las dos fermentaciones. Si hay condiciones, monte usted el experimento de las tres botellas con levadura de panadería, azúcar y agua tibia; al final el contenido se bota por el desagüe y no se prueba.
- Práctica · 20 min — Preguntas en parejas; las canastas y el intruso se pueden proyectar y discutir en grupo, pidiendo que digan a dónde se fue la masa en cada informe de compost.
- Cierre · 5 min — Vuelva a la pregunta del inicio y pida a cada grupo un caso de su casa o su barrio en el que trabajen microorganismos útiles.
Preguntas para el salón
- Si todos los microorganismos desaparecieran mañana, ¿qué ciclo se dañaría primero y qué notarían en un bosque?
- ¿Por qué la masa del pan se infla y la leche del yogur no?
- Si el compost pierde masa, ¿cómo puede servir de abono?
Errores típicos
- Creer que todos los microorganismos son dañinos. Pida una lista de los trabajos que vieron en la clase y pregunte cuáles de ellos los hacen microorganismos que causan enfermedades.
- Decir que en el compost la materia desaparece. Pregunte por el calor y el vapor que se ve al revolver el montón en una mañana fría, y por el CO₂ de la respiración de los descomponedores.
- Confundir fermentación con descomposición. Compare para qué sirve cada una y qué deja: la fermentación de la cocina transforma un azúcar en alcohol o ácido; la descomposición deshace los restos completos y devuelve nutrientes al suelo.
- Pensar que la levadura es una sustancia química y no un ser vivo. El frío no sirve de prueba, porque también frena las reacciones sin seres vivos. Use evidencias que sí distinguen un ser vivo: sin azúcar, su alimento, casi no hay gas; una levadura que usted mezcló antes con agua hirviendo y dejó enfriar ya no infla el globo aunque tenga azúcar y agua tibia, porque murió; y al microscopio se ven sus células.
Tarea sugerida
Hacer una lista de cinco alimentos o productos de la casa o de la tienda del barrio en cuya preparación intervienen microorganismos (pan, yogur, kumis, queso, vinagre…), y, para cada uno, escribir qué microorganismo trabaja y qué produce. No se cultiva nada en casa.