Esta obra describe y analiza cuidadosamente un modelo de cooperación entre docentes de ciencias de la Enseñanza Secundaria (en los campos de la biología, la física, y la química) e investigadores del Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas (PEDECIBA), llevado adelante durante siete años con el apoyo y seguimiento del Sector de Educación de la Oficina de UNESCO en Montevideo–Representación ante el MERCOSUR. La presentación y análisis de la experiencia está precedida por prólogos del Dr. José Rivero, educador peruano y estudioso de las reformas educativas latinoamericanas, y del Dr. Ramón Méndez Galain, investigador del Área de Física del PEDECIBA, y se complementan con resúmenes de muchas de las pasantías y transcripciones de conferencias de los Dres. Ángel Caputi, Ana Denicola, y Arturo Lezama, tres de los científicos participantes en el programa. El conjunto de los materiales, al decir del Dr. Méndez Galain, “convierten a esta obra en un libro de cabecera para cualquier docente de ciencias de nuestro país”. María Paz Echeverriarza Espínola Algunas dificultades del ejercicio de la docencia derivan de las malas condiciones de trabajo (bajos salarios, largas horas de docencia directa, aulas atiborradas de estudiantes, laboratorios pobres o inexistentes, etcétera). Otras, en cambio, se asocian a limitaciones de su formación inicial, así como a las limitadas ofertas de formación permanente. En todos los campos, pero particularmente en el de las ciencias, la dedicación sostenida al estudio y la reflexión son imprescindibles para el crecimiento profesional y la actualización del conocimiento y de sus formas de diseminación, que en nuestros días cambian a un ritmo vertiginoso. “Los docentes no son autómatas sociales cuyas acciones obedecen únicamente a estímulos externos, tales como los cambios de programas o nuevas reglamentaciones.” Acortando distancias A nadie escapa que la provisión de oportunidades de aprendizaje de calidad para el grueso de los jóvenes representa un enorme desafío en las sociedades contemporáneas. En el caso particular de Uruguay, y muy especialmente en las áreas científicas, el crecimiento de la matrícula de la Enseñanza Secundaria no se ha visto acompañado por un aumento proporcionado de las capacidades estructurales y humanas. Por lo pronto, solo una baja fracción de los docentes en ejercicio de la enseñanza de las ciencias tiene un título de profesor. Pero aun para los docentes egresados de los institutos de formación docente, el ejercicio de su profesión presenta enormes desafíos. Acortando distancias entre la investigación y los profesores de ciencias Uruguay 1999-2005 María Paz Echeverriarza Espínola Acortando distancias entre la investigación y los profesores de ciencias Uruguay 1999-2005 Se puede reproducir y traducir, total y parcialmente el texto publicado siempre que se indique la fuente. Los autores son responsables por la selección y presentación de los hechos contenidos en esta publicación, así como de las opiniones expresadas en ella, las que no son, necesariamente las de la UNESCO y no comprometen a la Organización. Las denominaciones empleadas en esta publicación y la presentación de los que en ella figuran no implican de parte de la UNESCO, ninguna toma de posición respecto al estatuto jurídico de los países, ciudades, territorios o zonas, o de sus autoridades, ni respecto al trazado de sus fronteras o límites. © Sector de Educación Oficina de la UNESCO en Montevideo Edificio MERCOSUR Dr. Luis Piera 1992, 2do piso tel. (5982) 413 20 75 fax (5982) 413 20 94 correo-e: [email protected] http://www.unesco.org.uy/educacion Primera edición: setiembre de 2006 Tiraje: 500 ejemplares Tapa: Andrés Garín Se terminó de imprimir en el mes de setiembre de 2006, en Gráfica Don Bosco, Agraciada 3086, Montevideo, Uruguay. Depósito Legal Nº 339 492. Comisión del Papel. Edición amparada al Decreto 218/96 ISBN 9974-32-423-8 Acortando distancias entre la investigación y los profesores de ciencias Uruguay 1999-2005 María Paz Echeverriarza Espínola Producción editorial Durazno 1888 11200 Montevideo, Uruguay tel. y fax (5982) 412 76 62 y 412 77 22 [email protected] www.trilce.com.uy CONTENIDO 7 Presentación, por José Rivero 11 Prólogo, por Ramón Méndez Galain 13 Introducción 23 Características principales del programa de pasantías PEDECIBA-UNESCO 45 Evaluación y análisis de las pasantías, por María Paz Echeverriarza, Alcira Rivarosa, Paula Santos 79 Conclusiones 91 Bibliografía 95 Aportes de investigadores y docentes 97 Nóminas de investigadores que participaron de la experiencia, 1999-2004 100 Nóminas de profesores que participaron de la experiencia, 1999-2004 105 I Encuentro-Taller de pasantes PEDECIBA-UNESCO (3-4 de octubre de 2003) Resúmenes de los participantes inscriptos 155 II Encuentro-Taller de pasantes PEDECIBA-UNESCO (24-25 de setiembre de 2004) Resúmenes 183 Nómina de nuevos investigadores que participaron de la experiencia, 2005 184 Nóminas de profesores que participaron de la experiencia, 2005 187 III Encuentro-Taller de pasantes PEDECIBA-UNESCO (30 de setiembre-1º de octubre de 2005) Resúmenes 217 Conferencias abiertas a cargo de investigadores del PEDECIBA (Encuentro-Taller 2003 y 2004) Presentación JOSÉ RIVERO* El pleno desarrollo de los seres humanos, especialmente frente a los cambios científicos, técnicos, económicos y sociales actuales, exige que la educación sea considerada globalmente y como proceso permanente. La educación continua se presenta, así, como una de las llaves de acceso al siglo XXI, que permite a las personas aprovechar la información que se genera incesantemente para convertirla en conocimiento útil no sólo para su desarrollo personal sino, también, para el avance integral de la humanidad. Algunos consideran que esta revalorización del concepto de educación continua, como proceso que debe acompañar a las personas y a las sociedades a lo largo de toda la vida, es quizás el suceso más importante ocurrido en la historia de la educación de la segunda mitad del siglo XX. La UNESCO nos propone repensar la universidad con un enfoque de educación continua o educación permanente, esto es, pasar del concepto de educación terminal, delimitada en el tiempo y en el espacio, a una educación constante y sin límites, definiéndola como un proceso fluido de actualización, entrenamiento y reentrenamiento, que rebasa los límites del tiempo y del espacio. Es, por tanto, trascender el concepto de educación para la vida, por el de educación continua durante toda la vida. Este término amplio y renovado de educación continua encierra dos conceptos: ampliación del acceso a la educación superior y diversificación de la oferta. Para asumir este enfoque de educación continua, las universidades deben aprender a hacer las cosas cambiando la forma de hacer educación, lo que implica, además, cambiar la forma de organizarse y más importante aún, de concebirse. En particular, podría facilitar enormemente el que la educación superior adopte el enfoque de educación continua planteado. Federico Mayor, recordado Director General de la UNESCO, decía que si la educación básica consiste, sobre todo, en aprender a aprender, la educación superior debería ser aprender a emprender. La Universidad * Educador y consultor internacional. Actualmente integra el Consejo Nacional de Educación del Perú. Se desempeñó durante dos décadas como especialista regional de educación en la UNESCO para América Latina y el Caribe. 7 debe ser una institución que enseña y aprende. Debemos tener coherencia entre lo que tratamos de enseñar y lo que hacemos, debemos, entonces, como institución, ser capaces de emprender. El documento “Acortando distancias entre la investigación y los profesores de ciencias, Uruguay, 1999- 2005” de María Paz Echeverriarza genera las anteriores reflexiones. El desarrollo de la experiencia de siete años en pro de una mejor enseñanza de la biología, la química y la física en Uruguay –que el texto explicita– es indicativa de la capacidad de emprender universitaria bajo un modelo sugerente de cooperación entre instituciones e investigadores. El proceso seguido en esta experiencia y los resultados que enfatiza la publicación son particularmente valiosos para un país como Uruguay que, siendo ejemplar en materia de educación pública y laica como principal mecanismo de democratización social, no ha logrado un adecuado nivel de profesionalización de sus docentes de nivel secundario, particularmente en el caso de asignaturas científicas. La formación docente, como se señala en el trabajo desarrollado por María Paz Echeverriarza, ha estado separada de la universidad desde hace más de medio siglo, y los institutos que titulan profesores no han logrado cubrir las necesidades del sistema, fallando particularmente en el logro de establecer nexos entre los docentes en ejercicio y los universitarios, particularmente con los investigadores de ciencias en el país. El carácter innovador del Programa de Pasantías desarrollado en el marco del PEDECIBA (Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas) tiene las siguientes principales características: • Un trabajo de laboratorio docente, con experiencia de inmersión por 120 horas con la directa asesoría de investigadores especializados en biología, física y química y enfatizando un “aprender a hacer”. • Utilización de un proceso de aprendizaje científico buscando sean los propios docentes quienes descubran sus capacidades para seleccionar áreas de interés, para descubrir y conocer y sus habilidades de motricidad fina para el trabajo práctico. • Logra la dimensión de exploración en los docentes, imprescindible para un aprendizaje activo de las ciencias. • Elección del póster como forma de presentación de los trabajos realizados por los docentes pasantes, culminando un proceso evaluativo riguroso. • Becas en apoyo a las actividades docentes –equivalentes entre 100 y 500 dólares– atendiendo el lugar de residencia y los criterios de la Comisión de Selección. Las opiniones que los docentes beneficiarios dan acerca del sentido de la experiencia y de los beneficios obtenidos, así como las recomendaciones señaladas para la formación docente uruguaya en ciencias experimentales, son expresión de la riqueza y trascendencia de esta experiencia. 8 El programa analizado convoca a remarcar el “aprender a hacer”, uno de los pilares de la nueva educación propuesta para el presente siglo por la Comisión Delors convocada por la UNESCO, como proceso de adquisición de conocimientos vinculado a la aplicación práctica de los mismos. Aprender a hacer implica en este caso aprender a poner en práctica los conocimientos adquiridos, superando la anacrónica idea de una enseñanza puramente teórica. La reeducación profesional implícita en las pasantías comentadas, prepara al docente para recrear su mundo de trabajo a partir de sus aptitudes y preferencias, de modo que pueda superar las situaciones cambiantes e incluso los períodos de crisis. En este caso, el docente es alentado a desarrollar una cultura del trabajo en equipo, de la solidaridad y, como resultado de la mayor capacidad profesional obtenida, una mejor defensa de sus propios derechos. 9 Prólogo RAMÓN MÉNDEZ GALAIN* “El mejor plan de estudios fracasa sin buenos docentes; asimismo, aun con el peor plan de estudios, los buenos docentes son capaces de brindar una buena formación a sus estudiantes.” Cada vez que he sido convocado, en los últimos años, a discutir cambios en planes de estudio, he repetido la frase anterior con el mayor convencimiento. Esta idea, aplicable a cualquier sistema educativo, tiene en nuestro país una relevancia particular, principalmente en relación con la enseñanza de las ciencias a nuestros adolescentes. Diversas razones, históricas, sociales, políticas y económicas nos han llevado a una situación preocupante: alrededor de cuatro de cada cinco docentes de ciencias de Enseñanza Secundaria no son egresados de los Institutos de formación docente, y sólo un porcentaje muy menor del cuerpo docente ha participado, alguna vez, en algún grupo de investigación, esto es, en el ámbito donde se desarrolla la disciplina que enseñan. Son estos lujos que un país, que pretende transformarse en “productivo”, difícilmente pueda seguir permitiéndose. El libro que el lector tiene en sus manos no intenta describir las disputas personales que llevaron, a fines de la década del cuarenta, a la creación de un Instituto de formación de Profesores de Enseñanza Secundaria divorciado de la Universidad de la República. Tampoco pretende discutir los conflictos existentes en nuestro sistema educativo, que dificultan, por ejemplo, posibles cambios en las políticas de formación, selección, evaluación y promoción de sus docentes. El libro tampoco analiza la degradación histórica del salario de los docentes, proceso continuo a lo largo del siglo XX, que obliga al profesor de este siglo a trabajar un número de horas incompatible, entre otras cosas, con cualquier esfuerzo de formación continua. En cambio, este libro de la doctora María Paz Echeverriarza alcanza una meta mucho más esperanzadora: más allá de las complejas condiciones de contorno que dificultan la búsqueda de soluciones de fondo, es posible encontrar caminos concretos para comenzar a revertir los problemas. Con su característico rigor científico, la autora describe y * Director del Instituto de Física de la Facultad de Ingeniería. 11 analiza minuciosamente una exitosa experiencia de encuentro entre docentes de ciencias de la Enseñanza Secundaria e investigadores universitarios. El resultado es decididamente esperanzador: cuando se ofrece al docente la posibilidad de continuar su formación, cuando se promueve su contacto con laboratorios en los que se genera la disciplina que enseñan, cuando se le propone tomar contacto directo con su materia trascendiendo la mera lectura de textos, una buena parte del cuerpo docente se lanza a la experiencia con gran entusiasmo y compromiso. Es el mismo entusiasmo que he vivido y sentido cada vez que he participado en instancias de actualización o de divulgación científica, en encuentros organizados, tanto por las Inspecciones, como por las propias Asociaciones que nuclean a los docentes de la Enseñanza Secundaria. Este libro contiene pasajes memorables. La fascinación y el entusiasmo con los que varios pasantes describen, en frases inteligentemente elegidas por la autora, la experiencia que vivieron, tienen una magia comparable a la de un niño descubriendo el mundo. Los relatos de los pasantes ponen de manifiesto el descubrimiento de la verdadera ciencia, no la esclerosante de las falsas “verdades universales inmutables”, sino la que nos enseña a dudar, la evolutiva, la que se cuestiona cada día aquellos conocimientos aceptados hasta ese momento. Transmitida de esta forma en las aulas, la ciencia se constituye en una de las mejores herramientas para impulsar en los adolescentes una conciencia crítica, que los ayude a convertirse en ciudadanos que puedan defender adecuadamente sus ideas y convicciones. Asimismo, me sentí atraído por otros dos aspectos reflejados en esta obra. En primer lugar, por el respeto mutuo entre docentes preuniversitarios e investigadores universitarios, de acuerdo a lo expresado por los participantes en la experiencia, así como por la valoración del trabajo en equipo. En segundo término, los resúmenes de cada una de las pasantías, incluidos en la obra, constituyen un ejemplo muy representativo de las actividades de creación de conocimiento que se realizan en los laboratorios uruguayos. Todos estos elementos, junto con las transcripciones de las interesantes exposiciones de los profesores Caputi, Denicola y Lezama, convierten a esta obra en un buen libro de cabecera para cualquier docente de ciencias de nuestro país. Seguramente, los gobiernos de las diversas ramas de la enseñanza, autónomas en Uruguay, junto con el gobierno nacional y las asociaciones representativas de los docentes, deberán recorrer un largo camino para mejorar la formación de nuestro cuerpo docente. Podemos estar seguros de que la experiencia que se describe en este libro será un faro que nos guíe y nos impulse en este camino. 12 Introducción En las páginas siguientes se presenta un programa que, a nuestro entender, representa un modelo de cooperación de diversas instituciones y personas que aunaron esfuerzos en favor del mejoramiento de la enseñanza de las ciencias. Esta experiencia se ha llevado a cabo durante siete años consecutivos, y ha involucrado a docentes de ciencias y a investigadores activos de Uruguay. El núcleo del programa ha sido la realización de pasantías de investigación de docentes de ciencias de ANEP en laboratorios de investigación asociados al PEDECIBA (Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas), con el apoyo del Sector de Educación de la Oficina de UNESCO en Montevideo. La experiencia realizada en el marco del Programa de Pasantías PEDECIBA-UNESCO ha sido limitada en varios sentidos. Por lo pronto, no ha abarcado a todas las ciencias, sino solamente a la biología, la física, y la química. El presupuesto, y por tanto el número de participantes, ha sido solventado mayoritariamente* por ambas instituciones. Pero el entusiasmo y la buena voluntad de los participantes han sido grandes, compensando en alguna medida estas limitaciones. Por otra parte, la escala pequeña de la experiencia ha permitido un seguimiento y evaluación detallados, facilitando, como consecuencia, la capacidad de ajustar el modelo sobre la marcha. En el camino, se han forjado acuerdos básicos entre las partes, se han posibilitado vínculos diversos entre los equipos de investigación y los docentes, se han compartido horas de trabajo visibilizando nuevas posibilidades. Sin embargo, con el pasar de los años y frente al importante número de postulantes que no se seleccionaron –por temas fundamentalmente de financiamiento– crecía nuestra convicción de la necesidad de expandir e incorporar este tipo de programa a un plan educativo donde las medidas de formación docente tuvieran en cuenta las especificidades de los profesores de ciencias. En este libro, el lector podrá encontrar una descripción detallada del programa, tal y como ha funcionado a lo largo de estos años. Ciertamente, entre nuestras motivaciones para preparar este volumen se encuentran el interés, antes señalado, de expandir este programa en el marco de un plan para el mejoramiento de la enseñanza y el aprendizaje científico a nivel nacional. Más en general, creemos que un lector interesado en entender los desafíos de la enseñanza de la ciencia podrá * ANEP colabora en caso que el docente solicite licencia especial. Para el caso de biología en 75 profesores la solicitaron 30. 13 encontrar en este estudio elementos para la reflexión. Por lo pronto, es reconfortante acercarse a algunas vivencias de docentes uruguayos que continúan buscando cómo mejorar su formación con voluntad y sacrificio personal, pese a múltiples dificultades. Tal vez resida aquí una clave del éxito de este programa, por cuanto estos docentes no vacilaron en su amplia mayoría en hacer uso pleno de las oportunidades que los investigadores les ofrecieron. Nos reconforta haber conocido a tantos profesores entusiasmados y agradecidos, trabajadores incansables, conocedores de sus limitaciones, y con un altísimo sentido de responsabilidad en su tarea “con los chiquilines”.* Mantenemos la esperanza de que en años venideros se pueda incorporar acciones con el objetivo de una formación de los docentes en ciencia de la mano de quienes hacen ciencia en este país, ampliando así su experiencia profesional y conocimiento. Este libro está organizado del siguiente modo. En esta Introducción ofrecemos una descripción de la situación que motivó la experiencia que aquí se relata. Luego de señalar que la enseñanza de las ciencias es un problema que sigue generando preocupaciones e iniciativas a nivel internacional, se reseñan algunas características propias de la situación en Uruguay. Se discute la separación existente en el país entre las universidades y las instituciones de formación docente, y el hecho de que la profesionalización de la investigación científica es relativamente reciente (y, cabría señalar, todavía incompleta) en el país. En el capítulo “Características principales del programa de pasantías PEDECIBAUNESCO” se describen las características principales del programa, explicando cómo fue concebido y puesto en marcha, cuáles han sido los criterios de selección de los participantes, y cuál ha sido la metodología de seguimiento de la experiencia, así como los ajustes realizados sobre la marcha. El capítulo “Evaluación y análisis de las pasantías” presenta los aspectos más destacables que emanan de la evaluación de la experiencia, tomada ahora como objeto de estudio. En particular, se estudia en profundidad el caso de los profesores pasantes de biología. A partir de entrevistas individuales con estos docentes, se realiza un análisis del contenido de sus discursos. Aunque la experiencia ha sido muy positiva para la amplia mayoría de los participantes, el análisis evidencia que, dependiendo de sus propios antecedentes y de la propuesta de trabajo del laboratorio de recepción, los docentes han avanzado en su comprensión de la actividad científica en diferentes grados y dimensiones. En las “Conclusiones” se realizan consideraciones generales sobre la regulación de la actividad docente y esboza propuestas para el mejoramiento de la formación de los docentes en ciencias en ejercicio. * 14 Esta constatación tiene particular relevancia frente a las opiniones que generalizan a los docentes como resistente a los cambios innovadores. Finalmente se transcriben un conjunto de materiales elaborados por investigadores y docentes que participaron de este programa. La formación docente en ciencias es un problema complejo e importante La profesionalización de la actividad docente es una agenda pendiente en América Latina. Todavía es necesario, al decir de Denise Vaillant,* construir un entorno profesional que mejore la capacidad del sistema educativo para retener a los docentes más motivados; mejorar la calidad docente, convirtiéndola en una carrera atractiva para jóvenes con mayor capital cultural, e integrar la evaluación docente como un instrumento básico de seguimiento. En ese contexto regional general, y si bien el Programa de Pasantías PEDECIBA-UNESCO que analizaremos en este libro se ha desarrollado pensando en las particularidades de Uruguay, es importante señalar que la enseñanza de las ciencias y la profesionalización de los docentes de ciencias en todos los niveles del sistema educativo, del universitario al magisterial, es un tema de gran significación a nivel mundial, que genera preocupación aun en los países de mayor desarrollo. Con fines ilustrativos, señalaremos algunas iniciativas recientes en dos países económicamente desarrollados con sistemas educativos diferentes, como lo son Estados Unidos y Francia. Por su escala y naturaleza federal, el sistema norteamericano es fuertemente descentralizado. La formación docente está distribuida entre múltiples universidades de diversa naturaleza, que deben atender sin embargo a estándares federales y estatales. Por otra parte, existen programas de estímulo a políticas de desarrollo que ofrecen fondos concursables para su prosecución. La política de formación docente se rige por la labor del National Council for Accreditation of Teacher Education (NCATE), que elabora los estándares para la formación docente, estableciendo criterios para maestros y profesores, y el National Board for Professional Teaching Standards (NBPTS). Por ejemplo, el NCATE es quien otorga la “la licencia” habilitante para enseñar, acreditando así al maestro o profesor. La forma como la persona se transforma en docente está cuidadosamente pautada por diferentes etapas y regida por exámenes. La discusión de la profesionalización docente en aquel contexto se encuentra pautada por los estándares. Es importante entender que estos estándares funcionan como instrumentos externos de regulación de la profesión docente, * Vaillant, D., Construcción de la profesión docente en América Latina. Tendencias, temas y debates, PREAL, Santiago de Chile, 2004, <www.preal.org> 15 y que intervienen de esa forma en las transformaciones programáticas de las instituciones de formación docente. Específicamente en el tema de formación de docentes en ciencias, la asociación de profesores que los congrega –National Science Teachers Association (NSTA)– lleva a cabo un importante trabajo a favor de la alfabetización científica para los ciudadanos,* y toma también posición frente a los temas centrales que atañen a la profesión, como los estándares nacionales para ciencias (NSES),** los laboratorios de ciencias y las características esperadas para un programa que prepara profesores en ciencias, entre otros. La NSES identifica los siguientes aspectos deseables para la formación en servicio de los docentes: a. Aprender de su propia práctica (por ejemplo, análisis de una estrategia particular a través de un proyecto de investigación en acción). b. Interactuar regularmente con otros docentes de ciencias. c. Realizar estudios en profundidad de manera sostenida en asociación con instituciones locales de educación superior, a efectos de desarrollar conocimientos y destrezas científicos robustos, más allá de la amplitud y profundidad requeridos para enseñar un currículum basado en la NSES. d. Inscribirse en un programa de posgrado que incluya cursos tanto en ciencias como en pedagogía, que refine su capacidad de facilitador del aprendizaje con comprensión. Pese a que en Estados Unidos, como se ha dicho, la profesión docente está profesionalizada y la formación se enclave en el sistema universitario, persisten innumerables problemas. Por ejemplo, siguen faltando profesores, particularmente en ciencias, y el sistema pierde regularmente a profesores que se pasan a actividades mejor remuneradas. Existe preocupación por el bajo número de jóvenes que opta por la formación orientada hacia la profesión de docente de ciencias y por la feminización de la profesión. El seguimiento de estos problemas y la búsqueda de soluciones o paliativos es permanente, y se han generado distintos estímulos económicos para atraer o retener a estudiantes orientados a la carrera docente en ciencias. En el caso de Francia, hemos elegido presentar un programa particular como ejemplo de una iniciativa nacional innovadora. Preocupados * “Beyond 2000: Teachers of Science Speak Out”, documento adoptado en 2003 enmarca la posición de NSTA proyectando la temática de profesores de ciencias en el siglo XXI, <www.nsta.org/positionstatement&psid=17> ** National Research Council, National Science Education Standards, National Academy Press, Washington, DC, 1996. National Science Teachers Association, Science Teacher Preparation, Position Statement, 2004, <www.nsta.org/ positionstatement&asid=42> 16 por las dificultades en el campo de la enseñanza de las ciencias, y por iniciativa de Georges Charpak, Premio Nobel de Física en 1992 y de la Academia de Ciencias, se creó el programa experimental “Con las manos en la masa”.* Reconociendo la importancia de los primeros años de formación en el desarrollo cognitivo, el programa busca promover innovaciones en la enseñanza de las ciencias en los propios centros educativos, en este caso a nivel primario. Los principios rectores de este movimiento, sin embargo, resultan relevantes para nuestros fines: Instancias pedagógicas 1. Los niños observan un objeto o un fenómeno del mundo real, próximo, sensible, y realizan experimentos acerca de él. 2. Durante sus investigaciones los niños argumentan y razonan, ponen en común y discuten sus ideas y sus resultados, construyen sus conocimientos. La actividad estrictamente manual resulta insuficiente. 3. Las actividades que el maestro propone a los alumnos se organizan en una secuencia siguiendo una progresión de aprendizajes. Si bien dependen de los programas, conceden gran autonomía a los alumnos. 4. Se destina un mínimo de dos horas semanales por tema durante varias semanas. La continuidad de las actividades y de los métodos pedagógicos se enmarca en la escolaridad en su conjunto. 5. Los niños poseen cada uno un cuaderno de experiencias con sus propias palabras. 6. El principal objetivo es la apropiación progresiva de conceptos científicos así como técnicas operatorias, por parte de los alumnos, acompañada de una consolidación de la expresión escrita y la expresión oral. El trabajo conjunto 7. Se solicita la participación de las familias y/o el barrio en el trabajo realizado en clase. 8. A nivel local, socios científicos (universidades y otras instituciones de educación terciaria) acompañan el trabajo de clase poniendo a disposición sus competencias. 9. A nivel local, los institutos universitarios de formación de maestros (IUFM) ofrecen su experiencia pedagógica y didáctica al servicio del docente. * Académie des Sciences, Institut National de Recherche Pédagogique, Ministère de l’Éducation Nationale, Délégation Interministérielle à la Ville et au Développement social Urbain, La Main à la Pâte et le Plan de Rénovation de l’Enseignement des Sciences et de la Technologie à l’École. Guide de découverte, INRP Publications, Paris, 2000, <www.inrp.fr/lamap/bdd_image/51_brochure_lamap.pdf>. Chaprak, G.; Léna, P. y Quéré, Y., Los niños y la ciencia. La aventura de ‘la mano en la masa’, Siglo XXI editores, Buenos Aires, 2006. 17 10. El docente puede obtener a partir del sitio de Internet tanto módulos para poner en práctica ideas sobre actividades, como respuestas a sus preguntas. Asimismo, podrá participar en trabajos cooperativos dialogando con colegas, formadores y científicos. Varias características de esta iniciativa merecen ser destacadas. En particular, el programa va al encuentro del maestro en su medio. En segundo lugar, le provee de apoyo científico y pedagógico a través de los socios universitarios. En tercer lugar, existe una batería de recursos disponibles en apoyo a la creatividad local. Finalmente, es importante destacar la distinción entre este programa de innovación y el plan nacional de renovación de la enseñanza de la ciencia y la tecnología. Este último, si bien se ha inspirado en “Con las manos en la masa” constituye la política educativa del sistema en la materia. Creemos que el respeto de estas distinciones elimina la contradicción superficial entre la existencia de políticas nacionales (con sus necesarios estándares y normativas) y el estímulo a las iniciativas innovadoras. La distancia entre los problemas que ilustra esta mirada rápida a algunas iniciativas puntuales en Estados Unidos y Francia y los problemas nacionales es muy grande. En esos países vemos las dificultades que se presentan aun en sistemas altamente profesionalizados y con mayores recursos. Pero hay que reconocer también que esta distancia no se debe solamente a las diferencias de situación profesional o financiamiento. En Uruguay sufrimos dificultades para comprender los desafíos específicos que estas disciplinas plantean a quien desee proseguir la carrera docente. Al mismo tiempo, el problema uruguayo es de pequeña escala y debería ser abordable con relativa facilidad. Como se señala más adelante, son unos pocos miles los docentes de ciencias en ejercicio, y muchos menos los responsables de su formación. La formación de docentes en ciencias en Uruguay Para entender la situación de formación de los profesores en ciencias es importante conocer las características principales del sistema uruguayo. Para la Enseñanza secundaria, la creación del Instituto de Profesores “Artigas” (IPA) en 1949 marca a la vez un paso significativo * 18 Caraballo, D.; Chichinaldi, C. y Curto, V., La Formación Docente en el Uruguay. Evolución, Estado de Situación y Perspectiva, UNESCO-IESALC, 2004, <www.iesalc.unesco.org.ve>. ANEP-CODICEN, Los Institutos de Formación Docente en el Interior de la República1986-1990. Testimonios Relacionados a su Gestión, ANEP-CODICEN, Montevideo, 1990. ANEP-CODICEN, Reforma Curricular del Instituto de Profesores “Artigas”: 1986-1989. Testimonios Relacionados a su Gestión, ANEP-CODICEN, Barreiro y Ramos, Montevideo, 1989. hacia la profesionalización de sus docentes y su segregación de la Universidad de la República. Los Institutos de Formación Docente (IFD)* del Interior del país, imparten formación a los futuros maestros y a partir del año 1977 se habilitan también para profesores de enseñanza media. El futuro profesor puede cursar las materias generales de formación en alguno de los 22 IFD y rendir las materias específicas de su disciplina en exámenes libres (aunque han existido otras modalidades) en el IPA. Finalmente, entre 1997 y 2000* se crearon seis Centros Regionales de Profesores (CERP), repartidos en el Interior del país, orientados a la formación de los docentes en todas las disciplinas, y que completan el actual abanico de instituciones que proveen la formación básica de los docentes de Secundaria. A esta historia institucional se asocian diversas formas de organización y financiamiento que han sido fuente de innumerables controversias. En particular, los CERP se crearon en el marco de la reforma educativa impulsada por la Administración Nacional de Educación Pública (ANEP) a partir de 1996, con financiamiento del Banco Interamericano de Desarrollo.** Puede estimarse que el sistema de enseñanza secundaria funciona actualmente con cuatro mil a cinco mil docentes en ciencias en ejercicio.*** Por otra parte, el nivel de formación de esos docentes varía enormemente de la capital al Interior, y entre disciplinas. Cuando se fundó el IPA, señala Vilaró,**** el número de docentes egresados por año resultaba claramente insuficiente ante una matrícula de la Educación Secundaria en franco crecimiento. Promediando los años sesenta, la Comisión de Inversiones y Desarrollo Económico (CIDE) presentaba la situación de la formación docente en el país en dos situaciones bien * Existe un importante grupo de trabajos con relación a este período, entre otros Mancebo, E. y Vaillant, D., “Principales Aspectos de la Situación de los Formadores de Jóvenes en el Uruguay. Las Transformaciones en la Formación Docente”, Educar N°10, CODICEN, Montevideo, 2002. Andrioli, M. y Martínez, M., La Práctica Docente en los Centros Regionales de Profesores: una Propuesta de Innovación, ANEP-CODICEN, CECAP, 2004, <www.cecap.anep.edu.uy/documentos>. Cruz Cardenas, R., Formación Docente. Un Informe Preliminar sobre su Situación y Proyección, ANEP-CODICEN, Montevideo, 2001, <www.cecap.anep.edu.uy/documentos>. Careaga, A., La Práctica Docente: ¿Reestructurar o Enculturizar?, ANEPCODICEN, Montevideo, 2001, <www.cecap.anep.edu.uy/documentos>. ** Lanzaro, J., “La Reforma Educativa en Uruguay (1995-2000): Virtudes y Problemas de una Iniciativa Heterodoxa”, Serie Políticas Sociales, CEPAL, 2004. Braslavsky, C. y Cosse, G., Las Actuales Reformas Educativas en América Latina: Cuatro Actores, Tres lógicas y Ocho tensiones, PREAL, Santiago de Chile, 1996, <www.preal.org> *** Según el anuario estadístico del INE en 2003 había 5083 docentes de ciencias; según CES División Inspección y también Departamento Docente el número de docentes activos de ciencias en abril de 2005 era 4104. ****Vilaró, R., Todo por la Educación Pública, Edición de la Banda Oriental, Montevideo, 1999. 19 diferenciadas; por un lado el magisterio profesionalizado y por el otro, una enseñanza secundaria en la cual, en 1964, solamente el 11.6% de los docentes eran titulados.* Un muy difundido estudio de situación en 1995** informa que, poco más de un 30% de los docentes de Secundaria en ejercicio poseían título de profesor. En el Interior del país, esa cifra bajaba a algo menos del 20%, siendo de 44% en Montevideo.*** El número de docentes que no tienen ningún título terciario sigue siendo alto, particularmente en ciencias. Dentro de las ciencias, la matemática y la física se encuentran en la situación más crítica a este respecto. Según el mismo estudio, en matemática solamente un 13% de los profesores en ejercicio tenía título de profesor en 1995. Las cifras de egreso de los diversos institutos de formación docente no son alentadoras sobre las posibilidades de mejorar este panorama. Por lo pronto, en los últimos tiempos, estos institutos han titulado entre 100 y 150 profesores de ciencias por año.**** En la última década, ha habido un incremento de la oferta de formación permanente para los profesores en ejercicio. Ella ha incluido diversos cursos y otros eventos ofrecidos por los propios institutos de formación docente y por la Secretaría (y el Centro asociado) de Capacitación Docente de la ANEP. Por su parte, la Universidad de la República (UdelaR) ha desarrollado un programa de Formación Permanente a partir de 1994, que en años recientes ha ofrecido entre 50 y 70 cursos por año. No es fácil saber qué fracción de estos cursos han tenido participación de profesores en ejercicio pero, en términos generales, puede decirse que incluyen aportes en esta dirección. En términos de titulaciones universitarias ligadas a la docencia, deben mencionarse la Licenciatura en Ciencias de la Educación con su opción docencia (Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación, UdelaR); el Instituto de Educación de ORT Universidad, con sus diplomas en Educación y Planificación en Gestión Educativa a nivel de posgrado así como también la Universidad Católica Dámaso Antonio Larrañaga con sus diversos diplomas posgrados de especialización y maestrías. Corresponde señalar también los aportes de las asociaciones de profesores de ciencias, que en Biología, Química y Física se crearon entre 1987 y 1990. * CIDE, “Informe sobre el Estado de la Educación en el Uruguay. Plan de Desarrollo Educativo”, Tomo I, p. ix, 1966 en Darwin, C., Síntesis de la Formación docente en Uruguay, UNESCO-IESALC, 2004. ** ANEP-CODICEN, Una Visión Integral del Proceso de Reforma Educativa en Uruguay 1995-1999, ANEP-CODICEN, Montevideo, 2000. Véase también Caraballo, D.; Chichinaldi, C. y Curto, V., La Formación Docente en el Uruguay. Evolución, Estado de Situación y Perspectiva, UNESCO-IESALC, 2004, <www.iesalc.unesco.org.ve> *** ANEP-CODICEN, Panorama de la Educación en el Uruguay: Una década de Transformaciones 1992-2004, ANEP-CODICEN, Montevideo, 2005; cuadro 4.15 reportan resultados de una encuesta que coloca en 50% a los profesores con título de enseñanza media para el año 2001. ****Agradezco a la Lic. Carolina Abud por el relevamiento sobre la enseñanza de las ciencias en el Uruguay. 20 Estas asociaciones han organizado congresos y cursos para sus asociados, que suelen incluir a muchos docentes interesados por superarse profesionalmente. La investigación científica en Uruguay No pretendemos hacer justicia a la historia de la investigación científica en Uruguay, pero nos interesa destacar que su profesionalización ha sido un proceso lento y relativamente reciente. El actual Instituto de Investigaciones Biológicas “Clemente Estable” (IIBCE) se fundó en 1927. En la UdelaR, el régimen de Dedicación Total como marco de estímulo a la concentración en la vida académica y la investigación científica, se creó recién en 1958. El Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas (PEDECIBA) se creó en 1986 y ha tenido influencia decisiva en la consolidación de sus áreas de Biología, Física, Química, Matemática e Informática, al combinar el apoyo a la investigación y la formación de jóvenes investigadores a los niveles de maestría y doctorado. Entre las varias claves para el éxito de este programa se cuentan: a) su estructura transversal, convocando a los investigadores en ciencias básicas de la UdelaR independientemente de la facultad o servicio en que trabajen, así como a investigadores de otras filiaciones, particularmente del IIBCE, pero también de otras instituciones públicas y privadas. En los últimos años, egresan del PEDECIBA entre 25 y 30 maestrandos y unos 15 doctores por año. A modo de síntesis El sistema uruguayo se ha caracterizado por un nivel relativamente bajo de profesionalización de sus docentes de nivel secundario, en general y, muy particularmente, en el caso de las asignaturas científicas. La formación docente ha estado separada de la universidad desde hace más de medio siglo, y los institutos que titulan profesores no han logrado cubrir las necesidades del sistema. Ha aumentado la oferta de formación permanente para los docentes en ejercicio, pero ésta ha sido fundamentalmente bajo la forma de cursos y talleres. Los espacios para la innovación en la enseñanza de las ciencias han sido acotados. Los nexos entre los docentes en ejercicio y los universitarios, y particularmente con los investigadores en ciencias en el país, han sido muy limitados. En este contexto, es casi imposible que un profesor que no ha tenido contacto con el quehacer científico pueda incorporar a su tarea en el aula la dimensión de exploración imprescindible para un aprendizaje activo de las ciencias. El Programa de Pasantías que se presenta en los siguientes capítulos constituye una innovación para atender a este problema. 21 Características principales del programa de pasantías PEDECIBA-UNESCO Concepción En el capítulo hemos pasado revista a algunas características del sistema educativo uruguayo que son relevantes a la hora de concebir un programa específico de mejoramiento de la enseñanza de las ciencias. Entre ellas, conviene recordar que la Universidad de la República (UdelaR), única universidad pública del país y uno de los principales ámbitos de investigación científica, y la Administración Nacional de Educación Pública (ANEP), responsable de toda la educación pública preuniversitaria, así como de la formación de sus docentes, tienen décadas de desarrollo independiente. En el caso de las ciencias básicas, es bueno volver a señalar que el Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas (PEDECIBA), instalado durante la transición democrática de la década de 1980, reunió las voluntades del Ministerio de Educación y Cultura (MEC), y en particular de su Instituto de Investigaciones Biológicas “Clemente Estable” (IIBCE), y de la UdelaR para promover el desarrollo de las ciencias básicas, favoreciendo el retorno de científicos residentes en el exterior y la formación disciplinar a nivel de maestría y doctorado, entre otras iniciativas. No han faltado declaraciones de voluntad de articulación entre los distintos programas e instituciones ligados a la enseñanza superior. Sin desmerecer estos propósitos, no se le escapa a nadie que ha sido sumamente dificultoso implementar nexos fluidos entre las partes. Sigue siendo enorme la distancia entre la capacidad de detectar necesidades y la capacidad para imaginar y llevar adelante políticas educativas concebidas y evaluadas de manera regular. Por ejemplo, el tránsito entre las instituciones es complejo, y con frecuencia remite, aún a estudiantes avanzados en una de ellas, a los años iniciales de otra, si no a completar algún requisito de la enseñanza preuniversitaria. Como ha dicho Tedesco* para los problemas educativos de la región, tenemos diagnósticos muy importantes, pero el desafío es encontrar respuestas. Con respecto a la formación docente, para viabilizar cambios educativos significativos hace falta mejorar sustantivamente su formación * Tedesco, J.C., Opiniones sobre Política Educativa, Ediciones Gránica, Buenos Aires, 2005. 23 básica, pero también las políticas de educación permanente en los que contribuyan y participen el Estado, los gremios docentes y la sociedad civil (Rivero).* Los docentes no son autómatas sociales cuyas acciones obedecen únicamente a estímulos externos, tales como los cambios de programas o nuevas reglamentaciones. Son sujetos capaces de dirigir aprendizajes dialógicos donde un importante y diverso número de transferencias culturales pueden tener lugar. Por ello, “es importante conocer la subjetividad de los agentes sociales para comprender lo que hacen y por qué lo hacen. Esta comprensión es una condición necesaria del éxito de las políticas públicas” (Tenti).** La escasez de docentes titulados en el país y la ausencia de recursos humanos fuertemente capacitados en el sistema preuniversitario se han agravado con la creciente expansión de la matrícula de la enseñanza secundaria. Un 45% de la población de docentes de Secundaria tiene 40 horas de dedicación (CODICEN).*** Esta sobrecarga no favorece las condiciones laborales, ni mucho menos la formación permanente. Hemos desarrollado con cierto detalle este punto en la “Introducción”, pero deseamos resaltar la estrecha dependencia que existe entre las condiciones y niveles de formación de los docentes, sus posibilidades reales de actualización, y su potencial desempeño en el aula. Así surge el diseño de lo que hoy se conoce como el programa de pasantías para profesores de Ciencias PEDECIBA-UNESCO. En la gestación de este programa se dialogó con varios investigadores de diversas áreas del PEDECIBA. Además de un claro reconocimiento de la importancia de la enseñanza de la ciencia en la educación preuniversitaria, era fuerte la convicción de que se debía hacer algo para terminar con los discursos infértiles y genéricos sobre la articulación de los diferentes niveles de la enseñanza. Un conjunto de ideas generales en torno al problema apareció como cimiento del programa en esas etapas de gestación: • • • * Para mejorar la enseñanza de las ciencias era indispensable un acercamiento a las personas y los lugares donde se hace ciencia. Existía un importante contingente de investigadores que acompañarían voluntariamente una iniciativa para profesores de ANEP, si el trabajo era acotado en el tiempo. Existía un buen número de profesores que deseaba ampliar su formación disciplinar, pese a las limitaciones financieras y de disponibilidad de tiempo. Rivero, J., Educación y Exclusión en América Latina: Reformas en Tiempos de Globalización, Miño y Dávila Editores, Madrid, 1999. ** Tenti Fanfani, E., La Condición Docente: Análisis Comparado de la Argentina, Brasil, Perú y Uruguay, Siglo Veintiuno Editores, Buenos Aires, 2005. *** ANEP-CODICEN, Panorama de la Educación en el Uruguay: Una década de Transformaciones 1992-2004, ANEP-CODICEN, Montevideo, 2005. 24 • Se reconocía que los profesores de ciencias tenían oferta de formación permanente muy limitada. Al diseñar un programa que, por su naturaleza y financiamiento, necesariamente será de pequeña escala, es importante identificar algunas ideas rectoras que potencien su utilidad. En un sentido general, debería contar con lo que Austin* denomina las siete “c”: • • • • • • • conexión con la finalidad y la gente, claridad de propósito, congruencia entre tarea estratégica y valores, creación del valor, comunicación entre los miembros del equipo, continuidad en los aprendizajes, compromiso con el emprendimiento. En nuestro caso, nos planteamos tres requisitos generales: a) la iniciativa debería vincular la formación permanente del docente y la investigación científica; b) el programa tenía que ser compartido entre la UNESCO y una institución o programa que ofreciese las mayores garantías de calidad científica; y c) debería obtenerse el aval y apoyo del Consejo Directivo Central (CODICEN) de la ANEP, para validar los esfuerzos de los docentes. Cada uno de estos tres requisitos atiende a las necesidades generales de formación docente en el caso particular de Uruguay. Así, ya se ha notado que la separación de la formación docente de la enseñanza universitaria, y con ello de la investigación científica, es una característica del sistema educativo nacional. Se buscó por tanto un programa que lograse un contacto directo entre investigadores y docentes. Por sus características de integración por y para los científicos, independientemente de su inserción institucional, y su carácter innovador en el desarrollo de las ciencias, el PEDECIBA parecía un socio natural para este emprendimiento. Los investigadores que forman parte de este programa son, en muchos casos, docentes de la UdelaR, aunque también del IIBCE u otras instituciones. En todos los casos, deben ser investigadores activos, esto es generadores, y no solamente transmisores, del conocimiento científico. El PEDECIBA está organizado en cinco Áreas (Biología, Física, Química, Matemática e Informática), lo cual facilitaría la implementación para docentes de algunas de ellas. * Austin, J. E., El Desafío de la Colaboración, Ediciones Gránica, Buenos Aires, 2000. ** Como dato histórico, la Oficina de UNESCO en Montevideo, como Oficina Regional de Ciencia y Tecnología participó activamente en la gestación del PEDECIBA bajo la Dirección del doctor Gustavo Malek. 25 Desde los primeros contactos, el ingeniero Enrique Cabaña, en aquel entonces Director del PEDECIBA, se mostró sumamente interesado en comenzar una acción conjunta con la UNESCO. Se nos expresó que, si bien dentro de los objetivos de este programa se encontraba el de mejoramiento de la enseñanza de la ciencia, y sin perjuicio de reconocer diferentes esfuerzos realizados en esa dirección, las dificultades estructurales identificadas en la “Introducción” habían inhabilitado hasta el momento una acción sostenida en el tiempo. Los términos generales de una cooperación surgieron de manera natural. El Sector Educación de UNESCO, Montevideo elaboraría una propuesta que sería discutida en la Comisión Directiva del PEDECIBA.* Con relación a nuestro tercer requisito, el ingeniero Enrique Cabaña** incursionó en el diálogo con las autoridades de la ANEP, obteniendo como resultado una resolución del CODICEN que reconoce el interés de la propuesta y nombra un delegado para que participe en la selección de los profesores (véase anexo 1). El PEDECIBA realizó un esfuerzo económico importante para el primer lanzamiento de la experiencia, lo cual permitió apoyar a un mayor número de profesores. Financiamiento 1999-2005 US$ 40.000 UNESCO 2.700 PEDECIBA 30.000 20.000 36.600 2.965 9.532 11.752 19.600 10.000 11.500 5.048 0 1999 * 2000 2001 2002 9.700 7.200 7.200 4.285 6.222 6.278 2004 2005 2003 El PEDECIBA es conducido por una Comisión Directiva que consta de doce integrantes: Director, Subdirector, tres representantes de la Universidad, tres representantes del Ministerio de Educación y Cultura, uno de los cuales corresponde al Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable (IIBCE), dos representantes de las Áreas (generalmente todos los Coordinadores de Área, tienen dos votos entre los cinco), un representante de los investigadores, un representante de los estudiantes de posgrado del programa. ** Sin lugar a dudas, la perseverancia del ingeniero Cabaña fue indispensable para que se consumara la resolución favorable del CODICEN en un contexto difícil por las polémicas en torno a la reforma educativa. Aunque hubiese sido deseable un compromiso mayor de las autoridades de la ANEP, en aquel contexto seguramente hubiese sido muy difícil lograrlo. 26 El diseño de la experiencia se basó en dos elementos. Primero, el llamado modelo de inmersión, extendido en la enseñanza de idiomas como forma intensa y rápida de facilitar el aprendizaje. Segundo, la pasantía, una figura habitual tanto a nivel universitario como empresarial. a. El modelo de inmersión Dentro de los muchos sistemas que, en el área de la enseñanza de idiomas, buscan un mayor aprendizaje en el mínimo de tiempo, es ampliamente conocido el modelo de inmersión. Como su nombre lo indica, consiste en que el aprendiz debe “zambullirse” en una situación en la que el idioma que se quiere aprender es el principal, si no el único, medio de comunicación, para todas las actividades cotidianas. Obviamente hay requisitos mínimos de conocimientos iniciales, y se entiende que la comprensión y fluidez del participante serán limitadas, pero con el pasar del tiempo se potencian múltiples aprendizajes, no solamente acentuando las capacidades idiomática y de lenguaje, sino también de comprensión de los contextos culturales en que funciona el idioma. En síntesis, este modelo de aprendizaje, que se utiliza tanto en centros educativos como en programas de intercambio, acentúa, a diferencia de los métodos tradicionales una incorporación de comunicación y cultura como parte integral del aprendizaje. b. La pasantía Tanto como figura curricular como de iniciación al mundo del trabajo, esta modalidad es ampliamente usada como instrumento de formación. Su nota distintiva está dada por la posibilidad de establecer contacto directo entre personas así como también por un intercambio de conocimientos que se presentan impregnados con aprendizajes prácticos. La vinculación buscada entre docentes e investigadores demandaba un concepto de comunidades de práctica* que potenciara la posibilidad de configurar relaciones dinámicas entre los actores, de las que el objeto de estudio (de investigación) fuese un elemento constitutivo. Es claro que una pasantía es una experiencia de inmersión en el mundo laboral, o en un laboratorio particular en el marco de una currícula de formación. La referencia a la inmersión en el caso de las lenguas viene al caso porque implica el transporte a un medio diferente, que no es parte del marco curricular o del potencial campo laboral de un estudiante. En el caso de los profesores pasantes, la inmersión en * Una comunidad de práctica según Etienne Wenger (2002) es un contexto dinámico que maneja competencias y puede integrar nuevos ciudadanos a compartir experiencias y reconstruir la identidad comunitaria. 27 laboratorios de investigación está fuera de su marco curricular y de su campo potencial de trabajo. La elección de esta forma de trabajo fue natural al pensar en las disciplinas experimentales comprendidas en el PEDECIBA: la física, la química, y la biología. Las otras dos áreas, sin embargo, presentaban características diferentes, y no estaba claro si una pasantía sería la mejor forma de trabajo. En el caso de la informática, si bien la disciplina se ha abierto camino en la formación preuniversitaria, ni la inserción curricular de la materia ni su plantel docente están tan claramente conformados como en las disciplinas experimentales. A nadie escapa que la enseñanza de la matemática y la formación de sus profesores preuniversitarios constituyen problemas importantes, pero no parecía evidente que las pasantías representasen una buena contribución a esa problemática.* Vistas estas dificultades, se optó por concentrar la experiencia en las áreas de biología, física, y química. Cuando nos referimos de aquí en más a pasantías o docentes en ciencias estamos abordando este subconjunto particular. Para los docentes de ciencias, las pasantías propuestas presentan importantes desafíos. En primera instancia se ubica al profesor en situación de aprendiz de laboratorio (contrapuesta a la de transmisor de saber acabado en la que normalmente se ubica). Este punto, que es clave para la finalidad del programa, al comienzo no es de fácil comprensión para el docente. Debe tenerse en cuenta que la forma más común de apoyo a la formación permanente de los docentes es el dictado de cursos, y que dentro de éstos predominan ampliamente aquellos que se ocupan de temas de los programas de la enseñanza secundaria. Por ejemplo, se ofrece un curso sobre radioactividad porque el tema está incluido en el programa de química de cierto año. Nada hay de malo en ello, por el contrario, pero la situación es bien diferente de la de una pasantía. En este último caso se le pide que se ubique en una situación de aprendizaje de contenidos sin aparente utilidad inmediata para su función docente. El manejo de este corte no es sencillo, y genera ansiedad y temores frente a lo desconocido. En consonancia con los fines de la pasantía, normalmente el investigador no prepara un módulo aplicable en el aula por parte del docente. Por el contrario, le explica qué es lo que se hace en su laboratorio, cuáles son las grandes preguntas, y lo va orientando hacia posibles trabajos concretos para realizar durante la pasantía. Lo central es que el docente se “zambulla” (con los necesarios ajustes y orientaciones) en algún componente de la investigación en la que el equipo del * 28 Algunas pasantías en física teórica, por ejemplo, presentaron particularidades y dificultades que bien pudieron haber surgido en posibles pasantías en matemática. laboratorio está trabajando. Se da por tanto, una integración temporal del docente al clima y asunto designado para trabajar en el laboratorio. En segunda instancia, surge como aspecto importante el manejo de la responsabilidad; este pasante es un trabajador docente y se diferencia del estudiante de grado o de posgrado en edad, intereses, uso de su tiempo y otros aspectos. La amplia mayoría toma con mucha seriedad las tareas que el investigador les propone. En tercera instancia, el solo hecho de ser seleccionado para participar en el programa y de recibir una beca de apoyo, constituyen una validación de su perfil profesional y carrera. Para la mayoría de ellos, es la primera vez que tienen una relación de trabajo personalizada y una beca para profundizar su formación. La experiencia de apoyo financiero que puede aspirar en su carrera es muy acotada. En cuarta instancia, el programa ofrece amplios grados de libertad sobre la adquisición del conocimiento. Si bien la modalidad de pasantía expone al docente al clima del laboratorio y al quehacer científico, marca los tiempos en relación con la tarea. Esta es una experiencia muy fuerte para los profesores, que les facilita el reconocer la capacidad de aprender desde sus propias preguntas. En sus relatos se expresa ese gusto en profundizar sobre los temas, así como el re-educarse a un tiempo sin timbres ni cortes. Estos comentarios enfatizan en nuestra lectura la libertad que acompaña a las distintas posibilidades de conocimiento y profundización en el trabajo científico del laboratorio. En el capítulo siguiente veremos con detenimiento en un estudio de caso este análisis de contenido de los relatos docentes. Lo importante aquí es enfatizar que el aprendizaje en las diversas tareas del laboratorio trae consigo un manejo de tiempo continuo o tiempo “ligado a tarea” que juega como facilitador de otras preguntas, otras curiosidades, otros saberes que en conjunto ayudan a la profundización de los temas de trabajo. El docente por tanto está en control de su propio aprendizaje, y realiza de modo continuo una evaluación directa o indirecta de su ubicación frente al objeto de estudio, al tema, a la tarea. En suma, podemos decir que el núcleo central de este programa es el aprendizaje que se da, en el marco de un laboratorio de investigación y de sus actividades, en la interacción entre investigador y docente. Esta localización y forma de trabajo constituyen las únicas pautas metodológicas ineludibles del programa. Desde ese núcleo, el pasante explorará las más diversas vías de contacto con la actividad científica (conocimiento de otros investigadores y laboratorios, asistencia a conferencias, bibliotecas, servicios técnicos, etcétera). 29 Puesta en marcha Un importante número de tareas debían coordinarse para poder hacer el llamado abierto y seleccionar a los profesores pasantes. En primera instancia, los coordinadores de las tres áreas del PEDECIBA que nos acompañaron, Biología, Física y Química, recabaron información sobre los investigadores que estaban dispuestos a recibir a un profesor pasante y los campos de investigación del laboratorio de recepción.* Con la información de los investigadores y laboratorios disponibles se configuró el primer llamado (véase anexo 2). Los aspirantes podían señalar hasta tres temas posibles para la realización de sus pasantías. El proceso de selección se realizó de manera conjunta entre los coordinadores de las tres áreas del PEDECIBA involucradas (o sus representantes), el delegado de ANEP (en el caso del primer llamado), y el responsable de Educación de UNESCO, Montevideo. Los coordinadores realizaron un estudio previo de las aspiraciones, así como de la factibilidad de atenderlas. Como criterios de selección, se buscó a profesores titulados en ejercicio de la docencia en la ANEP, preferentemente con algunos años de trabajo, pero también con al menos quince años de docencia por delante. Se dio preferencia a aquellos docentes que mostraban evidencia de haber realizado esfuerzos de formación luego de su titulación (por ejemplo, asistiendo a los Congresos de las Asociaciones de Profesores correspondientes, o a las Jornadas para Docentes organizadas por la Facultad de Química, o a congresos científicos). Sin desatender la excelencia, se trabajó además con criterios de equidad, como lo fueron la elección de un número aproximadamente igual de docentes del Interior y de la capital, y más en general la búsqueda de una amplia distribución geográfica de los docentes seleccionados. Igualmente, se atendió a los desequilibrios de género de las disciplinas (baja representación de hombres entre los docentes de biología, y lo contrario en física). El resultado del proceso de selección es una lista ordenada de pasantes, acotada por los recursos disponibles, seguida de una lista preferencial de alternos. Además del anuncio formal, se optó siempre por una comunicación personal a los seleccionados por parte de los coordinadores o de los investigadores que recibirían a los pasantes. Este aspecto puede parecer menor, pero es valorado especialmente por los profesores del Interior en sus narrativas. Comentan como una grata sorpresa el tener un vínculo * 30 Debe tenerse en cuenta que los laboratorios del PEDECIBA se encuentran en diferentes Facultades y otros servicios de la Universidad de la República, así como en el Instituto de Investigaciones Biológicas “Clemente Estable” y en otros centros. La pasantía siempre se desarrolla en el laboratorio de un investigador del PEDECIBA que se responsabiliza de llevarla adelante, sin perjuicio de que, en el transcurso de la misma, el pasante realice visitas o experiencias en otros servicios. personal con el investigador o algún miembro del equipo aun antes de comenzar la pasantía. Debe tenerse en cuenta que la realización de una pasantía presenta muchas interrogantes y dificultades prácticas para un docente del Interior del país que debe trasladarse a Montevideo para llevarla a cabo (horas de transporte, lugares de estadía, lecturas previas, horarios, etcétera). Distribución de pasantes por departamento, 1999-2005 31 Modalidades de la pasantía La experiencia de inmersión se realiza por un total de 120 horas y se ofreció originalmente en dos modalidades: intensiva y extensiva. La primera se concentra en un mes y es la que incluye la posibilidad de que la ANEP conceda licencia especial acorde con el estatuto docente. La segunda incluye dos o más días por semana de trabajo en el laboratorio, que se suman a las tareas semanales del docente seleccionado. Con el correr de los años y dadas las evaluaciones de los relatos docentes, solicitamos a los investigadores que intentaran favorecer la opción intensiva. Las razones están relacionadas con la alta carga docente que poseen los profesores. Esta situación laboral dificulta la posibilidad de espacios para lectura y concentración en la experiencia necesarios para un aprovechamiento óptimo de la experiencia. En la modalidad extensiva, el ritmo del aprendizaje en el laboratorio queda muy supeditado a las importantes responsabilidades de la labor docente regular (clases, reuniones de profesores, correcciones y demás).* En la práctica, ha surgido en algunos casos una modalidad “mixta”, en la que se combinan períodos de baja dedicación con algunas semanas de dedicación intensiva. Esta opción ha servido, en algunos casos, para iniciar el trabajo con lecturas previas y una orientación al trabajo experimental intercalada con las actividades normales del docente, y completarlo luego en modalidad intensiva. Por otro lado, algunos docentes prefieren esta modalidad para aprovechar sus momentos de mayor libertad (por ejemplo, las vacaciones de julio) de forma intensiva, sin tener que solicitar licencia para optar por una modalidad intensiva. Evaluación La evaluación de cada pasante e investigador se llevó adelante por medio de una entrevista individualizada con cada participante durante los años 1999 y 2000. A partir del 2001, y hasta el presente la entrevista se realizó exclusivamente a los profesores. En todos los casos, al final de la pasantía, cada investigador completó un formulario de evaluación (véase anexo 3). Con el estudio de caso de Biología –en el siguiente capítulo– se detallará el proceso de evaluación. Por el momento, solo señalaremos que para el docente es una instancia específica de reflexión, que promueve una narrativa directa y detallada de la experiencia de * 32 Un alto número de narrativas identifica el peso que les representa haber dejado a sus estudiantes. Estos profesores saben que el sistema tendrá dificultades serias en ponerles suplentes y que los alumnos corren riesgos de perder alguna clase. inmersión del profesor, por un tiempo que varía entre 25 minutos y una hora. Con relación a los dos años que se realizó la entrevista con los investigadores, su objetivo principal era conocer sus opiniones sobre la experiencia, la forma como se formularon los planes de trabajo, y su impresión sobre el pasante seleccionado, así como también recibir sugerencias. Esta instancia fue importante para recabar opiniones de primera mano sobre el programa y considerar modificaciones posibles.* La mayoría de los investigadores se mostró receptivo a sugerencias sobre la forma de llevar a cabo las pasantías. En estos diálogos surgió también la idea de realizar algún tipo de cierre de la experiencia, más allá del llenado del formulario de evaluación. Ajustes al programa: el Encuentro-Taller El esfuerzo de implementar una iniciativa innovadora demandó muchos aprendizajes por parte de “los socios”. En lo que a nosotros corresponde, fue necesario ajustarse al recambio de los coordinadores de área, que ocurre cada dos años en el PEDECIBA, y establecer relaciones fluidas de trabajo con el personal administrativo del programa. Muchos problemas particulares de los profesores o los laboratorios se resolvieron entre el investigador y el profesor, existiendo solamente un caso en el que fue necesario convocar a un suplente, ya que el titular no podía razonablemente acomodar su pasantía a sus dificultades particulares y a los tiempos de disponibilidad del investigador. Las sucesivas ediciones del programa se vieron facilitadas por la implementación de inscripciones por Internet, y por el hecho de que los viejos pasantes sirvieron de divulgadores del programa ante sus pares. Las entrevistas de los docentes y de los investigadores los dos primeros años apoyaban la idea de algún tipo de “informe final” como actividad de cierre. En muchos casos, los investigadores solicitaron informes escritos como clausura de la actividad. A partir del quinto año de la experiencia, nos propusimos la implementación de un cierre colectivo que constituyó un desarrollo importante para el programa. Nos referimos al Encuentro Anual de Pasantes que se realiza como cierre de la experiencia de inmersión desde el año 2003 al presente. Este encuentro buscó cumplir diversas funciones de interés. La primera fue que existiera una instancia de socialización entre los pasantes, de lo actuado individualmente en sus laboratorios de recepción. Se buscaba, en ese marco, que el profesor tuviera la oportunidad de presentar a sus pares * Una investigación específica con esos datos se encuentra en proceso. 33 los resultados de la experiencia de inmersión. Finalmente, se procuró que el Encuentro habilitara a conocer y poder compartir la experiencia con aquellos investigadores del programa interesados en participar. Apelamos una vez más, además, a la buena disposición de un par de investigadores por año, que prepararon sendas presentaciones sobre temas de su especialidad para los pasantes del año. Un listado de las conferencias ofrecidas aparece en el anexo 4 de este capítulo, y el texto completo de tres de ellas se presenta en la sección “Conferencias abiertas a cargo de investigadores de PEDECIBA (Encuentro-Taller 2003 y 2004)”. Aunque las formas variaron a lo largo de los años, en todos los casos se procuró la participación de los profesores de las tres disciplinas en actividades conjuntas. Pensamos que para un docente de biología, por ejemplo, normalmente alejado de la física, era interesante escuchar una conferencia dictada por un investigador en esa disciplina, como lo era conocer el trabajo de otros profesores, tanto dentro como fuera de su campo de enseñanza. Se eligió el póster como forma de presentación de los trabajos realizados por los docentes. Al igual que con la experiencia de pasantía, la preparación de un póster no es ninguna novedad para un estudiante de posgrado universitario; sin embargo sí lo es para los docentes pasantes. Conscientes de esta dificultad, se ofreció una guía de elaboración que hoy forma parte de los formularios de presentación al Encuentro (véase anexo 5). De esta manera, se facilitaba la preparación, que además promovió nuevos intercambios docente-investigador. El primer Encuentro de Pasantes se realizó el año 2003 (véase anexos 6 y 7) en la Facultad de Ciencias, y fueron invitados todos los pasantes desde 1999, así como los investigadores que quisiesen asistir. Desde 2004 hasta el presente, la participación en el Encuentro de Pasantes se realizó todos los años, y es una de las responsabilidades que contrae el profesor al aceptar su beca. El encuentro es abierto a otros interesados* y se realiza en el mes de setiembre. Con la incorporación del Encuentro se cierra, a nuestro entender, una intervención educativa que desde su concepción hasta su finalización tiene como base la cooperación de actores diversos en torno a un objetivo central, esto es, la colaboración en la formación del profesor de ciencias con investigadores que hacen ciencia en Uruguay. Cerramos este capítulo con la distribución geográfica y por área de conocimiento de los profesores, y el total de investigadores que acompañaron el Programa. * 34 Para maximizar la asistencia de otros docentes, y con variantes a lo largo de los años, se ha contado con el apoyo de las Asociaciones de Profesores para la convocatoria y difusión de estos Encuentros. Profesores-investigadores, 1999-2005 50 40 40 46 30 20 26 43 16 Investigadores 91 29 14 10 35 13 Profesores Interior 115 Profesores Montevideo 56 0 Biología 75 Física 40 Química 56 35 Anexo 1 36 37 Anexo 2 38 Anexo 3 39 Anexo 4 40 Anexo 5 41 Anexo 6 42 Anexo 7 43 Evaluación y análisis de las pasantías MARÍA PAZ ECHEVERRIARZA, ALCIRA RIVAROSA, PAULA SANTOS Introducción En este capítulo se presenta una evaluación y análisis del programa de Pasantías PEDECIBA-UNESCO. Se describen los instrumentos de evaluación utilizados, incluyendo las entrevistas a docentes así como información general sobre las evaluaciones escritas realizadas por los investigadores. El núcleo central del capítulo está constituido por el análisis detallado de las entrevistas realizadas al grupo de docentes de biología que han participado en esta experiencia a lo largo de los siete años de ejecución del Programa. Se describe el proceso de análisis que ha sido concebido en diversas etapas de complejidad en la tradición etnográfica de análisis de contenido. Este proceso forma parte y sustenta las principales conclusiones que se discuten a lo largo del capítulo. Los instrumentos de evaluación Al terminar su experiencia en el laboratorio, el profesor tiene dos instancias de evaluación. La primera consiste en una entrevista semiabierta con Educación UNESCO, Montevideo (véase anexo 1). La segunda es un formulario que completa cada investigador (véase anexo 3 del capítulo anterior) donde se detalla las características del plan de trabajo realizado, los aspectos más significativos del pasante y su labor, y se le asigna al trabajo del profesor un número en escala progresiva del 1 al 5. El formulario también recoge información sobre el tipo de pasantía realizada (intensiva, concentrando el trabajo en un mes, o extensiva, distribuido en un semestre) y el cumplimiento de las 120 horas requeridas. Como forma general de informar sobre la evaluación del investigador presentamos a continuación un cuadro por área con el puntaje recibido en la totalidad de los profesores pasantes. 45 Evaluaciones de los investigadores 1999-2005 Área/Puntaje Biología Física Química Nota 3 4 5 2 3 4 5 3 4 5 Pasantes 5 20 46 1 7 15 16 2 16 37 Evaluaciones/área Total evaluaciones 71 39 55 165** * Se truncó al entero inferior las notas con decimales. ** No se dispone de seis formularios de evaluación. Durante los dos primeros años (1999 y 2000) se entrevistó también a los 49 investigadores, procurando identificar en la experiencia fortalezas y obstáculos para el éxito del programa. Nuestro interés se centraba en obtener información de primera mano sobre el quehacer diario de su convivencia con el profesor pasante. Escuchar las dificultades que habían encontrado, analizando si las dificultades podían relacionarse directamente con los criterios de selección del profesor en el llamado abierto (véase anexo 2 del capítulo anterior). Una primera constatación fue que algunos de los investigadores ya habían tenido experiencias previas de vinculación con el sistema educativo preuniversitario, sea como parte del departamento, cátedra o instituto o a título individual. Las modalidades más sobresalientes de esas experiencias eran cursos sobre diversos temas, así como también intercambios de ideas con directores de centros educativos, maestros, profesores y practicantes, visitas a aulas, elaboración de materiales, y contribuciones diversas a ferias y clubes de ciencias, etcétera. Una segunda constatación, señalada por los investigadores con mayor frecuencia, fue el poco interés demostrado por el CODICEN en apoyar, financiar y potenciar estas iniciativas y otras similares de la comunidad científica para el mejoramiento de la enseñanza de la ciencia. Muchos habían hecho considerables esfuerzos personales en esa dirección. Mencionaron en ese sentido diferentes acciones institucionales que habían llevado adelante. La experiencia de recibir a un profesor de ciencias como pasante de investigación era novedosa y desafiante pese a que, al mismo tiempo, la mayoría de los laboratorios había tenido pasantías de estudiantes de licenciatura, estudiantes extranjeros, o aun técnicos de empresas. En suma, nuestras visitas para realizar las entrevistas con los investigadores en sus laboratorios durante los dos primeros años, fueron importantes para medir el grado de sintonía que este programa poseía con los investigadores, colaboradores indispensables para construir esta experiencia de formación para el docente de ciencia. 46 La entrevista con el profesor es también una modalidad de trabajo costosa, pero aporta un elemento de confiabilidad importante para conocer los logros y dificultades que presenta la experiencia. Usamos este instrumento en dos niveles diferentes, pero complementarios. Por una parte, se ha usado la información para modificar el programa sobre la marcha. En particular, se volvió evidente que, en general, las pasantías intensivas resultaban más satisfactorias al darle mayor continuidad a la experiencia. Por otra parte, esta entrevista constituye el corpus de la investigación que nos permite comprender el proceso de aprendizaje de este grupo de profesores de ciencias. Como se ha comentado más arriba, el programa fue concebido como una experiencia de inmersión, por analogía con experiencias semejantes en el aprendizaje de los idiomas. El corte con la rutina cotidiana a favor de una alta y sostenida dedicación a las pasantías resultó generalmente en una experiencia mejor que el apartar un día por semana, por ejemplo, durante varios meses, para una pasantía extendida. Existen excepciones a esta tendencia, y en algunos casos la pasantía extendida favorece la lectura y asimilación gradual de la experiencia. Algunos investigadores han hecho buen uso de las ventajas de ambos regímenes, entregando material de estudio por adelantado, para luego recibir al pasante en régimen intensivo. Se ha usado también una tercera opción, que denominamos de modalidad mixta, intercalando períodos intensivos de trabajo y fases de menor intensidad. Ello ha permitido a algunos profesores disponer de sus vacaciones de invierno, y también, en algunos casos, ajustarse a requerimientos del trabajo experimental. Los comentarios y sugerencias contenidos en las entrevistas han motivado otros cambios en el programa. Por ejemplo, varios docentes mencionaron la conveniencia de realizar las pasantías en la primera mitad del año, ya que el cansancio acumulado dificultaba un desempeño óptimo en el segundo semestre. Como respuesta, se han mejorado algunos aspectos organizativos para permitir que las pasantías se realicen en la primera mitad del año. Otros pasantes manifestaban interés por conocer a los colegas que como ellos habían sido seleccionados. Para facilitar el contacto entre pasantes e intercambios sobre sus experiencias, desde el año 2003 se realiza un encuentro de dos días en el que los pasantes presentan sus resultados en “posters”, que discuten con sus pares, sin separación por áreas. Estos eventos han incluido conferencias por parte de investigadores sobre problemas de interés general en sus disciplinas. En los últimos años, observamos que la elaboración del póster conlleva un esfuerzo de reflexión sobre lo actuado y aprendido, permitiendo al mismo tiempo la presentación del material a sus colegas y en sus lugares de trabajo. Para muchos pasantes, esta modalidad de presentación, habitual en congresos, era nueva. Por ello, facilitamos una guía simple de elaboración de los posters. La experiencia ha sido valorada positivamente por los pasantes e investigadores. 47 El centro de nuestro interés es conocer la visión de los profesores formados por la ANEP y su ubicación conceptual frente a los aprendizajes científicos ofrecidos por los investigadores. La entrevista ofrece el espacio físico vinculante con otro sujeto (el entrevistador de ED/UNESCO) que no ha participado de la experiencia en el laboratorio pero desea genuinamente saber sobre ella, para evaluarla y eventualmente continuarla en años siguientes. Las preguntas o bloques de preguntas juegan un papel sugerente para que el profesor evoque qué pasó, qué se hizo, qué se aprendió y con quiénes. Este tipo de entrevista se diferencia de aquellas que buscan la conexión entre la reflexión y algunos supuestos teóricos definidos a priori. Dicho de otra manera, se realizó una entrevista pre-secuenciada donde en forma oral se plantearon las mismas preguntas exploratorias a todos los entrevistados en el mismo orden (Denzin).* La entrevista se llevó a cabo en la oficina de la UNESCO en Montevideo, en lugar del laboratorio, facilitando este cambio de espacio físico, un corte en la rutina de la pasantía. En el diálogo se transita por aspectos muy diversos, desde el contacto con el equipamiento, las técnicas y el objeto de estudio hasta detalles de los contextos y características de las interacciones con el investigador responsable y algunos de los equipos de trabajo de los laboratorios donde se hace ciencia en Uruguay. Análisis de las entrevistas: el caso de biología Nos encontramos por tanto frente al estudio del caso biología definido en la tradición de los métodos sociales de investigación: “el caso de estudio no es por tanto una técnica específica; es una forma de organizar datos sociales de modo de preservar el carácter unitario del objeto social que está siendo estudiado” (Goode y Hatt).** En consecuencia, ni el caso de estudio ni ningún otro enfoque puede ser caracterizado como el análisis del individuo en toda su particularidad. En esta sección presentamos los resultados del estudio de la información ofrecida por los 72 profesores de biología que han sido pasantes en los laboratorios de los investigadores del PEDECIBA. El cuadro a continuación informa sobre el perfil del caso. Utilizamos como fuentes para este conteo: fichas de inscripción, evaluaciones de los investigadores y entrevistas. * Denzin, N. K., The Research Act: A Theoretical Introduction to Sociological Methods, McGraw-Hill, Nueva York, 1978. ** Goode, W. J. y Hatt, P. K., Methods in Social Research, McGraw-Hill, Nueva York, 1952. 48 PERFIL CASO BIOLOGÍA* Origen Montevideo Interior 29 Sexo 43 Femenino Masculino 60 Promedio Edad 12 36,25 Promedio Horas de Clase semanal 34,25 Son Ayudantes Preparadores/otros 42 Se postularon al Programa más de una vez 17 Usando las mismas fuentes identificamos algunos aspectos generales que a nuestro juicio se relacionan directamente con el proceso del aprendizaje del profesor docente. En primera instancia nos referimos al manejo del inglés como lengua de información científica. Un 60% debió leer en inglés, esto demandó un esfuerzo considerable en muchos de los profesores pasantes. Cuando esto era un escollo insalvable los investigadores facilitaban material en castellano, explicando la importante limitante que esto significaba. En segunda instancia, el manejo computacional o de las TIC en 35 docentes 49% debieron aprender o mejorar su manejo básico y en algunos casos profundizar el uso de programas específicos para el aprendizaje del tema de exploración en la pasantía. En tercera instancia, la oportunidad de poseer para las clases propias de los docentes material de laboratorio. Un 50% de los profesores se llevó material práctico para enriquecer sus clases. El tipo de material y la modalidad como se accedió a él es variada. Por ejemplo, puede ser un preparado o un insumo que el equipo le ofrece al profesor hasta un material específicamente realizado durante el programa de la pasantía, u otro por una solicitud específica del profesor que el investigador pudo asistir. Por último, hay un 17% de los profesores pasantes que comenta haber participado de una salida de campo. Estos aspectos generales complementan el perfil del caso biología y aportan a nuestro interés central que es conocer la visión de estos profesores pasantes describiendo las tendencias cualitativas de sus valoraciones y procesos de aprendizaje en el laboratorio. Las entrevistas se realizaron en todos los casos por la misma persona para las primeras seis promociones.** Todas ellas fueron desgrabadas * Se han perdido tres desgrabaciones de 75 entrevistas. ** La promoción 2005 contó con la asistencia de la licenciada Valeria Pérez. 49 textualmente. Se utilizó como plataforma para el análisis de contenido un software de origen alemán cuyo nombre comercial es MAXQDA 1.* Cinco preguntas fundamentadas con el doble propósito de evaluar el programa y las posibilidades de aprendizaje fueron el eje conductor para el diálogo con el profesor pasante. En la primera, ¿por qué se presentó a esta experiencia?, buscábamos saber cómo se había enterado del llamado a las pasantías y cuáles habían sido sus principales motivaciones para aspirar. En la segunda, ¿cómo planificó la pasantía?, se buscaba obtener la visión del pasante sobre la fase de organización de la experiencia para poder cotejarla con lo expuesto por el investigador en su cuestionario. La tercera pregunta, ¿qué hicieron en realidad?, buscaba que el pasante evocara el recorrido y en él puede identificar cambios, ajustes, novedades, impresiones que fueron importantes en su experiencia a lo largo de las 120 horas de inmersión en el laboratorio. La cuarta pregunta, ¿qué elementos identifica como señales de aprendizaje?, se usó como recurso para ayudar a evocar algún tipo de reflexión metacognitiva** que pudo existir. Esta pregunta requería, con frecuencia, esfuerzos importantes de parte del pasante, que a menudo solicitaba pistas para contestarla. Se buscaba una interrupción de la mera descripción para incorporar una valoración del proceso, desde cómo llegó a la experiencia, hasta cómo lo vivió y cómo se reintegra a su actividad de profesor. La quinta pregunta, ¿en qué forma piensa que puede seguir vinculado a esta experiencia?, se formulaba junto a una solicitud de comentarios y sugerencias. Cada desgrabación se codificó con los siguientes datos. Área (biología, física, o química), año de realización, sexo del pasante, cantidad de horas de trabajo, modalidad, investigador responsable. En una primera instancia, cada desgrabación se analizó por dos personas de manera independiente, buscando identificar en el texto palabras clave coincidentes con ideas centrales que el pasante enfatizaba. En segundo lugar, trabajamos cada desgrabación conjuntamente buscando identificar descriptores coincidentes entre los pasantes y acordar cómo nombrarlos en pocas palabras como descriptores. La idea inicial era que cada pregunta nos habilitaría un bloque de descriptores diferente. Sin embargo, los pasantes respondieron con mucha elocuencia y en algunos casos en extenso, sin limitarse estrictamente a cada pregunta. La forma de entrevista semi-abierta permite, justamente, esa amplitud. * VERBI Software. Consult. Sozialforschung. GmbH, Berlin 2001. ** Los aspectos de metaconocimiento comprenden la conceptualización explícita y consciente del conocimiento que tiene un sujeto sobre cualquier dominio específico de fenómenos, esto es, el desarrollo de la conciencia del sujeto sobre su propia manera de pensar y de las maneras de pensar de otros, acerca de ese contenido (Pramling, 1993 en Mateos, 2001). 50 Se procedió luego a validar los descriptores, reteniendo aquellos más frecuentemente representados en los segmentos seleccionados de las entrevistas de los pasantes: Ejemplo de segmentos seleccionados en tres generaciones (Biología) 1999 2002 Código Nº Pasante Segmentos 2004 Código Pasante Nº Segmentos Código Pasante Nº Segmentos 07BP 28 11BP 14 05BP 13 49BP 18 03BP 13 06BP 13 55BP 18 08BP 13 07BP 13 08BP 16 09BP 13 01BP 12 48BP 16 01BP 12 09BP 11 14BP 15 02BP 12 02BP 10 18BP 10 05BP 11 03BP 10 53BP 9 10BP 11 10BP 10 54BP 9 04BP 9 11BP 9 19BP 8 07BP 8 12BP 9 13BP 7 06BP 4 04BP 7 36BP 7 08BP 5 Se unificaron a estos efectos descriptores que reflejaban conceptos similares. Un estudio detallado de contenidos de las entrevistas y los descriptores identificados llevó a reconocer cinco grandes núcleos temáticos.* * Una síntesis de los resultados de estos análisis se encuentra en: Echeverriarza, M. P., “Continuing Education of Secondary Science Teachers: A Model for Cooperation with University Researchers in Uruguay”, (Annual Meeting of the American Educational Research Association, San Diego, Estados Unidos, abril 2004). 51 Núcleos temáticos • adquiriendo acceso a la universidad/nivel de investigación/desarrollo profesional • plan de trabajo • experimentando el proceso del aprendizaje científico/manipulación experimental/descripción del proceso de aprendizaje • cambiando las ideas sobre la naturaleza científica/cambiando la forma de ver la investigación científica y los investigadores/ideas sobre la ciencia y el método científico • transferencia de ideas a la práctica docente. El trabajo con las entrevistas desgrabadas hasta este momento nos había permitido “la comparación, contrastación, agregación y ordenación /que/ constituyen el proceso mediante el cual el etnógrafo da comienzo a su descripción de base de una cultura” (Goetz y LeCompte).* Habíamos making the familiar strange (desconocer lo conocido), al decir de Erickson.** O sea, deliberadamente utilizado técnicas para trabajar el análisis del contenido. La última etapa, fue la construcción de las categorías de análisis. Para ello fue necesario buscar las conexiones existentes entre los núcleos temáticos y conocimientos de corte teórico sobre el aprendizaje de la ciencia en general y de la biología en particular. Algunas consideraciones sobre el aprendizaje de la biología La biología comprende principios unificadores acordes a los diferentes niveles de organización de los sistemas biológicos: biosfera, ecosistema, población, individuo, organismo, aparatos, tejidos, células, macromoléculas. Los procesos de autorregulación, equilibrio inestable y evolución irreversible son parte de la caracterización epistemológica del objeto biológico, atravesado por procesos diacrónicos y sincrónicos que articulan los sistemas abiertos (Crombie; Rifé).*** * Goetz, J. P. y LeCompte, M. D., Etnografía y Diseño Cualitativo en Investigación Educativa, Ediciones Morata, Madrid, 1988. ** Erickson, F., “What makes School Ethnography Ethnographic?”, Anthropology and Education Quarterly, Vol. 4(2), 1973. *** Crombie, A. C., Historia de la Ciencia: De San Agustín a Galileo siglos V-XIII, Editorial Alianza, Madrid, 1989. Rifé, S, “Evolución del Conocimiento y el Pensamiento Biológico”, Ciencia Investigación, Tomo 42(3), 1988. 52 Aproximarse al conocimiento biológico implica entonces abocarse a tareas que son propias de la dinámica de “hacer ciencia en un laboratorio”, desde el análisis de la situación hasta la comprensión conceptual, pasando por identificación de preguntas e hipótesis, el diseño experimental, la recolección de datos, su discusión, crítica, etcétera. Entre los procedimientos más relatados por los pasantes encontramos las observaciones seguidas por diversas mediciones, clasificaciones y lecturas seleccionadas. Otro aspecto de singular importancia para el aprendizaje científico es la utilización de distintos sistemas de simbología, donde se destaca el uso de dibujos, fotografías electrónicas, mapas, gráficas y otras representaciones, así como de programas informáticos y análisis estadísticos. Si bien algunos de estos procedimientos son más frecuentes que otros, lo importante es el mosaico de posibilidades. Entendemos que existe una estrecha relación entre estos procedimientos y los contenidos conceptuales objeto de aprendizaje de la pasantía. Resultados del análisis En esta sección presentamos nuestra definición de las categorías de análisis ilustrándolas con selecciones de segmentos verbatim de las entrevistas de los profesores. Concebimos tres categorías para este corpus que el siguiente cuadro ilustra. 53 Primera Fase Descriptores • Expectativas sobre el conocimiento experimental (perfeccionamiento, investigación y laboratorio) • Conocimientos y espacios ofrecidos (Incluido el Plan de Trabajo) • Placer por aprender (gusto, emoción por aprender) • Inmersión en el hacer científico (concepto de tiempo diferente, aprender a hacer) • Saber compartido (trabaja con otros y aportes conocimientos) • Clima del laboratorio • La naturaleza del trabajo científico (opinión del investigador y del quehacer científico) • Indicios de transformaciones (transferencia del conocimiento científico) Segunda Fase Categorías Acceso a la cultura científica Proceso de aprendizaje científico Concepción del quehacer científico Denominamos a la primera categoría acceso a la cultura científica: Esta categoría refiere a la organización sociocultural de un espacio de trabajo cuestionador que toma forma de actividad en común y de circulación de habilidades y saberes (Lave y Wenger; Martín).* Sostenemos que la interacción que se genera en el diseño de inmersión de estas pasantías, promueve contrastes y cambios en la concepción de la enseñanza de ciencias del profesor. Incorporamos en ella los descriptores que presentan expectativas sobre el conocimiento experimental y sus perfeccionamientos, así como los espacios de conocimiento que se le han ofrecido en la interacción con el investigador y su grupo. Dada la situación del sistema de formación docente en Uruguay, este aspecto fue mencionado por los profesores con elocuencia, identificándolo como necesario tanto en la formación inicial como a lo largo de la carrera docente. Denominamos a la segunda categoría: el proceso de aprendizaje científico: * 54 Lave, J. y Wenger, E., Situated Cognition: Legitimate Peripheral Participation, Cambridge University Press, Nueva York, 1991. Nos referimos aquí a la movilización afectiva y cognitiva que construyen los pasantes durante la realización de sus prácticas y actividades de investigación. Existe una importante demanda del espacio de trabajo con sus diferentes patrones y experiencias docentes así como también sus redes discursivas (Holland y Quenn; Mateos; Pozo; Hickman).* Hemos visto cómo los profesores describen una importante cantidad y calidad de conocimientos que se adquieren bajo la orientación de los investigadores y sus equipos. Se produce incluso, en algunos casos, un deslumbramiento por lo que se está haciendo científicamente en Uruguay, por cómo se hace a pesar de las condiciones difíciles en las que esos grupos trabajan. El gozo o placer por aprender, la inmersión en el hacer científico así como el saber compartido, son los descriptores centrales de esta categoría. Ocurre una suerte de acercamiento al mundo de estos profesionales y una experiencia que, por acotada que haya sido, habilita a pensar en actividades diferentes, con ganas de hacer y un horizonte más acompañado o esperanzado. Denominamos a la tercera categoría concepción del quehacer científico: Nos referimos a las ideas que cambian y evolucionan sobre el conocimiento científico y los modos de hacer ciencia, a partir del espacio vivencial y vincular con los investigadores y sus equipos. Los descriptores centrales refieren a la naturaleza del trabajo científico y del investigador, el clima del laboratorio como facilitador de los procesos de aprendizaje complejos y no lineales así como también a indicios de transformaciones o transferencias del conocimiento científico. I. Acceso a la cultura científica La intervención promovida a partir de la inmersión de los profesores en actividades del trabajo científico se describe a través de las expectativas sobre el conocimiento experimental, en torno a una fuerte valoración del “aprender a hacer”,** facilitando la comprensión de la ciencia que se enseña. Se destaca la importancia de la realización del proceso experimental en los laboratorios, diferenciando claramente el conocimiento que han leído del conocimiento práctico necesario para articular el proceso conceptual de la disciplina. Ese saber práctico compartido en la actividad de investigación ofrece –al manipular objetos, materiales vivos y aparatos de observación, sistemas de medición, registros gráficos y * Holland y Queen, International Handbook of Science Education, Kluwer Academic Publishers, Great Britain, 1987. Mateos, Metacognición y Educación, Aique Grupo Editor S.A., Buenos Aires, 2001. Pozo, J. I. y Gómez Crespo, M. A., Aprender y Enseñar Ciencias: Del Conocimiento Cotidiano al Conocimiento Científico, Ediciones Morata, Madrid, 1998. Hickman, M., Social and Functional Approaches to Language and Thought, Academic Press, Orlando,1987. ** Delors, J.(coord.), La Educación Encierra un Tesoro, Informe de la UNESCO de la Comisión Internacional sobre la Educación para el siglo XXI, Ediciones UNESCO, México, 1997. 55 tecnologías múltiples– un complemento que entendemos central al razonamiento y la diversidad de las formas de explicación y validación del conocimiento científico. “los profesores de Secundaria no tenemos acceso a lo metodológico. Tenemos laboratorios pero no prácticas científicas; leemos libros y tenemos teorías pero otra cosa es hacerlo...” “Me despertó la curiosidad de saber cómo trabajaba una persona que se dedica a investigar.” Los pasantes afirman que aproximarse al quehacer práctico de la investigación despertó su curiosidad, no sólo por las capacidades que se necesitan, sino también por el interés de conocer la vida del que hace investigación: sus rutinas, cómo piensa, cuánto lee y cuánto se equivoca. La inmersión en la cultura del trabajo científico permitió identificar las propias dificultades y las potencialidades que promueve la actividad investigadora, el esfuerzo, el tiempo, la dedicación y rigor, reconociendo además lo humano de la tarea. Es a partir de un acompañamiento en este proceso de actividad científica y de la experiencia vivida que el profesor podrá tener una idea menos de receta del saber científico. Por otra parte, si el profesor piensa en términos de transferencia a la enseñanza, estas prácticas le potenciarán actitudes menos repetitivas que las encontradas en los libros. Esta misma idea se afirma al describir cómo el conocimiento experimental coopera en el perfeccionamiento docente, ofreciéndoles una oportunidad de estar actualizados en contenidos “sabiendo además cómo se los produce” y teniendo la posibilidad de aprender cosas nuevas, de acercarse a la investigación (que suele ser un mito), con un tiempo de dedicación que permita mayor profundidad. Superar la formación exclusivamente teórica y no reiterar lo mismo que se ha aprendido. “lo que quiero aprender es sobre la práctica, la investigación; el docente adolece de esto, es muy teórico. Me pareció interesante hacer la pasantía porque no sabía cómo se hace una investigación, ahora no solo sé un poco más sino que tengo que leer mucho más.” “Nuestra educación es muy libresca; me interesa ver cómo se hace la investigación, por interés profesional y por vínculos con los investigadores.” “¿Cómo vamos a transmitir cómo es el trabajo en ciencia si no tenemos experiencias de ver cómo se hace en un laboratorio científico?” 56 “Yo afortunadamente trabajo en una institución donde compran muchos materiales y leo ... pero a veces es difícil imaginar lo que lee uno. Muchas veces uno no llega a entender... pero in situ uno aprende más y se abre a otros conocimientos.” “Me permite darle esperanzas a los alumnos... que se puede experimentar aquí en el país, que hay mucho por hacer… pensando que todo es económico.” La expectativa sobre la formación continua se representa como una necesidad y a la vez como una dificultad para el profesor de la enseñanza media (licencias, permisos, costos, libros, distancia); siendo esta modalidad de pasantía identificada como una alternativa para concentrar esfuerzos, tiempos y actividad intelectual para pensar diferente y “abrir la cabeza”. No sólo la capacitación y actualización “para acceder a otro cargo” sino para renovar los propios conocimientos, adquirir otros nuevos y trabajar distinto. Conocer qué se hace y cómo se hace investigación en Uruguay, contribuye a romper el mito “de que el trabajo de laboratorio está en el exterior” y que las posibilidades y relaciones entre ciencia y sociedad están en otros lugares del mundo. “Es un saber que nos permite acercarle a los jóvenes los procesos de la ciencia desde lo que se hace en el país, con sus problemas, su calidad de trabajo y su vinculación social.” Al respecto, se marca como dificultad a ir superando, el conjunto de prejuicios históricos respecto de algunos vínculos académicos, de acompañamiento y formación conjunta entre la universidad, los institutos de formación docente y los profesores que trabajan en los liceos. Se señala especialmente la necesidad de un acercamiento mayor a los que enseñan en el Interior del país, que se sienten marginados por la distancia. “Esta era la posibilidad de hacer algo complementario a mi trabajo docente, de abrir la cabeza en otro aspecto y una posibilidad para los del Interior que se nos hace difícil actualizarnos...” “sentimos que miramos el mundo y no participamos de él...” Nos encontramos frente a una diversidad de modalidades de acuerdos, que poseen un perfil común: el interés y la disposición para realizar las tareas compartidas. Se producen diálogos previos a la delimitación de un plan de trabajo para evaluar necesidades, expectativas y exigencias, inquietudes, posibilidades reales y criterios de trabajo. Según las características del plan, se relaciona de manera diferente la actividad a realizar con las actitudes de los sujetos, identificándose las siguientes 57 modalidades: a) el investigador determina las tareas acorde a las posibilidades de la investigación en marcha; b) se realiza un plan conjunto, en función del desarrollo de la experimentación en curso; y c) el investigador acuerda algunos intereses y necesidades de base que tiene el pasante ubicándolos gradualmente dentro del universo general de su investigación. Realizadas estas negociaciones al comienzo de la actividad se continuaron en muchos casos adaptando a situaciones experimentales de cada laboratorio, de los miembros del equipo de trabajo, y ajustándose a rutinas y tiempos de organización y comunicación. Se detecta en las expresiones de los docentes la importancia otorgada al hecho de sentirse incluido en los laboratorios, como “invitado, aceptado y esperado” en el lugar, a través del ofrecimiento de libros, publicaciones, charlas, seminarios y clases, así como también sentirse parte (por un tiempo) del equipo. “planificamos desde el punto de vista de lo que quería hacer y lo que él me podía brindar...” “Me preguntó mucho sobre mis intereses y hablamos mucho de cosas que no sabía. Entonces me di cuenta que tenía interés en lo que me ofrecía...” “Los que definieron qué debía hacer fueron ellos; yo sólo me imbuí de las líneas de investigación...” “Lo fuimos organizando juntos de acuerdo a los resultados...” Los conocimientos y espacios ofrecidos para avanzar en el plan de trabajo se establecieron, como es de esperar, de diferentes modos y bajo distintos acuerdos entre investigador y pasante. En algunos casos observamos una inmersión en la temática desde lo que el equipo hace en investigación, con aportes y relatos sobre las técnicas, rutinas y diseños, así como también sugerencias de lectura y estudio. En otros, existe una aproximación al conocimiento temático y a áreas de trabajo complementarias en primera instancia para luego poder realizar experiencias directas o acompañadas de manipulación. En cuanto a los recursos de participación activa los ofrecimientos cubren una amplia gama incluyendo, clases teóricas, clases prácticas tanto de grado como de posgrado, conferencias ocasionales de investigadores nacionales o extranjeros. Todas estas instancias no abordaban exclusivamente el tema específico que involucraba la pasantía sino que hicieron partícipe al pasante de la cultura académica en estos ambientes. Algunos segmentos ilustran este mosaico de posibilidades que sin lugar a duda posee una gran variabilidad dependiendo de la combinación investigador-profesor. 58 “... me dio una tesis a leer para que me fuera metiendo en el tema...” “Conversando me mostró el tema y me presentó a la gente del equipo...” “Asistí a los seminarios y tomé clases teóricas de ecología… trabajando luego por la tarde en el laboratorio...” “Estuve de alumna también con otros estudiantes igual que yo...” “Participé de los seminarios de trabajo y discusión, y además me integré con otra materia de segundo año...” II. Proceso de aprendizaje científico En esta categoría, se observa con mucha claridad la vinculación afectiva habilitante por parte del docente a un tipo de comunicación que favorece, al decir de Rogoff,* su actitud de aprendiz. El “sentirse cómodo”, se refiere generalmente al trato recibido y la forma como se sintieron incluidos, por ejemplo, en la celebración de los grupos cuando se había aceptado un artículo para publicación en una revista científica, o un proyecto aprobado, una vuelta de congreso, etcétera. Sin lugar a duda, en nuestra lectura, éstas fueron actitudes que facilitaron el disminuir la ansiedad inicial y comenzar a hacer preguntas y buscar respuestas, materiales, personas que apoyaran inquietudes iniciales o emergentes. Se destaca con solidez el haber descubierto gusto por las actividades realizadas; a modo de meta-reflexión, se reconocen casi con sorpresa las propias capacidades personales de interés, curiosidad respecto al conocimiento y habilidades motrices para el trabajo práctico: “... estoy aprendiendo y me gusta muchísimo estar al lado de personas que tienen tanto conocimiento y me acompañan en mi camino...” “... aparte de todo lo que aprendí me sigo enterando de cosas que son maravillosas...” “... para mí fue fascinante… sólo lo había visto en libros... estaba emocionada cuando vi un gel de polacrilamida...” “Digo que lo viví, porque nunca me imaginé que yo podía hacerlo...” * Rogoff, B., Aprendices del Pensamiento: El Desarrollo Cognitivo en el Contexto Social, Editorial Paidós, Barcelona, 1993. 59 “... no sabía que se podía hacer cosas tan fantásticas...” Asimismo, el espacio construido permitió despertar el interés por avanzar en las búsquedas de la temática, continuar con lecturas, cuestionarse e interesarse por las novedades respecto del objeto de estudio. Asumiendo actitudes críticas y “apasionadas”, propias del trabajo intelectual que como educador le cabe, a los efectos de poder promover luego enseñanzas de significación para sus alumnos. “Aprendí mucho más, me sirvió para darme cuenta de lo que me gusta y abrirme puertas para seguir...” “... para mí fue fascinante y le encontré gran aplicabilidad en el aula...” “... yo siento que me faltó, que me hubiera gustado continuar. Porque ahora le tomé el gusto, manejo algo de tecnología y pienso seguir vinculada...” “Yo estaba deslumbrada, porque en todos estos años de docencia yo nunca lo había visto... y además podés darle clases a los muchachos...” “... es un deleite estar con el trabajo del biólogo, manipulando colecciones... y avanzar a nivel personal...” “... estuve 12 horas, pero jamás me cansé, la ansiedad allí desaparece y es desafiante...” Hemos podido constatar que, a partir de los diversos planes de acción elaborados entre investigador y pasante, se promovieron diversidad de comunidades de prácticas –y aprendizajes significativos– que articularon el hacer con el saber, dándole una identidad sólida al descriptor que define la inmersión en el quehacer del trabajo científico. Los pasantes reconocen la importancia central que tuvo para ellos la actividad de manipulación de técnicas específicas, tecnologías de análisis y sistemas de representación de datos, provocando una movilización cognitiva y socio-afectiva, tanto en el estudio de las temáticas del campo específico, como en las instancias de acompañamiento por los equipos de investigadores para la interpretación, discusión y validación del trabajo que se abordaba. Al respecto, podemos caracterizar y agrupar esa diversidad de expresiones sobre la inmersión en el quehacer práctico en los siguientes ítems: 1) aprender a manipular técnicas vinculas al estudio del objeto y analizar su dificultad; 2) aprender habilidades de operación con las nuevas tecnologías y su capacidad explicativa (aparatos, electrónica, 60 sistemas gráficos, programas de representación); 3) aprender sobre los tiempos de manipulación y el error en el uso de técnicas/tecnologías; 4) reconocer las novedades y cambios en el uso de las técnicas; y 5) aprender que el trabajo experimental se hace con otros. “en la identificación de larvas trabajé con lupas y fotografías... no es fácil reconocer y distinguir si no se sabe de larvas...” “Mi trabajo era mediante una técnica de extracción de ADN a través de PCR y corrida de geles... el análisis nos debería permitir determinar el individuo con más probabilidad de ser el padre de los corderos...” “Las técnicas varían acorde a cómo se trabajó a nivel de campo en ovinos con majadas comerciales...” “Trabajamos con un programa que se llama croma, teniendo ya las muestras… y otros que dan posibilidad de armar árboles genealógicos...” “Había que pasar los datos a la computadora, hacer estudios estadísticos para ver la edad del pez y su relación con las medidas...” “yo entré de lleno a datar los embriones, volverlos a datar, se hace un seguimiento, lleva mucho tiempo, es una tarea engorrosa, hay que hacerlo con cuidado, de a uno... lleva tiempo...” “estoy desde julio... me enseñaron varias técnicas en genética... no conocía una centrífuga y hay que tener paciencia...” “Uno viene con un ritmo... aquí hay que hacer cosas con precisión, cámaras de flujo para lo estéril, medidas pequeñísimas, tenés que tener los sentidos al máximo, medición y tiempos... y te puede salir mal...” “hicimos la purificación de las proteínas que están en las células... pero todo esto que parece tan breve lleva su tiempo para determinar con exactitud cuáles eran las muestras... y reiterarlo...” “Usamos bibliografía para la determinación; yo no manejaba las metodologías de campo porque han cambiado hoy... pero había otras pasantes españolas y usamos sus claves y colaboraron con nosotros así hacíamos la determinación.” “¿se cambió la familia de este insecto?... estando acá les llegó un mail donde se dice que se cambió… ya no se llama así...” “Toda la parte de manipulación es completamente nueva con animales en vivo...” 61 “las técnicas fueron algo nuevo para mí, no están en los libros y son un enigma pero me entusiasmé para develar alguna de ellas al teñir las paredes celulares... No sabía cómo hacerlo, medir con un calibre, me ayudaron y fue brutal, porque creo que quedé bizca midiendo otolitos...” “Tuve suerte porque el resultado dio bárbaro y la curva se veía preciosa... pude hacerlo con el respaldo del grupo...” El proceso de inmersión en el quehacer científico implicó una relación dinámica con la lectura y la escritura como parte de los procesos de comprensión y representación de las ideas y explicaciones en el campo temático específico. Las descripciones respecto del uso de los procesos de lectura y producción escrita durante la pasantía nos muestran, en primer lugar, una valoración muy importante de la disponibilidad y acceso a la actualización bibliográfica, libros de textos, revistas, links de Internet, separatas y artículos específicos de los temas de estudio. En segundo lugar, la disposición y el interés personal por leer y escribir respecto de contenidos novedosos y de necesario interés para desarrollar la práctica de investigación acordada. Y en tercer lugar, la importancia de la ayuda del otro (y otros) para una mejor comprensión, interpretación y uso de la información. Se destaca el gusto que manifiestan los pasantes al leer y escribir sobre el campo científico; esto nos hace reflexionar sobre el sentido que para ellos posee en el marco de un saber compartido el placer de aprender a hacer. “tuve la bibliografía y la biblioteca a disposición, que la utilicé con material de apoyo...” “... Hice lecturas nuevas, y hasta leí en inglés; me llevé publicaciones de temas desconocidos para mí...” “Me facilitaron pilas de fotocopias y revistas científicas...” “me dio bibliografía mucho más moderna, más nueva; muchas de las cosas que estamos diciendo, ya no son así...” “Me dieron de todo para estudiar y leer para después escribir... estaba todo disponible y yo también...” “tuve que leer y escribir sobre material que nunca había visto pero de temas que me interesan. La parte de evolución vegetal que no tenía nada y allí había de todo...” 62 “la actividad experimental concreta, con los aspectos de lectura teórica debía elaborar un producto escrito que me quede como registro, armadito para poder trabajarlo en una charla por ejemplo...” “tuve que leer, armar y escribir un trabajo.. ahora hay que arreglarlo...” “hay que saber leer y escribir trabajos científicos...” “nos reunimos con ella, me explicó y me dio lineamientos para realizar el informe” “... tuve que armarlo con otra bibliografía usando la computadora...” “estudié mucho y aprendí cosas nuevas... y lo que me impactó es la actitud crítica frente a toda esa información, consultando muchos autores...” “Yo aprendí mucho. Me costó entrar porque era un código que no entendía... me ayudó a entender y a la vez me exigía… me gustó llegar a ese nivel...” “Me prestaron un libro que me duele devolver... que recibió [el investigador] hacía poco y él me señaló lecturas, capítulos muy buenos...” “Tuve mucha lectura seleccionada y me apoyaron todo el tiempo ... desde donde viene esta idea… la línea de investigación, los pasos que se han dado...” “Leo y escribo sobre los artículos y después hacemos comentarios de las dudas y ella me va explicando...” “Me gusta cuando vemos los criterios, charlamos los dos y de la lectura vamos sacando lo más importante...” La inmersión en la práctica de la investigación, hace visible también para los pasantes el tiempo para la elaboración intelectual, identificando además un marco necesario de libertad y creatividad organizativas de las actividades experimentales, para favorecer la comprensión de los problemas que se abordan. La toma de conciencia vivenciada con respecto al tipo de trabajo que hace el científico tiene un valor estratégico para poder entender la no linealidad del razonamiento, la complejidad del diseño de validación de hipótesis y el esfuerzo por justificar resultados con elegancia y lógica conceptual. Al respecto encontramos expresiones como: 63 “me faltó (tiempo) para quizás entrar un poco más en los conocimientos y también para profundizar un poco más sobre las implicaciones, porque la verdad que esto me generó un montón de preguntas que necesitaría aclarar...” “uno ahí descubre que esa microfotografía que usó tan divina, lleva un trabajo artesanal en toda la preparación de ese material que me dejó asombrada... porque eso era colateral pero necesario...” “tengo la sensación de otros tiempos a los que cuesta acostumbrarse, bajar las revoluciones y decir que es otro trabajo que no implica movimiento y acelere, aunque uno se cansa igual, porque está invirtiendo energía en otro tipo de actividad… hay que pensar.” “lleva tiempo ponerte al tanto de qué es lo que vas a hacer, de cómo lo vas a ver, ir armando una idea; y otro tanto más comenzar a entender lo que estás viendo y para qué...” “En la investigación hay que tener tiempos porque no habría investigación si no hubiera discusión; no es cuestión de hacer experimentos sin saber qué hacer con los resultados, está el tiempo de las discusiones, que son lo más rico a nivel conceptual... más allá de lo que aprendí en contenidos sino de toda una forma de llegar a ellos... una forma nueva.” El proceso de aprendizaje sobre la cultura de los laboratorios y sus prácticas dio lugar, en su extensión, al intercambio de conocimientos y experiencias recíprocas entre investigador y pasante, que podemos leer en las respuestas como aportes al conocimiento aprendido. Se destaca claramente la importancia de esta instancia de educación compartida porque dio lugar a dos aspectos centrales en el proceso de aprendizaje, esto es el reconocimiento de la propia ignorancia y la constatación de que es posible aprender o incorporar nuevos saberes. • • • • • 64 Identificamos grandes bloques de argumentos donde, por ejemplo: se expresa la necesidad de atender a nuevos enfoques del contenido en cuestión; se asume que la duda es un elemento constitutivo en la búsqueda de respuestas; se acepta lo efímero y provisional del conocimiento; se reconoce la creatividad y la cooperación en la producción científica y se reconoce que aproximarse al trabajo cotidiano de la investigación permite pensar diferente sobre el objeto de conocimiento y sobre su enseñanza. “cambia mucho y rápido este conocimiento, que ni siquiera sale en los libros de Secundaria; si el profesor no lo sabe ¿qué podemos decirle a los chiquilines?...” “el conocimiento me abrió una ventana desconocida... hay ciertas especies que invaden áreas geográficas e invaden el Uruguay... los muchachos lo descubrieron y eso me da una amplitud para seguir trabajando...” “No sé si puedo explicar lo que siento... no sé si decirle a los chiquilines que es engañoso lo que les decimos… porque uno cree que parece que hay que saber mucho y esa sensación de efímero del conocimiento, cambiante, de que hoy es así y mañana aparece diferente, cambia la historia... esa sensación fue lo que más me movilizó...” “los logros nuevos, me sacudieron… información reciente con tecnología que te permite verlo diferente...” “Estoy aprendiendo los movimientos últimos, cosas maravillosas... yo tenía el concepto de cariotipo fijo para la especie, que no puede variar... y cambia el concepto y que los conceptos que hemos aprendido no son para nada tan estáticos en la investigación...” “Hay tantas cosas nuevas... que piden luego los chiquilines. Y si te quedás solo con aquello… ahí te das cuenta de todo lo que yo no sé, ¡por favor!” “Creo que es personal, porque es un crecimiento que uno tiene sobre sus propios conocimientos… se ahonda en lo que se sabía, y lo que veía lejano lo palpás, lo tenés, como que podés ver lo que aprendiste... pero enseguida te das cuenta de que no sabes nada...” “en realidad esta actividad es un vicio.. uno quiere saber qué es...” “Aprendí sobre el problema del cáncer, conceptos y procedimientos que desconocía o solo tenía a nivel teórico, pero aquí lo pude hacer por mí misma... y aprendí las fallas que pueden tener a nivel procedimental y poder saber qué es error y analizarlo, por qué pasó y qué ocurrió, discutirlo con otros...” 65 “Detecté cómo es el trabajo en equipo, que no se puede hacerlo solo, que son todos apoyándose unos a otros. Se ve en las reuniones y lo cotidiano... uno resuelve la ecuación, el otro el aparato, la técnica; yo tenía una idea mucho más competitiva del trabajo científico...” “La calidad humana ahí en el laboratorio es excepcional, me hizo sentirme bien acompañada y apoyada...” “Me invitaron siempre a participar y trabajar con otros que están en el lugar... con otros investigadores, licenciados y gente hasta de maestrías, todos me ayudaron...” “son muchos que hacen el mismo tema aunque estén haciendo una parte... después se juntan...” III. Concepción del quehacer científico Esta categoría hace referencia a los indicios de cambios respecto al conocimiento científico y sus modos de producción relatados por el profesor pasante. La intervención educativa da lugar a un proceso que el profesor realiza gracias al intercambio que se generó en la comunidad de práctica del laboratorio. Como hemos expresado en otras instancias, entendemos que esto ha posibilitado un espacio favorable para nuevos aprendizajes y cambios de diferente índole en la estructura del pensamiento y el hacer del profesor. Hemos denominado concepción del quehacer científico a este entretejido. Se encuentra fundamentada en los descriptores del clima o ambiente del laboratorio, así como en comentarios realizados sobre diferentes aspectos de la naturaleza del trabajo científico e indicios de transformaciones en abordajes, actividades y conceptos expresados por los pasantes. El clima del laboratorio promueve aprendizajes y procesos de comprensión múltiples que durante la realización de las distintas prácticas y rutinas permite conocer, reelaborar, ajustar conocimientos e interpretaciones. En las respuestas, se observa con frecuencia la disposición humana que tienen los investigadores, ayudantes y demás personas en esos grupos de incluir al pasante. Esta inclusión se refiere a las actividades específicas como a otra información que le habilite a involucrarse con el trabajo. En los relatos los docentes refieren con frecuencia a esta confianza y respeto por sus capacidades y conocimientos distintos. Se destaca también cierta amabilidad o sensibilidad frente a las dificultades de la tarea y a algunos aspectos personales, particularmente con aquellos profesores que no son de Montevideo. Esto trasciende lo anecdótico reflejando el ambiente de trabajo así como también niveles de compromiso de quienes trabajan en el laboratorio. O sea, existe un buen clima que potencia los grados de libertad que el profesor tiene para desarrollar su tarea así como para sentirse en control de los aprendizajes que va adquiriendo o profundizando. Expre66 siones tales como, “fue excelente la colaboración que sentí”, “me sentí muy cuidado”, “sabía que contaba con ella”, “nunca recibí un no puedo”, “me sentí cómodo y trabajé mucho”, son muy frecuentes en los relatos. Se valora positivamente la generosidad por parte del investigador de enseñar y no guardar sus conocimientos. Algunos directamente expresan que cambiaron la idea que traían del científico “cerradito y egoísta que no quiere mostrarse”, ponderando el tiempo dedicado al trabajo, la paciencia, humildad y sencillez con la cual se reconocía que no se sabía algo. “Lo primero que quisiera contarte es lo bien recibida que estuve, yo como profesor de enseñanza media y ellos de universidad, creando vínculos interesantes, preocupados por lo que pasa en la educación; esa fue la primera impresión por la cual me entusiasmé más...” “Sentirme cómoda y poder encajar en el grupo, me siento uno más de ahí. Hay que ver que yo interrumpí su intimidad, pero me han aceptado fenomenalmente y se me han disipado mis temores. Se han sentado conmigo a explicarme cosas que no entiendo.” “Tenía miedo de no encajar, de no estar al nivel con la información de la universidad, pero me sentí cómoda trabajando libre con un grupo que me ayudó...” “Quedo con muchos vínculos, un grupo humano muy bueno... tomarse el trabajo de ir explicando con paciencia, increíble, estaba muy apoyada...” “ mi instructor [y su grupo]... hacen un trabajo en equipo bárbaro. Además de ser un grupo humano formidable que uno enseguida se siente parte del equipo, siempre estuve trabajando con todos y todos ellos aportándome...” “Son sumamente abiertos a todas las inquietudes, y destaco la generosidad porque nunca escatimaron ningún esfuerzo por contarme, enseñarme para que aprenda. Lo valoro porque hay profesionales que se guardan cosas para sí mismos, no sólo por egoísmos sino estilos y yo tenía temores porque podría estar con investigadores con los que mis preguntas fueran poco trascendentes, y molestarlos...” “Para mí fue una experiencia maravillosa también desde el punto de vista humano, porque me encontré con gente abierta. Yo tenía la idea del científico cerradito y egoísta que no te quiere mostrar nada. Eso es lo que nos llega a nosotros como docentes, vemos a la Facultad que no nos da corte, pero cuando entrás, no sé... 67 con otro papel, me encontré con gente distinta... que me hicieron sentir parte...” “Había un equipo trabajando y eso sí que es importante, trabajar con otros porque se aprende la relación de trabajo además. Somos todos distintos pero surgen ideas que pueden ser comunes, llegar a tomar decisiones juntos...” Se destaca el sentido de pertenencia a los grupos –a pesar de las diferencias– y la colaboración interpersonal frente al hacer, comunicarse y elaborar ideas. Ello contrasta con la idea bastante generalizada “de que los científicos son gente solitaria”. Nuestro segundo descriptor en esta categoría la naturaleza del conocimiento científico implica comprender los procesos de construcción del conocimiento, entendiendo la ciencia como un producto cultural condicionado por el contexto histórico, ideológico, ético y creativo. En este sentido encontramos que en el pasaje por los laboratorios, los profesores advierten fuertemente y con grata sorpresa lo provisional y relativo de las interpretaciones sobre los problemas del objeto de estudio. Ponderan las actitudes de búsqueda continua de los equipos, el rigor y tenacidad –al poner a prueba los diseños– y una suerte de sencillez y amplitud de criterios frente a los resultados obtenidos, que lo asocian a la complejidad del problema que se quiere explicar o predecir. Aparece con insistencia la necesidad de desarrollar actitudes de cooperación y comunicación abierta, como forma de aproximarse a construir interpretaciones sobre el conocimiento y compartir con otros las dudas e incertidumbres sobre lo que no se conoce de lo que se está estudiando. Se hace mención a la comunicación con diferentes grupos de estudio fuera del país –medidas o hallazgos provisorios, material que “viene” para ser analizado–, etcétera. “una cosa que aprendí ya en los primeros días de trabajo, es que nosotros tenemos la concepción del conocimiento científico acabado, producido... el producto, pero que entre el producto y todo hay una etapa de elaboración que a veces nosotros no tenemos conciencia de ella, que requiere una experiencia que hay que armarla de vuelta. Si hubiera problemas, ver cómo se van solucionando.” “El tema de los tiempos, del que te hablé hoy, entre la producción del conocimiento y el conocimiento acabado, que en el medio pasan un montón de cosas a resolver, y los experimentos que se atan con el problema del contenido... nosotros en el liceo pensamos que está todo definido, rígido y que se acumula...” 68 “... el objetivo no es que aprenda el tema, sino que aprenda que hay un camino para buscar las cosas y sacar dudas... Esto es una manera más dinámica de estudiar; en las clases hablamos de ciencia y no sabemos realmente cómo es que llegan a descubrir todo este tipo de cosas que le transmitimos a los alumnos...” “Al hacer este acercamiento, donde uno se pone en contacto con el método científico realmente ve cómo se conectan además las distintas áreas, matemáticas, informática, estadística, verlo en la cocina... más allá de lo aprendido, poder valorar esta posibilidad me pareció importante...” “Uno tiene una idea equivocada de lo que es el científico… se lo caracteriza como un individuo distinto poco comunicativo, le dicen ‘loco’... creo que tienen mucha tolerancia y perseverancia hasta en la frustración… después de haberlo vivenciado, muchas cosas de mi práctica docente van a cambiar...” “participar del proceso del investigador que no está desprendido de la realidad, inmerso en el mismo país, en una situación económica, en un contexto humano con errores y avances...” Por último, el descriptor: indicios de transformaciones de sus propias prácticas, nos generó un fuerte debate teórico-práctico entre las autoras de este capítulo. La naturaleza de la transformación de las prácticas, incluso cuando se reconoce al sujeto como aprendiz de su proceso, se ubica en un horizonte complejo y de mediana duración. Claramente, no es nuestro deseo trivializar este punto central para la formación inicial del docente y a lo largo de su carrera. Nos encontramos en este descriptor con un menor número de profesores pasantes –dentro de los 72 que forman el caso biología– que ha logrado expresar alguna forma, manera, idea de transformación de su práctica. La palabra “indicios” intenta también hacer tangible la idea de que la práctica no se cambia al mismo tiempo que se amplían, cambian o profundizan conocimientos. Ese automatismo muchas veces insinuado casi al nivel de causa y consecuencia no es compartido por nuestra visión. En especial, esto se agudiza cuando el profesor pasante ha incorporado una visión del quehacer científico y del investigador tan recientemente. “Uno se encasilla bastante de año a año, y no te das cuenta de las variaciones que pueden implementarse, y hacer los temas de otra forma, con otra información que sea más provechosa...” “para el liceo el año que viene, voy a cambiar la planificación de cuarto año que apuesta a la genética y es más fácil trabajarlo con 69 las moscas; hay lupas en el liceo y se puede observar una cópula. Trabajar meiosis en testículos de ratón... para los de 4to, que están desmotivados y que el nivel es bajo. Hacer metamorfosis completas y sencillas con insectos… ¡mejor imposible!...” “ es una linda oportunidad para darle otro enfoque, hacerlo más dinámico, que les pueda servir a los chiquilines...” “Me hubiera gustado seguir y compartir más... hablando me dio ganas de dar vuelta mis programas de cuarto, que ya es una reestructuración que pienso hacerle al programa, de lo que vi con ella...” “Siempre llevé el laboratorio a la clase, pero no encontraba la forma de ciertas prácticas, ciertas técnicas de laboratorio… esto me motivó a hacer un plan diferente...” “Aunque el trabajo sea a otro nivel, me dio cantidad de ideas y de cosas que debo cambiar, conceptos y formas de trabajar que van más allá del programa.” “... Entonces yo llevé moscas, los tubos con el vidrio de cultivo, todo bárbaro y a nivel de quinto, hice dimorfismo sexual con los chiquilines que se enloquecieron cuando dormían las moscas, las mirábamos a la luz de microscopio... es algo que ahora me atrevo a hacer...” “Tenemos visto con los profesores de física que trabajan con potenciales hacer algo integrado. Uno les habla del potencial pero verlo registrado en un aparato les va a fascinar, es una motivación muy linda. Fue el pasaje por el laboratorio el que me entusiasmó...” “después que decanté, e incluso pude contarles un poco lo que estábamos haciendo a mis pares entendí mejor la cosa. Conversé con unos cuantos y analizábamos el material, ellos me hacían preguntas y ahora algunas las traigo para la facultad...” Luego de terminado el análisis de contenido del caso de biología, nos pareció necesario dar un paso de mayor abstracción y concebir un instrumento que nos habilitara ubicar la experiencia de aprendizaje científico de estos profesores en gradientes de complejidad. Nos desprendimos del corpus y acuñamos una tipología docente. Intentamos con este esfuerzo identificar aquellos aspectos que observamos distintivos y que conducen o alejan a un mayor aprendizaje. Las tipologías no poseen ningún carácter de medición cognitiva pero nos avanzan en la comprensión del tipo de aprendizaje que se “llevaron los docentes” y la valoración en relación con el objetivo esperado del programa de cooperación entre investigadores y profesores de ciencia. Identificamos tres “tipos” de profesores que detallamos a continuación. 70 Tipo 1 Utilitaria: El docente encuentra aplicaciones de los nuevos aprendizajes para el aula El docente aprende la rutina de un laboratorio y la mecánica de las prácticas de investigación que le han sido enseñadas. Posee mucha importancia en su estadía la manipulación de los instrumentos, aparatos, materiales. Existe dificultad en el trabajo independiente luego del período de adaptación. Se expresa poca diferencia entre el trabajo intelectual que “sostiene”, las preguntas de indagación y la mecánica del hacer para obtener resultados. Su expectativa se colma y está limitada a una mirada de apropiación de conocimientos o actividades que considera de utilidad para su función en el aula. El profesor pasante de este tipo tiene gran dificultad en reconocerse como sujeto de aprendizaje más allá de los programas o de los requerimientos funcionales, jerárquicos, administrativos del sistema. O sea, posee una importante dificultad en desprenderse de sus alumnos y mirarse a sí mismo fuera de la función transmisora de conocimientos. Esta mirada responde a una relación lineal, donde una mejor y mayor información se transfiere a la función docente. El aprendizaje logrado respecto al acceso y el hacer de la práctica, se circunscribe a un conocimiento útil y previamente desconocido. Por ejemplo, se realizan lecturas, se trabaja con software, así como variados procedimientos vinculados a las técnicas experimentales, destrezas manuales, rigor metódico con ejercitación y otros. Tipo 2 Orientada: El docente se involucra con el problema seleccionado Existe en este caso una disposición más proclive a absorber posibilidades que están en la cultura del laboratorio –seminarios, reuniones de cátedra, conferencias. Cuando se diseñan las prácticas experimentales y se identifican las pistas u orientaciones que las conectan con los grandes asuntos, el profesor captura los grandes hilos conductores de la investigación. Posee una actitud curiosa al respecto y se arriesga a preguntar, lo que le abre espacios múltiples sobre los que se trabaja. Existen reflexiones sobre el proceso que se realiza en la experiencia. Se diferencia la adquisición de la destreza del trabajo mecánico que forma parte de la rutina de la experimentación del conocimiento intelectual. Se presentan preguntas y dudas que son factibles de orientar al problema seleccionado en la pasantía o realizar conexiones con otras áreas de estudio. Se intenta analizar el objeto de investigación del laboratorio con algunos grados de libertad a medida que se va captando la cultura del quehacer científico. El pasante comprende lo provisorio de sus saberes 71 y reflexiona sobre concepciones previas que posee de la actividad científica y de los científicos, así como de algunos temas curriculares. Tipo 3 Compartida: El docente reflexiona sobre la naturaleza de la actividad científica con el investigador Este tipo de docente se asume desde el inicio como un aprendiz entendiendo la diferencia entre el hacer científico y la enseñanza de la ciencia. Busca, al igual que en el tipo 2, maximizar sus encuentros con actividades que lo enriquezcan en una mayor comprensión del problema seleccionado por el investigador para su pasantía. Su curiosidad por saber más no necesariamente está relacionada con el trabajo concreto de su pasantía. Se reconoce con capacidades para realizar revisiones conceptuales guiadas o por iniciativa propia. Busca enriquecer el diálogo con el investigador desde sus saberes reconociendo dimensiones sociales, culturales y éticas en su tarea. Comprende la distinción entre su tiempo de aprendizaje y el tiempo de trasposición a su práctica docente. Realiza un importante cúmulo de actividades sustantivas en escritura, lectura, selección de textos, trabajos con artículos y material seleccionado por el investigador. Se descubre o redescubre con potencialidades nuevas para proseguir estudios universitarios. “como resultado de esta experiencia me anoté en el PEDECIBA para hacer la maestría de a poco.” “Incluso estaba pensando la posibilidad de poder hacer algún posgrado que también me dejó entusiasmado.” Teniendo todos los pasantes 120 horas de inmersión en los laboratorios, a “igual” aptitud, la actitud inicial afectará directamente sobre el aprendizaje final. De la misma manera un investigador que recibe al pasante con un ajuste detallado del plan de trabajo y factible de realizar, cuidando apoyos materiales y humanos afectará también directamente en los aprendizajes finales. Estas observaciones son importantes a la hora de pensar en programas que busquen profundizar la capacidad del profesor respetando su situación inicial para que el abordaje pueda centrarse en la formación profesional con calidad. El capítulo siguiente presentará algunas lecciones aprendidas de este programa así como recomendaciones para la formación de profesores de ciencia. 72 Selección de textos 1999/femenino/49BP “lo que me estimula es aprender, meterme en cosas nuevas y tratar de acceder a más conocimiento... además, lo que enseñamos hoy ya fue, hay un avance tecnológico impresionante y entonces nos preocupa estar actualizándonos.” “cuando llegué me dio una tesis para leer para que me fuera metiendo en tema y a partir del día siguiente me hizo conocer las actividades que se realizaban en el laboratorio, la gente que trabaja ahí y después comenzamos con un experimento que ya lo habían hecho y estaba en marcha, que tiene que ver con el crecimiento de las poblaciones y los factores que intervienen, en que puedan crecer por efecto de algunas sustancias mutágenas...” “yo sentí que no estaba preparada para este nivel y se lo planteé a ella. Ella tiene una metodología que te hace pensar, quiere fomentar el espíritu crítico... me tranquilizaron en el equipo para que aprendiera a tener paciencia. Yo soy del Interior. Baje mi ansiedad, me asesoró bárbaro, me acompañó. Yo tenía la expectativa que iba a venir y que me iban a dar un curso y la sensación que tuve fue de evaluación y me chocó. Sabía que no sabía así que pasaba horas pensando en los ejercicios, o en resolver. Conté siempre con ella que era recontrarreceptiva, incluso me pidió los programas que yo uso en Secundaria, se preocupó por verlos y ... ver cómo se podía adecuar ella a partir de allí.” “En el IPA tenemos laboratorios, pero incluso en la época en que yo lo hice la parte práctica era pobrísima. La parte de genética y microbiológica jamás hicimos una práctica. Para mí esto fue la parte más nueva.” “... el acceso a tomar contacto con una parte práctica que no la tenemos desde cómo se prepara un medio de cultivo que es una cosa casi elemental, pero que nunca lo había hecho hasta el espíritu crítico ese que tenés que tener y que incluso se lo fomentamos al alumno. Pero cuando vos te sentás ante un problema y bueno ver qué te parece que puede pasar si hacemos tal o cual cosa, a eso yo me enfrentaba todos los días. Y para mí eso fue muy formativo.” 73 1999/femenino/07BP “me parece que es fundamental que los profesores de ciencias tengan acceso a poder investigar en el laboratorio... que no sólo aprendan a dar clases sino que también tienen que saber, tener pautas de cómo saber investigar.” “deben conocer cómo se trabaja en el laboratorio porque también permite actualizarlos... y transmitir todas esas experiencias a los chicos, especialmente alumnos que están desmoralizados en general, de los liceos públicos, donde piensan que aquí no se puede hacer nada o donde no se hace nada porque quizás no hay suficiente difusión de lo que se investiga acá. Es parte de las inquietudes de cada uno como para poder motivar a otros.” “tengo que aprender un lenguaje distinto al que se usa usualmente, con aparatología diferente, con técnicas que yo nunca utilicé porque la investigación no estaba formando parte de mi formación.” “primariamente nos reunimos donde él me explicó de (tema) y donde se exige su cursado, como materia de especialización, doctores, magíster. Me habló de muchas técnicas y de cómo se utilizan en la virología; de pasos a seguir y a partir de allí armamos un plan de trabajo.” “Aprendí a trabajar la bioseguridad en estos temas, estudié mucho porque si bien tengo formación en esto, va avanzando con nuevas tecnologías –flujos laminados, cultivos celulares, hasta me mostraron cómo se utiliza el microscopio electrónico invertido, estufas, muestras en tanques de nitrógeno... fui a clases prácticas que le daban a los estudiantes de bioquímica; aprendí con ellos. Hay un plan fijo, una actividad fija que es el centro de lo que yo voy a hacer sola, además de las otras actividades de la cátedra y de manipulación que no tenía en mi formación... eso forma parte de un aprendizaje importantísimo.” “A nivel personal me aporta mucho porque el hecho de conocer gente que está investigando, gente que se formó en el exterior y que está investigando en su país y en situaciones valiosas fue muy enriquecedor para mí. Ver cómo piensa un investigador, cómo trabaja, qué técnicas hace, qué es lo que pone para hacer eso es muy valioso y me ayuda a capacitarme mejor.” Es muy importante a nivel profesional porque me permite darle esperanzas a los alumnos. Porque pienso que los chicos piensan que las posibilidades de experimentación, de trabajo en el laboratorio están en el exterior. Es importante a nivel profesional poder decirles que sí pueden llegar, que pueden hacer cosas valiosas para ellos y el país y que hay posibilidades de trabajo.” “Esto implicó un sacrificio familiar muy importante. En la vida cuando uno toma una decisión gana muchas cosas y pierde otras. A nivel personal y como profesional me enriquece muchísimo y me aporta tantas cosas como nunca había pensado. Yo estoy trabajando 40 horas en el privado más en el liceo X... y además ahora la Facultad.” “Yo creo que esto es sumamente valioso y sería importante seguir. Pienso que todos los profesores de ciencias tendrían que tener la posibilidad de poder ir a la Facultad...” 74 2000/femenino/10BP “Soy egresada del IPA tengo 24 años de trabajo y veo que el IPA queda desconectado del mundo. Empecé joven y después mi formación fue toda autodidacta. ¿Quién nos forma a nosotros? Esta propuesta vino como anillo al dedo, porque además de la posibilidad de conocer investigadores de primera línea y trabajar con ellos, uno puede ayudar a ponerlos en contacto con la gente del Interior, no hay formación, pasantías, posgrados.” “Me encontré con gente encantadora como persona, que me apoyaron mucho... estuvo al lado mío enseñándome todo, porque claro en el liceo no había visto estos aparatos; la posibilidad de trabajar con el material vivo, tortugas, ratas, de ver las neuronas y así he hecho un trabajito con todos los registros.” “Hice 30 horas semanales, y allí aprendí a hacer registros, porque nosotros tenemos formación en ciencia muy teórica sin aparatos, sin experimentar; usaba la computadora para analizar los registros, por qué salía de una manera y por qué de otra, qué pasaba con diferentes drogas. La parte teórica no es totalmente nueva para mí, la conozco de los libros, y eso es lo que le doy a los muchachos en Secundaria porque después todo lo que nosotros le mostramos son cortes ya hechos, estáticos. Esto es una forma más dinámica de estudiar, de entender por qué cambió la forma de investigar y eso hay que enseñarle a los chiquilines.” “La manipulación es todo nuevo, y además tener contacto con gente que nunca hubiera llegado a estar al frente. Además, ahora ya tengo dos fechas programadas para venir con mis alumnos... jamás hubiera tenido esta posibilidad de no haber estado aquí.” “En (liceo) hay computadoras, pero están y no se usan... tengo que averiguar si consigo un osciloscopio para ver si puedo pasar datos desde la computadora... y además hablar más con los profesores de física y química, que de pronto estoy encerrada en la biología y se puede colaborar más con este proyecto.” “ se habló de tomar cursos de verano que dan acá en la facultad, que bueno si se pudieran hacer para la gente del Interior, estando en contacto con gente que está estudiando, gente de primer nivel, que está en contacto con el mundo, ... y que nosotros no estamos. Siempre hablamos de que no preparamos bien a los muchachos que después llegan a la universidad, que les enseñamos mal... pero el problema es quién nos prepara a nosotros. Por eso te decía que tiene que ser obligatorio, cada tanto años...” 75 2002/masculino/05BP 2002/masculino/05BP “Hice la pasantía en un mes, costó al principio pero después se fue “Hice la pasantía en un mes, costó al principio pero después se fue quebrando el hielo. Ellos me dieron muchos enlaces con Internet para acceder quebrando el hielo. Ellos me dieron muchos enlaces con Internet para acceder a información nacional e internacional. También con otros docentes de otras a información nacional e internacional. También con otros docentes de otras cátedras, y no solo preparé técnicas sino que asistí a teóricos de botánica y cátedras, y no solo preparé técnicas sino que asistí a teóricos de botánica y bioquímica. Preparé diseños con raíces en los invernaderos, trabajaba también bioquímica. Preparé diseños con raíces en los invernaderos, trabajaba también en el laboratorio en función de un cronograma que ellos tienen pautado en el en el laboratorio en función de un cronograma que ellos tienen pautado en el equipo. Tienen un estilo rutinario de trabajo pero muy flexible.” equipo. Tienen un estilo rutinario de trabajo pero muy flexible.” “Aprendí fundamentalmente técnicas porque me interesa para el trabajo “Aprendí fundamentalmente técnicas porque me interesa para el trabajo con los alumnos; tengo 39 horas de primero a quinto en (el Interior). Me interesa con los alumnos; tengo 39 horas de primero a quinto en (el Interior). Me interesa seguir estudiando en una pasantía de laboratorio e incluso elaborar una guía de seguir estudiando en una pasantía de laboratorio e incluso elaborar una guía de botánica. Consiguiendo el material bibliográfico con los profes aquí, podemos botánica. Consiguiendo el material bibliográfico con los profes aquí, podemos avanzar en armarla. Asistí a cursos teóricos sobre genética de poblaciones que avanzar en armarla. Asistí a cursos teóricos sobre genética de poblaciones que me permitió tener otros contactos y conocer otros docentes y estudiantes.” me permitió tener otros contactos y conocer otros docentes y estudiantes.” “Destaco especialmente la parte tecnológica en la identificación botánica, y “Destaco especialmente la parte tecnológica en la identificación botánica, y que al aprender técnicas nuevas debía llevar el material fresco como está en el que al aprender técnicas nuevas debía llevar el material fresco como está en el campo y no el preparado fijo: ayudaría en ganar motivación al alumno. Tuve campo y no el preparado fijo: ayudaría en ganar motivación al alumno. Tuve muchas oportunidades de conocer novedades, hasta con unos franceses que muchas oportunidades de conocer novedades, hasta con unos franceses que vinieron a la cátedra, y reconozco la buena colaboración hasta de la bibliotecaria vinieron a la cátedra, y reconozco la buena colaboración hasta de la bibliotecaria del lugar. Si no encontraba algo que buscaba, me sacaban la nómina de autores, del lugar. Si no encontraba algo que buscaba, me sacaban la nómina de autores, había CD de última generación con investigaciones en otros idiomas. Para mí un había CD de última generación con investigaciones en otros idiomas. Para mí un obstáculo fue que los trabajos estaban en inglés, allí me ayudaban también.” obstáculo fue que los trabajos estaban en inglés, allí me ayudaban también.” “Nosotros podemos ser multiplicadores con nuestros colegas. Llevo canti“Nosotros podemos ser multiplicadores con nuestros colegas. Llevo cantidad de direcciones electrónicas para acceder a información. Se puede interdad de direcciones electrónicas para acceder a información. Se puede intercambiar porque la sala de Biología es muy solidaria.” cambiar porque la sala de Biología es muy solidaria.” 76 2004/femenino/05BP “Me enteré del llamado porque llegó al liceo, me gusta la parte didáctica pero me encanta también la investigación. Tengo 16 horas de clases y ayudante de laboratorio, en X. Y me vino al pelo saber inglés, porque allí en medicina (en la pasantía) era todo en inglés.” “Tomaba una parte teórica y después hacía laboratorio. Siempre me acompañaban y profundizaba sobre el tema, tanto desde la teoría como desde el trabajo experimental. Tenía material de lectura que luego charlaba con ellas, me ayudaban con la presentación en diapositivas a organizar la temática, y me llevé un compact con todo eso que estaba fabuloso. La parte de conocimiento impresionante, y como persona excelente. Tenía rutinas en el laboratorio que variaban de acuerdo con quién estaba.” “El tema de trabajo sobre la detección de tumores de mama, necesita de identificar receptores y proteínas, es complejo el problema. Hacía todo: desde manipular cuando llega la muestra, congelarlas, triturarlas, centrifugarlas, electoforesis, PCR... cosas que las tenía de nombre pero que no había hecho. Me sentí un poco perdida al principio porque todo era muy chiquito lo que manipulaba, me sirvió la experiencia para darme cuenta que podía, que lo estuve haciendo y que me equivoqué pero no hubo problemas.” “¿Qué aprendí? Para mí en todo sentido, en lo académico, en el contenido, en la profundidad fue excepcional. Y también desde el punto de vista personal, porque lo que yo vi ahí, es impensable de hacer en el liceo; pero para mí me sirvió montones porque te abre la cabeza en una cantidad de cosas, y además al convivir con ellas y otros de otros equipos de investigación te ayuda a entender cómo trabajan... me sirve vivirlo, porque cuando uno tiene otra idea de lo que es investigación y el rol del investigador, que es gente común que no hace alardes de lo que sabe que tienen tales títulos... son gente excelente que te hacen sentir muy cómodo.” “Yo la base de Biología la tengo y me sirvió para revisar conceptos y formas de practicar, y además después del IPA hay mucho que no volvés a revisar. Además se estudió de modo diferente, repasás en inglés lees de otras publicaciones, se hacen seminarios de discusión, buscan los que le interesa, lo distribuyen lo leen se juntan y aclaran dudas. Yo participaba de oyente y veía cómo interactuaban era interesante, hasta cambiaban de actividades en el día, y hacían un hueco para poder hacerlo.” “No puedo imaginarme todavía qué hacer en X con el laboratorio, pero la parte metodológica y manejo de hacer diapositivas a través de la computadora facilitaría a los chicos a trabajar de un modo que para ellos es la onda.” 77 Anexo 1 Conclusiones En este trabajo se ha comenzado presentado la situación de la formación docente en Uruguay, prestando especial atención a los docentes en ciencias. Se ha descrito luego en detalle la concepción, implementación, evaluación y ajuste de un Programa de Pasantías para profesores de ciencia llevado adelante durante siete años* por el PEDECIBA y el Sector de Educación de la oficina de UNESCO, Montevideo. Finalmente, se ofreció un análisis detallado de la experiencia de los profesores pasantes del área de biología. Estas “Conclusiones” presentan al comienzo consideraciones generales que hacen a la formación docente y refieren al marco de políticas educativas en el cual los profesores de ANEP se desarrollan. Estas consideraciones exceden al programa presentado y al caso estudiado. Sin embargo, entendemos como Gadotti** que la educación permanente merece una lectura en profundidad, analizando tanto sus ofertas como aquello que no ha logrado promover. Al plantearnos en este marco general, queremos enfatizar la idea de que una innovación no puede basarse exclusivamente en un optimismo pedagógico voluntario si no forma parte de una política educativa de corto, mediano y largo aliento. En una segunda parte, se presentan algunas líneas de acción que contribuirían al mejoramiento de la formación de los docentes de ciencias en ejercicio. Muchas de estas ideas han surgido durante las entrevistas con los profesores y, a manera de aprendizajes dialógicos,*** han ido conceptualizándose en el transcurso de estos años. Consideraciones generales Entendemos que las políticas en el tema de la formación docente en ejercicio, en particular para el docente de ciencias, deben ser parte de un plan de política integral que reconozca la importancia estratégica del * En el año 2006 se realizó un nuevo llamado, siendo por tanto el octavo año. ** Gadotti, M., Pensamento Pedagógico Brasileiro, Editora Ática, São Paulo, 2004. *** Flecha, R., Compartiendo Palabras: El Aprendizaje de las Personas Adultas a Través del Diálogo, Editorial Paidós, Barcelona, 1997. 79 cuerpo docente como mediador natural de la comunicación educativa.* Desde nuestra mirada, esto significa preparar una oferta que promueva la confianza entre los docentes en la capacidad del sistema para generar posibilidades de formación permanente diferenciadas a lo largo de la carrera, por lo menos en dos sentidos. En primer lugar, hay que reconocer la importante desigualdad existente y la fragmentación de la sociedad, y en consecuencia diversificar las posibilidades de formación de sus docentes en atención a esa diversidad. En segundo lugar, hay que multiplicar la oferta de formación permanente con relación al área de trabajo disciplinar del docente.** Al momento de preparar este trabajo, hemos tenido la fortuna que se publicara La condición docente (Tenti),*** un trabajo que retoma investigaciones de largo aliento que el IIPE-Buenos Aires ha venido llevando adelante sobre los docentes en Argentina, Brasil, Perú y Uruguay. Este libro contiene importantes hallazgos sobre las opiniones de los docentes y se presenta desde una mirada comparativa. Los aportes metodológicos e interpretativos son sustantivos y contribuyen a perfilar la situación de esta profesión en los países estudiados. El estudio original para el caso de Uruguay**** realizado para la ANEP desde una agenda de investigación libre representa un buen marco de trabajo para pensar en el desarrollo de políticas de formación docente. Cito textualmente a continuación los diez criterios de política elaborados como cierre del libro mencionado. Es claro, que algunos de ellos no se aplican con igual fuerza al caso de Uruguay. Sin embargo, todos merecen ser considerados. 1. 2. * Toda política docente debe ser integral. Los datos presentados en relación con las percepciones que tienen los docentes acerca de los fines prioritarios de la educación y acerca de su propio rol profesional merecen ser discutidos a la luz de una revalorización y renovación de la idea tradicional de transmisión cultural. Knapp, M., “Professional Development as a Policy Pathway”, Review of Research in Education, Vol. 27, 2003. Cochran-Smith, M. y Lytle, S., “Relationships of Knowledge and Practice: Teacher Learning in Communities”, Review of Research in Education, Vol. 24, 1999. ** No me estoy refiriendo aquí al debate administrativo de organización del sistema en disciplinas o áreas. Me refiero al conocimiento enraizado en contenidos específicos. El dicho popular de que “nadie da lo que no tiene” puede ayudarnos aquí. Será imposible acercarnos al estado del arte de las nuevas modalidades educativas que demandan un importante grado de flexibilidad si nuestro conocimiento específico se encuentra en un básico mínimo al decir de Cesar Coll (2004). *** Tenti Fanfani, E., La Condición Docente: Análisis Comparado de la Argentina, Brasil, Perú y Uruguay, Siglo Veintiuno Editores, Buenos Aires, 2005. ****El informe nacional de difusión pública de resultados se tituló: Los Docentes Uruguayos y los Desafíos de la Profesionalización, ANEP-UNESCO/IIPE, 2003. 80 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. La formación docente (inicial y permanente) debe tomar en cuenta las demandas que los docentes expresan. Los programas de formación docente deberán tener en cuenta un dato fundamental: gran parte del conocimiento que usan los docentes para resolver sus problemas cotidianos en las aulas tienen origen en la experiencia. Proporciones significativas de docentes tanto de nivel primario como secundario tienen calificaciones elevadas (poseen títulos universitarios o de posgrado, incluso en el campo de las ciencias de la educación), pero el sistema no tiene previsto los puestos o los estímulos para hacer un uso adecuado de estas competencias. La carrera docente se presenta como obsoleta en tanto y en cuanto no tiene en cuenta las exigencias de una nueva división del trabajo pedagógico capaz de garantizar puestos y funciones especializadas, así como las condiciones de acceso de éstos por parte de los docentes. En relación con lo anterior, y dado que la mayoría de los docentes tiene una dedicación exclusiva y una fuerte orientación vocacional hacia esta actividad, no puede pensarse en “jerarquizar la profesión docente” con estrategias meramente voluntaristas y discursivas. El impacto de todas las dimensiones de la “cuestión social” en las instituciones educativas obliga a tomar decisiones políticas estratégicas. La complejidad creciente de la tarea docente obliga a diseñar nuevos esquemas normativos e institucionales que la estructuren. Por último, los datos de la encuesta indican que muchos docentes están ellos mismos excluidos de la cultura. En los debates sobre políticas en general, y en los educativos en particular, es difícil establecer un balance entre lo deseable y lo posible cuando se parte de una frágil situación salarial y presupuestaria. Pero un aspecto importante es contar con el compromiso de los actores. Paradójicamente, los mecanismos de participación de los docentes en los procesos de decisión son limitados. En ese sentido nos dice Tenti (2004):* “Las metas y las estrategias que se adoptan para alcanzarlas deben tener en cuenta tanto la situación objetiva (limitaciones presupuestarias, marcos institucionales, etcétera) como las condiciones subjetivas, es decir a las actitudes, representaciones, valores, predisposiciones, etcétera... Esta dimensión de la realidad, la que tiene que ver con la cultura de los actores (representaciones, expectativas, actitudes, aspiraciones) es la más descuidada por las reformas educativas, siempre más * Tenti Fanfani, E., “Algunas Dimensiones de la Profesionalización de los Docentes. Representaciones y Temas de la Agenda Política”, Revista PRELAC, Año 1 (N° 0), 2004. 81 inclinadas al cambio de las estructuras que a la transformación de la cultura de los agentes”. ¿Hacia dónde deberían dirigirse los cambios en la actividad de los profesores? Comenzamos aquí con cuestiones de gestión, seleccionadas porque tienen importantes consecuencias para orientar los esfuerzos de profesionalización de los docentes. De un listado de objetivos y metas planteados por Tenti, extractamos los siguientes: • • • • • Lograr que un 50% de los docentes tengan formación básica en las nuevas tecnologías de información y comunicación. Establecer un programa de incentivos económicos (becas) para la formación docente. Tender a la concentración del trabajo docente en un solo establecimiento (50% de los docentes de los establecimientos educativos de nivel medio con dedicación exclusiva y tiempo completo en una institución). Ofrecer oportunidades anuales de capacitación y actualización para todos los docentes. Reservar un 15% del tiempo de trabajo de los docentes para tareas profesionales fuera del aula institucionalmente pautado (participación en grupos de trabajo con colegas, tutorías de alumnos, producción de materiales). Estos elementos de gestión y organización de la actividad docente serían de gran importancia.* Los docentes que accedan a una oferta de formación en ejercicio deberían contar con un andamio básico de gestión que potencie su labor y le confiera un sentido de pertenencia a su lugar de trabajo. Al respecto y desarrollando el tema desde la formación de directivos Poggi** expresa: “la gestión de las instituciones educativas requiere la articulación de la gestión institucional-organizacional y la gestión curricular. Contenidos, técnicas y criterios de evaluación forman parte del contrato que el formador (y la institución en la que se integra) establece con los participantes y, como tal debe ser explicitado y retomado en consignas de encuadre...” * Para profundizar sobre esto, entre otros: Imberón, F., La Formación del Profesorado, Editorial Paidós, Barcelona, 1994. Soto-Rodriguez, M., “The Evaluation of Institutional Impact: The Case of CPEIP in Chile”, Studies in Educational Evaluation, Vol. 13, 1987. Franke, M. L., et al., “Capturing Teachers´ Generative Change: A Follow-Up Study of Professional Development in Mathematics”, American Educational Research Journal, Vol. 38 (N°3), 2001. Garet, M., et al., “What Makes Professional Development Effective? Results From a National Sample of Teachers”, American Educational Research Journal, Vol. 38 (N°4), 2001. ** Poggi, M., La formación de Directivos de Instituciones Educativa: Algunos Aportes para el Diseño de Estrategias, Serie de Publicaciones IIPE/UNESCO, Sede Regional Buenos Aires, Buenos Aires, 2001. 82 Un criterio central de ese andamio básico administrativo es la posibilidad de que el docente se concentre en uno o unos pocos centros educativos. Sin la disminución de los llamados “profesores taxis” la planificación profesional colectiva y arraigada en la identidad local de cada centro educativo y de su entorno resulta quimérica. Este punto es sensible, y solucionarlo tendría un impacto directo tanto para reducir el burnout* o agotamiento del profesor, como para potenciar otro tipo de relacionamiento de los docentes en la gestión del centro.** Este criterio es válido también para el director del centro educativo, dado que el conocimiento personal y la estabilidad de los funcionarios bajo su responsabilidad son básicos para un trabajo eficaz y una planificación viable del mismo. Un profesor que trabaja muchas horas repartidas entre muchos centros tiene pocas posibilidades de comprometerse con la innovación curricular, particularmente si ésta implica un trabajo con otros. Existe, sin embargo, un creciente consenso, tanto desde perspectivas cognitivas como sobre la gestión de centros, en que el trabajo colectivo es la forma más apropiada de enriquecer las perspectivas, flexibilizar los abordajes didácticos, y por tanto acortar el distanciamiento entre las culturas juveniles y la modalidad de trabajo docente.*** Otro elemento de importancia es la validación y aprovechamiento de los esfuerzos de profesionalización que realizan los profesores fuera del sistema. Existe en este sentido experiencia significativa de los propios docentes, organizados en sus Asociaciones de Profesores. En este sentido se puede recomendar: • • • Apoyar la tarea de las Asociaciones de Docentes. Co-financiar las publicaciones que esas asociaciones generan en apoyo a la labor profesional de sus asociados. Reconocer las responsabilidades asumidas en esas asociaciones como méritos en la carrera docente. * El síndrome del burnout ha sido inicialmente referido a los trabajadores de la salud y luego a los docentes y finalmente a los trabajadores de ayuda. Se caracteriza por: a) la pérdida del prestigio social, b) la despersonalización por burocratización, c) falta de éxito. Maglio, F.; Blajeroff, N.F. y Dabas, D., Clínica del Síndrome de Burnout: Pánico Amoral de la Indiferencia, Federación Mundial de Ecología Cultural, Buenos Aires, 2003. ** Referido a la gestación de propuestas compartidas, acuerdos programáticos, enfoque de conflictos y otros emergentes. *** Slavin, R. E., “Classroom Reward Structure: An Analytic and Practical Review”, Review of Educational Research, Vol. 47, 1977. Slavin, R. E., Cooperative Learning, Longman Inc, Nueva York, 1983. McDermont, R.P., “Social Relations as Contexts for Learning in School”, Harvard Educational Review, Vol. 47, 1977. Wilkinson, L. C., Communicating in the Classroom, Academic Press, Nueva York, 1982. Erickson, F., Talk and Social Theory, Polity Press, Cambridge, 2004. Kessler, G., La Experiencia Escolar Fragmentada. Estudiantes y Docentes en la Escuela Media en Buenos Aires, Serie de Publicaciones IIPE/UNESCO Sede Regional Buenos Aires, Buenos Aires, 2002. Wood, D.; Bruner, J. y Ross, G., “The role of tutoring in problem solving”, Journal of Child Psychology and Psychiatry, 1976. 83 • Reconocer el valor de esas asociaciones por su capacidad propositiva y como posibles “socios” en iniciativas conjuntas. Como se ha señalado en la “Introducción”, las Asociaciones de Profesores de Biología, Física y Química han buscado ofrecer instancias de formación en sus congresos y cursos en asociación con otras entidades, y han apoyado la profesionalización mediante la publicación de revistas y boletines informativos. Este trabajo se ha basado exclusivamente en la voluntad y convicciones de los que trabajaron en estas asociaciones para beneficios de todos, y se han ganado el respeto de los docentes. Los Congresos que se suceden anual o bianualmente aportan un espacio de aprendizaje, reflexión y encuentro fundamentales para mantener la curiosidad por aprender y el entusiasmo por la tarea docente, a pesar de las dificultades. Estas experiencias son importantes como identificadoras de buenas historias, prácticas y capacidad instalada en los recursos humanos. El apoyo a estas actividades representaría un importante reconocimiento a su capacidad de propuesta y ejecución, y facilitaría la difusión de su labor. El sistema educativo debería asimismo promover la reflexión y elaboración por parte de los docentes. En este sentido, podría plantearse: • • • Promover la producción escrita de experiencias de centro, aula o comunidad donde los docentes sean protagonistas. Realizar llamados abiertos para estos fines con estímulos de financiamiento. Validar la producción escrita en la carrera docente. En Uruguay han sido pocas las oportunidades para que los docentes participen de la elaboración de trabajos escritos. Un andamio de administración y gestión básico como el que sugerimos debería promover esta actividad de modo tal que estimule las relaciones entre los docentes en torno a tareas comunes. Existen experiencias en este campo, aunque nos ha resultado difícil acceder a producciones escritas donde los docentes sean protagonistas. Debería también favorecerse trabajos que combinen la lógica interna (del centro educativo particular o del sistema) con el intercambio con otros actores. Los docentes, poseen una interesante capacidad de orquestar apoyos en torno a lo que juzgan productivo para su tarea y sus alumnos. La producción escrita es generadora de un apoyo reflexivo y demanda la conectividad con otras experiencias, otras lecturas. En este sentido, De Longhi* propone, para el caso particular de los docentes en * 84 De Longhi, A. L., et al., Estrategias Didácticas Innovadoras para la Enseñanza de las Ciencias Naturales en la Escuela, Editorial Universitas, Córdoba, 2005. ciencias: “Romper con la distancia que habitualmente separa las comunidades de científicos y docentes. Para ello generar intercambios desde redes de instituciones, congresos y publicaciones e incorporar la práctica de comunicar las producciones y someterlas a intercambio con los colegas. Esto se vería facilitado si se trabaja desde las asociaciones de profesores”. Más en general, existe en la literatura educativa un importante cuerpo de investigación relacionando iniciativas docentes con el mejoramiento de la enseñanza y el aprendizaje.* Recomendaciones para la formación docente en ciencias experimentales Luego de plantear algunos problemas y estrategias comunes para la formación permanente de todo el profesorado, deseamos ahora abocarnos al caso particular de los profesores de ciencias experimentales, no sin antes mencionar que existe una amplia literatura sobre el trabajo para mejorar la enseñanza de las ciencias.** El Programa de Pasantías PEDECIBA-UNESCO se concentró en biología, física y química para atender a sus particularidades, y ya se ha comentado que, aun si nos limitamos a las áreas del PEDECIBA, hay otras ciencias que presentan características diferentes.*** El programa se fundó en dos ideas complementarias. Primero, existe la necesidad y la oportunidad de avanzar en el conocimiento de la disciplina desde la primera línea de experimentación. Segundo, es importante tener la experiencia de integración, al * Word, D., “Narrating Professional Development: Teacher’s Stories as Texts for Improving Practice”, Anthropology & Education Quarterly, Vol. 31 (4), 2000. Loef Franke, M., et al., “Capturing Teachers’ Generative Change: A Follow-Up Study of Professional Development in Mathematics”, American Educational Research Journal, Vol. 38(3), 2001. Garet, M., et al., “What Makes Professional Development Effective? Results From a National Sample of Teachers”, American Educational Research Journal, Vol. 38 (N°4), 2001. Kramarski, B. y Mevarech, Z., “Enhancing Mathematical Reasoning in the Classroom: The Effects of Cooperative Learning and Metacognitive Training”, American Educational Research Journal, Vol. 40(1), 2003. Chiu, M., “Adapting Teacher Interventions to Student Needs During Cooperative Learning: How to Improve Student Problem Solving and Time OnTask”, American Educational Research Journal, Vol. 41(2), 2004. ** Gil Pérez, D.; Macedo, B.; Martínez Torregrosa, J., et al., ¿Cómo Promover el Interés por la Cultura Científica? Una Propuesta Didáctica Fundamentada para la educación científica de jóvenes de 15 a 18 años, OREALC/UNESCO-Santiago, Santiago de Chile, 2005. Darling-Hammond, L. y Youngs, P., “Defining ‘Highly Qualified Teachers’: What Does ‘Scientifically-Based Research’ Actually Tell Us?”, Educational Research, Vol. 31(9), 2002. *** Acerca de la Educación Matemática en el Uruguay: Apuntes y propuestas de la comunidad matemática universitaria y Primer documento: Propuestas de partida (9 de setiembre de 2005),<www.rau.edu.uy/pedeciba/matemati>. 85 menos transitoria, al contexto cultural donde el quehacer científico se desarrolla, en el clima propio del laboratorio y equipo de trabajo. La experiencia de inmersión así planteada permite desestructurar al docente de su lógica habitual de trasmisión de conocimiento establecido, a favor de un crecimiento que, en distintos grados, y como se ha descrito en el capítulo “Evaluación y análisis de las pasantías”, tiene lugar durante las pasantías. Según Loughran:* “La práctica rutinaria se convierte rápidamente en ‘el molde’ en la enseñanza, por lo que ‘romper el molde’ puede crear desafíos inesperados, cuando el profesor se mueve desde un sentido de seguridad y un conocimiento de una práctica particular hacia una situación más riesgosa, caracterizada por la incertidumbre y una conciencia más rica del conocimiento”. Para el caso específico de la enseñanza de las ciencias, existe un importante número de autores que asevera que el conocimiento científico es también resultado de un proceso histórico y social, una forma socialmente construida de conocer, y por tanto que la ciencia no puede enseñarse sin esa dimensión procesual o procedimental (Pozo y Gómez).** Sin adherirse a los extremos del relativismo cultural, lo cierto es que sin una comprensión de los procesos por los que transcurre el trabajo científico, es muy difícil ofrecer ese componente de la ciencia, por lo que, con frecuencia, el docente se limita a trasmitir el conocimiento científico como producto acabado. Todo profesor requiere del dominio de competencias racionales así como de técnicas y destrezas que son específicas a su disciplina y que se aprenden en tiempos y espacios de formación. Aunque la formación inicial haya sido excelente, es indiscutible que a lo largo de su carrera el docente requerirá de nuevas experiencias educativas para poner al día o sumar conocimientos y nuevas destrezas y técnicas. Esta necesidad se ve magnificada por la velocidad de cambio de la ciencia moderna. Sin embargo, como hemos visto en la “Introducción” la posibilidad de atender a estas necesidades ha sido limitada en Uruguay.*** * Loughran, J., Understanding and Developing Science Teacher’s Pedagogical Knowledge, Sense Publishers, Rotterdam, 2006. ** Pozo, J. I. y Gómez Crespo, M. A., Aprender y Enseñar Ciencias: Del conocimiento Cotidiano al Conocimiento Científico, Ediciones Morata, Madrid, 1998. Duit, R., Treagust, D., “Learning in Science: From Behaviorism Towards Social Constructivism and Beyond”, International Handbook of Science Education, Kluwer Academic Publishers, Great Britain,1998. *** Los docentes que han podido acceder a una capacitación de este tipo sea en programas de posgrado o en especializaciones lo han realizado con recursos propios o financiados por algún sistema de beca internacional. 86 1. Diversificar la oferta de formación permanente El docente de ciencias experimentales debe profundizar su formación de diversas maneras. Hemos enfatizado el contacto con la investigación, pero resulta también importante la posibilidad de reflexionar sobre su práctica docente y las didácticas específicas de su disciplina, tanto experimentales como conceptuales. La formación del docente en ejercicio demanda una oferta flexible con referentes que posean trayectoria en la enseñanza de las ciencias, así como en el quehacer científico. Esta oferta se presenta desde un horizonte amplio y complejo y donde las grandes preguntas disciplinares sean parte de las incógnitas ordenadoras de la acción. Se sugieren algunos supuestos comunes como ordenadores en el entendido de que la oferta busca ubicarse en la zona de desarrollo próximo del profesor y el investigador (o experto seleccionado) (Vygotsky).* Queremos proponer, por tanto, la apertura de un abanico de posibilidades de formación para el docente de ciencias en actividad. Las mismas podrían incluir, a modo de ejemplo: • • • • • Pasantías en centros experimentales que se encuentran repartidos por el país (del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias, por ejemplo) y en otros programas de base científico-tecnológico. Participación en salidas de campo de cursos universitarios. Cursos de formación con componentes experimentales en temas de importancia y actualidad en las diferentes disciplinas. Cursos que aprovechen las nuevas tecnologías de información y comunicación, a través de aulas virtuales e Internet (por ejemplo, en torno al uso de simulaciones). Cursos que presenten abordajes desde diferentes disciplinas a problemas complejos. 2. Diversificar el ingreso a la carrera docente Sabemos, como se señaló en la “Introducción”, que el número de docentes egresados como profesores de ciencias es insuficiente como para atender las demandas del sistema. Cabe agregar que estas demandas deberían aumentar si, como es deseable, la deserción y el tamaño de los grupos disminuyen en la enseñanza secundaria. Por otra parte, un número importante de jóvenes escoge formarse en disciplinas científicas dentro de la universidad. Los graduados universitarios en ciencias deberían contar con la opción de integrarse a la actividad docente. Cuentan en general con una buena formación científica, que podría complementarse con una formación en educación, bajo la forma de * Vygotsky, L., Thought and Language, Mit Press, Cambridge, 1962 (original 1934). Vygotsky, L., Mind in Society: The development of higher psychological process, Harvard University Press, Boston, 1978. 87 algunos cursos y/o de un apoyo semejante al de la práctica docente de los estudiantes de los institutos de formación docente. Debe notarse que, de manera análoga, los egresados de los institutos de formación docente son admitidos al programa de Maestrías como, por ejemplo, los del PEDECIBA o de la Facultad de Química, si completan algunos cursos de nivelación. La idea de fondo es que quien ha completado un ciclo terciario adquiere cierta madurez y formación general que deben ser valorados como tales, y no solamente como un conjunto de conocimientos específicos evaluables materia por materia. 3. Crear una especialización en la enseñanza de las ciencias experimentales En el año 2001, presentamos a la Directiva del PEDECIBA una propuesta de creación de una especialización en la enseñanza de las ciencias experimentales, de la que se resumen aquí sus principales características. Corresponde señalar que una iniciativa como la planteada, para concretarse, necesita de la participación de la ANEP, así como de apoyos económicos acordes al problema que busca comenzar a solucionar. Para lograr una mayor profesionalización de la enseñanza de las ciencias, es necesario que aquellos docentes que hacen una opción de dedicación a la carrera cuenten con diversas opciones de formación a lo largo de su vida. Al elaborar esta propuesta estamos pensando en un perfil de profesor titulado y en plena actividad, con varios años de experiencia profesional. Creemos que la experiencia de trabajo en el aula y la pertenencia al plantel docente activo son antecedentes importantes para acceder a la especialización. Apuntamos también a un docente en una etapa intermedia de su carrera, potencialmente con años de ejercicio por delante, y por tanto con la capacidad de trasladar la especialización adquirida al aula y de compartir la experiencia con otros colegas. Finalmente, estamos pensando en docentes que desean hacer esfuerzos de formación luego de su titulación. En otras palabras, la propuesta de especialización apunta a docentes con características comparables a aquellos que han postulado al programa de pasantías. La especialización constaría de diversos módulos, diseñados para tener una compatibilidad razonable con el ejercicio de la profesión docente. Sin perjuicio de que la ANEP debería facilitar la participación de los seleccionados, se procuraría concentrar las actividades en los períodos del año de menor actividad de enseñanza directa. La especialización debería incluir módulos como los siguientes: a. 88 Pasantía intensiva de inmersión en un laboratorio de investigación, culminando con la presentación de un resumen de los aprendizajes obtenidos. b. c. d. Cursos en temas troncales del área científica de especialidad del docente. Se escogerán temas de particular relevancia científica en cada disciplina, a dictarse por especialistas universitarios, que permitan avances conceptuales significativos con respecto a la formación inicial de las carreras de formación docente. Cursos de actualización dictados por investigadores en torno a núcleos temáticos seleccionados, con énfasis en el “enfoque científico de resolución de problemas” (Conferencia Mundial sobre la Ciencia).* Tesina final, elaborada bajo la orientación de un investigador y un cotutor en aspectos pedagógico-didácticos, orientada a la presentación y fundamentación de una unidad temática de enseñanza factible de ser implementada a nivel curricular. A manera de cierre Entregamos de esta manera la descripción y evaluación de un programa que se llevó adelante gracias a la convicción y buena voluntad de sus socios, que los llevó a trabajar por una innovación necesaria y posible en Uruguay. Los recursos humanos formados a nivel de investigación y dispuestos a participar en el programa nunca fueron escasos. Los profesores aspirantes siempre superaron ampliamente el número de becas disponibles. Este número, a su vez, fue siempre inferior a las pasantías ofrecidas por los laboratorios del PEDECIBA. Lamentablemente, faltó en estos años la voluntad política de integrar este programa a las políticas de capacitación de docentes en ejercicio de la ANEP y de dotarlo de recursos para su consolidación y extensión. En esta instancia de cierre de este programa de innovación, y como ya hemos expresado a las autoridades del CODICEN, cerramos este libro con renovada esperanza en que se acorten las distancias entre la investigación y la formación de docentes de ciencias del Uruguay. * Conferencia Mundial sobre la Ciencia, Budapest, 1999, <www.unesco.org/science/ wcs>. 89 Bibliografía Académie des Sciences, Institut National de Recherche Pédagogique, Ministère de l’Éducation Nationale, Délégation Interministérielle à la Ville et au Développement social Urbain, La Main à la Pâte et le Plan de Rénovation de l’Enseignement des Sciences et de la Technologie à l’École. Guide de découverte, INRP Publications, Paris, 2000, <www.inrp.fr/lamap/bdd_image/51_brochure_lamap.pdf>. Chaprak, G.; Léna, P. y Quéré, Y., Los niños y la ciencia. La aventura de ‘la mano en la masa’, Siglo XXI editores, Buenos Aires, 2006. 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Cristina MAZZELA Laboratorio de Genética Facultad de Ciencias Dra. Alice ALTESOR Laboratorio de Ecología Funcional Dr. Juan ARBIZA Sección Virología Dra. Cristina ARRUTI Sección Biología Celular Dra. Ángeles BERI Laboratorio de Palinología Dra. Nibia BEROIS Sección Biología Celular Dr. Martín BESSONART Laboratorio Zoología Vertebrados Dr. Ruben BUDELLI Sección Biomatemática Dra. Ana DENICOLA Lab. Fisicoquímica Biológica Dra. Adriana ESTEVES Sección Bioquímica Dra. Graciela GARCÍA Sección Genética Evolutiva Dra. Beatriz GOÑI Sección Genética Evolutiva Dra. Magela LAVIÑA Sección Fisiología y Genética Bacterianas Dr. Enrique LESSA Laboratorio de Evolución Dr. Walter NORBIS Sección Oceanología Dr. Francisco PANZERA Sección Genética Dr. Daniel PEREA Departamento de Paleontología Dr. Ruben PÉREZ CROSSA Sección Genética Evolutiva Dr. Fernando PÉREZ MILES Sección Entomología Dr. Miguel SIMO Sección Entomología Dra. Ma. del Carmen VIERA Sección Entomología Facultad de Ingeniería Dra. Lina BETTUCCI Laboratorio de Microbiología Facultad de Medicina Dr. Atilio FALCONI Laboratorio de Neurofisiología Dra. Elia NUNES Laboratorio de Radiobiología Dra. Marisa PEDEMONTE Laboratorio de Neurofisiología Dr. Harol NÚÑEZ Departamento Fisiología Cardiovascular 97 Dr. Julio SICILIANO Laboratorio de Señalización Intracelular Dr. Gabriel GONZÁLEZ Facultad de Veterinaria Dr. Carlos NEGREIRA Dra. Elsa GARÓFALO Laboratorio de Receptores Hormonales Dr. Ismael NÚÑEZ Dra. Silvia LLAMBÍ Área Genética Facultad de Ingeniería Instituto de Física Dra. Alicia POSTIGLIONI Laboratorio de Análisis Genéticos Dr. Gonzalo ABAL Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable Dr. Horacio FAILACHE Dra. Mónica BRAUER Laboratorio de Biología Celular Dr. Arturo LEZAMA Dr. Gustavo FOLLE División Citogenética Humana y Microscopía Cuantitativa Dr. Jorge GRIEGO Dr. Ariel MORENO Dr. Gonzalo TANCREDI Dr. Enrique DALCHIELE Dr. José FERRARI Dr. Ricardo MAROTTI Lic. Daniel MARTA Dr. Omar MACADAR División Neurofisiología Química Dra. Adriana MIMBACAS División Citogenética Facultad de Ciencias Dr. José SOTELO División Biofísica Dr. Julio VELLUTI División Neurofisiología Dr. Pablo ZUNINO División Microbiología Física Facultad de Ciencias, Instituto de Física Dr. Arturo MARTÍ Dra. Cecilia CABEZA Dr. Hugo FORT 98 Dra. Mercedes GONZÁLEZ Cátedra de Química Orgánica Dr. Eduardo MÉNDEZ Laboratorio de Electroquímica Fundamental Dr. Hugo CERECETTO Cátedra de Química Orgánica Facultad de Ciencias, Centro de Investigaciones Nucleares Q.F. Henia BALTER Polo Tecnológico - Pando Dra. Iris MIRABALLES Laboratorio de Inmunotecnología Instituto de Higiene Dr. Julio BATTISTONI Laboratorio de Inmunología Dra. Silvia SOULÉ Laboratorio de Carbohidratos y Glicoconjugados Facultad de Química Q.F. Francisco BATISTA Cátedra de Bioquímica Zulema COOPES Cátedra de Bioquímica Dra. Laura DOMÍNGUEZ Departamento de Farmacología I.Q. Laura FORNARO Laboratorio de Radioquímica Dra. Dinorah GAMBINO Cátedra de Química Inorgánica Dr. Andrés GONZÁLEZ Cátedra de Farmacognosia y Productos Naturales Dra. María Antonia GROMPONE Laboratorio de Grasas, Aceites y Productos Afines Dr. Alvaro MOMBRÚ Laboratorio de Cristalografía Dra. Lucía MUXÍ Cátedra de Microbiología Dr. Enrique PANDOLFI Cátedra de Química Orgánica Dra. Ana REY Cátedra de Radioquímica Dra. Carmen ROSSINI Cátedra de Farmacognosia y Productos Naturales Dr. Eduardo SAVIO Cátedra de Radioquímica Dra. Valeria SCHAPIRO Cátedra de Química Orgánica Dr. Gustavo SEOANE Cátedra de Química Orgánica Dra. María H. TORRE Cátedra de Química Inorgánica Dra. Julia TORRES Laboratorio de Química Inorgánica Q.F. Cristina URES Cátedra de Radioquímica Dr. Horacio HEINZEN Cátedra de Farmacognosia y Productos Naturales Dr. Oscar VENTURA Cátedra de Química Cuántica Dr. Carlos KREMER Cátedra de Química Inorgánica Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable Dr. Eduardo MANTA Cátedra de Química Farmacéutica Dra. Elena FABIANO Departamento de Bioquímica 99 Nómina de profesores que participaron de la experiencia 1999-2004 Biología ABAL, Clotilde Liceo Nº 15 - Montevideo CARMONA FARÍAS, Mónica Viviana Liceo Los Cerrillos - Canelones ALBIN CELANA, Andrea Raquel UTU - Montevideo CENTURIÓN Y VIVAS NASSO, Silvia Liceo Nº 2 - Soriano ALMAGRO MARTÍNEZ, Yanela Karina Liceo Nº 4 - Paysandú COYA ALBOA, Andrea Liceo Amalio S. de Delfino Lavalleja ALONSO AMAYA, Sandra Liceo Nº 3 - Montevideo CUNS, Vivian Centro Regional de Profesores del Sur (Atlántida) - Canelones ALONSO PASTORINI, María José Liceo Nº 2 - Cerro Largo AZNAREZ DUTILH, Sandra Liceo Nº 1 - Flores BALITZKI ARTURAOLA, Myriam Susana Instituto de Profesores Artigas Montevideo BAPTISTA NAN, María Magdalena Liceo Nº 3 - Rivera BENTANCUR ALFONSÍN, Carolina Liceo de Cardona - Soriano BORBA, Graciela Liceo Nº 1 - Tacuarembó BURGUEZ GUGLIELMI, Ana María IBO - Montevideo CÁNEPA SANSÓ, Alejandra Liceo Departamental - Maldonado CARESANI AGUIAR, María Cristina Liceo Nº 1 - Soriano 100 DA SILVA LÓPEZ, Myriam Gloria Liceo Departamental - Río Negro DIAMANT MONTI, Ana Bruna Liceo Nº 3 - Montevideo DO CARMO SOUZA, Mary Stuard Instituto de Formación Docente Salto DORNEL BRITOS, Liliana Instituto de Formación Docente Rivera DUFFAUT BERRUTI, Carla María Liceo Nº 1 - Río Negro ECHEVERRÍA, Doris Liceo Nº 1 - Flores ETCHEVERRY CANESSA, Ana Teresita Instituto de Profesores Artigas Montevideo EUSANIO ESTRADA, Gladys Mabel Centro Regional de Profesores del Suroeste - Colonia FALCÓN, Mónica Liceo Nº 1 - Maldonado PAREDES RIVIEZZI, Ma. Silvana Liceo Nº 1 - Montevideo FERNÁNDEZ SANTIAGO, María José Liceo Nº 3 - Montevideo PERENDONES PASEYRO, Alfonso Liceo Rincón de la Bolsa San José FERREYRA PÉREZ, A. Carolina Liceo Nº 46 - Montevideo PERRONE RICHARD, Verónica Liceo Nº 3 - Montevideo FRANCO ROBANO, Luis Federico Instituto Miguel C. Rubino Durazno PIEDRA CUEVA, Virginia Liceo Nº 1 de Minas - Lavalleja GARCÍA, Natacha Instituto de Formación Docente Rivera GARMENDIA BORDERRE, María Bettina Liceo Sarandí del Yí - Durazno GASDÍA PARDO, Virginia Liceo de Solymar I - Canelones GONZÁLEZ BOGADO, Luis Ramiro Liceo Nº 3 - Paysandú GONZALEZ PÉREZ, María Julia Liceo Nº 10 - Montevideo PRADO NEME, Andrea Valeria Liceo Nº 3 - Salto QUIROGA CASTRO, Adriana Liceo El Pinar - Canelones REYES MINETTI, Marcelo Liceo Nº 2 - Paysandú REZZANO GARCÍA, Marisa Silvia Liceo Nº 36 - Montevideo RICO TRIGO, Gabriela Liceo Nº 17 - Montevideo RODRÍGUEZ GAITÁN, Serrana Margarita IAVA - Montevideo HERNÁNDEZ SOSA, Alba Aurora Liceo Zorrilla - Montevideo RODRÍGUEZ PERI, Ma. Lucía Instituto de Profesores Artigas Montevideo IMBERT ROMERO, Nelky Daisy Instituto Dr. M.C. Rubino Durazno RODRÍGUEZ, Oscar Fernando Liceo Nº 9 - Montevideo LÓPEZ LARRAMA, María Noel Liceo Nº 46 - Montevideo RUIZ VIAZZO, Ma. del Pilar Liceo De Sauce - Lavalleja MALACRIDA RUIZ, Cindia Liceo Santa Lucía - Canelones SAGARRA AMESTOY, Sebastián Rodrigo Liceo Nº 19 - Montevideo MARCHELLI CASANOVA, Silvia Cristina Liceo Nº 1 de Carmelo - Colonia SEPÚLVEDA YELPO, Fernando Liceo Tranqueras - Rivera NUÑEZ, Gladys Elena Liceo Nº1 - Tacuarembó OLIVERA MALZZONI, Ana Liceo de Lascano - Rocha SIMÓN ROTONDARO, Alicia Liceo Nº 3 - Montevideo SOLARI PEÑA, Flor María Liceo Miranda - Montevideo 101 SOTO IRISARRI, Mónica María Liceo de Dolores - Soriano TESTORELLI MARTINO, Susana IDAL (Nº 3) - Montevideo TORIANI MONTERIO, Virginia Liceo Nº 2 Héctor Miranda Montevideo DE FLEITAS HERNÁNDEZ, Julio Almir Centro Regional de Profesores del Suroeste - Colonia DI LACCIO CÁCERES, José Liceo Nº 1 - Salto VERÓ DE LA LLANA, Flora Liceo Nº 1 - Rocha DOMÍNGUEZ FERNÁNDEZ, Oscar Liceo Nº 1 - Rocha VICO PERINI, Laura Irene Liceo Nueva Palmira - Colonia DURQUET, Adriana Liceo Nº 34 - Montevideo VIDAL DALGALARRONDO, Rosa Maris IBO - Montevideo ECHARTE GARCÍA, Adriana Virginia Liceo Nº 2 Héctor Miranda Montevideo VOMERO LARA, Ma. Isabel Instituto de Profesores Artigas Montevideo Física ACLAND MACHADO, Isabel UTU - Montevideo BACCINO, Daniel Liceo Nº 10 - Montevideo BERRUTI, Marcelo Liceo Luis A. Brause de Pando Canelones BONOMI CASAS, José Gabriel Liceo de Tala - Canelones BRITO, Fernando Liceo Nº 34 - Montevideo CARBALLO LARROSA, Mónica Fabiana Liceo Nº 2 de Melo - Cerro Largo CASTELNOBLE DÍAZ, Mariana Liceo Nº 11 - Montevideo DA SILVA LOMBARDI, Giovanna María Liceo Nº 2 - Salto 102 ECHENIQUE CARBAJAL, Juan Alberto Liceo Nº 35 (IAVA) - Montevideo GARCIMARTÍN, María Liceo Nº 35 (IAVA) - Montevideo GARULA, Pablo Liceo Nº 1 - Soriano GONZÁLEZ GAMALLO, José Luis Liceo Nº 2 - Rivera GONZÁLEZ HERRERA, Ana Julia Liceo Nº 1 - Tacuarembó LEAL, Adriana Liceo Nº 34 - Montevideo MARTÍNEZ CARRANCIO, Puri Moriana Liceo Nº 1 - Tacuarembó MELO LÓPEZ, Nelly Virginia Liceo Nº 1 - Paysandú O’NEILL BENZANO, Matilde Liceo Nº 6 - Montevideo PEREIRA LARRONDE, Ana Carolina Liceo Nº 1 de La Paz - Canelones PERINETTI MACHADO, Selene Liceo San Jacinto - Canelones BERTON GRANT, Ana Liceo de Nueva Helvecia - Colonia RISTICH, Carlos Liceo Nº 1 de La Paz - Canelones CHINAZZO ABREU, Nélida Liceo de Maldonado - Maldonado RODRÍGUEZ MONTEBLANCO, Jorge Centro Regional de Profesores del Norte - Rivera CORTAZZO FYNN, Rosana Liceo N° 36 - Montevideo SÁNCHEZ CHANCONE, Ernestina Liceo Nº 35 (IAVA) - Montevideo CURBELO MAZZONI, Estela Liceo 18 de Mayo (El Dorado) Canelones SCAVONE MAURO, Ana Graciela Liceo Nº 26 - Montevideo DARRÉ ROCCHIETTI, Liliana Liceo Nº 1 - Paysandú TORRES FONSECA, Mary Graciela Liceo Nº 2 - Rivera DE RENDE SALVATORE, Paola Liceo 18 de Mayo (El Dorado) Canelones TRAVIESO IGLESIAS, Pablo Liceo Toledo - Montevideo DELBONO VARELA, Carla Karinna Liceo Nº 1 - Tacuarembó VARGAS RODRÍGUEZ, María Giselle Liceo Nº 3 - Salto VIERA LATORRE, Diego Liceo Nº 1 de Atlántida Canelones VIRE MURIEGA, Noelia Liceo de Nueva Palmira - Colonia Química ALIAGA LARROSA, Ana Mayra Liceo Nº 13 - Montevideo ALVES MONTESANO, Alexandra Liceo Nº 14 - Montevideo ALVEZ CAPRILE, Mónica Patricia Liceo Nº 2 - Salto APOTHELOZ, Guillermo Liceo Nº 26 - Montevideo BENÍTEZ CAPOTE, Liliana Liceo Nº 1 - Maldonado CRUSI MAGLIO, Verónica Liceo Nº 1 - Salto DUFFAUT BERRUTI, Adelina Liceo Nº 1 de Fray Bentos Río Negro DUGLIO LEMAN, María Isabel Centro Regional de Profesores del Norte - Rivera ESPINOSA SACARELO, Héctor Fermín Liceo de Paso Carrasco Canelones FERNÁNDEZ RODRÍGUEZ, Hilda Yanet Liceo de Vergara - Treinta y Tres FIGUEROA ELHOT, Emilia Liceo Nº 15 - Montevideo FIORITTO, Ana Lucía Liceo Nº 2 - San José FIRPO LARRAZÁBAL, Griselda Centro Regional de Profesores del Norte - Rivera 103 FREITAS CORREA, Myriam Ruth Liceo Nº 1 - Paysandú GARBARINO LAZCANO, Cecilia Inés Liceo Nº 1 - Río Negro GARCÍA CORREA, Melody Liceo Joaquín Suárez Montevideo GILES HIDALGO, Ana María Liceo Nº 1 - Paysandú LABASTE, Ana Liceo Manuel Rosé - Canelones REBOLLO KELLEMBERGER, María Cristina Centro Regional de Profesores del Centro - Florida RODRÍGUEZ CUNS, Álvaro Liceo Nº 26 - Montevideo RODRÍGUEZ SILVEIRA, Miriam Ivonne Liceo Nº 1 - Tacuarembó RODRÍGUEZ, Rosario Liceo Nº 1 de La Paz - Canelones SCARONE, Claudia Liceo Nº 4 - Montevideo MANTIÑAN BECERRA, Graciela Alicia Liceo Nº 1 de Solymar - Canelones TAVÁREZ MORAES, Rosalynn Liceo Nº 2 - Artigas MARQUIZO CARRATTINI, Karina Liceo Nº 2 - Montevideo TOCCO CAPALBO, Mariela Liceo Nº 10 - Montevideo MOCKFORD RUELLA, Virginia Katherine Liceo Nº 1 - Paysandú TRUJILLO MUNÍZ, Martín Nicolás Liceo Nº 1 de San Carlos Maldonado NIELL MENEGAZZI, María Elizabeth Liceo Nº 1 - Paysandú VERDE LAMAIZON, Miguel Angel Liceo Nº 1 de Atlántida Canelones PÉREZ, Herman Liceo Nº 1 de San Carlos Maldonado VIDAL RUIBAL, Anabel Liceo Manuel Rosé - Canelones PERNA, Ricardo Liceo Nº 14 - Montevideo VILLANUEVA ALVEZ, Sonia Gladys Liceo Nº 1 - Tacuarembó PILATTI, Pierina Liceo de Juan Lacaze - Colonia VIVAS NASSO, Mónica Soledad Liceo Campos - Soriano QUEIRÓS ARMAND UGÓN, Mónica Liceo Colonia Valdense - Colonia VOLPI, Liliana Liceo Nº 3 – Artigas QUINELES, Silvia Mabel Liceo N° 2 - Cerro Largo 104 I Encuentro-Taller de pasantes PEDECIBA-UNESCO Facultad de Ciencias, Montevideo, Uruguay 3 - 4 de octubre de 2003 Resúmenes de los participantes inscriptos Área Biología Genética Evolutiva en Drosophila melanogaster YANELA KARINA ALMAGRO MARTÍNEZ LICEO Nº 4 PAYSANDÚ DRA. BEATRIZ GOÑI SECCIÓN GENÉTICA EVOLUTIVA FACULTAD DE CIENCIAS I. Experiencia del análisis de herencia mendeliana con Drosophila en el aula. Que se hizo (materiales y métodos) ciclo vital, fotos. Aciertos y dificultades (para trabajar). II. Experiencia del análisis genético: Localización de dos mutaciones (ligamiento y mapeo génico). Introducción a la metodología científica: Hipótesis (tablas fenotípicas), evaluación genética. Cepas balanceadoras. Observación, conteo, elaboración de datos. III. Elaboración de concepto y metodología y de cepas de uso en el análisis genético. Glándulas salivales: ¿qué son?, ¿para qué sirven? Clases de alelos. ¿Qué nos dice Drosophila acerca de los tipos de alelos mutantes? ¿Qué estrategia genética hay para establecer los tipos de alelos? Mecanismos de Transferencia Genética Horizontal en Bacterias MYRIAM BALITZKI INSTITUTO DE PROFESORES ARTIGAS MONTEVIDEO DRA. MAGELA LAVIÑA SECCIÓN FISIOLOGÍA GENÉTICA Y BACTERIANA FACULTAD DE CIENCIAS La transferencia genética horizontal es un proceso de pasaje de material genético de una célula a otra. Presenta como característica que es unidireccional habiendo, por lo tanto, células donantes y células receptoras. 107 En el marco de la pasantía se realizaron trabajos experimentales de transferencia horizontal de genes: una conjugación, una transducción y una transformación. Se desarrollaron experimentos de conjugación que permitieron familiarizar al pasante con las técnicas básicas del manejo de estirpes bacterianas, el análisis de fenotipos, etc. El desarrollo experimental se centró en la aplicación de este tipo de transferencia genética para la localización (mapeo) de genes en el cromosoma de Escherichia coli K12. Se demostró el proceso de transducción mediado por el fago P1, permitiendo comprender y hacer énfasis en la utilidad de esta transferencia horizontal de genes en la construcción de nuevas estirpes. Y por último el proceso de transformación utilizando un plásmido determinador reconociendo la recombinación del DNA. La importancia de este trabajo está en el propio conocimiento disciplinar, y también, y muy especialmente en el trabajo experimental del investigador, permitiendo enriquecer mi conocimiento que se verá reflejado en mi labor docente. Análisis de los efectos de un productor de radicales libres GRACIELA BORBA LICEO Nº 1 TACUAREMBÓ DRA. ELIA NUNES LABORATORIO DE RADIOBIOLOGÍA DEPARTAMENTO DE BIOFÍSICA FACULTAD DE MEDICINA El objetivo de esta investigación consistió en adquirir los elementos mínimos para resolver un problema a nivel experimental utilizando la metodología científica. Para ello se realizó un análisis de los efectos de un productor de radicales libres sobre poblaciones celulares y su modulación por antioxidantes naturales. Participé en distintos experimentos sobre el efecto letal y mutagénico del paraquat a nivel celular y su posible modulación con antioxidantes naturales y alfa-tocoferol. También elaboré hipótesis y discutí resultados. El material utilizado fueron cepas de levaduras (saccharomyces cerevisiae). 108 Paleobotánica con énfasis en paleopalinología MYRIAM DA SILVA LÓPEZ LICEO DEPARTAMENTAL DE RÍO NEGRO DRA. ÁNGELES BERI LABORATORIO DE PALINOLOGÍA DPTO. DE PALEONTOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Resumen-Pasantía 2003 Esta pasantía fue realizada en la línea de investigación de la paleobotánica con énfasis en paleopalinología desde el 1/9/03 al 30/9/03. Se realizó con la supervisión de la Dra. Ángeles Beri en el laboratorio de Palinología, Dpto. de Paleontología de la Facultad de Ciencias. Se desarrolló teniendo en cuenta 3 bloques fundamentales: 1) Conocimiento de la disciplina a investigar, su objetivo principal fue el acceder a nuevos conocimientos, reforzar los ya obtenidos, trabajar con la terminología acorde a la investigación tal como: polinosis, palinomorfos, palinología, trilete, etcétera. También se desarrollaron aspectos metodológicos centralizados en las técnicas de laboratorio y observaciones microscópicas. 2) Generación del conocimiento, tuvo como objetivo el análisis de trabajos científicos y su estructura formal, y la formulación de proyectos de investigación. También se observó y participó del ambiente académico a través de la concurrencia a seminarios, conferencias, defensa de tesis, etcétera. 3) Enriquecimiento de la práctica docente, se hizo énfasis en varios tópicos generativos que atraviesan la actividad docente desde el acceso a nuevos conocimientos, pasando por diferentes formas de vincular contenidos. Esto permitirá por un lado, la transferencia a las estrategias didácticas en el aula y por otro la multiplicación de la experiencia hacia otros docentes. Descubrir los fundamentos sobre los cuales se asienta la disciplina me permitió como pasante lograr la comprensión de la paleobotánica y su relación con las diferentes ramas de la biología. A modo de conclusión, considero que la experiencia adquirida en esta pasantía me permitirá no solo trabajar los contenidos conceptuales sino también la metodología usada en trabajos de investigación que se podrá adaptar a los distintos niveles de estudiantes. 109 Identificación y caracterización molecular de rotavirus en pacientes con gastroenteritis ANA DIAMANT MONTI LICEO Nº 3 MONTEVIDEO DR. JUAN ARBIZA VIROLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Entre los agentes virales responsables de producir diarrea en humanos, los rotavirus aparecen como los principales agentes etiológicos de la mayor proporción de gastroenteritis virales en niños de todo el mundo, siendo el número estimado de 125 millones casos anuales. Estos virus contienen un genoma constituido por 11 segmentos de ARN doble cadena incluidos dentro de tres cubiertas proteicas. En este estudio se buscó determinar la presencia de rotavirus en materias fecales colectadas de niños con gastroenteritis admitidos en el Centro de Asistencia del Sindicato Médico del Uruguay (CASMU) durante el año 1997. Fueron analizadas 19 muestras mediante la técnica de extracción del ácido nucleico viral, electroforesis en geles de poliacrilamida (PAGE) y tinción argéntica. Esta técnica permite además de identificar la presencia el virus, caracterizar a nivel molecular, pudiendo evidenciar diferentes patrones electroforéticos constantes y característicos de cada virus en particular. Diez de estas muestras (53%) fueron rotavirus positivas, presentando el perfil genómico característico de rotavirus del grupo A donde los 11 segmentos genómicos migran en el gel agrupados en 4 “clusters” o grupos de bandas. A su vez, basado en la movilidad observada en los segmentos genómicos 10 y 11, todas estas muestras fueron caracterizadas como pertenecientes al patrón electroforético corto, evidenciando además la co-circulación de 2 diferentes electroferotipos, dada la diferencia de movilidad mostrada en los restantes segmentos genómicos. Biología celular y molecular MARY STUARD DO CARMO SOUZA INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE SALTO DRA. CRISTINA ARRUTI SECCIÓN BIOLOGÍA CELULAR FACULTAD DE CIENCIAS El presente trabajo tiene como objetivo comunicar lo desarrollado en la pasantía realizada del 8 de noviembre al 8 de diciembre de 1999, con 110 carga horaria de 120 horas y un suplemento de 60 horas, en la Facultad de Ciencias –Sección Biología Celular y Molecular– patrocinada por el programa de pasantías del PEDECIBA/UNESCO, a cargo de la investigadora Dra. Cristina Arruti y colaboradores. El objetivo de la misma fue la adquisición de una experiencia vivencial directa de trabajo en laboratorio de investigación universitaria. Las actividades realizadas fueron interactuar con investigadores de diferentes niveles de experiencia, actualización en temas del área de Biología Celular y del Desarrollo, mediante la discusión, planificación, análisis e interpretación y realización de experimentos con procedimientos específicos y además la participación a clases teóricas y prácticas. Se realizó un enriquecedor intercambio entre los dos niveles educativos (universitario/secundaria) favoreciendo la actividad áulica de la docente. También participó, en el marco de algunas líneas de investigación en “Nucleasa en células epiteliales” (De María); “Moléculas involucradas en transducción de señales en retina neural” (Zolessi); “Aspectos celulares y moleculares de fecundación en peces” (Berois). Se contactó con procedimientos para inmunodetección de proteínas, separación electroforética de polipéptidos (electroforesis en diferentes geles), microscopía de fondo claro y fluorescencia, electrotransferencia de polipéptidos a membranas e inmunodetección, amplificación de cDNA por PCR, registro y asistencia a clases de Biología del Desarrollo. La pasantía comprendió trabajo con relación a material bibliográfico (tesis de doctorado, documentos científicos, etc.) específico de Biología Celular y Biología del Desarrollo, respondiendo a reflexiones propuestas por los investigadores, en los diferentes módulos en actividades prácticas y contenidos teóricos, asistiendo además a actos de entrega de título honorífico, conferencia, seminario y presentación de un libro científico. Resumen sobre pasantía realizada en Sección Bioquímica, Facultad de Ciencias, noviembre de 2001. Biología Molecular: ADN LILIANA DORNEL BRITOS INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE RIVERA DRA. ADRIANA ESTEVES BIOQUÍMICA DEL DESARROLLO Y LA DIFERENCIACIÓN FACULTAD DE CIENCIAS Se planteó como objetivo principal: Conocer las actividades que se realizan en la investigación bioquímica con relación al ADN: Técnicas de extracción, Electroforesis. Una vez extraída una muestra de ADN por precipitación se la observa 111 macroscópicamente y se la lleva al Espectrofotómetro. Se aplica la técnica de Electroforesis empleando distintas sustancias. Se prepara un marcador de peso molecular (obteniéndose un patrón de bandas determinado por distintos sitios de reconocimiento con la enzima de restricción Hind III efectuando la digestión de ADN del fago Lambda) para establecer el peso molecular de las bandas de ADN lineal. Posteriormente se realizan en forma complementaria: a) La transformación de células competentes (inserción de un fragmento de ADN en un plásmido y su introducción en una bacteria con pared debilitada). b) Selección de transformantes (basada en la resistencia a la ampicilina) para comprobar si las bacterias han incorporado el plásmido mediante cultivos en placa y empleando un antibiótico cuya acción es contrarrestada por una proteína producida por un gen del plásmido. c) Extracción del ADN plasmídico y posterior digestión del plásmido. Algunas técnicas de uso habitual en biología molecular MÓNICA FALCÓN LICEO Nº 1 MALDONADO DRA. A. ESTEVES SECCIÓN BIOQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS La tecnología de ADN recombinante, desarrollada partir de los años setenta, abrió una nueva perspectiva en el estudio de la biología. Esta metodología proporciona potentes métodos para analizar y modificar genes y proteínas. Ha colaborado en este proceso la existencia de enzimas que pueden cortar (de restricción), unir (ligasas) y replicar el ADN (ADN polimerasa), así como catalizar la transcripción inversa del ARN (transcriptasa inversa). Esta tecnología se ha apoyado además en el emparejamiento de bases que permite el reconocimiento mutuo entre moléculas de ácidos nucleicos. El emparejamiento de bases se emplea para construir nuevas combinaciones de ADN así como para detectar y amplificar secuencias concretas. Esta revolucionaria tecnología depende además de la existencia de virus y plásmidos, empleados como vectores para introducir fragmentos de ADN en células huésped (bacterias por ejemplo). Se presentan aquí los fundamentos de algunas de las técnicas que conforman las herramientas básicas de esta tecnología: clonación, reacción en cadena de la polimerasa (PCR), síntesis de ADN copia (ADNc), así como de técnicas analíticas complementarias como la electroforesis y secuenciación de ácidos nucleicos. 112 Fisiología de la vigilia y el sueño CAROLINA FERREYRA LICEO 46 MONTEVIDEO DRA. MARISA PEDEMONTE LABORATORIO DE NEUROFISIOLOGÍA FACULTAD DE MEDICINA El sueño es un conjunto de cambios fisiológicos y rítmicos en el que participan diferentes sistemas, regulados por el sistema nervioso. Está caracterizado por la disminución del nivel de conciencia, de la actividad de los músculos esqueléticos y depresión de la actividad metabólica. Se pueden identificar dos etapas en el sueño: lento y paradójico. El estudio de sus trastornos se ha convertido en una especialidad médica. Una técnica de evaluación clínica es la polisomnografía, que consiste en el registro de determinadas variables fisiológicas durante el sueño como el electroencefalograma, electromiograma, movimientos oculares, electrocardiograma, movimientos respiratorios, movimientos de los miembros inferiores y otras variables de diversa índole. Una de las posibles funciones del sueño es la recuperación y restauración de los procesos bioquímicos y fisiológicos que son previamente degradados durante la vigilia. El hecho de que aumente la producción de la hormona de crecimiento durante el sueño lento del ser humano apoyaría esta hipótesis. Otra función es la conservación energética, el sueño lento reduce el metabolismo alrededor del 10% comparado a los niveles de la vigilia y asimismo, se reduce la temperatura corporal durante la inactividad. El hipocampo presenta una actividad rítmica, theta, éste a su vez interviene en los procesos de aprendizaje y memoria por lo tanto se supone que mediante la sincronización con este ritmo es que ejerce sus funciones cognitivas. Fue demostrado que la supresión del ritmo theta produce deficiencia en la memoria espacial. Este ritmo está presente en todos los estados del comportamiento, pero se muestra en su forma pura y sincronizada en la vigilia y el sueño paradójico; fue relacionado con movimientos voluntarios, automáticos y reflejos (tanto en la vigilia como en el sueño). La hipótesis central, consiste en que los procesamientos temporales necesitan un ordenamiento y el ritmo theta del hipocampo podría contribuir con éste. 113 Resumen del trabajo realizado durante la Pasantía en Facultad de Ciencias con la Dra. Ángeles Beri en el departamento Paleontología, sección Palinología NATACHA GARCÍA INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE RIVERA DRA. ÁNGELES BERI LABORATORIO DE PALINOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Objetivos: Socialización del conocimiento científico con la docente, construido por la investigadora sobre el polen. Aporte de material bibliográfico sobre Palinología y discusión del mismo. Recolección de granos de polen y reconocimiento de la estructura de los mismos y su clasificación. Manipulación del material de laboratorio y realización de preparados fijados (fucsina básica y gelatina glicerina). Información de la investigadora acerca del procedimiento que ha realizado para extraer del suelo grano de polen fosilizado y su importancia para reconocer la flora existente en ese lugar en épocas muy remotas. Desarrollo: La pasantía se realizó durante 4 semanas consecutivas en el año 2000 en Facultad de Ciencias en el departamento de Paleontología. Conclusiones: Se pudo realizar un aprendizaje de contenidos y técnicas. A nivel social fue muy fructífero convivir con investigadores y pasantes extranjeros (de Argentina y de España). La Palinología como línea de investigación transferible al aula VIRGINIA GASDÍA PARDO LICEO SOLYMAR I CANELONES DRA. ÁNGELES BERI LABORATORIO DE PALINOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Puedo comparar la experiencia de la pasantía en el Laboratorio de Palinología que realicé en el año 1999, con haber recibido un puñado de semillas vitales, caprichosas y con gran poder germinativo. En los cuatro años que han transcurrido, ellas han ido germinando en distintas áreas 114 de mi vida profesional y personal, en distintos momentos y potenciando nuevos aprendizajes. Pero lo más sorprendente es que he llegado a creer que no darán ningún producto terminado, y que lo que he recibido son semillas de transformación o... ¿esporas y polen de transformación? El póster se estructuró en base a dos secciones principales. En “lecciones aprendidas”, se mencionan contenidos conceptuales y procedimentales a los que accedí durante la pasantía, con relación a Palinología, Paleobotánica, Paleopalinología y a la Investigación Científica en general. También el valor del vínculo establecido con la Dra. Ángeles Beri y su equipo, y la Facultad de Ciencias en general. El resto del póster se dedica a experiencias iniciadas en marzo de este año con alumnos de 6º de liceo (opción Agronomía). El objetivo es acercar la enseñanza media de la Botánica a la generación del conocimiento científico. Como objetivo específico, para esta presentación, se analizan solamente los trabajos de los alumnos relativos a “Aerodinámica de la polinización eólica en coníferas”. La metodología se basa en procedimientos heurísticos, donde las consignas de trabajo orientan sólo de manera general, a los efectos de que los alumnos realicen una actividad cognoscitiva estructurante. Se buscaron potenciar distintos tipos de interacciones. Debe advertirse que los resultados obtenidos carecen de valor estadístico, ya que el “universo” está formado por 14 estudiantes. Las conclusiones son preliminares. El valor de este trabajo puede ser el de servir de base para diseñar una investigación en el futuro. Aislamiento y caracterización de cepas de Lactobacillus y evaluación de su potencial probiótico MARÍA J. GONZÁLEZ LICEO Nº 10 MONTEVIDEO DR. PABLO ZUNINO LABORATORIO DE MICROBIOLOGÍA INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS CLEMENTE ESTABLE Los probióticos son microorganismos vivos cuya administración puede presentar efectos beneficiosos para la salud. Sus potenciales efectos son múltiples, incluyendo modulación de la inmunidad, disminución del colesterol sanguíneo y tratamiento y prevención de infecciones de los tractos gastrointestinal y genitourinario. Los lactobacilos son microorganismos ubicuos que se han aislado a partir de productos lácteos, tracto genital y gastrointestinal de animales y humanos. Cepas seleccionadas de Lactobacillus han sido propuestas como organismos probióticos. El objetivo del presente trabajo fue aislar y caracterizar 115 cepas de Lactobacillus de diversos orígenes y evaluar su capacidad probiótica. Se caracterizaron cepas de Lactobacillus de tracto vaginal de ratón hembra y una preparación doméstica de kefir y se aislaron otras de materia fecal de perro. Se cultivaron en medios MRS y Rogosa en anaerobiosis, microaereofilia y aerobiosis a 37ºC. Se realizó una caracterización morfológica (análisis micro y macroscópico), bioquímica (reacción de catalasa, oxidasa, fermentación de glucosa y gluconato y patrón de resistencia a antibióticos) y genética (amplificación por PCR de genes que codifican para ARNr 16S y 23S). También se realizó un ensayo in vivo para evaluar el efecto preventivo de una cepa de Lactobacillus ante una infección urinaria experimental con Proteus mirabilis uropatogénico. Las diferentes cepas exhibieron características morfológicas y bioquímicas correspondientes al género Lactobacillus. Se amplificó el gen ARNr 16S de un nuevo aislamiento generado en este estudio y también los genes del ARNr 16S y 23S de una cepa aislada previamente, encontrándose actualmente en proceso la secuenciación de estos productos. También se comprobó la protección in vivo conferida por una cepa de origen vaginal contra una infección urinaria ascendente experimental por P. mirabilis en ratón. En este trabajo se desarrolló con éxito un modelo para aislar, caracterizar y evaluar el potencial probiótico de cepas de Lactobacillus, empleando diversas aproximaciones experimentales. Genética evolutiva de la Facultad de Ciencias MARÍA NOEL LÓPEZ LARRAMA LICEO Nº 46 MONTEVIDEO DR. RUBEN PÉREZ CROSSA SECCIÓN GENÉTICA EVOLUTIVA FACULTAD DE CIENCIAS Esta pasantía se realizó en la Sección Genética Evolutiva de la Facultad de Ciencias. El grupo de trabajo que integré está dedicado al análisis citogenético y molecular de los triatominos, insectos vectores de la Enfermedad de Chagas. Objetivos: - Adquirir pautas básicas de trabajo y manejo de un laboratorio científico. Interiorizarse en la metodología de la investigación. Aprender técnicas básicas en el área de la citogenética y la biología molecular. 116 Metodología de trabajo: Se ha trabajado en las siguientes áreas: a) División celular. Se realizaron preparaciones para observar mitosis en cebolla (Allium cepa) y meiosis en saltamontes (ortópteros) Se realizaron técnicas de tinción standard y de bandeo cromosómico. b) Estructura cromosómica. Se analizaron cromosomas que no poseen un centrómero morfológicamente diferenciado (holocéntricos) en triatominos. Se observó su comportamiento durante mitosis y meiosis. c) Biología molecular. Se realizó un adiestramiento sobre técnicas moleculares básicas (extracción de ADN, electroforesis en gel de agarosa, corte con enzimas de restricción, etc.). Esto implicó tanto la comprensión de su base teórica como de las pautas básicas de manejo práctico, incluyendo el del instrumental científico implicado. Aplicabilidad en el aula: - Parte de la metodología aprendida puede ser adaptada para su aplicación en el aula. En particular el análisis de los procesos de división celular y la observación cromosómica. Estas técnicas son relativamente sencillas y pueden llevarlas a cabo los estudiantes. - La metodología molecular es más difícil de aplicar por los costos y el equipamiento que conlleva. Sin embargo, ciertas actividades pueden realizarlas los alumnos; por ejemplo, la extracción de ADN con materiales muy sencillos disponibles en el hogar. Independientemente del aprendizaje de técnicas, este tipo de actividad es importante para el docente de ciencias como forma de vivenciar el trabajo científico y lograr una mejor transmisión de éste a los alumnos. Endocrinología molecular en el cáncer mamario - Vías de proliferación celular endócrinas, parácrinas y autócrinas que interaccionan en el cáncer mamario SILVIA MARCHELLI LICEO Nº 1 DR. DAVID BONJOUR DE CARMELO COLONIA DRA. ELSA GARÓFALO LABORATORIO DE RECEPTORES HORMONALES (LRH) LOBBM -FACULTAD DE MEDICINA Objetivos: i) Conceptuales: Conocer las vías de proliferación endócrinas, parácrinas y autócrinas que interaccionan en el cáncer mamario y la experiencia en el Uruguay. 117 ii) Procedimentales: Iniciación en la metodología científica y en el aprendizaje de técnicas de biología y oncología molecular. Resumen En Uruguay se presentan elevados índices de mortalidad por cáncer mamario en la mujer y una característica de esta enfermedad es la influencia de los estrógenos en la génesis y progresión tumoral. El conocimiento de las vías de proliferación endócrinas, mediadas por receptores esteroideos y parácrinas/autócrinas, mediadas por factores de crecimiento y ciclinas que interaccionan en el cáncer mamario, puede aportar información molecular sobre el comportamiento biológico tumoral y la evolución de las pacientes. El objetivo de estas investigaciones fue determinar receptores de estrógenos y progesterona (RE-RP), de factor de crecimiento epidérmico (REGF) y Ciclina D1 (CD1) y su relación con parámetros clínico-patológico en cáncer mamarios. Los receptores fueron determinados por métodos de “Binding” y Scarchard y CD1 por Western-blot en las diferentes fracciones subcelulares de biopsias tumorales. En la población estudiada se encontró 70% RE+, 55% RP+, 25% REGF+ y 35% CD1 sobreexpresada. Los RE-RP se correlacionaron inversamente con REGF y directamente con CD1. Los receptores esteroideos se asociaron con indicadores clínico-patológicos y evolutivos de buen pronóstico y REGF y sobreexpresión de CD1 con indicadores de mal pronóstico. Se sugiere que el predominio de la vía endócrina (RE-RP), ejerce un control retronegativo de las vías autócrinas/parácrinas (REGF) posibilitando una mejor evolución del cáncer mamario. Por el contrario, tumores que pierden la sensibilidad hormonal, pueden presentar predominio de vías autócrinas/parácrinas (REGF), determinando un comportamiento autónomo. La sobreexpresión de CD1 inducida por la vía estrogénica en tumores altamente hormonosensibles podría explicar la mayor agresividad y rápida progresión tumoral de algunas pacientes y permitir identificar subgrupos de alto riesgo o mal pronóstico, dentro de las consideradas de buen pronóstico. Las determinaciones de estos marcadores moleculares adquieren relevancia como parámetros evolutivos y pronóstico de la enfermedad, tanto en la investigación clínica como en la asistencia a pacientes portadoras de cáncer mamario. 118 Los ritmos biológicos ALFONSO PERENDONES PASEYRO LICEO RINCÓN DE LA BOLSA SAN JOSÉ DRA. MARISA PEDEMONTE NEUROFISIOLOGÍA DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA FACULTAD DE MEDICINA En la naturaleza cada reino está caracterizado por diversas propiedades fisiológicas. Éstas están “reguladas” por ritmos biológicos que varían temporalmente, que se superponen, acoplan y modulan entre sí. Se los ha ordenado según los siguientes criterios: i) ULTRADIANOS: Aquellos ciclos que se repiten más de una vez por día. ii) INFRADIANOS: Aquellos ciclos que se repiten menos de un ciclo por día. iii) Aquellos ciclos donde hay una aproximación en su oscilación al tiempo que demora la rotación del planeta tierra, 24 horas, son denominados CIRCADIANOS, por ejemplo el ciclo sueño-vigilia. Información sensorial en el período sueño-vigilia: Los órganos de los sentidos están destinados a recibir estímulos del ambiente o del interior del organismo y a convertir dichos estímulos en impulsos nerviosos que, llegados al sistema nervioso central, dan origen a las sensaciones. Estudios realizados durante ensueños en el ser humano, determinaron que el 65% están compuestos de sensaciones auditivas y el 100% de contenidos visuales. La información auditiva es muy importante durante el período de sueño. El sistema auditivo es el único sistema telerreceptor “abierto” durante el sueño. En el colículo inferior se procesa la información aferente que proviene desde niveles inferiores de la vía y es controlado por la corteza auditiva (Pedemonte, 2000). Registro neuronal del núcleo central del colículo inferior: Se realizó implante crónico en Cavia porcellus (cobayo). La finalidad es el registro posterior de la actividad neuronal durante el comportamiento. Los registros electrofisiológicos estudiados fueron neuronas del colículo inferior y del hipocampo. La señal biológica fue registrada, filtrada y amplificada. Posteriormente fueron procesadas computacionalmente. Opinión final: El objetivo se logró, pude tomar contacto con líneas de investigación en Neurociencia, implementadas en el Laboratorio de Neurofisiología. 119 Neurofisiología-Estudio de la descarga de neuronas durante el ciclo vigilia-sueño VERÓNICA PERRONE LICEO Nº 3 MONTEVIDEO DRA. MARISA PEDEMONTE LABORATORIO DE NEUROFISIOLOGÍA DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA FACULTAD DE MEDICINA Dentro de los cambios fisiológicos rítmicos encontramos los circadianos (entre 20 y 28 hs), de ellos el más notorio es el ritmo sueño-vigilia. Éste es regulado por relojes internos que persisten aun en ausencia de factores ambientales. Cada ciclo sería como el tictac de un reloj que el sistema nervioso utilizaría para “contar” el tiempo. Los mamíferos inferiores presentan un ritmo periódico muy característico generado en el hipocampo llamado ritmo theta. Este es de 4-7 hertz y aparece cuando el animal está muy activo en vigilia y también durante la fase activa del sueño (sueño paradójico). Durante el trabajo de laboratorio se intenta establecer una relación entre la descarga neuronal de la corteza auditiva del cobayo y el ritmo theta del hipocampo. Mediante el empleo de microelectrodos de punta fina se puede lograr un registro de los campos eléctricos de la célula. Las señales son digitalizadas, adquiridas y almacenadas en un computador provisto con el software adecuado. Se aplicó al cobayo una estimulación acústica a una frecuencia variable y en cada sesión experimental se produjo un registro para su posterior procesamiento. El análisis de la descarga neuronal fue realizado a través de un programa que permitió obtener histogramas de frecuencia y estudiar la validez estadística de los cambios en las descargas neuronales. Se estudió además la correlación temporal entre dichas descargas y el ritmo theta. Como pasante pude apreciar cómo es el trabajo de investigación en cuanto a su metodología y posibles aplicaciones. Asistí también a un Congreso donde se mostraron sorprendentes resultados con implantes cocleares. Asimismo tuve un importante acercamiento a la interrelación con el trabajo del laboratorio vinculado al procesamiento informático lo que me llevó a interesarme en el tema y buscar su integración en el ámbito educativo. 120 Estudio de la morfometría de los otolitos de la corvina blanca (Micropogonias furnieri) ANDREA PRADO LICEO Nº 3 SALTO DR. WALTER NORBIS SECCIÓN OCEANOGRAFÍA FACULTAD DE CIENCIAS El trabajo que se presenta a continuación está centrado en el estudio de estructuras que ayudan a determinar la edad y el crecimiento de la Corvina Blanca (Micropogonias furnieri) más precisamente los OTOLITOS. Los otolitos son cuerpos policristalinos que actúan como órganos del equilibrio y están ubicados en el oído interno del pez, compuestos principalmente por carbonato cálcico cristalizado en forma de aragonito y una proteína llamada otolina. La primera parte del trabajo consiste en organizar las muestras de otolitos obtenidas en muestreos realizados a lo largo de dos años (1998 y 1999). Una vez organizadas se las ordena por fechas en las planillas de EXCEL. La segunda parte del trabajo consiste en tomar una submuestra de las muestras ya organizadas. Los datos de la submuestra son los comprendidos entre las fechas: noviembre y diciembre de los años trabajados. ¿Por qué esa fecha? De acuerdo a investigaciones realizadas se sabe que en esta fecha comienza el período de reproducción de la corvina blanca. El período de desove único es de 5 a 6 meses durante la primavera-verano en el área de desove del Río de la Plata (D. VizzianoProg. Ecoplata). El objetivo general del trabajo es: Comparar a los otolitos de las corvinas blancas del año 98 con los otolitos de la corvinas blancas del año 99 durante el período de reproducción. El primer paso consiste en el estudio de la morfometría de los otolitos de la submuestra mencionada. Dicho estudio consiste en obtener datos de: largo, ancho, espesor y peso, para lo cual se necesitan los siguientes materiales: un ictiómetro y una balanza. Los datos obtenidos se ordenan en planillas. Luego se comienza el estudio estadístico con la finalidad de observar si en realidad existe relación entre los datos obtenidos. En el informe presentado en el marco de la pasantía se plantean planillas de datos, gráficas, posibles hipótesis y resultados, los cuales pueden ser presentados cuando sea conveniente. 121 Estudio de la morfometría del otolito de la corvina blanca (Micropogonias furnieri) durante el fin del período reproductivo (años: 1999 y 2000) MARISA REZZANO LICEO Nº 36 MONTEVIDEO WALTER NORBIS SECCIÓN OCEANOGRAFÍA FACULTAD DE CIENCIAS El objetivo del trabajo fue estudiar si existen cambios en las características morfométricas de los otolitos de la corvina blanca (Micropogonias furnieri) durante dos periodos (enero, febrero y marzo) en diferentes años. Los peces fueron capturados por pescadores artesanales de la zona de Pajas Blancas, Montevideo, Uruguay. El período de captura coincide con el fin del periodo reproductivo de la especie y con el momento de mayor actividad pesquera. Los ejemplares analizados, capturados con palangre o enmalle, fueron 473, obtenidos en 13 salidas de muestreo. Las muestras fueron representativas para inferir aspectos sobre la estructura de la población. Se obtuvieron datos de longitud total del pez (cm), peso (g) y sexo. También fueron extraídos los otolitos (derecho e izquierdo) para realizar las posteriores mediciones y lectura de la edad. Para obtener la longitud del pez se utilizó un ictiómetro y para la determinación del sexo se abrió la cavidad abdominal del pez y se codificó con 2 a la hembra y con 1 al macho. La extracción de otolitos fue realizada con un corte transversal en la parte superior del cráneo, que expone a la cápsula ótica, lugar donde se encuentran los otolitos. Existen tres pares de otolitos (lapilus, sagitta y asteriscus) y se utilizó el otolito sagitta, por ser el de mayor tamaño. Del par se utilizó el derecho, del cual se tomaron las siguientes mediciones: largo, ancho, espesor y peso. No se observaron tendencias de cambio entre meses- años para las 4 variables analizadas. Las relaciones entre las variables del otolito por fecha mostraron una tendencia lineal. Tampoco se encontraron cambios para las relaciones entre el largo del pez y las variables del otolito. Esto estaría poniendo de manifiesto que las características de los otolitos de los peces durante el final del periodo reproductivo fueron similares. 122 Localización de ribosomas, proteínas motoras y ARNms en axones de neuronas en cultivo SERRANA RODRÍGUEZ IAVA MONTEVIDEO DR. JOSÉ SOTELO LABORATORIO DE PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS CLEMENTE ESTABLE Últimamente se han sumado diversos hallazgos de ribosomas y ARNm en los axones de invertebrados y vertebrados. Se ha observado que a pesar de que el patrón de distribución difiere en ambos, éstos se encuentran asociados al citoesqueleto. Esto mismo ha sido detectado y caracterizado parcialmente en axones de cultivos neuronales primarios de mamíferos. Para comprender y analizar cómo los ribosomas y los ARNm son transportados activamente hacia los axones, estudiamos en neuronas en cultivo, la asociación entre ribosomas, proteínas motoras y proteínas de asociación al ARN por inmunocitoquímica. Los cultivos primarios de neuronas raquídeas de ratón fueron fijados a las 48 horas de la siembra. Los ribosomas fueron detectados por el uso de un anticuerpo policlonal contra proteínas ribosomales humanas (Anti P). El motor molecular analizado fue la Kinesina 3A por medio de un anticuerpo monoclonal. La presencia de ARNms fue detectada indirectamente utilizando un anticuerpo policlonal contra la proteína HuD que se asocia y estabiliza los ARNms. Se utilizaron diferentes anticuerpos secundarios fluorescentes. Nuestros resultados mostraron el mismo patrón de localización de las proteínas ribosomales y HuD en los somas neuronales, axones y conos de crecimiento en las mismas células. Esto es un signo indirecto de la presencia de ARNms en los territorios mencionados. En contradicción con la literatura, el anticuerpo HuD, mostró señal en los nucléolos y en células no neuronales. La presencia de la kinesina en los axones y somas detectada por el anticuerpo anti KIF 3A y su aparente asociación con HuD, sugiere que ARNms y sus proteínas asociadas (HuD) fueron transportados hacia el territorio axonal por este motor. La aparente asociación de HuD y ribosomas, podría indicar un mecanismo similar de transporte. Es importante destacar, que aunque estos resultados aún son preliminares, son novedosos respecto al conocimiento alcanzado hasta el momento actual. 123 Aportes para la enseñanza-aprendizaje sobre diversidad biológica en el Bachillerato Plan 1976 MARÍA LUCÍA RODRÍGUEZ PERI INSTITUTO DE PROFESORES ARTIGAS MONTEVIDEO DR. MIGUEL SIMÓ SECCIÓN ENTOMOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS En el Bachillerato (Plan 1976) la zoología es abordada en el contenido programático de Biología de 5˚ de la orientación Biológica. Si bien los contenidos abarcan el estudio de la mayoría de los grupos zoológicos conocidos, el concepto de diversidad biológica no está específicamente implícito, a pesar de que desde hace un par de décadas es una de las disciplinas de la biología que ha tenido mayor desarrollo. Los objetivos de la pasantía realizada en la Sección Entomología de la Facultad de Ciencias fueron: profundizar aspectos conceptuales de la biodiversidad; familiarizarse con la metodología de estudio, aplicado a un grupo indicador de diversidad biológica como son las arañas e incorporar nuevas propuestas didácticas para el programa de Biología de 5˚ año. Se realizaron actividades tales como: manejo de claves para identificación de familias, lectura y discusión de bibliografía científica relacionada con el tema, consulta de catálogos, manejo de diferentes técnicas de estudio de laboratorio (fijación, conservación, etiquetado, observación con lupa estereoscópica, medición, preparados para microscopía electrónica de barrido, cría de material vivo). Del punto de vista didáctico se asistió a clases prácticas del curso de Biología Animal de 2˚ año de la Licenciatura en Ciencias Biológicas y se realizó un activo intercambio con los investigadores acerca de los enfoques educativos en secundaria y universidad. Como complemento se realizó una salida de campo con el fin de aplicar diferentes metodologías para el estudio de artrópodos en ecosistemas terrestres y se analizaron propuestas didácticas para trabajar el tema en secundaria, de las cuales se destacan: inclusión de conceptos básicos de biodiversidad, elaboración de fichas de trabajos prácticos, valores de la biodiversidad y aspectos éticos. Finalmente se presentó un seminario sobre los resultados de la pasantía. 124 El uso de marcadores moleculares en la identificación de poblaciones humanas y animales FERNANDO SEPÚLVEDA LICEO TRANQUERAS RIVERA DRA. ADRIANA MIMBACAS DEPARTAMENTO DE CITOGENÉTICA INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS CLEMENTE ESTABLE Humanas La búsqueda de mutaciones en el ADN es frecuentemente usada tanto para caracterizar a las poblaciones humanas como para definir una enfermedad desde el punto de vista genético o determinar un estado de riesgo para el desarrollo futuro de una determinada patología y de esa forma poder establecer estrategias de prevención. Existen múltiples abordajes al estudio del genoma humano y una de las estrategias es la búsqueda de marcadores genéticos o variantes alélicas en un determinado gen. Diversos estudios han permitido definir frecuencias para varios tipos de marcadores en distintas poblaciones. Su utilización se ha convertido en una herramienta importante para la genética humana y la epidemiológica. Desde hace algunos años se han realizado investigaciones con el fin de caracterizar genéticamente a la población del Uruguay. Estudios recientes han revelado la participación de individuos de tres troncos étnicos (caucásico, amerindio y negroide) en la conformación de la misma. Animales La familia Canidae es un grupo diverso de 36 especies que varían en morfología, tamaño y proporción corporal desde el pequeño “zorro vinagre” (Speothos venaticus), al “lobo aguará” (Chrysocyon brachyurus). Estudios genéticos han proporcionado información acerca de los diferentes niveles de divergencia evolutiva, mostrando las relaciones de los cánidos con otras familias de carnívoros y también entre las distintas especies. Un análisis de la secuencia perteneciente a la región de control del ADN mitocondrial demostró que todos los perros domésticos son descendientes del lobo gris (Canis lupus). La diferencia entre las secuencias del ADN mitocondrial del perro y el lobo es de solo 0,2%; mientras que la diferencia entre el lobo y su pariente salvaje más cercano, el coyote (Canis latrans), es de 4%. Conclusión El uso de marcadores moleculares tanto en la especie humana como en otras especies animales, ha posibilitado el conocimiento y en consecuencia una mejora en la calidad de vida de las mismas y en la preservación de especies en extinción. 125 ADN recombinante Pasantía en Genética Bacteriana MARÍA ISABEL VOMERO INSTITUTO DE PROFESORES ARTIGAS MONTEVIDEO DRA. MAGELA LAVIÑA SECCIÓN FISIOLOGÍA GENÉTICA Y BACTERIANA FACULTAD DE CIENCIAS Se llama tecnología del DNA recombinante a un campo relativamente extenso de la biología molecular que ha permitido realizar grandes avances en el conocimiento de la estructura y función del material hereditario, dando también lugar a las múltiples aplicaciones que hoy día trascienden del ámbito estrictamente científico, afectando distintos aspectos de la vida humana. Las técnicas del DNA recombinante consisten, esencialmente, en aislar fragmentos específicos de DNA, procedentes de un contexto genético grande y complejo, e introducirlos en un contexto genético pequeño y conocido. Esto permite proceder al análisis estructural y funcional del fragmento de material genético seleccionado. Cuando los biólogos se enfrentaron por primera vez a la complejidad genética que presentan los organismos, aún los más sencillos, parecía imposible descifrar la información contenida en los mismos. Sin embargo, las herramientas para desentrañarla serían brindadas por los propios organismos. Tal es el caso de las enzimas de restricción, las DNA ligasas y, más recientemente, la transcriptasa reversa. Los elementos utilizados en las técnicas del DNA recombinante para “clonar” segmentos de DNA (genes, promotores, etc.) son: 1. Enzimas de restricción: para la obtención de segmentos específicos de DNA de tamaño adecuado para su manipulación y posterior análisis. 2. Vectores: pequeñas moléculas de DNA auto-replicativas: plásmidos y genomas virales. 3. Electroforesis en geles: separa segmentos de DNA en base a su tamaño y permite su visualización. 4. DNA ligasas: para unir fragmentos específicos de DNA, creando nuevas combinaciones genéticas. 5. Transformación: permite introducir en células bacterianas la nueva molécula de DNA recombinante construida “in vitro”, generándose una nueva línea celular o clon en el que dicha molécula se perpetuará, amplificará y en el que, eventualmente, sus genes se expresarán. 126 ÁREA FÍSICA Cálculo y procesamiento de datos con un computador personal aplicado a problemas físicos JOSÉ GABRIEL BONOMI LICEO DE TALA CANELONES DR. HUGO FORT LABORATORIO INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS La pasantía realizada se titulaba “Teoría de Campo”. La misma se separó en tres instancias vinculadas, pero bien diferenciadas. Ellas fueron: Computación (Manejo básico de Matlab y Manejo básico de Excel), Teórico (sobre un tema particular cualquiera a mi elección el cual fue Óptica Geométrica del Libro de Eugene Hech capítulo cuatro) y Prácticos de Laboratorio (Ajuste de un Termistor, Ley de enfriamiento de Newton, Ley de Stefan-Boltzman y Efecto Fotoeléctrico). En Excel se realizaron varias planillas con modalidad de “ejercicios problemas” con material de apoyo. Los mismos fueron: Transformar una tabla con temperaturas en grados Celsius, a otra en grados Fahrenheit, planilla que dados Resistencias de Resistores, determine la resistencia equivalente en Serie y en Paralelo, Ecuación de Van Der Walls con gráficos para varias isotermas, Tratamiento estadístico para veinte valores, Linealización de ecuación de un Termistor determinando el coeficiente de dicha ecuación para lograr ajustar el Termistor, Ley de enfriamiento de Newton, Determinación del número Pi por números aleatorios utilizando probabilidad. En Matlab se realizaron varias ediciones con la modalidad de “ejercicios - problemas” con material de apoyo. Los mismos fueron: Solución de un circuito eléctrico de tres mallas en forma simbólica y numérica; Ajuste del Termistor por método de mínimos cuadrados para ajustar la ecuación; Ejercicio de probabilidad y determinación del área de un gráfico sen2(x) utilizando números aleatorios. En práctico se realizaron las prácticas citadas anteriormente destacando que en ellas es necesario utilizar comandos de Matlab y que además las últimas dos se realizaron con la pasante Mary Torres. En teórico se realizaron ejercicios sobre Óptica Geométrica y además sobre Física Cuántica del capítulo número 49 de Resnick-HollidayCrane Física sobre Ley de Stefan-Boltzman con la pasante Mary Torres. 127 Obtener una fuente láser a 794,7nm para la realización de la espectroscopía de alta resolución de la transición D1 del átomo de Rubidio GIOVANNA DA SILVA LICEO N˚ 1 SALTO DR. HORACIO FAILACHE INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA Objetivo: “Obtener una fuente láser a 794,7nm para la realización de la espectroscopía de alta resolución de la transición D1 del átomo de Rubidio.” Para cumplirlo nos basamos en una de las cualidades más destacables de una fuente láser de diodo; que su longitud de onda varía: a) con la temperatura; b) la corriente de alimentación. En la búsqueda de esta fuente diseñamos un espectrómetro, el cual consiste en una red con diferentes instrumentos ópticos, una celda con átomos de Rubidio y una fuente láser de 780nm; con ésta se realizó la espectroscopía de alta resolución de la transición D2 del átomo de Rubidio. Luego de construido el espectrómetro elaboramos una escala en la pantalla que registra el haz difractado entre 780 y 795nm. Tomando como referencia dicha escala se busca la longitud de onda deseada. Como la fuente láser depende de los factores ya mencionados, calibramos el sensor que se encarga de detectar la sensibilidad térmica. Este se ubica en el circuito interno de la fuente láser y que se lo conecta a un circuito externo que permite variar la diferencia de potencial y la resistencia logrando así el rango de tolerancia térmica. Conociendo este valor es posible medir la longitud de onda de diferentes piezas de diodo láser. De esta manera, obtuvimos la pieza buscada porque el haz difractado incide sobre la posición designada en la escala. Para verificar esta longitud de onda, podemos detectar la transición D1 de átomo de Rubidio, al observar con cámara infrarroja la celda que contiene los átomos mencionados. Luego de obtener este fenómeno óptico, podemos afirmar que la fuente láser emite una longitud de onda de 794,7nm. Posteriormente se adiciona al espectrómetro más instrumentos ópticos con el fin de detectar el espectro de emisión de este diodo láser y de absorción del átomo de Rubidio en la transición D1. Del análisis de ambos espectros se concluye: a. la fuente láser emite una longitud de onda de 794,7nm. b. la transición D1 del átomo de Rubidio posee una mínima diferencia entre la escala de frecuencias teórica- experimental, aunque subsiste debido a la falta de información para construir la escala teórica. 128 Experimento de Franck y Hertz OSCAR DOMÍNGUEZ LICEO DE VELÁZQUEZ ROCHA DRA. CECILIA CABEZA LAB. ACÚSTICA INST. FÍSICA, FAC. CIENCIAS Esta pasantía fue realizada en el Laboratorio de investigación del PEDECIBA sobre Física Moderna en la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República entre el 11 de octubre y el 23 de diciembre de 2002. El trabajo tuvo como objetivo diseñar un dispositivo para realizar la Experiencia de Franck y Hertz buscando opciones convenientes para lograrla en condiciones fáciles de lograr en cualquier laboratorio y con bajo costo. Para contener el gas del experimento se utilizó el recipiente de un compresor de heladera en desuso que podía cerrarse por medio de una junta y tornillos como forma de ir sucesivamente evaluando cambios. Después de probar diferentes alternativas se optó por un cátodo emisor calentado por una resistencia en un circuito independiente trabajando con 220 voltios. Se debieron seleccionar materiales que soportaran las altas temperaturas del interior y medidas de seguridad para compensar un eventual exceso de presión. Se experimentó con dos gases: helio y argón y, con éste, se registró una disminución de la corriente por el colector para diferencias de potencial en el circuito acelerador correspondientes a la energía entre los dos primeros niveles y para diferencias de potencial múltiplas de la anterior lo que está de acuerdo con las previsiones. Se realizó una discusión teórica acerca de la forma en que se podrían medir otras transiciones entre diversos niveles. 129 Caracterización de un material piezocerámico con aplicación en ultrasonido ADRIANA DURQUET LICEO N˚ 34 MONTEVIDEO DR. CARLOS A. NEGREIRA LABORATORIO DE ACÚSTICA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS Se trabajó con una muestra de un material conocido con el fin de practicar primeramente la metodología a seguir en el proceso de medición. A continuación se midió la frecuencia de resonancia de un material piezoeléctrico con un medidor de impedancias adecuado, y luego se verificó dicho resultado utilizando una cubeta de ultrasonido mediante el método de pulso-eco. Breve cronograma de actividades realizadas: 1) Medida de la impedancia, admitancia y potencia en función de la frecuencia en el medidor adecuado, de una cerámica piezoeléctrica, de un trozo de cuarzo y de un PZT. 2) Utilización del software Ansys-Matlab para la adquisición de los datos antes mencionados. 3) Medición en la cubeta de ultrasonido: medidas de propiedades piezoeléctricas, como la constante de acoplamiento piezoeléctrico para todos los elementos. 4) Aplicación del método pulso-eco para la determinación del espectro de frecuencias, con obtención de la frecuencia de resonancia. 130 Física—> Física del Sólido—>Semiconductores —>Celda Solar MORIANA MARTÍNEZ LICEO Nº 1 TACUAREMBÓ DR. ENRIQUE DALCHIELE LABORATORIO DE FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO FACULTAD DE INGENIERÍA Para el Físico, sólido es sinónimo de cristalino. El conocimiento de la red cristalina permite conocer sus propiedades. Los Semiconductores, cristal de conductividad intermedia, son usados en todos los circuitos eléctricos y electrónicos debido a sus propiedades conductoras cuando se los dopa (se introducen impurezas al cristal semiconductor para aumentar el número de cargas libres capaces de llevar a cabo la conducción), pues permite tener dispositivos sólidos de dimensiones reducidas con propiedades de diodos que no sufren alteraciones por cambios atmosféricos y de temperatura en rangos de condiciones ambientales naturales. El efecto fotovoltaico es la conversión de radiación en Energía Eléctrica y el dispositivo fotovoltaico más importante es la Celda Solar, que básicamente es una junción PN (material semiconductor dopado) de abundante área superficial para mayor eficiencia en la conversión energética. La alta eficiencia de Celdas solares comienza a ser desarrollada en 1954, usando junción de Si (como semiconductor anfitrión) con difusión PN. La Potencia de conversión fotovoltaica se define considerando el caso de una junción PN ideal con una fuente de corriente constante en paralelo con la unión, la fuente de corriente constante resulta de la excitación de excesos de portadores por la radiación incidente que genera pares huecoelectrón sin cambiar apreciablemente las propiedades de la junción. Las celdas solares de Si resultan prácticas a temperatura ambiente, su eficiencia real varía entre el 10 y 15%, contra el 22 a 28% predicho teóricamente. La corriente de avance es la obtenida de la conversión fotovoltaica, la corriente de recombinación reduce la eficiencia y están relacionadas. La experiencia consiste en el estudio de la eficiencia de una celda solar de Silicio como semiconductor anfitrión. El dispositivo consta de una lámpara halógena de 75 W (alimentada por una fuente de 220 V de la red de UTE, que ilumina perpendicularmente la Celda de Si), soporte, Celda de Si, conductores, Amperímetro, Voltímetro, juego de resistencias (de 0,25 a 10,5 ómhios). Las mediciones se realizan tomando datos en ocho posiciones diferentes. Con los valores de Intensidad y de Voltaje se grafica y se compara con curvas tipo, luego se determina la potencia obtenida en cada caso y se la grafica en función de las distintas posiciones, y por último se calcula la eficiencia en cada posición. Se obtuvieron resultados cercanos a los esperados. 131 Física Nuclear VIRGINIA MELO LICEO N˚1 PAYSANDÚ DR. DANIEL MARTA LABORATORIO INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA El trabajo fue realizado en el periodo del 7 de julio al 7 de agosto del año 2003 en la Facultad de Ingeniería, a cargo del grupo de Física nuclear (grupo teórico). La pasantía tuvo diferentes etapas; la primera consistió en la lectura de textos (preferentemente en inglés, ya que poseen mayor información sobre el tema). Esto actuó a manera de base para conocer los diferentes términos y conceptos científicos utilizados en física nuclear. La segunda etapa consistió en la realización de cálculos; una parte de cálculo analítico y otra de cálculo numérico. Se trabajó sobre un problema de mecánica cuántica, a saber la colisión de una partícula con un núcleo; este último se representó a través de la energía potencial de interacción. Además de los aspectos conceptuales el cálculo analítico actuó de apoyo en la parte matemática, con la finalidad específica de mejorar el manejo operatorio. El cálculo numérico se realizó a través del uso de un programa informático, para confirmar los resultados del cálculo analítico ya mencionado. Además de todo lo anterior, se conocieron las actividades de investigación del grupo de física nuclear en la actualidad, lo que resulta interesante ya que no existe en el ámbito social o a nivel de los liceos una buena difusión de lo que se está realizando en el ámbito científico en nuestro país. En lo referente a las relaciones humanas, el conocer personas ha sido muy grato y se tratará de mantener ese vínculo, que sin esta oportunidad no hubiese tenido el placer de iniciar. De esta manera se ha obtenido un respaldo, en el sentido de tener a quién consultar por cualquier inquietud o duda surgida. Pasantía en el Laboratorio de Acusto-Óptica CAROLINA PEREIRA LICEO Nº 1 LA PAZ CANELONES DR. ISMAEL NÚÑEZ LABORATORIO DE ACÚSTICA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS La presentación consta de dos partes que involucran diferentes metodologías de trabajo en el Laboratorio de Acusto-Óptica del Instituto de Física de la Facultad de Ciencias. 132 En la primera parte se presentan los resultados obtenidos empleando el método de “Schlieren” con el cual es posible visualizar las diferencias de fase de la luz que atraviesa un medio transparente, introducidas por la modulación del índice de refracción del medio por una onda de ultrasonido propagándose en él. Basándose en este método, se estudió la difracción del ultrasonido en el agua a través de una rejilla paralela al frente de onda acústica incidente. Ubicando los máximos de difracción puede conocerse la separación entre los hilos de la rejilla utilizada. También se analizó el scattering de sonido, término que hace referencia a la diferencia entre la onda obtenida cuando el sonido encuentra un obstáculo y la onda no modificada en ausencia del mismo. En la segunda parte del trabajo se presentan los resultados del empleo del interferómetro de Michelson. Como primera aproximación a esta metodología, se determinaron el índice de refracción de un vidrio y la dependencia del índice de refracción del aire con la presión. Posteriormente se estudiaron las vibraciones de un parlante al cual se fijó uno de los espejos del interferómetro, de modo que la fase de la luz reflejada por éste fuera modulada por su desplazamiento. La interferencia entre la onda reflejada en el objeto vibrante y otra que sirve de referencia proveniente de la fuente es captada por un fotodiodo, calibrado previamente en intensidad y frecuencia de modulación de la luz incidente. De esta manera se obtuvo una gráfica que muestra la respuesta del fotodiodo normalizada a la respuesta máxima (resonancia del parlante) en función de la frecuencia de vibración del parlante. Ultrasonido en la medicina y aplicaciones MARÍA GISELLE VARGAS LICEO Nº 3 SALTO DR. CARLOS A. NEGREIRA LABORATORIO DE ACÚSTICA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS Objetivo: Caracterizar cerámicas piezoeléctricas de ultrasonido El ultrasonido son ondas sonoras de frecuencias superiores al que el oído humano puede percibir. Este tipo de vibraciones son de baja amplitud y alta energía, empleadas en muchas técnicas. Se utiliza el ultrasonido por realizarse fácilmente longitudes de ondas cortas una frecuencia alta. Los coeficientes de absorción son general- 133 mente mucho más altos y por lo tanto se puede medir las frecuencias elevadas. Un transductor es un aparato capaz de generar o captar ondas sonoras. Puede convertir una forma de energía en otra, es decir E. Sonora en E. Eléctrica, E. Mecánica, etc. También pueden realizar el proceso inverso. Si a un sistema se le aplica a través de electrodos un voltaje alterno de frecuencia se producen oscilaciones de pequeñas amplitudes. El efecto piezoeléctrico sólo puede ocurrir cuando aparecen en los electrodos cargas opuestas. Los sistemas deben poseer ciertas características para ser piezoeléctricos, ser homogéneos, conservar sus características a diferentes temperaturas, ser estable física y químicamente, deben ser aptos para acoplarse satisfactoriamente con el circuito eléctrico y el medio de propagación. Para las técnicas de pulsos y las aplicaciones de alta potencia se requieren impedancias bajas (Z) y constantes piezoeléctricas elevadas. Se trabaja con TRANSDUCTORES de tipo CERÁMICO. La caracterización eléctrica de los piezoeléctricos se basa en excitar con una señal eléctrica conocida y medir por lo tanto la corriente que se le brinda. El comportamiento de los sistemas frente a esto queda caracterizado si reconoce la respuesta para cada frecuencia (respuesta de la misma frecuencia). A una determinada temperatura un sistema de área A y espesor l, con electrodos colocados en las caras piezoeléctricas, se le aplica un voltaje V a través de éstos para producir un E. Caracterización de una lámpara prototipo para fototerapia DIEGO VIERA LICEO Nº 1 DE ATLÁNTIDA CANELONES DR. HORACIO FAILACHE DR. ARTURO LEZAMA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA La hiperbilirrubinemia o ictericia neonatal se encuentra en la mira de los médicos e investigadores desde que Orth, en 1875, observó por primera vez pigmentos de bilirrubina en el encéfalo de lactantes muertos con una ictericia intensa. El término kernicterus se utiliza actualmente junto con su equivalente encefalopatía por bilirrubina para referirse a las alteraciones neuropatológicas relacionadas con la encefalopatía clínica 134 asociada con concentraciones elevadas de bilirrubina, las que se consideran que reflejan su toxicidad. En la actualidad la muerte por kernicterus se ha vuelto poco común en la mayor parte de los países, pero aún se encuentra bilirrubina en la necropsia en los encéfalos de los recién nacidos, especialmente en los muy prematuros o pequeños para la edad gestacional. Aunque la mayor parte del interés referente a los efectos tóxicos de la bilirrubina ha sido centrado en el encéfalo, la bilirrubina también penetra en los tejidos. Por tanto, su presencia en la piel es la base para el uso de fototerapia para el tratamiento de la ictericia neonatal, una de las vías para combatir la hiperbilirrubinemia neonatal además de la farmacológica o la mecánica (la tan agresiva exanguinotransfusión). Trabajos realizados por el pasante El trabajo desarrollado a lo largo de las 120 horas de la pasantía consistió básicamente en la caracterización de una fuente luminosa prototipo para fototerapia, construida a partir de un arreglo de 200 LEDs y diseñada para una distancia de trabajo de 50 cm. Se entiende como “caracterización” la medición de ciertos parámetros de la misma (como la longitud de onda y la potencia emitida) y su comparación con los valores aceptados como eficientes para una lámpara de fototerapia. Se realizaron específicamente las siguientes mediciones: a) Determinación del espectro de emisión de la lámpara: valor del pico y ancho espectral. b) Obtención de la distribución espacial de la intensidad luminosa, en función de la alineación de la lámpara y la distancia de trabajo. c) Medición de la intensidad de emisión en unidades reales. d) Evolución térmica de los elementos electrónicos de la lámpara e investigación de posibles correlaciones con la temperatura ambiente y la intensidad de la luz emitida. Actualmente se están llevando a cabo los ensayos clínicos de la lámpara, de los que se espera tener algún resultado concreto para presentar en el Encuentro. 135 Área Química Preparación y caracterización de un complejo de 99mTc con potencial aplicación en el diagnóstico de hipoxia ANA ALIAGA LICEO Nº 13 MONTEVIDEO DRA. ANA REY CÁTEDRA DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA La Medicina Nuclear es una técnica diagnóstica basada en el perfil de distribución de compuestos radiactivos, los radiofármacos; el 99mTc es el radionucleido más usado para estos fines. El objetivo del trabajo fue desarrollar un complejo mixto de 99mTc con potencial aplicación en el diagnóstico de hipoxia. Para su diseño se empleó el nitrobenceno, compuesto retenido selectivamente en el tejido hipóxico por mecanismos de bioreducción. La marcación con 99mTc se realizó a través de un complejo mixto formado por el ligando N-(2-mercaptoetil)-N’,N’-dietilendiamina y el coligando p-nitrotiofenol. Los productos lipofílicos obtenidos fueron extraídos con CH2Cl2. El porcentaje de extracción fue del 80-90%. El análisis por HPLC del extracto orgánico mostró la presencia de dos especies. El compuesto de interés representó un 63% de la actividad total. El estudio por HPLC de dicho compuesto con el tiempo mostró su descomposición y reoxidación al ser aislado. Los estudios químicos fueron realizados usando como modelo los complejos análogos de Re estable. El complejo de interés no pudo ser aislado de la mezcla de reacción. Los complejos de 99mTc fueron comparados con los de Re por técnicas de HPLC, obteniéndose tiempos de retención aproximadamente iguales. El comportamiento biológico de los complejos de 99mTc fue evaluado en ratones portadores de sarcomas inducidos por inoculación de células CCRF-180 II a 30 minutos post-inyección. El perfil de biodistribución fue el esperado para este tipo de complejos. La actividad en tumor fue de 2.9%/g y la relación tumor/músculo aproximadamente 2. Se observaron evidencias de inestabilidad. La preparación de los complejos de Tc y Re se llevó a cabo exitosamente. Se obtuvieron dos especies principales, una de las cuales correspondió al complejo de interés. El mismo demostró ser inestable. No fue posible determinar su estructura química. Los estudios biológicos en ratones mostraron una relación tumor-músculo favorable. 136 Obtención de Biodiesel MÓNICA ALVEZ LICEO Nº 2 SALTO DR. HUGO CERECETTO LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA FACULTAD DE CIENCIAS El trabajo que llevé a cabo durante mi pasantía fue lograr obtener biodiesel. El biodiesel es un combustible. Se trata de un éster metílico que luego de la combustión con oxígeno se obtiene energía y se libera dióxido de carbono y agua. El motivo de este trabajo surgió del planteo de una fábrica que obtiene como subproducto ciertas grasas de origen animal. Presentaron una inquietud: si se podía obtener biodiesel a partir de esas grasas. En base a lo planteado se buscó información a cerca del biodiesel, sobre todo la técnica de obtención. La técnica que se empleó es planteada por Bradshaw y Meuly. La misma explica la formación de un éster y glicerina a partir de una grasa. Para la fábrica esto sería muy beneficioso ya que se lograría combustible para sus máquinas y glicerina para ofrecer al mercado. La técnica consiste en trabajar a temperatura ambiente. La grasa deberá estar limpia y sustancialmente neutra. Se calentará y agregará metanol con hidróxido de potasio. Se agita por unos minutos y luego de una hora se podrán obtener los productos. Se realizaron aprox. 14 experimentos en los cuales se fueron modificando las cantidades de metanol, KOH, tiempo y temperatura debido a que no se observaron buenos resultados con lo indicado en la técnica. El seguimiento de resultados se hizo por espectroscopías: TLC y RMN. Finalmente se logró la obtención del biodiesel y la glicerina. Se realizaron los cálculos para fraccionar las cantidades y brindar la técnica a la fábrica. Resumen de la pasantía realizada en la Cátedra de Radioquímica Facultad de Química VERÓNICA CRUSI LICEO Nº 1 SALTO DR. EDUARDO SAVIO LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA El trabajo tuvo como objetivo principal el participar de una investigación científica realizada en la cátedra de Radioquímica bajo la supervisión del Dr. Eduardo Savio. El mismo contó de 3 grandes líneas de trabajo: 1- el estudio de complejos del 99mTc para imágenes de hipoxia, 137 2- la obtención de imágenes centellográficas de un comprimido de cinarizina y 3- el estudio de distintas resinas marcadas y su estabilidad en los cambios de pH. El primero fue realizada con la Dra Ana Rey y los otros dos con la Q.F Mariella Terán. Participaron también Andrea Paulino, Técnica en Radioisótopos y el estudiante Javier Giglio. En Medicina las aplicaciones de la Radioquímica son variadas; a los radionucleidos se los utiliza como medio de diagnóstico o con fines terapéuticos. Un ejemplo de ello son el 99mTc, 131 I, 32 P, etc. Estos y otros radionucleidos se denominan radiofármacos y se definen como una preparación que contiene átomos radiactivos en su composición y que por su calidad, cantidad de la radiación que emiten y por su forma farmacéutica pueden ser administrados en seres humanos. Los radiofármacos para terapia son aquellos que se administran en pacientes por diferentes vías con el fin de tratar afecciones malignas a través de los efectos biológicos de las radiaciones. Los utilizados en diagnóstico se administran en cantidades trazas (de ahí el nombre común de radiotrazadores) a través de los cuales se puede diferenciar la anatomía, fisiología o bioquímica de un órgano o tejido y emitir un diagnóstico clínico de la situación. El radiotrazador actúa como un proyectil que se fija o acumula en el órgano determinado y esto se puede seguir externamente a través de detectores y obtener imágenes tridimensionales de valiosa información para el médico tratante. El 99mTc es uno de los radionucleidos más utilizados en Medicina Nuclear y con el cual se investigan una serie de moléculas “marcadas” con distintas aplicaciones biológicas. 1. Estudio de complejos del 99mTc para imágenes de hipoxia La preparación en el laboratorio de los radiofármacos del Tc consiste en la síntesis de los complejos utilizando los ligandos adecuados para la formación de la molécula que se pretende estudiar. El agregado del Tc (eludido del generador bajo la forma de 99mTcO4-) a los ligandos se debe de realizar de tal manera que el radionucleido se ubique en una posición tal que no le permita participar en los mecanismos de las reacciones de los cuales va a formar parte. La molécula así formada lleva una “marca” que se puede detectar. En este caso dicha marca es un átomo radiactivo fácilmente detectable, a través de la radiación que emite, por un detector de radiaciones. El trabajo se basó en la síntesis de un complejo y en el análisis estructural del mismo a través de espectroscopía UV-vis e IR. También se utilizaron cromatografías como medios analíticos para determinar la pureza radioquímica, el rendimiento del marcado y la lipofilicidad del mismo. Debido a que las concentraciones de las soluciones del 99mTc eludidas del generador eran muy baja, del orden de 10-7 molar fue necesario aplicar los métodos de análisis estructurales a un complejo de 138 Re. Este también fue sintetizado en condiciones similares al anterior utilizando los mismos ligando y coligando. 2. Obtención de imágenes centellográficas de un comprimido de cinarizina El trabajo realizado consistió por un lado en la elaboración de comprimidos de cinarizina (como principio activo) utilizando como radiotrazador el 99mTc-DTPA (ácido dietilntriaminopentaacético). Los test de disolución se realizaron en un equipo USP tipo II a pH 1 y 7, con muestras de 2mL tomadas a los 1, 2, 3, 5, 10, 15 y 30 minutos. Estas muestras se analizaron en un espectrofotómetro, para calcular la concentración de principio activo y en un contador de centelleo sólido para determinar la actividad de las mismas. En la gamma cámara se adquirieron imágenes cada 30 segundos de la desintegración del comprimido. 3. Estudio de distintas resinas marcadas y su estabilidad en los cambios de pH Paralelamente se estudiaron dos resinas, una catiónica y otra aniónica con el fin de investigar la posibilidad de que el radiotrazador se absorba en las resinas y de esa manera se incorpore al fármaco. En este caso se estudió también en los rangos de pH ya mencionados. Adsorción de citocromo c sobre superficies metálicas modificadas para el desarrollo de biosensores ESTELA CURBELO LICEO 18 DE MAYO (EL DORADO) CANELONES DR. EDUARDO MÉNDEZ LABORATORIO DE ELECTROQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS En el presente trabajo de Pasantía, se estudió el proceso de autoensamblado de TBA (2,4-dihidroximer-captopirimidina), para la obtención de superficies modificadas de oro capaces de adsorber proteínas. La estructura molecular del TBA consiste en un grupo tiol unido a un heterociclo pirimidínico, sobre el que se encuentran sustituidos dos grupos oxhidrilo. Esta molécula posee todas las características necesarias para ser un buen modificador superficial. El TBA existe en un equilibrio tautomérico en solución acuosa. Para conocer cuál de las formas es la preponderante en solución acuosa, se estudiaron los espectros electrónicos, y de resonancia magnética de protón y 13C de estas soluciones. El electrodo Au/TBA resultante se caracterizó 139 voltamperométricamente en LiClO4 10 mM y luego fue sumergido en una solución de citocromo c. Una vez adsorbida la proteína, se estudió el comportamiento voltamperométrico del electrodo Au/TBA/cyt c para confirmar esta situación. El voltamperograma cíclico registrado a diferentes velocidades de barrido confirman que la proteína fue efectivamente adsorbida sobre el TBA. Los resultados obtenidos permiten concluir que se pudo fabricar un electrodo Au/TBA/cyt c, que mostró un comportamiento reversible para la proteína. Este nuevo electrodo aporta un nuevo caso de autoensamblado de un tiol aromático y heteroatómico. Introducción a la investigación en Radioquímica ISABEL DUGLIO CERP RIVERA I.Q. LAURA FORNARO DR. EDUARDO SAVIO LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA La finalidad de esta pasantía fue introducir al pasante en la metodología de la investigación científica a través de la participación en las líneas de investigación científica que lleva a cabo la Cátedra Radioquímica. 1. “Desarrollo de detectores de radiación X con semiconductores compuestos”, en la preparación de HI de alto nivel de pureza para optimizar el crecimiento de cristales de HgI2 de hábito platelet en el sistema HgI2–HI–H2O, aptos para ser usados como detectores de radiación X a temperatura ambiente. 2. “Desarrollo de nuevos complejos de 99mTc para imagen de neurorreceptores”, marcación por sustitución de ligandos con control cromatográfico de alta resolución, HPLC. 3. “Caracterización de radiofármacos como modelos de fármacos para estudios centellográficos de formulaciones farmacéuticas”, preparación de excipientes, estudio del perfil de disolución en formulación de excipiente en sistema simulado, con equipo de disolución Vaukel. Debido a la especificidad de la temática abordada experimentalmente y a la particularidad de la manipulación del material radiactivo se realizó una introducción teórica y práctica a los siguientes temas: seguridad en el laboratorio de Radioquímica, generadores de radionucleidos, marcación con 99mTc y control fisicoquímico y biológico de moléculas marcadas. Además se participó en otras instancias formativas: visita a Medicina Nuclear del Hospital de Clínicas, entrevista con el Prof. Touyá, presentación de tesis de doctorado de la Dra. Rey, charla sobre Datación con 14C. 140 Una vez apreciada, la actividad de investigación científica, se siente la necesidad de elaborar desde las prácticas de enseñanza, elementos que favorezcan el acercamiento a dicha investigación, haciendo hincapié en el desarrollo de niveles cognoscitivos más complejos: análisis, evaluación y síntesis. Empleo de un radiotrazador para optimizar las condiciones de crecimiento de cristales de PbI2 en el sistema PbI2-HI-H2O HÉCTOR ESPINOSA LICEO DE PASO CARRASCO CANELONES I.Q. LAURA FORNARO LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA Se han usado como detectores de radiación X y &#61543; (γ), películas fotográficas, detectores gaseosos, materiales termoluminiscentes, materiales centelleantes, de Si y Ge y de semiconductores compuestos. Su desarrollo está muy relacionado con la ciencia de materiales y, últimamente, con el desarrollo de semiconductores compuestos (CdTe, Cd1-xZnxTe, HgI2, PbI2). Esto ha impulsado el perfeccionamiento de la purificación y el crecimiento de cristales para estos materiales. El PbI2 tiene excelentes propiedades como detector de radiación a temperatura ambiente, pero el crecimiento de sus cristales ha sido poco estudiado. Existen reportes de crecimiento por fusión y por transporte físico de vapor, pero no en solución. Por ello, el Grupo de Semiconductores Compuestos de la Cátedra de Radioquímica (Facultad de Química) busca crecer cristales de PbI2 en el sistema PbI2HI-H2O. Para determinar el método de crecimiento de cristales en solución más apropiado, es necesario conocer la variación de la solubilidad del material en función de la temperatura en dicho sistema. Este trabajo aplica un método radiométrico para determinar dichas curvas de solubilidad, adoptado luego que los intentos por métodos químicos y espectrofotométricos fracasaron. Se construyeron tres curvas de solubilidad de PbI2 en el sistema PbI2HI-H2O para concentraciones nominales de HI 20, 35 y 57%, en el rango 10 – 64 ˚C, utilizando el radionucleido 131I incorporado durante la síntesis del PbI2 y determinando la concentración de iodo midiendo la actividad de las muestras. Las curvas de solubilidad obtenidas muestran variación de concentración de PbI2, en HI 35 % y en HI 57%. Por ejemplo en HI 35%, la solubilidad decrece de 32.5 g/100mL a 23 g/100mL, de 50 141 a 20 ˚C. Entonces, puede recomendarse el crecimiento de cristales del material por enfriamiento de la solución. Comparando los resultados con los del sistema HgI2–HI–H2O, se concluye que ambos sistemas muestran comportamientos similares. Estudios realizados en grasas y aceites MYRIAM FREITAS LICEO N˚ 1 PAYSANDÚ DRA. MARÍA ANTONIA GROMPONE LABORATORIO DE GRASAS Y ACEITES FACULTAD DE QUÍMICA Actividades realizadas durante la pasantía: a. Seguimiento del trabajo de investigación sobre “Deterioro de aceite por fritura semi continua” en su primera fase. b. Realización de técnicas experimentales correspondientes al curso de “Química y Tecnología de Grasas y Aceites”. c. Observación del análisis de muestras grasas con el calorímetro diferencial de barrido. d. Curso de Historia de las Ciencias. e. Observación de clases de nivel terciario. f. Dificultades detectadas en los alumnos que ingresan a los cursos de Fisicoquímica. g. Visita a la Escuela Técnica del Buceo. h. Proyecto de extensión universitaria. Trabajo de investigación: “Deterioro de aceite por fritura semi continua” Objetivo: Elaboración de un modelo sencillo a utilizar en una freidora comercial semi-continua que permita vincular los parámetros más significativos con el grado de deterioro oxidativo del aceite. Muestreo: Se propone retirar muestras del aceite de la freidora de la Facultad al terminar cada jornada, durante tres ciclos completos. Análisis realizados: · Indice de acidez. · Indice de Peróxidos. · Indice de Anisidina. · Cromatografía gaseosa de los ésteres metílicos de los ácidos grasos. · Cromatografía en capa delgada para separar tipos de lípidos. · Enranciamiento acelerado (OSI). 142 · · Espectro de absorción en la zona UV-visible y absorbancia a 232 nm y 268 nm. Determinación de compuestos polares. Conclusiones: Durante el período de estudio se encontraron aumentos en la mayoría de los índices de deterioro del aceite, a pesar de lo cual se considera que se mantiene dentro de los valores aceptables hasta el último día de uso. Aspectos positivos de la pasantía: · · La posibilidad de participar en un trabajo de investigación. El enriquecimiento profesional que significaron las demás actividades realizadas. Bacterias fijadoras de Nitrógeno ANA GILES LICEO Nº 1 PAYSANDÚ DRA. ELENA FABIANO LABORATORIO DE ECOLOGÍA MICROBIANA IIBCE Resumen del trabajo realizado durante las semanas de pasantía: El trabajo realizado durante las tres semanas de pasantía consistió básicamente en el estudio de bacterias promotoras del crecimiento vegetal. Estas bacterias pueden promover el crecimiento por: 1. Acción directa: · Fijación de N2 (fijadoras simbióticas –Rhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium, etc., fijadores endófitos –Herbaspirillum, etc., fijadores libres). · Solubilización de fosfatos. · Producción de fitohormonas. 2. Acción indirecta: · Antagonista de fitopatógenos, como es el caso de las bacterias biocontroladoras (por ej.: Pseudomonas). El trabajo se centró en dos sistemas: · Sinorhizobium meliloti (se trabajó con la cepa 242 de rizobio), esta cepa se asocia con alfalfa (Medicago sativa) formando nódulos en las raíces. · Herbaspirillum seropedicae (cepa Z67), esta cepa se asocia con arroz (Oryza) y coloniza el sistema vascular. 143 Después del I.P.A. .... Una Pasantía del PEDECIBA en L.S.O. GRACIELA A. MANTIÑAN LICEO N° 1, SOLYMAR CANELONES DR. ENRIQUE PANDOLFI FACULTAD DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA LABORATORIO DE SÍNTESIS ORGÁNICA (L.S.O.) Los Ciclos de los viernes y las Jornadas de los sábados, eventos organizados por la Facultad de Química, aportaron mucho a nuestra formación y nos motivaron a presentarnos al Programa de Pasantías PEDECIBA-UNESCO. Es así, que tomamos conocimiento de la existencia de varios compuestos naturales, de estructura fenólica, que han sido estudiados desde el punto de vista de su actividad antioxidante. Investigaciones realizadas, permitieron demostrar la presencia de ciertas sustancias beneficiosas, en las uvas y también en el vino, que ayudan a atenuar el colesterol, reduciendo el riesgo de enfermedades cardíacas y que poseen efectos antioxidantes. El Resveratrol: trans-3,5,4-trihidroxyestilbeno, un producto natural encontrado en la piel de las uvas jóvenes y en las semillas es el responsable de muchas de estas propiedades. Estudios en animales sugieren que el Resveratrol, puede prevenir la iniciaRESVERATROL OH ción del cáncer e inhibir la promoción y progresión del mismo (Jang, M.; Cai, L.; Udeani, G.O. Science 275, 218-220, 1997). OH Dicha sustancia en su forma pura, es costosa y difícil de producir. Según algunos autores las cantidades pre- HO sentes en una dieta normal serían insignificantes para producir un efecto biológico beneficioso. Se trabajó en procesos de síntesis que nos permitieron la preparación, aislamiento, y purificación de intermediarios avanzados de Resveratrol y derivados. Se identificaron todos los compuestos por técnicas espectroscópicas, tales como: Resonancia Magnética Nuclear (R.M.N.), Infrarrojo (I.R.) y espectroscopía de Masa. Conclusiones: Nuestro trabajo de investigación nos permitió: I. Conocer y adquirir destrezas en la técnicas básicas de un laboratorio de química orgánica y poder realizar modificaciones sobre la marcha del proceso sintético. II. Entrar en contacto con las diferentes técnicas espectroscópicas. 144 III. Elaborar en informe correspondiente del proceso de investigación realizado, acorde con lo que se acostumbra en la comunidad científica. Obtención de un nuevo radiofármaco para sinovectomía radiactiva VIRGINIA KATHERINE MOCKFORD RUELLA LICEO Nº 1 PAYSANDÚ DR. EDUARDO SAVIO DRA. CRISTINA URES LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA Plan de trabajo El trabajo se denominó “Obtención de un nuevo radiofármaco para sinovectomía: 188Re-FHMA”, siendo éste el objetivo específico de la investigación. El procedimiento consiste en la inyección de un emisor beta dentro de la cápsula de la articulación, donde estará en contacto directo con la membrana sinovial. Las células fagocíticas que están a lo largo de la superficie sinovial son las responsables de absorber parte de la radiactividad inyectada dentro de la cápsula. Para lograr este objetivo con éxito era necesario que la sustancia a inyectar intraarticular tuviese una pureza radioquímica adecuada, lo cual constituía el primer escollo importante aunque se contaba con antecedentes de literatura y cierta experiencia del grupo de trabajo. Se debían evaluar diferentes agentes reductores y condiciones de la reacción que posibiliten obtener el radiofármaco con una pureza radioquímica superior al 90%. Asimismo el tamaño de las partículas es otro factor clave, ya que las partículas deberán ser lo suficientemente pequeñas para ser atrapadas por los macrófagos e internalizadas en la membrana sinovial a tratar. Pero a su vez no deben ser tan pequeñas que pudieran escaparse del sitio donde se inyectaban, y proporcionen al paciente una dosis de radiación inadecuada. Era necesario estudiar y caracterizar desde un punto de vista fisicoquímico la formulación, recurriendo al método de difracción láser, que analiza el tamaño, volumen y superficie de las partículas (Polo Tecnológico de Pando, Laboratorio de Biofarmacia, Facultad de Química). Una vez logrado el producto adecuado y chequeado desde un punto de vista químico, resta por evaluar su comportamiento en un medio biológico. Se eligió el conejo como modelo animal para llevar a cabo estudios centellográficos (Centro de Medicina Nuclear) y de biodistribución en tejidos y órganos de interés (Cátedra de Radioquímica). 145 Bacterias fijadoras de N2 RICARDO PERNA LICEO Nº 14 MONTEVIDEO DRA. ELENA FABIANO LABORATORIO DE ECOLOGÍA MICROBIANA IIBCE Introducción: Mi pasaje por el laboratorio de Ecología Microbiana del INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS “CLEMENTE ESTABLE” fue muy enriquecedor tanto en el aspecto de formación científica como en las diferentes puntas de aplicación a la didáctica de las ciencias, en particular a la Química aplicada. Con la dirección de la Sra. Dra. Elena Fabiano, y su equipo de colaboradores, se trabajó esencialmente con bacterias que promueven el crecimiento vegetal. Bosquejo del trabajo: Se estudian las diferentes formas de relación de los microorganismos con los vegetales para favorecer el crecimiento, que podríamos clasificar en directa, trabajando con bacterias fijadoras de N2, las cepas 242 y 1021 de Sinorhizobium meliloti, (cepas salvajes) que en una verdadera con asociación con leguminosas en particular, plantas de alfalfa (medicago sativa), dentro del hospedero se diferencian a la forma simbiótica llamada bacteroide. Encontrando también una acción indirecta por antagonismo con agentes fitopatógenos como las bacterias biocontroladoras como las Pseudomonas. Etapas del estudio: Durante cinco semanas de trabajo se elaboró el siguiente organigrama: BIOTECNOLOGÍA Técnicas de bioseguridad, simbiosis. FISIOLOGÍA BACTERIANA Determinar el crecimiento de bacterias en medios líquidos con diferente disponibilidad de hierro. BIOLOGÍA MOLECULAR Purificación de ADN genómico y ampliación de una región por PCR. ESTUDIO DE SIDERÓFOROS Observar la expresión de sideróforos en ambientes limitados en hierro. Reflexión acerca del trabajo en el IIBCE: El trabajo que pude contemplar y empaparme está diagramado de tal forma de lograr la excelencia, el desarrollo y la creación de un saber científico basado en la ética, y en las redes de información en el ámbito mundial. 146 Es por lo expuesto que mi informe no se limita al tratamiento de la información teórico práctico que se ha recibido sino tal vez, lograr encontrar su interrelación didáctica con los programas de educación secundaria. N-Óxidos y síntesis de fármacos anti-cancerígenos PIERINA PILATTI LICEO DE JUAN LACAZE COLONIA DRA. MERCEDES GONZÁLEZ LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA FACULTAD DE CIENCIAS El póster a realizar informará sobre la pasantía realizada desde el 15 de octubre al 29 de noviembre del 2002 en el laboratorio de Química Orgánica (Facultad de Ciencias) Dpto. de Química Orgánica de la Facultad de Química cumpliendo un total de 120 horas. A cargo de esta actividad se encontró la Dra. Mercedes González y junto a ella colaboró el Dr. Hugo Cerecetto, además en el laboratorio investigaban Ma. Laura Lavaggi, Macarena Simoens, Patricia Droper, Marcelo Fernández y Gabriela Aguirre. Se trabajaba en el momento en los siguientes proyectos de síntesis: fármacos antichagásicos, quimiopreventivos contra el cáncer y anticancerígenos. El trabajo realizado durante la pasantía constó de dos etapas: la primera de las cuales se relacionó con la síntesis de fármacos anticancerígenos utilizándose una técnica ya elaborada a la cual se realizaron variantes para aumentar la producción. El objetivo de esta actividad fue familiarizarse con el equipo existente en el laboratorio; la segunda consistió en la realización de una investigación propiamente dicha. Se explicarán las reacciones realizadas para la síntesis de N-óxidos mostrando las ecuaciones químicas correspondientes, indicando la metodología utilizada y los rendimientos obtenidos. Las reacciones correspondientes a esta primera parte de la pasantía son: producción de N-óxido; reacción del N-óxido con cloruro de tionilo; reacción con xantato de etilo y potasio; reacción con cloroformato, reacción con hidracina. Las reacciones correspondientes a la segunda tienen como objetivo el alargar una cadena carbonada utilizando como reactivo de partida feniletanol. Las conclusiones finales del trabajo resaltan la importancia de estas experiencias para los profesores de educación secundaria que desconocemos en muchos casos la labor de los profesores encargados de 147 proyectos de investigación científica por lo cual no se tienen en cuenta para la formación científica del alumno. Se propone el lanzamiento dentro del último año del bachillerato diversificado en las opciones medicina e ingeniería de un proyecto extracurricular que tenga como puntos fundamentales la presentación de una pequeña investigación científica y su posterior publicación en una revista de salida anual. Manejo de enzimas (Beta-Galactosidasa) y sus aplicaciones en la industria láctea MARÍA CRISTINA REBOLLO CERP FLORIDA Q.F. FRANCISCO BATISTA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA PASANTÍA PEDECIBA-UNESCO: FACULTAD DE QUÍMICA: CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA Este trabajo pretende multiplicar los aportes de la rica experiencia que constituyó la pasantía realizada en octubre del año 1999 en la Cátedra de Bioquímica, contando con el asesoramiento como tutor del Doctor Francisco Batista y el desinteresado apoyo de todos los integrantes de dicha Cátedra. Objetivos: Los objetivos generales de esta modalidad de trabajo: Ampliar la formación científico-técnica. Aplicar la metodología de la investigación científica. Actualizar conocimientos. Contextualizar lo adquirido. Transponer lo incorporado a la labor del aula. Efectivizar una forma de acercamiento entre los docentes del interior y la Universidad. El objetivo específico del presente trabajo es adquirir experiencia en el manejo de enzimas de aplicación en la industria láctea: *-galactosidasa. · · · · · · Metodología: Se investiga en lactosa, lactosuero, leche en polvo proveniente directamente de la planta industrial de Florida, en suero de queso criollo, de un tambo cercano a dicha ciudad. Se determina en cada caso el % de lactolisis en batch y en columna y poder comparar ambas formas. 148 Resultados: Se determinó experimentalmente el porcentaje de lactolisis de: Muestra % de lactolisis Lactosa al 5% 88,0% Leche en polvo 90,0% Lactosuero 90,0% Suero al 10% 97,3% Suero al 15% 99,7% Se realiza la cromatografía en capa fina de algunas muestras de la lactolisis obteniendo resultados coherentes con los indicados. Se verifica un aumento en el porcentaje de lactolisis, es importante para sus aplicaciones industriales. Al comparar el trabajo en batch y en columna se observa la ventaja de esta última técnica. Conclusiones: Se adquirió destrezas en el manejo de enzimas de aplicación en la industria, se logró un afianzamiento en el manejo de éstas y de las posibilidades y repercusiones que poseen. Se cumplió con los objetivos generales propuestos, en especial contextualizando y trasponiendo al aula la rica y formativa experiencia. Síntesis y caracterización fisicoquímica de compuestos de coordinación de Cu (ll) y Re (V) con derivados N, N´-dióxidos de la quinoxalina, con potencial aplicación en terapia antitumoral ROSALYNN TAVAREZ LICEO Nº 2 ARTIGAS DRAS. MARÍA H. TORRE Y DINORAH GAMBINO LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA FACULTAD DE QUÍMICA Resumen: Para vencer los inconvenientes de la terapia tradicional en células hipóxicas se ha planteado la utilización de fármacos biorreducibles. La ventaja de estos fármacos es que pueden erradicar las células tumorales mientras que permiten el desarrollo de las células normales. Existen diferentes tipos de fármacos biorreducibles entre los cuales se encuentran los N-óxidos. Se conoce que el 15% de las drogas anticancerígenas aprobadas para uso humano necesitan un ión metálico del medio interno para tener actividad tanto con ligandos farmacológicamente activos como inactivos. 149 Además, se ha observado que la complejación con metales muchas veces produce un aumento o variación de la actividad farmacológica del ligando libre o puede producir una mejora de la biodisponibilidad del mismo. En función de estos antecedentes es que en este trabajo se han sintetizado y caracterizado compuestos de coordinación de Cu(ll) y Re(V) con N; N´ dióxidos de la quinoxalina, con potencial aplicación como agentes antitumorales selectivos para tumores sólidos (hipóxicos). Se han sintetizado complejos CuL2xxH2O, donde L = N1, N4 - dióxido de 3-amino-6(7)-cloroquinoxalina-2-carbonitrilo (L1), N1, N4 - dióxido de 3-amino-6(7)-bromoquinoxalina-2-carbonitrilo (L2) y N1, N4 - dióxido de 3-amino-6(7)-metilquinoxalina-2-carbonitrilo (L3) y un complejo de Re(V) – L3. Investigación de Feromonas de Argyrotaenia Sphaleropa (Lepidoptera: Tortrícidae) MARIELA TOCCO LICEO N˚ 10 MONTEVIDEO DRA. CARMEN ROSSINI CÁTEDRA DE FARMACOGNOSIA Y PRODUCTOS NATURALES FACULTAD DE QUÍMICA El presente trabajo se desarrolló en el marco de un proyecto de investigación ya existente en la Facultad de Química sobre feromonas de Argyrotaenia sphaleropa (Lepidoptera: Tortrícidae). Uno de los objetivos del proyecto fue encontrar una ruta de síntesis orgánica de la feromona de la polilla, A. sphaleropa, no contaminante y de bajo costo. El otro fue establecer en el laboratorio una colonia de la polilla con suficientes individuos para trabajar con la respuesta fisiológica a la feromona con miras a la posterior puesta a punto de un electroantenograma. Una forma posible de control de esta importante plaga de frutales en nuestro país es el uso de su feromona sexual (constituida principalmente por Z11,13-tetradecadienal y Z11-tetradecenal), como atractivo o por el método de confusión sexual. Se estudiaron 4 rutas sintéticas para obtener el aldehído Z11,13-tetradecadienal. Una de ellas, fue por reacción de Wittig en condiciones de Boden para obtener el Z11,13tetradecadienol y posteriormente oxidarlo con PCC (clorocromato de piridina) para obtener el Z11,13-tetradecadienal, obteniéndose un rendimiento de 83%. Dado que el PCC es caro y altamente tóxico por contener cromo y piridina, y debido a que uno de los objetivos de esta línea de trabajo es utilizar reactivos económicos y no contaminantes, se estudió la oxidación del alcohol con oxidantes más económicos, en diferentes 150 condiciones. En todos los casos, los rendimientos registrados para estas reacciones alternativas fueron muy bajos, por lo que se descartaron estas rutas. En cuanto a la parte biológica de este trabajo, se estudió el establecimiento de una colonia de A. sphaleropa en el laboratorio utilizando una dieta artificial, bajo condiciones de luz y temperatura controladas, registrándose la duración en días del desarrollo global y de los diferentes estadios de este lepidóptero. Radiofármacos en el desarrollo farmacéutico: Validación del 99mTc-MIBI y 99mTc-MDP como trazadores en una formulación sólida MARTÍN TRUJILLO LICEO Nº 1 DE SAN CARLOS MALDONADO DR. EDUARDO SAVIO Q.F. MARIELLA TERÁN LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA La centellografía gamma en la medicina nuclear ha posibilitado el estudio de las formulaciones farmacéuticas y el desarrollo de las nuevas formas para la liberación de las drogas al organismo. Esta técnica provee evidencia gráfica del comportamiento de las formulaciones in vivo e in vitro, permitiendo comparar entre diferentes formulaciones. Asegurando optimizar los regímenes de dosis, indica el lugar de liberación de la droga y disminuye los costos. El objetivo de este trabajo fue validar y correlacionar los estudios de disolución con estudios centellográficos de los radiofármacos 99mTc-MIBI (lipofílico) y 99mTc-MDP (hidrofílico) como trazadores en una formulación sólida. Para ello se realizaron estudios de estabilidad de cada uno de los excipientes en las condiciones de fabricación y de disolución. Estos estudios se realizaron por cromatografía en papel y en HPLC. Ambos radiofármacos presentaron estabilidad en las condiciones de fabricación de los comprimidos y de disolución. El 99mTc-MIBI, resultó adecuado para estudios a nivel estomacal, ya que es a pH 1 donde alcanza el máximo porcentaje de disolución. Las imágenes centellográficas obtenidas in vitro complementaron estas observaciones. Los porcentajes de disolución obtenidos para el 99mTc-MDP indican que es adecuado para estudios a nivel de todo el tracto gastrointestinal. Deberán profundizarse estos estudios para lograr correlacionar adecuadamente el comportamiento de la formulación con datos in vivo. 151 Desde el punto de vista docente esta nueva experiencia me permitió acercarme al ámbito de la investigación científica, con todo lo que conlleva, el manejo de instrumental y material que a nivel liceal no está a nuestro alcance. La capacidad de contextualizar conocimientos que resultan ser abstractos para el trabajo en el aula es otro punto importante, a parte de resaltar la oportunidad que brinda esta pasantía tanto desde el punto de vista de la formación permanente como de las nuevas perspectivas de trabajo que pueden surgir. Programa de mejoramiento de la enseñanza de las ciencias UNESCO-Montevideo (Uruguay) / Ministerio de Educación de la Provincia del Chubut (Argentina) / CENPAT (Argentina) COORDINADORA: LIC. TERESITA FERNÁNDEZ (CENPAT- ARGENTINA) Desde el año 2001 se está desarrollando en el Centro Nacional Patagónico (CENPAT-CONICET) de Puerto Madryn, Provincia del Chubut, Argentina, el “Programa de Mejoramiento de la Enseñanza de las Ciencias”. Dicho programa tuvo lugar a partir de una propuesta presentada por la Dra. María Paz Echeverriarza, Oficial Profesional del Programa de Educación de la Oficina Regional de Ciencia y Tecnología para América Latina y el Caribe (ORCYT) de UNESCO, Montevideo, Uruguay, durante una visita que realizara al CENPAT. En esa oportunidad presentó el “Programa de Formación Permanente para Docentes Secundarios en Ciencias: Un Modelo de Cooperación con Investigadores en Uruguay”, que se estaba implementando con buenos resultados en ese país, siguiendo un modelo de trabajo cooperativo entre investigadores y docentes. Al respecto propuso realizar un Programa de similares características en el CENPAT. Así, con el auspicio de la UNESCO y la colaboración del Ministerio de Educación de la Provincia del Chubut, se comenzaron a organizar las pasantías para docentes de Ciencias que trabajen en Instituciones de Educación Polimodal, Nivel Medio y formador de formadores. Los objetivos son los siguientes: · Ofrecer una experiencia de trabajo en laboratorios de investigación de las diferentes unidades científicas del CENPAT a docentes de enseñanza secundaria. · Propiciar el intercambio profesional entre docentes e investigadores. · Contribuir al mejoramiento de la enseñanza de las ciencias. 152 La experiencia consiste en ofrecer pasantías para docentes de Chubut, con el fin de implementar actividades de investigación en los laboratorios del centro científico antes mencionado. De esta manera los docentes se incorporan durante un mes a los grupos de investigación y trabajan juntos compartiendo una experiencia de aprendizaje relacionada con la labor científica, por lo que se confía que en el futuro, puedan ayudar a cambiar la práctica educativa diaria. Participan en estas actividades investigadores de todas las áreas del CENPAT y los temas de estudio son muy variados. Durante el primer año se llevaron a cabo quince pasantías. En los años posteriores a pesar que se programaron igual número, sólo se desarrollaron seis y siete respectivamente, debido a problemas económicos y de organización del Ministerio de Educación. Durante las pasantías, además de la experiencia propia de la investigación, se realizaron trabajos de campo utilizando materiales, bibliografía y equipos adecuados para cada caso, los docentes también pudieron participar de otras actividades académicas y científicas. Como por ejemplo: charlas de becarios e investigadores, visitas a la Unidad Jardín Botánico de la Patagonia Extrandina y la Unidad Didáctica Científica y Museología, donde además de enterarse de las actividades propias de cada una, observaron las exposiciones “Rescate de Tecnologías Aborígenes” y “La Paleontología y la Vida en los Antiguos mares de Argentina”. Se ha mantenido contacto con todos los docentes que realizaron las pasantías y los vínculos en algunos casos se han fortalecido mucho. Algunos han realizado visitas con sus propios alumnos, interiorizándolos de las actividades científicas que se realizan. Otros han enviado propuestas didácticas que ya se han llevado a cabo. También han conformado equipos interdisciplinarios e interinstitucionales, como por ejemplo Unidad Jardín Botánico de la Patagonia Extrandina, Cátedra de Botánica de la Universidad Nacional de la Patagonia y Instituto Superior Docente Nº 803 para organizar un curso para docentes. Además han formado equipos interdisciplinarios para organizar proyectos de investigación que llevan a cabo en las escuelas con sus alumnos: · “Uso sustentable de los recursos de nuestro ecosistema marino”. · “Descubramos juntos la belleza de nuestro Jardín natural: el vivero escolar de plantas autóctonas”. · “Rescate de la Memoria, Historia Oral de Dolavon y 28 de Julio”. · “Cultivo de mejillones”. · “Pesca y Acuicultura”. 153 II Encuentro-Taller de pasantes PEDECIBA-UNESCO Edificio MERCOSUR 24-25 de setiembre de 2004 Resúmenes Área Biología Mamíferos fósiles del Uruguay CLOTILDE ABAL MONTEVIDEO DR. DANIEL PEREA DEPARTAMENTO DE PALEONTOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Previo a la elección del tema central, se realizó una exploración por las diferentes áreas de trabajo sobre vertebrados fósiles que en ese momento funcionaban en el departamento de paleontología: - Sesión de microscopía electrónica de barrido de dientes de dinosaurios hallados en Tacuarembó, estudio a cargo del pasante Matías Soto. - Participar en la salida de recolección fosilífera a la cantera de granito La Paz, como parte de un trabajo de investigación a cargo de los pasantes Edurné Cawen, Andrea Corona y Pablo Toriño, asistiendo luego a las jornadas de acondicionamiento e identificación sistemática de los fósiles allí recogidos. - Restauración y posterior identificación de diferentes fósiles no determinados previamente y que se encontraban en distinto grado de deterioro en los liceos en los que trabajo (tibia de Lestodon, vértebra dorsal de Gliptodonte, entre otros). Una vez realizadas estas actividades previas y habiendo explorado distintas posibilidades dentro de Vertebrados, opté por ubicar mi trabajo dentro de Mamíferos fósiles. Esta decisión está fundamentada en varios aspectos: 1) Su abundancia fosilífera con respecto a las otras clases de vertebrados. 2) Su tamaño, morfología y porte resultan muy atractivos para un posterior trabajo en el aula. 3) La biodiversidad que presentaban estos animales y cuyo estudio está tan en auge actualmente así como la posible incidencia del hombre en su extinción, fueron los aspectos determinantes de mi elección. Mi investigación se centra concretamente en el estudio de fósiles hallados en una salida de campo al puerto Arazatí. Este trabajo comprendió el estudio de las diferentes formaciones que allí afloran, sus características geológicas, la búsqueda de fósiles e icnofósiles, y posterior trabajo de identificación de los huesos encontrados. Para este posterior trabajo, fue necesario aplicar los conocimientos de osteología comparada en mamíferos actuales, así como la búsqueda bibliográfica sobre descripciones anteriores de ese material. 157 Biología celular SANDRA AZNAREZ FLORES DRA. MÓNICA BRAUER LABORATORIO DE BIOLOGÍA CELULAR IIBCE Las hormonas sexuales regulan la expresión de neurotrofinas y sus receptores. El NGF es una neurotrofina soluble que promueve el desarrollo y mantenimiento de los nervios simpáticos actuando a través de receptores neuronales llamados TrkA y P75. Si bien es sabido que el estrógeno afecta la síntesis de NGF en el útero, se desconoce si regula la expresión de sus receptores en las neuronas simpáticas que proyectan a dicho órgano. En el presente trabajo se evaluaron los efectos del tratamiento crónico con estrógenos sobre la expresión de TrkA en neuronas simpáticas que inervan al útero. La metodología del trabajo incluyó la técnica del ácido glioxílico, la utilización de trazadores retrógrados asociados a inmunohistoquímica y medidas densitométricas. Los resultados obtenidos mostraron que los estrógenos reducen los niveles de TrkA en la población de neuronas simpáticas que inervan al útero de la rata. Ecomorfología en siete especies de SCIAENIDAE del Río de la Plata ALEJANDRA CÁNEPA MALDONADO DR. WALTER NORBIS INSTITUTO DE BIOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Según sus hábitos de vida, los peces cumplen distintas funciones en el ecosistema. La ciencia que estudia el diseño morfológico de una adaptación, su relación con la ecología y comportamiento se conoce como ecomorfología. En el frente oceánico y en el Río de la Plata, fueron estudiadas 7 especies de la familia Scianidae: corvina negra, corvina rubia, pescadilla de red y de calada, burriqueta, pargo blanco y córbalo. Las muestras analizadas pertenecen a material colectado en proyectos desarrollados en la Sección Oceanología de Facultad de Ciencias, que asciende a un total de 948 peces. Fueron calculados estadísticos básicos para cada una de las variables del otolito, ajustando modelos de 158 regresión entre las variables del otolito y longitud del pez calculándose el índice de esfericidad por especie. Los resultados fueron relacionados con hábitos de vida de las especies, obtenidos mediante revisión bibliográfica. En todos los casos se observó una relación directamente proporcional entre longitud del pez-largo del otolito y entre ancho-largo del otolito. Las tendencias positivas y relaciones no lineales entre longitud total y esfericidad de los otolitos estarían indicando que, a lo largo del desarrollo ontogenético de las especies, existe un cambio de forma de los mismos, relacionados a cambios en hábitos de vida (alimentación y comportamiento). Esto no ocurre con pargo blanco. Se presenta un cuadro relacionando: morfología del pez, del otolito y los hábitos de vida de cada especie. Receptores hormonales y el cáncer mamario SILVIA CENTURIÓN SORIANO DRA. ELSA G. GARÓFALO LABORATORIO DE BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR FACULTAD DE VETERINARIA Uruguay presenta un alto índice de mortalidad por cáncer mamario (25x100.000 mujeres), con características propias relacionadas con los hábitos alimenticios y el envejecimiento de la población. Con la finalidad de disminuir esta incidencia, se realizan campañas de detección precoz y tratamiento inmediatos y adecuados. El inicio y progresión del cáncer mamario se produce cuando los mecanismos de proliferación, diferenciación y apoptosis celular escapan al control normal. Estos procesos están muy influenciados por estrógenos (E) y progesterona (P). La carcinogénesis y progresión tumoral pueden ser hormono-dependientes o autónomas y la dependencia hormonal se evidencia por la presencia de receptores esteroideos en el tumor mamario. Este laboratorio trata de encontrar marcadores moleculares que puedan estar involucrados en la evolución de la enfermedad y la respuesta al tratamiento, como son los receptores hormonales, de factor de crecimiento epidérmico y oncogenes relacionados. ¿Cómo se trabaja? Las biopsias tumorales se almacenan a -80˚C, se las homogeniza y ultracentrifuga obteniendo fracciones subcelulares: citosólica para receptores de estrógeno (RE) y de progesterona (RP) y de membrana para receptor de crecimiento epidérmico (REGF) que se determinan por métodos de “Binding y Scatchard”. Ciclina D1 (CD1), se determina por 159 Western Blot (utilizando AC específicos). Por medio de retrotranscripciónPCRsde identifican mensajeros de RE y RP. Estos datos aplicados a la clínica indican que: - Pacientes con niveles altos de RE y RP presentan pronóstico favorable de la enfermedad, con respuesta positiva a tratamientos hormonales con antiestrógenos, ya que hay predominio de la vía hormonal o endócrina. - La presencia de REGF, indica pronóstico desfavorable, porque predominan las vías parácrinas y autócrinas de proliferación tumoral, lo que equivale a menos intervalo libre de enfermedad y sobrevida. - La sobreexpresión de CD1 (debido a la amplificación de la vía endócrina), hace que la paciente evolucione desfavorablemente. Identificación de cromosomas bovinos y su implicancia en producción y reproducción ANDREA COYA LAVALLEJA DRA. ALICIA POSTIGLIONI CÁT. ZOOTECNIA GENERAL Y GENÉTICA FACULTAD DE VETERINARIA En nuestro país el principal rubro productivo está dado por la explotación de la especie Bos taurus en producción de carne, leche, cueros y subproductos de la industria frigorífica, los que se relacionan con el potencial genético de nuestras razas bovinas. Observar, identificar y evaluar la aplicación de tecnologías genéticas en esta especie productiva me han permitido reconocer el impacto producido por los conocimientos científicos en la sociedad actual. En esta pasantía, se plantearon los siguientes objetivos: a) Demostrar la aplicación del genoma bovino a nivel de la producción y reproducción animal. b) Integrar al estudiante en los temas de la genética a nivel nacional. c) Realizar metodologías de sencilla transmisión en laboratorios de trabajos prácticos. Para ello se observaron cromosomas, como elemento transmisor de la información genética. Se procesaron cultivos linfocitarios de muestras sanguíneas de machos y hembras, identificándose cromosomas normales y con patologías, evaluándose sus consecuencias reproductivas en los rodeos. La obtención de cariotipos me permitió relacionarlos con los estudios de mapeo génico es decir, identificar y asignar determinadas secuencias nucleotídicas que codifican para genes de interés en la producción nacional a cromosomas específicos. 160 Se manejaron programas informáticos para asignación de genes de interés productivo sobre los cromosomas de Bos taurus (2n=60) integrando conocimientos básicos a la realidad socio-productiva donde se trabaja con los educandos. Se manejaron los programas Web cutter 2.0, bioinformatics.vg// biolinks y el index2shtm/. los que me permitieron identificar secuencias lineales de pares de bases de genes específicos; relacionarlos con programas que reconocen enzimas de restricción a los efectos de determinar mutaciones puntuales. Se plantea un glosario de los términos específicos de la genética utilizados en esta pasantía como forma de potenciar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Agradezco a las instituciones de PEDECIBA/UNESCO y a los integrantes del Laboratorio de Análisis Genéticos de Animales Domésticos que me permitieron cumplir con los objetivos planteados. Palinología: una ventana al pasado VIVIAN CUNS ATLÁNTIDA, CANELONES DRA. ANGELES BERI PALINOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Esta pasantía tuvo como objetivo el acercamiento a la rama de la ciencia denominada Palinología, que es el estudio de granos de polen y esporas, tanto de las plantas actuales como fósiles. Por un lado, se profundizó en las bases teóricas de esta disciplina y por otro se trabajó en relación con la creación del conocimiento incluyendo la metodología de trabajo. En primera instancia se analizó bibliografía actualizada, obteniéndose de la misma los elementos necesarios para el análisis y clasificación de muestras palinológicas fósiles y actuales. Se procesaron y analizaron muestras provenientes de sedimentos de la Formación Cerro Pelado (ex formación San Gregorio), departamento de Cerro Largo. En dichas muestras, que pertenecen al Pérmico Inferior (Paleozoico Superior), se identificaron esporas, polen y acritarcas. Sobre la base del estudio de las características estructurales y de dispersión de las mismas, se propuso el posible escenario ambiental original. Se concluyó que las muestras provenían de un ambiente acuático, con características marinas, cuya vegetación circundante estaba compuesta por Pteridofitas y Gimnospermas. Se discutieron posibles aplicaciones docentes en el ámbito de formación docente y enseñanza media. 161 Purificación de peroxiredoxin de glóbulo rojo humano MARÍA JOSÉ FERNÁNDEZ MONTEVIDEO DRA. ANA DENICOLA INSTITUTO DE QUÍMICA BIOLÓGICA FACULTAD DE CIENCIAS El glóbulo rojo está sometido a alto grado de estrés oxidativo, debido a la hemoglobina (Hb) presente en alta concentración (33% en el citosol), su autooxidación genera el radical superóxido (O.-2) que dismuta a peróxido de hidrógeno (H2O2) por la superóxido dimutasa (SOD). Para protegerse, está provisto de defensas antioxidantes, ya sea reductores de bajo peso molecular como glutatión en altas concentraciones, (2 - 5 mM) o enzimas antioxidantes como SOD, glutatión peroxidasa, catalasa y peroxiredoxina. Las peroxiredoxinas son una familia de enzimas antioxidantes recientemente caracterizada, presentes en todos los organismos, que consumen H2O2 y otros hidroperóxidos a expensas de tioles reductores. En el marco de la pasantía se procedió a la purificación de peroxirredoxina del glóbulo rojo humano, usando técnicas bioquímicas generales de separación de proteínas: cromatografía de intercambio iónico y gel filtración. Luego se analizaron las fracciones por electroforesis (SDS - PAGE) y se midieron las correspondientes actividades enzimáticas siguiendo el consumo de H2O2. La importancia de la actividad en el laboratorio en mi formación como profesora, radica en conocer el empleo de algunas de las principales técnicas bioquímicas, participar del trabajo experimental en el marco de una investigación y elaborar un póster como se acostumbra a presentar en la comunidad científica. Asimismo, esta oportunidad me permite divulgar sobre la actividad científica que se realiza en el país. Efecto de la bleomicina sobre mutante del ciclo celular SILVANA PAREDES MONTEVIDEO DRA. ELIA NUNES LABORATORIO DE RADIOBIOLOGÍA FACULTAD DE MEDICINA La bleomicina es un radiomimético que induce, entre otras lesiones, dobles roturas en el ADN (DSB). En Saccharomyces cerevisiae el gen RAD17 cumple una función supresora, de reparación de ADN y probablemente de señalización de daños del mismo. Experimentos previos mostraron que las cepas mutantes que carecen de dicho gen, sufren una disminución en su capacidad para la reparación recombinacional de las 162 DBSs y no frenan el ciclo celular al ser expuestas a la bleomicina, observándose la formación de células gigantes y presentando una sobrevida menor frente a la cepa salvaje. (Nunes et al., 2002; Bracesco et al., 2002; Soria et al., 2003; Sánchez et al., 2003.) En experimentos realizados a comienzos del 2004, el mutante rad17 resultó con tasas de sobrevida mayores que las de la cepa salvaje y se constató similar reparación de DSBs. Estos resultados: ¿respondían a un menor efecto de la bleomicina utilizada en dichos experimentos o la cepa había mutado, haciéndose más resistente? Intentando responder esta interrogante, se comparó el efecto biológico de la bleomicina (2004) con muestras utilizadas en los años anteriores, mediante el método de difusión en agar (halo de inactivación). Luego de la incubación, se compararon los diámetros de las respectivas zonas de inhibición del crecimiento: la muestra correspondiente a la bleomicina del año 2004 presentó mayor efectividad. Asimismo, se procuraron nuevas poblaciones celulares (salvaje y mutante rad17) que se analizaron utilizando medios de cultivo convencionales y bleomicina (B:1-6microgramos/mililitro). Las probabilidades binomiales de sobrevida y muerte celular en f(t,B) se estimaron por incubación en medio sólido, determinando las frecuencias relativas correspondientes a las muestras tratadas y respectivos controles. Los mutantes presentaron, nuevamente, una mayor tasa de sobrevida. Los datos indican que, en determinadas condiciones, podría expresarse una vía de reparación de ADN alternativa que no involucra al gen RAD17. Estudios genéticos en animales domésticos y su proyección al aula de biología ADRIANA QUIROGA CANELONES DRA. SILVIA LLAMBÍ ÁREA GENÉTICA FACULTAD DE VETERINARIA Durante la pasantía realizada en el Laboratorio de Genética de la Facultad de Veterinaria se plantearon una serie de objetivos y actividades, estableciéndose tres niveles de conocimiento: Nivel citológico: Conocer la metodología básica para la obtención y observación de metafases de bovinos y caninos, identificando así cromosomas 163 autosómicos y sexuales. Conocer la metodología para la confección de cariotipos (realización de cultivos linfocitarios, observación al microscopio, captura de placas metafásicas con software de análisis de imagen). Nivel molecular: Conocer distintos métodos de aislamiento de ADN de células de mamíferos y su procesamiento por técnicas de genética molecular (observación y cuantificación de ADN genómico en geles de agarosa). Realización de la técnica de extracción de ADN para su posterior aplicación en el aula de clase (utilizando material biológico sin riesgos para el desempeño con alumnos de secundaria como ser frutas o verduras a elección). La aplicación de estas técnicas permitirán mejorar la comprensión y estudio logrando de esta manera que el alumno sea un participante activo e incentivado hacia la investigación científica. Nivel bioinformático: Introducción en el manejo de los bancos informáticos de genes (GenBank), buscadores de bibliografía científica (PubMed, Medline). Familiarización con la simulación de la digestión de ADN mediante la utilización de “tijeras moleculares” (enzimas de restricción) y elaboración de mapas de restricción (programa pDraw32). Las actividades realizadas posibilitaron el acercamiento e incremento de conocimientos mediante la aplicación de estrategias y técnicas utilizadas en investigación. Dicho intercambio posibilitó la realización de una discusión y valoración sobre la aplicación a nivel de enseñanza secundaria con los recursos disponibles para mejorar la calidad de los conocimientos impartidos en el aula. Se pudo valorar el impacto producido por los avances de la genética (molecular, citogenética, bioinformática) en los últimos años y su aplicación en medicina veterinaria. Registros electrofisiológicos de la actividad neuronal MARÍA DEL PILAR RUIZ VIAZZO LAVALLEJA DR. ATILIO FALCONI NEUROFISIOLOGÍA FACULTAD DE MEDICINA A lo largo de la historia se han empleado múltiples métodos para comprender el funcionamiento del Sistema Nervioso. En el nivel de organización celular, la actividad neuronal puede registrarse desde varios puntos de vista: neuroquímico, metabólico y electrofisiológico. En el laboratorio de Neurofisiología de la Facultad de Medicina se 164 realizan registros electrofisiológicos no invasivos de la actividad neuronal en humanos y cobayos. En estos últimos se realizan también registros invasivos tanto en animales crónicos (implantados) como agudos. Estos registros se enmarcan en determinadas líneas de investigación orientadas al estudio de los estados conductuales con especial énfasis en el ciclo sueño-vigilia así como en la fisiología de los sistemas sensoriales (fundamentalmente el Sistema Auditivo). La actividad electrofisiológica del Sistema Nervioso es incesante, debido a la continua generación de potenciales locales y de acción de las células nerviosas. Esta actividad es pasible de ser explorada mediante un complejo sistema de registro que permite colectar los datos, procesarlos y representarlos en diagramas específicos. La información obtenida podrá ser cruzada con otras variables, y de esta forma obtener datos muy valiosos para comprender el funcionamiento del Sistema Nervioso “in vivo”. En el póster se expondrán las diversas técnicas de registro (electroencefalograma (EEG), eletrocorticograma (ECoG), y electrograma), así como su relevancia para el desarrollo de la Neurofisiología. Actualización en aracnología y etología ALICIA SIMÓN MONTEVIDEO DRA. CARMEN VIERA SECCIÓN ENTOMOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Se incursionó en la biología de Arañas, Escorpiones y Opiliones. Se estudiaron las principales estructuras morfológicas en migalomorfas y araneomorfas, observando en microscopio esteroscópico diferentes ejemplares y determinándolos sistemáticamente mediante el uso de claves. Se reconocieron las especies peligrosas de nuestro país, haciendo hincapié en que constituyen una franca minoría. Como contrapartida se trabajó sobre la importante función ecológica de las arañas como insecticidas biológicos naturales, gratuitos y no contaminantes, así como su papel como bioindicadores de calidad de ecosistemas. Respecto a la actualización en Etología se manejaron conceptos fundamentales del estudio del comportamiento. Posteriormente se incursionó en algunos tipos de comportamiento vitales, para ejemplificar y profundizar en aspectos metodológicos. Se realizaron estudios del comportamiento sexual en dos especies: una araña social, que forma nidos: Anelosimus studiosus y una araña cazadora, de mayor talla, conocida vulgarmente como tarántula de los jardines: Lycosa malitiosa. En ambas especies se 165 estudió comparativamente el cortejo, cópula y comportamiento postcopulatorio, realizando varias experiencias y llevando registro de la sucesión de unidades de comportamiento. Se llegó a observar bajo lupa, el proceso de inducción espermática. Otro aspecto comportamental estudiado fue el comportamiento predador en diferentes presas de arañas sociales y arañas solitarias constructoras de telas orbiculares que utilizan como trampas de captura. En otros arácnidos, se identificaron los principales escorpiones de nuestro país, estudiando en ellos el dimorfismo sexual, hábitos alimenticios, inoculación de ponzoña y posible partenogénesis. Sobre Opiliones además de su anatomía y clasificación se estudiaron sus hábitos gregarios y formas de defensa, como la liberación de sustancias repugnatorias. El trabajo de observación y experimentación se complementó con un trabajo de campo que consistió en la preparación y colocación de trampas de caída (pit-fall) en el predio de la Facultad de Ciencias con el objetivo de realizar un relevamiento de la artropodofauna del lugar. Los ejemplares colectados fueron identificados y conservados. Toda la temática fue analizada con un enfoque evolutivo, teniendo en cuenta las interrelaciones del animal con el medio y los comportamientos adaptativos como respuesta al medio. Todo ello nos indica las vinculaciones de la Etología con la Ecología y la Evolución y lo imprescindible de los estudios multidisciplinarios para lograr comprender un proceso biológico. Variación y posición filogenética de CTENOMYS PEARSONI basada en estudios de ADN mitocondrial FLORA VERÓ ROCHA DR. ENRIQUE LESSA LABORATORIO DE EVOLUCIÓN FACULTAD DE CIENCIAS Nuestro trabajo se inscribe dentro de una de las líneas de investigación que sigue el laboratorio, lo cual le otorga significatividad. En ese marco es que trabajamos con Ctenomys pearsoni (tucu-tucu), estudiando secuencias del gen del ADN mitocondrial que codifica el citocromo b. En el 2003 se realizaron en el mismo laboratorio, estudios que comprobaron la separación entre las especies Ctenomys pearsoni y Ctenomys torquatus, demostrándolo con la región de control del ADN mitocondrial. En este caso demostramos lo mismo pero con una región más conservada de dicho ADN. Además hemos comprobado que entre ambas especies existe una monofilia recíproca. 166 Para esto realizamos extracciones de ADN, amplificación por PCR (Reacción en cadena de Polimerasa) del segmento de ADN mitocondrial que codifica al citocromo b. Dicha amplificación se realizó en dos etapas, en la primera se emplearon los oligonucleótidos MVZ 05 y tuco 06 y en la segunda los oligos tuco 07 y tuco 14 a. Posteriormente, los productos de PCR fueron sometidos a electroforesis, corriéndolos en minigel de poliacrilamida. En los casos en que se obtuvo el bandeo buscado en el gel (trozos de unos 700pb) las muestras se enviaron a secuenciar al Centro Técnico de Análisis Genéticos, previa purificación. Luego de recibidas las secuencias, empleando diferentes programas informáticos se las analizó, comparó con otras provenientes de Genbank y se construyó el árbol filogenético estableciendo las relaciones entre las especies estudiadas y otras del género, empleando como grupo externo a otros roedores sudamericanos similares. 167 Área Física Propiedades eléctricas de materiales semiconductores FERNANDO BRITO MONTEVIDEO DRES. RICARDO MAROTTI Y ENRIQUE DALCHIELE INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA En esta pasantía se trabajó en la medición de las propiedades eléctricas de materiales semiconductores, utilizando diferentes técnicas y también se hicieron estudios de las propiedades ópticas de un diodo “led” a bajas temperaturas. Se realizaron básicamente tres trabajos: 1) Medición de la resistividad en muestras de ITO (In Sn O) y de Silicio. 2) Dependencia de la resistividad con la luz en distintas muestras. 3) Medición del espectro de emisión de luz de un “diodo led” a bajas temperaturas. Para esto se utilizaron diferentes técnicas, como por ejemplo el “método de las cuatro puntas” que es un dispositivo que permite medir la resistividad de muestras de materiales semiconductores. También se trabajó con un “crióstato” para poder medir las propiedades ópticas a muy baja temperatura (10 K). Las conclusiones obtenidas en la investigación realizada son las siguientes: * Para distintos materiales semiconductores podemos medir distintas resistividades utilizando el “método de las cuatro puntas”. * El efecto fotoeléctrico también es apreciable en materiales semiconductores. * Las propiedades ópticas y eléctricas de los semiconductores dependen de la temperatura (esta característica hace que los semiconductores tengan muchas aplicaciones). 168 Modelos y teorías físicas JOSÉ LUIS DI LACCIO SALTO DR. JORGE GRIEGO INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS Objetivo: - Analizar el concepto de teoría y modelo relacionado con el conocimiento científico y en particular con el contexto de la Física. Analizar el funcionamiento de las teorías físicas en varios niveles: estructural y práctico. Interacción modelo-teoría: La noción de teoría implica un conocimiento organizado. Ese conocimiento trabaja alguna de ellas a través de reglas o métodos y produce un resultado que se asocia con una explicación. Usualmente se utiliza el contexto científico para evaluar la condición de teoría de una explicación dada. Dentro del contexto científico existen condiciones que hacen a unas teorías diferentes de otras. En general, esas diferencias de contexto no se tienen en cuenta al describir las propiedades, de orden estructural y epistemológico, de las teorías científicas. Contexto de las teorías: La palabra contexto en sí misma implica la ubicación de algo en un tiempo y espacio que le proporciona a ese objeto validez y lo integra de manera tal que, fuera de ese contexto, la validez resulta modificada. Identificamos un contexto histórico y otro funcional. Dentro de los diferentes contextos se analizó el de las teorías físicas. Teorías físicas: Las teorías físicas reúnen en una estructura lógica: conceptos, leyes, principios, hipótesis que son útiles para la explicación de los diferentes fenómenos. La estructura cuenta con la cinemática y la dinámica. Algunas propiedades de la teoría son: los sistemas de referencia, la geometría espacio-tiempo y los principios guía. Principios guía: Estos principios participan en el proceso de generación de teorías. Permiten ver conexiones entre las teorías, los asociamos a los principios de mínima acción. 169 Teoría modelo: Los modelos nos permiten representar los fenómenos y las teorías, por su parte, son la estructura que explica. En esta dinámica el modelo trabaja al nivel de representación y teoría. Entonces el modelo es una representación funcional. Transductores ultrasónicos para imágenes ANA GONZÁLEZ TACUAREMBÓ DR. CARLOS NEGREIRA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS El diagnóstico por ultrasonidos es el uso de ondas de alta frecuencia para examinar estructuras dentro del cuerpo humano a partir del análisis del gráfico que se produce por la reflexión (o eco) de las mismas. Para emitir ondas ultrasonoras y captar las que fueron reflejadas por el cuerpo se utilizan pequeños accesorios denominados transductores que transforman energía eléctrica en mecánica y viceversa. Este comportamiento se debe a la propiedad de los materiales piezoeléctricos que lo componen de polarizarse al ser sometidos a un esfuerzo mecánico y deformarse si se les aplica un campo eléctrico. Es así que a partir de excitaciones eléctricas sinusoidales o pulsadas, se generan vibraciones en la cerámica piezoeléctrica, transmitidas luego a las partículas del medio. La situación ideal para emitir se produce cuando la amplitud de oscilación es máxima, es decir, cuando la frecuencia excitación coincide con una de las frecuencias de resonancia de la cerámica. En este trabajo, en primer lugar se caracteriza el espectro de una cerámica piezoeléctrica, analizando sus propiedades eléctricas y electroacústicas. Además se muestran las respuestas ecográficas de diferentes configuraciones con planos conductores y con pequeños difusores. 170 Caracterización de un diodo láser MATILDE O’NEILL MONTEVIDEO DR. ARTURO LEZAMA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA El objetivo de la pasantía fue caracterizar un diodo láser montado en un dispositivo construido en la Facultad. Buscamos determinar la longitud de onda en que se produce la emisión, el ancho de banda, la intensidad de corriente y la temperatura. La particularidad del dispositivo empleado es que el láser contiene una cavidad resonante extendida formada por la pared posterior del diodo láser y una red de difracción selectiva que devuelve el haz emitido al diodo. Con este dispositivo se busca disminuir el ancho de banda, aumentar su ganancia y controlar la longitud de onda modificando la posición de la red. Para llegar al objetivo planteado se llevaron a cabo varias etapas: 1. Un tiempo dedicado a la lectura de los principios de funcionamiento del láser en general, en particular de dispositivos similares al construido en el laboratorio. 2. Acondicionamiento del control de temperatura (Peltier), de la fuente de corriente de alimentación del láser, la caja a que se iban a conectar el fotodiodo, la fuente, el Peltier, el piezoeléctrico y el termistor. 3. Con los espejos y lentes hicimos llegar un láser Master de longitud de onda conocida e igual a la que nosotros deseamos obtener a un espectrómetro formado por una red hasta lograr la máxima ganancia. 4. Encendimos el láser cuya longitud de onda queríamos ajustar al valor del láser Master. Modificamos la posición de la lente y la red hasta lograr la máxima ganancia. 5. Alineamos el láser en estudio con el Master y fuimos variando la temperatura y la intensidad de corriente hasta que ambos haces coincidieran en el mismo punto de la escala. Comprobamos además que la longitud de onda era la buscada pasando el haz por un tubo con Rb. Observamos que correspondía a la transición en estudio. 6. Haciendo llegar el láser a un fotodiodo detector y al interferómetro de Fabry-Perot conectados al osciloscopio obtuvimos la curva de absorción de las transiciones del Rb 87 y de las frecuencias de resonancia respectivamente. Por último inyectamos los dos láseres en una misma frecuencia en un mismo detector obteniendo un batido que estudiamos en el analizador de espectros, determinando el ancho de banda. 171 Sobre cómo las experiencias simples se vuelven complejas LETICIA PERINETTI CANELONES DRES. BOVE, C.;1 CABEZA, A.;2 MARTI, A.3 INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS A pesar de que los fluidos están presentes en cualquier actividad cotidiana que realicemos, generalmente no ocupan un lugar importante en nuestra Enseñanza. Por este motivo, nos propusimos realizar algunas experiencias que dieran cuenta de algunos temas que actualmente se investigan en Física de Fluidos. Dentro de esta área de la Física, el estudio de Inestabilidades tiene especial importancia. Los fluidos ofrecen una dicotomía, en donde bajo ciertas circunstancias el mismo es laminar –constante, estable y regular– y fácilmente predecible. Bajo otras es turbulento –inconstante, inestable e irregular– y difícil de predecir. Supongamos que tenemos un sistema en cierto estado bien definido. Entendemos por inestabilidad a la situación en la cual el sistema se aparta del estado inicial al perturbarlo por algún mecanismo externo. Estas inestabilidades conducen a bifurcaciones, esto es, un cambio estructural en el comportamiento del flujo cuando se varían progresivamente uno o más parámetros. En nuestro trabajo estudiamos dos inestabilidades bien conocidas. La primera es el experimento de Taylor-Couette o inestabilidad centrífuga. Cabe señalar que nuestro estudio se centró en el análisis cualitativo de la misma, utilizando un montaje sencillo. Esta experiencia tiene la cualidad de reproducir muchos regímenes interesantes de flujo que son enteramente diferentes y sin embargo obedecen a un conjunto simple de ecuaciones. La segunda también parte de un dispositivo sencillo: un cilindro con tapa giratoria. En este caso el fenómeno que estudiamos es el rompimiento del vórtice que se forma inicialmente a medida que aumentamos la velocidad de giro de la tapa. Este fenómeno a pesar de ser muy sencillo es el mismo que se produce en muchos dispositivos ingenieriles (tuberías, maquinarias) incluso en las alas de los aviones. Lo más llamativo es que no tenemos forma de resolver las ecuaciones, exceptuando el cálculo numérico, y explicar en forma cualitativa los resultados obtenidos. 1. Prof. Enseñanza Secundaria. 2. Instituto de Física, Facultad de Ingeniería. 3. Instituto de Física, Facultad de Ciencias. 172 Computación cuántica JORGE RODRÍGUEZ MONTEBLANCO RIVERA DR. GONZALO ABAL INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA La naturaleza física de la información es insoslayable. A la tasa actual, se estima que la miniaturización en la tecnología del silicio alcanzará la escala atómica cerca del 2020. A esta escala los efectos cuánticos son relevantes y el soporte físico de la información debe ser descrito por los principios de la Física Cuántica. Esto, que a primera vista parece una complicación, puede convertirse en una nueva revolución informática. Una de las mayores ventajas que presentarían los dispositivos cuánticos para el procesamiento de información es su eficiencia, pues la mecánica cuántica permite procesar información en paralelo en forma natural, por lo que el número de operaciones elementales para realizar una tarea dada puede ser sustancialmente menor. Por ejemplo, una única operación cuántica puede actuar simultáneamente sobre 100 qubits. Para lograr el mismo efecto, una máquina clásica debería actuar secuencialmente sobre cada uno de 2100 bits. Una propuesta impracticable. El interés por construir una computadora cuántica operativa fue estimulado cuando, en 1994, P. Shor presenta un algoritmo1 que permite factorizar números enteros muy grandes en un número de pasos que varia como (ln L)3, siendo L número de bits necesarios para representar el número. Los mejores algoritmos clásicos conocidos requieren un número de pasos que varía exponencialmente [exp(L)] con el tamaño del número, lo que hace prácticamente imposible factorizar enteros de más de 100 cifras, al punto que esta operación es la base del código RSA de encriptación utilizado en transacciones electrónicas. Sin embargo, el indeterminismo asociado a las operaciones de medida en la mecánica cuántica hace difícil transmitir la información a un observador clásico. Es típico de los algoritmos cuánticos que no siempre se logra una respuesta a un determinado cálculo. En la decada del 80, R.P. Feynman fue uno de los pioneros en considerar las posibilidades del procesar información a nivel cuántico.2 Feynman observó la imposibilidad de simular eficientemente la operación de un computador cuántico a nivel clásico y esto le sugirió que los poderes de cálculo de una máquina cuántica serían mucho mayores que los de las máquinas clásicas. La simulación en una máquina clásica y en particular, la dificultad asocia1. P. Shor, Proc 35th Ann. Symp. on Foundations of Computer Science, Los Alamitos, CA, IEEE Press, p. 124, (1994). 2. R.P. Feynman, Int. J. Theo. Phys, 21, 467 (1982). 173 da a obtener la información al final del cálculo cuántico, se observa claramente en la simulación (ineficiente) de una máquina de Feynman en un ordenador clásico. Búsqueda de cometas y asteroides PABLO TRAVIESO MONTEVIDEO DR. GONZALO TANCREDI INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS En la primera etapa, el trabajo consistió en coordinar actividades de búsqueda, reconocimiento y clasificación de objetos en base a las investigaciones realizadas por el proyecto B.U.S.C.A. (Búsqueda Uruguaya de Supernovas, Cometas y Asteroides), cuyo objetivo central es el descubrimiento y seguimiento observacional de objetos cercanos a la tierra que puedan representar en el futuro un riesgo a la misma. En base a este trabajo de investigación se elaboró una actividad que podrá implementarse en Institutos de Educación Secundaria de nuestro país. La misma consiste en obtener imágenes proporcionadas por el Observatorio Astronómico Los Molinos y utilizando el programa ASCAT (Asteroid Catcher B-612), se pueda proceder a la identificación y determinación de las posiciones de diferentes objetos comprendidos en dichas imágenes. En una segunda etapa a partir de imágenes de los satélites galileanos de Júpiter, también proporcionadas por el Observatorio Astronómico Los Molinos, se determinó el período de rotación y la distancia al planeta. Con estos valores se aplicó la tercera Ley de Kepler para determinar la masa del planeta. Con la medición del radio de Júpiter se pudo estimar la densidad del planeta. 174 Química Síntesis de derivados de N-óxido de indazol como potenciales fármacos antichagásicos GUILLERMO APOTHELOZ MONTEVIDEO DRA. MERCEDES GONZÁLEZ FACULTAD DE QUÍMICA La tripanosomiasis americana o enfermedad de Chagas es una infección parasitaria histídica y hemática producida por el protozoario flagelado Trypanosoma cruzi. Los vectores de esta enfermedad son varias especies de insectos triatomineos hematófagos tales como la Triatoma infectans (vinchuca) y la infestación se realiza a través de sus eyecciones contaminadas. En la fase crónica de la enfermedad, los pacientes son afectados por lesiones cardíacas y alteraciones del tracto digestivo, que pueden llevarlos a la muerte. La quimioterapia de la enfermedad está limitada principalmente a los fármacos Nifurtimox y Benznidazol. En la búsqueda de potenciales fármacos antichagásicos, se plantea el estudio de los sistemas N-óxido de indazol, que presentan el agrupamiento N-óxido. El rol del grupo N-óxido como “atrapador” de electrones en el medio biológico ha sido evidenciado por estudios electroquímicos y espectroscópicos, generando al reducirse especies radicalarias citotóxicas. La síntesis de los derivados de N1-óxido de indazol se lleva a cabo en dos etapas. Etapa 1: se hace reaccionar o-nitrobenzaldehído con aminas primarias tanto aromáticas como alifáticas y cianuro de potasio utilizando ácido acético como disolvente. En dicho procedimiento se utilizaron tres aminas primarias, dos aromáticas (p-iodoanilina y p-nitroanilina) y una alifática (2cloroetilamina), obteniéndose las alfa-cianoaminas correspondientes con rendimientos moderados. Etapa 2: la posterior ciclación de las alfa-cianoaminas en trietilamina conduce a la obtención de los derivados 3-cianoindazol- N1-óxido N2 sustituido con rendimientos de buenos a moderados. Los productos se purificaron por recristalización de etanol. Los productos obtenidos se identificaron por espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). 175 Predicción de las especies químicas presentes en muestras ambientales LILIANA BENÍTEZ MALDONADO DRA. JULIA TORRES FACULTAD DE QUÍMICA En este trabajo se analiza la formación de iones complejos de Cd (II) en presencia de dos ligandos, ácido nitrilotriacético (NTA) y ácido cítrico (CIT), a nivel ambiental. Las constantes de equilibrio de formación de complejos de Cd con NTA y CIT se determinaron mediante potenciometría. Los iones de metales pesados que originan mayor preocupación con relación al agua son los cationes de cadmio, plomo y mercurio. Estos metales son tóxicos aun en cantidades reducidas y constituyen la fuente principal de contaminación de toda la biosfera. La industria metalúrgica y en particular la de las técnicas de galvanizado, elimina al ambiente residuos entre los que se encuentra el metal cadmio. El cadmio se utiliza en ciertas soldaduras, la fabricación de pinturas y también es un componente de las baterías de níquelcadmio. Defensas químicas de San Antonios EMILIA FIGUEROA MONTEVIDEO DR. ANDRÉS GONZÁLEZ CÁTEDRA DE FARMACOGNOSIA Y PRODUCTOS NATURALES FACULTAD DE QUÍMICA Conocer y comprender los mecanismos de comunicación en los insectos ha permitido explotar nuevas posibilidades de control de plagas. Las ventajas de su uso son muchas: no son contaminantes para el hombre ni el medio ambiente, no son agentes letales, son específicos y se utilizan en pequeñas cantidades. El control de plagas, basado en el uso de insecticidas sintéticos, ha generado una áspera controversia entre sus ventajas: el exterminio de plagas, gran eficacia y bajo costo, y los inconvenientes, que acarrea impacto desfavorable sobre organismos útiles y medio ambiente. Por ello el estudio para el desarrollo de nuevos insecticidas es muy importante. El avance científico y tecnológico de las últimas décadas ha facilitado la implementación de métodos diversos de utilización de enemigos naturales adaptados a distintas situaciones. La tendencia actual es 176 desarrollar sistemas productivos con baja o nula carga de productos tóxicos, con el objetivo de rescatar la calidad de vida y la defensa del ambiente. Objetivo de trabajo macro: Identificar desde el punto de vista químico los alcaloides presentes en las defensas químicas de Artrópodos. Plantear su síntesis estudiando, por ejemplo, si su obtención depende de su alimentación o no, y cuáles son los procesos y reacciones químicas a través de las cuales los Artrópodos logran obtenerla como producto para su defensa, así como el estudio de las feromonas de plagas. También en otra línea de investigación mediata estudiarlo como posible recurso para utilizarlos en plantaciones como insecticida de Control Biológico Aplicado. Dentro de ese marco nuestro trabajo fue realizar un pequeño aporte, aislar e identificar uno de los alcaloides presentes en las defensas químicas (hemolinfa) de Eriopis connexa (Germar). En Uruguay esta especie fue introducida en 1919 desde Francia. Hay que destacar que han sido una fuente importante de alcaloides novedosos, en los que se han encontrado estructuras diferentes y se han podido identificar una variedad de ellos (Fig.2). También hay información sobre sus propiedades repelentes y tóxicas, así como sobre su biosíntesis. Objetivo de la pasantía: Vivenciar la metodología de investigación en una línea de trabajo directamente relacionada con los productos naturales, ecología y cuidado del medio ambiente. Vivenciar cómo se “descubre” la química de esas sustancias, su fórmula global y estereoquímica. Analizar los temas del programa de 2o. ciclo con respecto a los conocimientos básicos requeridos para el estudio terciario. Su difusión a nivel de otros docentes y a nivel de aula. La metodología empleada fue un proceso que incluyó: disolución, separación de fases, evaporación a vacío, cromatografía y revelado, hasta obtener la sustancia a identificar lo más pura posible. Posteriormente análisis para poder deducir la fórmula del alcaloide encontrado. Se prepara un vial para correr en el GC (cromatografía de gases) se corre también en GCMS (cromatografía de gases acoplada a espectrómetro de masas), se preparó una muestra para realizar una Resonancia Magnética (NMR) y un IR. 177 Síntesis y caracterización de compuestos de paladio con tiosemicarbazonas GRISELDA FIRPO LARRAZÁBAL RIVERA DRA. DINORAH GAMBINO CÁTEDRA DE QUÍMICA INORGÁNICA FACULTAD DE QUÍMICA El trabajo realizado se enmarca en el área de la Química Bioinorgánica en una investigación para el desarrollo de nuevos compuestos metálicos con potencialidad terapéutica. Se realizó la Síntesis, caracterización estructural y estudios de solubilidad y estabilidad de compuestos de coordinación de Pd con tiosemicarbazonas bioactivas. La experiencia fue muy positiva en varios aspectos. En lo procedimental, el manejo de instrumental de laboratorio; en lo epistemológico, el conocimiento de la manera en que se crea el conocimiento científico. Se trata de una vivencia muy valiosa que lleva a la reflexión sobre nuestra práctica docente para quienes trabajamos diariamente enseñando ciencias. Mecanismos de fijación de nitrógeno en plantas MELODY GARCÍA MONTEVIDEO DRA. ELENA FABIANO DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA IIBCE Introducción: El Laboratorio de Ecología Microbiana destina sus investigaciones al estudio de microorganismos que promueven el crecimiento de las plantas, analizando los sistemas de transporte de hierro presentes en las bacterias promotoras del crecimiento vegetal como son Sinorhizobium meliloti y Herbaspirillum seropedicae. Actividades desarrolladas: 1. BIOTECNOLOGÍA: a. Inoculación de semillas de alfalfa. Objetivos: a. Evaluar si la disponibilidad de hierro y manganeso afectan la simbiosis de S-meliloti. 178 b. Evaluar si las mutaciones en los genes Fur- e Irr- afectan la simbiosis de S-meliloti-alfalfa. Las bacterias denominadas rizobios pueden fijar el nitrógeno atmosférico, invadiendo las raíces y formando nódulos radiculares constituyendo una asociación benéfica (simbiosis). Con cepas de estas bacterias, se inoculan semillas de alfalfa sembradas en tubos, observando la aparición de nódulos radiculares a partir de la tercera semana. Preparación y evaluación de un potencial radiofármaco de 99mTc para diagnóstico de hipoxia basado en complejos Tc (I) carbonilos ANA LABASTE CANELONES DRA. ANA REY CÁTEDRA DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA La Medicina Nuclear es la técnica diagnóstica basada en el perfil de distribución de compuestos radiactivos, los radiofármacos. Presenta la ventaja, frente a otras modalidades de diagnóstico, de proveer información sobre la funcionalidad de los órganos. El 99mTc es el radionucleido más utilizado. Es un metal de transición capaz de ser combinado con diferentes moléculas formando compuestos de coordinación. Este trabajo está enfocado al desarrollo de un potencial radiofármaco para la detección de hipoxia, de gran interés, porque ocurre en condiciones patológicas que disminuyen la vascularización de la zona afectada. Para ello se utilizó el ligando que contiene el grupo nitro como farmacóforo biorreductible y grupos imidazoles que permiten la unión del 99mTc a través de la formación de un complejo Tc (I)(CO)3. Se preparó el precursor Tc(I)(CO)3(H2O)3 por 2 métodos, utilizando CO(g) o kits comerciales. Se realizaron controles por HPLC y se estudiaron sistemas cromatográficos alternativos, comprobándose su viabilidad para discriminar las impurezas radioquímicas. Posteriormente se realizó la sustitución del ligando, estudiándose las especies obtenidas, su estabilidad, carga y biodistribución en ratones normales. La sustitución se produjo con un alto rendimiento (>90%). El análisis cromatográfico reveló 2 picos principales de Tr=17 y 18 minutos, que constituyeron el 95,7% de la actividad total. Dicho perfil se mantuvo incambiado durante 3,5 horas. El estudio electroforético, (30’ y 45’) mostró carga positiva. Los estudios de biodistribución (30’) destacaron captación relativamente alta en sangre (6%), hígado (35%), riñón (15%) y eliminación similar vía urinaria y hepatobiliar. 179 Estos resultados permiten concluir que la marcación se realizó con éxito, debiéndose continuar los estudios de estructura y biológicos para confirmar la potencialidad del radiofármaco destinado a hipoxia. Agradecimientos: UNESCO, Pedeciba-Química, Ana Rey, Laura Fornaro, Eduardo Savio, Cristina Ures, Mariella Terán, Elsa León, Javier Giglio, Victoria Trindade, Edgardo Saucedo, Andrés Cuña. Síntesis y estudio de una muestra cerámica superconductora de alta temperatura crítica ROSARIO RODRÍGUEZ CANELONES · · · DR. ALVARO MOMBRÚ LABORATORIO DE CRISTALOGRAFÍA FACULTAD DE QUÍMICA Durante esta pasantía se trabajó en la síntesis del compuesto YBa-Cu-O por el método cerámico y su posterior oxigenación para obtener YBa-Cu-O7 (YBCO). El seguimiento de la reacción y la caracterización de los productos (parciales y final) se realizaron a través de medidas de difracción de rayos X de las muestras en polvo. Posteriormente se comprobó la existencia de superconductividad del compuesto sintetizado. Esta propiedad se determinó a baja temperatura (77 K). Resumen de actividades desarrolladas durante junio 2004 ANABEL VIDAL CANELONES DRA. A. GROMPONE LABORATORIO DE GRASAS Y ACEITES FACULTAD DE QUÍMICA I) Actividades realizadas en el Laboratorio que propenden a ampliar conocimientos en el área de investigación de la pasantía. En particular detallo: 1. Extracción de lípidos de semillas por técnica de Soxhlet. 2. Extracción de lípidos de alimentos mediante mezcla de solventes. 3. Determinación del Índice de acidez de un aceite. 4. Refinación de un aceite. 5. Determinación de Punto de fusión de diferentes muestras lipídicas en capilar abierto y cerrado. 180 6. Preparación de ésteres metílicos para la determinación de la composición en ácidos grasos de una muestra. 7. Análisis cualitativo de las clases lipídicas (TLC). 8. Visualización e interpretación de cromatogramas de gases y termogramas. 9. Determinación del Indice de saponificación de una muestra lipídica. (60 horas). II) Actividades que promueven una actitud de mayor compromiso entre el rol del docente/investigador de ciencia y el desarrollo socioeconómico del medio. 1. Asistencia a: Clases teóricas del curso de Grasas y Aceites (5 clases de 1 hora y media). 2. Asistencia a “Curso sobre Detergentes y Jabones“, dictado por la Dra. María A. Grompone y Dra. Matilde Soubes en el marco de actividades de apoyo a ONG (4 clases de 1 hora y media). 3. Participación en la optimización del proceso de Obtención de Biodiesel para ONG “Unión Ibirapitá” (quienes suministraron el aceite empleado como materia prima) en colaboración con los estudiantes Andrés Dickson y Aníbal Galán de la Facultad de Química. (35 horas de laboratorio). III) Acercamiento a distintas áreas de investigación mediante visita guiada por la Prof. Grompone al “Polo de Desarrollo Tecnológico”, con el propósito de ampliar la visión de conjunto del nivel de desarrollo de la Investigación Científica en el Uruguay aplicada a la resolución de aspectos emergentes de interés. (3 horas) IV) Adaptación y puesta a punto de una técnica de producción de Biodiesel ajustada al tiempo de clase para cursos de 6º año de Medicina e Ingeniería de los programas vigentes. (10 horas de laboratorio) V) Búsqueda de información y utilización de bibliografía acorde con las actividades desarrolladas (horas no contabilizadas). 181 Reacciones enzimáticas aplicadas a la síntesis de compuestos orgánicos quirales LILIANA VOLPI ARTIGAS DRA.VALERIA SCHAPIRO DPTO. DE QUÍMICA ORGÁNICA FACULTAD DE QUÍMICA El grupo de investigación de la Cátedra de Química Orgánica trabaja con una muestra de bacterias mutantes Pseudomonas Putidas F39/D. A partir del cultivo de las mismas y su posterior contacto con tolueno son inducidas enzimas dioxigenasas que provocan la dihidroxilación de las moléculas de Benceno que posee un grupo X. X: Cl, Br, I, etc. La combinación de esta biotransformación con la utilización de lipasas constituye una herramienta sintética valiosa. A partir de allí obtienen diferentes productos tales como aminoácidos, terpenos, etc. En el marco de este proyecto se trabajó intentando proteger uno de los hidróxilos de un compuesto con un ácido catalizando la reacción con lipasas (enzimas) y luego se intenta realizar una hidrolisis selectiva de un diol acetilado, catalizando la reacción con lipasas. 182 Nómina de nuevos investigadores que participaron de la experiencia, 2005 Biología Química Facultad de Ciencias Facultad de Química Dra. Estela Castillo Sección Bioquímica Dr. Adriana Cousillas Laboratorio de Toxicología Dra. Ana Ramón Sección Bioquímica Dr. Patrick Moyna Cátedra de Farmacognosia y Productos Naturales Facultad de Medicina Dra. Karen Ovsejevi Cátedra de Bioquímica Dra. Leda Roche Departamento de Genética Dra. Carmen Manta Cátedra de Bioquímica Dr. Fernando Zinola Laboratorio de Electroquímica 183 Nómina de profesores que participaron de la experiencia, 2005 Área Biología Área Física Yamil BALDASSARI Liceo Nº 53 Montevideo Bruno ANTOGNAZZA Centro Regional de Profesores del Sur Canelones Nancy BIANCHI Instituto de Formación Docente de Mercedes Soriano Marcela BALLESTA Liceo Carlos Vaz Ferreira Montevideo Patricia LUNA Instituto de Formación Docente Rocha Nelson BONANSEA I.D.A.E. San José de Mayo Andrea MEDEROS Liceo Nueva Helvecia Colonia Gabriel CARRIQUIRY Centro Regional de Profesores del Sur Canelones Carmen MENA Liceo Nº 26 Montevideo Gloria MACHADO Salto Gustavo NAYA Liceo Nº 1 Sta. Lucía Canelones Víctor Hugo PEREIRA Liceo Nº 1 “Dra. Celia Pomoli” Rivera Teresita ROSA Centro Regional de Profesores del Este Maldonado Luis SALGADO Liceo Nº 2 Paysandú Miguel SANTIAGO Centro Regional de Profesores Rivera Manuela SILVEIRA Liceo Nº 48 Montevideo José SOUZA Liceo Nº 2 Artigas 184 Área Química Marisa ARRIOLA Liceo Nº 2 Pando Canelones Patricia FAGÚNDEZ Liceo Nº1 Rivera Leticia KULAS Liceo Nº 29 “Alicia Goyena” Montevideo Analía OTTE Liceo Nº 2 Pando Canelones Sandra MARTÍNEZ Liceo de Barros Blancos Canelones Marisa RODRÍGUEZ Liceo Nº 57 Montevideo Andrea MELONI Liceo Nº 2 A. M. Grompone Salto Laura VIANA Liceo N°1 Tacuarembó Luis VILLANUEVA Liceo Nº 2 Las Piedras Canelones 185 III Encuentro-Taller de pasantes PEDECIBA-UNESCO 30 de setiembre-1º de octubre de 2005 Resúmenes Área Biología Diferenciación en especies de peces anuales endémicas del Río Uruguay YAMIL BALDASSARI LICEO N° 53 MONTEVIDEO DRA. GRACIELA GARCÍA GENÉTICA EVOLUTIVA FACULTAD DE CIENCIAS El presente trabajo se inicia con el preparado del material para utilizar en el laboratorio (autoclavado), se continúa con experimentos de extracción y preparado de ADN de ejemplares procedentes de Argentina. Luego se realizan experimentos de amplificación in vitro vía PCR de secuencias de citocromo b mitocondrial, la secuencia que se amplifica corresponde a un fragmento de aproximadamente 800 pares de bases de citocromo b mitocondrial. El producto obtenido en la amplificación se purifica mediante un el uso de un “kit” comercial, se estima la concentración del producto antes de ser enviado a secuenciar. A continuación las secuencias se editan visualmente en programas computacionales, se alinean y por último se realizan los análisis filogenéticos. Investigación de talasemias en el Uruguay NANCY BIANCHI INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE DE MERCEDES SORIANO DRA. LEDA ROCHE GENÉTICA FACULTAD DE MEDICINA El trabajo de investigación realizado durante la pasantía en la Cátedra de Genética de la Facultad de Medicina por la profesora Nancy Bianchi teniendo como tutora a la doctora Leda Roche, consistió en profundizar la investigación llevada a cabo por el Mag. Julio da Luz, en el marco de su Tesis de Maestría. Esta consistió en la determinación de la frecuencia de hemoglobinopatías en dos sub-poblaciones afro-uruguayas. Las hemoglobinopatías son las enfermedades hereditarias monogénicas más frecuentes en el mundo y se clasifican en: a) hemoglobinopatías estructurales; b) talasemias y c) persistencia hereditaria de hemoglobina fetal. 189 Las talasemias son anomalías genéticas en las cuales mutaciones en los genes de las globinas alfa o beta generan una disminución o ausencia de síntesis de las cadenas codificadas por estos genes y por consiguiente una reducción en el contenido de hemoglobina y un desbalance en la tasa de cadenas de alfa y beta globinas. En el trabajo del Mag. da Luz se encontró una frecuencia de 0,292 de portadores de la alfa talasemia 3,7 en la población afro-uruguaya. Esta alfa talasemia se encuentra a elevadas frecuencia en África y la región del Mediterráneo (España, Italia, etcétera). Los portadores de esta talasemia presentan anemia microcíticas e hipocrómicas leves y pueden ser confundidas con déficit de hierro y/ o beta talasemias. Debido a lo expuesto anteriormente estas talasemias pueden estar subdiagnosticadas, al ser interpretadas como déficit de hierro y por lo tanto con un tratamiento inadecuado como la administración de hierro en forma oral. Como la población uruguaya está formada por el aporte de poblaciones de origen caucásico, principalmente de origen mediterráneo (españoles e italianos), de origen africano y amerindias. Como la alfa talasemia 3,7 es frecuente en poblaciones mediterráneas y africanas es importante determinar la contribución de esta a la generación de anemias microcíticas e hipocrómicas. Por otra parte en la población mediterránea hay otras mutaciones generadoras de alfa talasemias como la alfa Med, 20,5 y 4,2, las cuales también producen estas anemias. Con la metodología realizada también se buscara la presencia de beta talasemias. El trabajo de laboratorio realizado durante la pasantía consistió en: a) Electroforesis de hemoglobina en acetato de celulosa para descartar la presencia de beta talasemias por un aumento de la hemoglobina A2 (HbA2) en las muestras de sangre de pacientes con microcitosis e hipocromía. b) Extracción de ADN de muestras de sangre de pacientes del Hospital Maciel con microcitosis e hipocromía. c) Se realizó el diagnóstico de alfa talasemias deleccionales: alfa Med y alfa 20.5 por amplificación de los alelos mutantes y normales en un termociclador utilizando la técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) Visualización de los productos amplificados por electroforesis en agarosa al 1% con bromuro de etidio y registro en cámara digital Kodak DC 120. 190 Caracterización de la mutación ureA1 y estudios de la expresión del gen silvestre ureA en respuesta a diferentes fuentes de n2 en Aspergillus nidulans PATRICIA LUNA INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE ROCHA DRA. ANA RAMÓN PACHECO BIOQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS En el laboratorio de Bioquímica de la Facultad de Ciencias en que realicé la pasantía, se estudia el moho Aspergillus nidulans, particularmente las permeasas de la urea que actúan a nivel de su membrana. La propuesta de trabajo que me hizo la doctora Ramón fue la de caracterizar a la mutación ureA1 y también estudiar la expresión del gen ureA en diferentes condiciones de fuentes de nitrógeno. Para realizar este trabajo fue necesario utilizar gran cantidad de técnicas de biología molecular: amplificación de ADN por la técnica de PCR, electroforesis en gel de agarosa, extracción de ARN posterior a la represión/inducción. Para realizar los trabajos anteriormente mencionados fue necesario realizar cultivos de diferentes cepas de Aspergillus nidulans y pude aprender sobre diversos aspectos de su ciclo vital. En cuanto a los resultados obtenidos, se pudo identificar la mutación que se estaba buscando y pude apreciar la utilidad de las herramientas informáticas para establecer las correlaciones correspondientes. El trabajo de expresión génica, para el que extrajimos ARN proseguirá con otras investigaciones y tan sólo tenemos datos preliminares. Para comprender lo que estaba haciendo, tuve que estudiar mucho el tema en sí y revisar conocimientos hace mucho tiempo estudiados. Además en muchos casos estuve trabajando por primera vez con técnicas que conocía sólo en teoría. 191 Proyección de las Tecnologías genéticas en la producción animal. Diseño para diferenciar las frecuencias alélicas en producciones bovinas (Holando Uruguayo/Criollo) ANDREA MEDEROS LICEO NUEVA HELVECIA COLONIA DRA. ALICIA POSTIGLIONI ANÁLISIS GENÉTICOS FACULTAD DE VETERINARIA En nuestro país el principal rubro productivo está dado por la explotación de las razas bovinas en producción de carne, leche, etcétera. La localidad donde actualmente se imparte la docencia secundaria (Departamento de Colonia) se caracteriza por la producción lechera. Hoy, la producción láctea también está destinada a subproductos como lo es la industria quesera. La raza Holstein-Friesian (Holando-Uruguayo) es seleccionada para producción lechera (en litros), introduciéndose a la industria de derivados lácteos. Ciertas variantes alélicas de las proteínas lácteas (caseínas) tienen influencia sobre la calidad quesera. Este grupo de genes (haplotipo) se encuentra ubicado en el cromosoma 6 del cariotipo bovino (BTA6). Se demuestra la acción de la selección artificial sobre ciertas variantes de las caseínas. Se estudiaron sus frecuencias alélicas en 2 muestreos poblacionales bovinos: a) Holando-Uruguayo, seleccionados para producción lechera (tambos) (grupo problema); b) bovinos Criollos sometidos esencialmente a la selección natural (grupo control). Se experimentaron técnicas que se realizan en el laboratorio: a) extracción de ADN genómico; b) amplificación en cadena de la polimerasa (PCR); c) reconocimiento de secuencias nucleotídicas por enzimas de restricción (RFLP); d) cultivo de linfocitos para confección de cariotipos. Se realizó extracción de ADN genómico en muestras de bovinos (machos y hembras) y cultivos linfocitarios para conocer los cromosomas del bovino. Se estudió el diseño experimental basado en el cálculo de las frecuencias alélicas para las variantes (A y B) de la &#61547;-caseína. Se compararon las muestras problema, control y otras tomadas al azar de la población uruguaya, encontrándose diferencias marcadas por el porcentaje de heterocigotos: a) Holando-uruguayo seleccionado (48%); b) Holando-uruguayo tomado al azar (37%); c) Criollo uruguayo (50%). La pasantía me permitió introducirme en la metodología científica y ver la incidencia de las nuevas tecnologías genéticas en la producción local y nacional, integrando conocimientos básicos a la realidad socioproductiva a los efectos de trasmitirlo al aula. 192 La información sensorial y el ciclo sueño vigilia CARMEN MENA LICEO N° 26 MONTEVIDEO DRA. MARISA PEDEMONTE NEUROFISIOLOGÍA FACULTAD DE MEDICINA El tema central de investigación del Laboratorio es el ciclo sueño vigilia y su relación con la información sensorial. Los animales superiores muestran variaciones cíclicas en muchas de sus funciones. Existen ciclos de diferente duración, el del sueño y vigilia es uno de los ritmos circadianos más evidentes. El sueño a su vez, está constituido por dos estados, sueño lento y sueño paradójico, enmarcados en lo que constituye un ritmo circadiano intrínseco. La información sensorial y el ciclo sueño vigilia presentan una relación funcional recíproca. La entrada sensorial o su privación alteran dicho ciclo. La falta de entrada sensorial auditiva por destrucción de las cócleas determina alteraciones del ciclo. Esto es un aumento total del sueño a expensas del sueño paradójico. Estos antecedentes apoyan la hipótesis de que la privación de entrada olfatoria produciría cambios en el ciclo sueño vigilia. Se utilizan como animales de experimentación cobayos machos adultos. Mediante cirugía se implantan electrodos en distintas zonas, fijados con acrílico dental. Estos electrodos se unen a un conector para poder realizar los registros correspondientes. Los cobayos son sometidos a períodos de luz y oscuridad de 12 horas de duración a 24 °C. Se realizan registros controles, y posteriormente se lesionan los receptores olfatorios. Esto determina la pérdida del sentido del olfato, lo que se denomina anosmia. Los registros se realizan periódicamente, son analizados y clasificados. Los resultados obtenidos se comparan con aquellos de animales normales. Durante la pasantía los registros observados se corresponden con la hipótesis. En animales anósmicos se observa una disminución del tiempo total y sueño IV, con un aumento total del sueño de ondas lentas. La información sensorial que llega al cerebro nos permite mantenernos en contacto con el mundo exterior. Este contacto lo mantenemos también, durante el sueño a través de los diferentes sistemas sensoriales, como lo son por ejemplo el auditivo y el olfatorio. 193 Dada las diferencias obtenidas en animales sordos y en animales anósmicos se puede concluir que las distintas entradas sensoriales actuarían de modo particular en cada caso, modificando el ciclo sueño vigilia. El póster contiene fotos e imágenes de los registros. Contribución a la caracterización de un gen con Homeobox del parásito M. corti GUSTAVO NAYA LICEO Nº 1 STA. LUCÍA CANELONES DRA. ESTELA CASTILLO BIOQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS El filo Platelmintos, presenta especies que desarrollan dos formas de vida: libre y parásita. Los Cestodos y Tremátodos, son Platelmintos, que se caracterizan por ser parásitos, tanto de animales como del hombre (zoonosis), de importante prevalencia e incidencia a nivel nacional y mundial. Echinococcus granulosus –agente causal de hidatidosis-echinococosis– representa el ejemplo de Cestodo, Cilofilideo, más conocido. Caracterizado por un complejo ciclo evolutivo y su difícil manejo para experimentación, en el laboratorio. Como consecuencia, se ha recurrido al Mesocestoides corti (Smyth, 1990), un modelo de Cestodo, Ciclofilideo, parásito, que ha diferencia de E. granulosus, resulta apto –por su adaptabilidad al cultivo “in vitro”–, para investigar la expresión de genes durante su desarrollo, a los efectos de obtener información sobre la biología de los Cestodos y elaborar estrategias de lucha contra los parásitos. Tanto en invertebrados (Platelmintos) como en vertebrados, se encuentran y expresan de manera similar, un grupo de genes, conocidos como genes con Homeobox. Tienen como característica común, la presencia de una secuencia nucleotídica de 180 pb, que codifica para un dominio proteico de 60 aa –dominio homeótico–, involucrados en el diseño corporal o hasta el destino celular en animales superiores. En particular los llamados Hox –uno de ellos, objeto de nuestro estudio (H7)– se vinculan a patrones de expresión espaciales y temporales de los genes, encargados de la regionalización del cuerpo, determinar la posición de cada órgano y su sistema, así como la polaridad embrionaria, o sea, la determinación de ejes: antero-posterior, dorso-ventral, derecha-izquierda. En el marco del estudio del desarrollo del segundo estadio larvario (tetratiridio) de M. corti, el presente trabajo se centró, en una primera 194 etapa, en la amplificación por PCR y purificación, a partir de ADNc, de un gen Hox (H7), obtenido previamente por RT, su posterior clonación y finalmente su aislamiento y caracterización o secuenciación. Eventualmente queda abierta la posibilidad futura de conocer su expresión, en el proceso de desarrollo del M. corti. El otolito nos cuenta el tiempo de vida de los peces TERESITA ROSA CENTRO REGIONAL DE PROFESORES DEL ESTE MALDONADO DR. WALTER NORBIS ECOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Objetivo: conocer el crecimiento de la corvina blanca (Micropogonias furnieri) en base al conteo de los anillos de crecimiento en sus otolitos. La corvina blanca (Micropogonias furnieri) es un teleósteo de la familia Scianidae, se distribuye desde la costa de Venezuela hasta Bahía Blanca (Argentina). En el Río de la Plata así como en las aguas costeras oceánicas de jurisdicción exclusiva uruguaya, en la zona común de pesca argentinouruguaya el recurso está compuesto por lo menos por dos poblaciones diferentes: la población “platense” y la población “riograndense”. De éstas, la más importante para la flota uruguaya es la población “platense” que tiene una importante área de desove y zona de cría en la costa uruguaya del Río de la Plata. Su pesquería ocupa el segundo lugar en los desembarques uruguayos y es el principal recurso capturado mediante arrastre costero. La corvina blanca es una especie nectobentónica, que exhibe un comportamiento de mersal sin migraciones verticales (Isaac, 1988; Vazzola,1991). Forma grandes cardúmenes cerca del fondo a profundidades de hasta 40 m, principalmente en los fondos arenosos y fangosos. El estudio de la edad y crecimiento en los peces es importante pues permite conocer la edad a la que se reproducen por primera vez y la edad a la que podrían ser capturados. La edad del pez puede determinarse por diferentes métodos, en este caso se optó por un método anatómico, por enumeración de marcas de crecimiento formadas en los otolitos. El otolito es una estructura calcárea formada por carbonato de calcio y otolina (proteína), que se encuentra en el órgano auditivo del pez. Existen tres en cada órgano auditivo y para este trabajo se tomó el “Sagitta” que es el más grande y es utilizado también con fines taxonómicos. 195 Es relevante destacar que los otolitos no sufren descalcificación. En este trabajo se tomaron otolitos secos del proyecto Eco Plata, seleccionando éstos en base a la talla de los individuos, intervalos de 4 cm (2 representantes de cada uno), un total de 28 otolitos. Se procedió a fijar en resina, bajo campana, (24 horas de sacado) y luego acortar láminas finas de 0,3 mm, para poder observar en lupa binocular realizando el conteo de marcas de crecimiento. Los anillos (marcas) de crecimiento opacos y translúcidos, se visualizan y en el caso de la corvina blanca, los opacos corresponden a un año de vida. Se procede por conteo a determinar la edad de los individuos seleccionados. Se realiza el análisis estadístico (Excel) de los datos, determinando la relación entre variables, con un nivel de confiabilidad del 95%. Esta relación nos muestra cómo es el crecimiento de la especie. Se trabajó también con los datos del proyecto Eco Plata relacionando peso, espesor, largo y ancho de los otolitos con la talla del pez. Finalmente se concluye que la determinación de la edad en base a la lectura del crecimiento de otolitos es un método confiable que permite generar un modelo matemático que relaciona talla y edad brindando información útil para realizar un adecuado manejo del recurso. Arácnidos: diversidad, distribución y filogenia MIGUEL SANTIAGO CENTRO REGIONAL DE PROFESORES RIVERA DR. MIGUEL SIMÓ ENTOMOLOGÍA FACULTAD DE CIENCIAS Durante la pasantía se realizaron actividades de estudio teóricas y prácticas sobre la Clase Arachnida, basadas, principalmente en la amplia diversidad que ésta presenta. Entre las actividades realizadas se citan: La utilización de claves para identificar los Órdenes de arácnidos, así como las principales familias del Orden Araneae y las especies del Orden Scorpiones de nuestro país. La participación en el ciclo de seminarios sobre arácnidos, realizados en el Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable. La realización de trabajos de campo en el Departamento de Rivera (Parque Gran Bretaña) donde se recolectaron ejemplares de diversos órdenes para su posterior identificación. La visita a la colección aracnológica de la Facultad de Ciencias, al microscopio electrónico de barrido y de transmisión. 196 La elaboración de propuestas didácticas que podrán ser aplicadas en la formación de nuevos profesores de biología o en contenidos programáticos de biología de enseñanza secundaria. Lecturas de trabajos científicos publicados por especialistas de nuestro medio. La familiarización con el empleo de técnicas de conservación de arácnidos y del uso de instrumental científico para su estudio (microscopio estereoscópico y cámara clara). Métodos microscópicos para el estudio de alteraciones en el epitelio ciliado de las vías respiratorias JOSÉ SOUZA LICEO Nº 2 ARTIGAS DRA. M. MÓNICA BRAUER BIOLOGÍA CELULAR IIBCE Mi pasantía se llevo cabo en el Laboratorio de Biología Celular del IIBCE a cargo de la doctora M. Mónica Brauer. El objetivo de la misma fue por un lado aprender y acercarme a la realidad de la ciencia en nuestro país, por otro lado quise tratar un tema que luego lo pudiera transmitir a mis alumnos, a las comunidades educativas donde trabajo. Mi trabajo está relacionado con el estudio de las alteraciones de las cilias del epitelio respiratorio de los pacientes crónicos. Para eso se utilizan la microscopía electrónica de transmisión y barrido. De manera similar a lo que ocurre con los pacientes respiratorios, los fumadores presentan alteraciones filiares, que no son congénitas sino adquiridas. Mi estudio se centro en los métodos microscópicos para el estudio de las alteraciones del epitelio ciliado de las vías respiratorias, haciendo énfasis en los efectos del tabaco sobre las cilias. La doctora M. Mónica Brauer planificó un plan de trabajo que consistió en: Primera semana: Visita a Bioterio. Disección de tejidos de rata, los cuales pasaron por un proceso de fijación e inclusión. Se hizo la extracción de la tráquea y luego se observó en una lupa binocular, para extraer tejidos que no interesaban en el estudio. Los fragmentos a estudiar se procesaron de acuerdo con técnicas convencionales de preparación de materiales para su estudio por microscopía electrónica de transmisión. Esto incluyó: 1. Lavado en tampón fosfato. 2. Posfijación en tetróxido de osmio. 197 3- Nuevamente lavado en tampón fosfato. 4- Deshidratación en alcoholes de graduación creciente. 5- Inclusión resina epoxi. Luego de pasajes por resina pura, los tejidos fueron incluidos en resina fresca y en bloques individuales debidamente identificados. Los bloques fueron polimerizados por 24 horas a 60ºC. En esta semana la doctora M. Mónica Brauer me orientó en la búsqueda de materiales en internet, también me brindo bibliografía adecuada, así como ayuda en la traducción de la mayoría de los textos que estaban en inglés y el docente tenía poco dominio del idioma. Segunda semana: Una vez obtenidos los bloques de araldita con los fragmentos de tráquea, realizamos los cortes en el Ultramicrótomo. En una primera etapa se realizaron cortes semifinos, los cuales los pude montar en portaobjetos, teñidos con azul de toluidina. Estos cortes fueron examinados bajo el microscopio de luz con el fin de localizar mi objetivo que era la superficie epitelial ciliada y se adquirieron imágenes digitales las que fueron incluidas en el póster. Este procedimiento se repitió varias veces. Las áreas epiteliales seleccionadas fueron talladas bajo la lupa del ultramicrótomo y se realizaron cortes ultrafinos los cuales fueron montados en grillas de cobre, utilizando como soporte un film de Formvar. Los cortes ultrafinos fueron contrastados con acetato de Uranilo (16 horas a T ambiente y al resguardo de la luz), seguido de citrato de plomo en atmósfera de sodio. Tercera semana: Observación en el microscopio electrónico de transmisión. Las imágenes de cilias y otros componentes celulares de mi interés fueron fotografiadas en placas Kodak. Luego se trabajó en el cuarto fotográfico donde realicé el revelado de los negativos las copias fotográficas. Las mismas fueron capturadas en un scánner y las imágenes digitales incluidas en el póster. Con esto pude observar la estructura de las cilias normales. La doctora me proporcionó fotos donde se observaban cilias alteradas de pacientes con enfermedades respiratorias. Muchas de ellas fueron realizadas por el microscopio electrónico de barrido: también coordinamos con la Facultad de Ciencias con el fin de conocer y aprender los métodos de preparación y estudio con este tipo de microscopio. Cuarta semana: Entré en contacto con la Comisión Honoraria de Lucha Contra el Cáncer, para conseguir bibliografía. Realicé visitas a otros investigadores por ejemplo Inv. Cecilia Scorsa que realiza un estudio de comportamientos en ratas. Dentro del Instituto tuve la posibilidad de participar 198 de muchos seminarios y una mesa redonda, los cuales contribuyeron muchísimo en mi formación. Se realizó un esbozo del futuro póster. La pasantía me permitió ver cómo se trabaja en un laboratorio, qué dificultades enfrentan nuestros investigadores y todo lo que le aporta la ciencia a nuestra gente. También mi introdujo en aspectos generales del métodos científico así como la planificación de experimentos, su realización y la evaluación de resultados. Debo destacar el excelente clima de trabajo lo que posibilita resultados muy positivos. Finalmente estoy agradecido a PEDECIBA-UNESCO por esta experiencia increíble que me permitió enriquecer mi formación como docente y establecer un contacto muy importante entre el Laboratorio de Biología Celular a cargo de la doctora M. Mónica Brauer y a través de ella con el Instituto. 199 Área Física Taller de Opto-Acústica BRUNO ANTOGNAZZA CENTRO REGIONAL DE PROFESORES DEL SUR CANELONES DR. ISMAEL NÚÑEZ INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS LAB. ULTRASONIDO El trabajo realizado durante la pasantía consistió en estudiar el comportamiento de ondas acústicas de ultrasonido en el agua –también extensible a otros fluidos. El método empleado se asienta en la obtención de las imágenes que se producen cuando un haz de luz pasa a través del fluido en el cual se propagan las ondas acústicas. A través del comportamiento de la luz cuando atraviesa un medio cuya densidad está modificada por estar perturbado por ondas de presión, se obtienen fotografías que permiten estudiar las características del haz de ultrasonido, interpretarlas, e incluso utilizarlas con fines tecnológicos. En la primera parte del trabajo se estudió la distribución de la intensidad de las ondas acústicas emitidas por un transductor de forma circular –empleados en la tecnología médica– en un recipiente con agua. El transductor actúa como un parlante de ondas acústicas que, idealmente, debería emitir con cierta uniformidad. Las imágenes obtenidas fueron consistentes con el modelo teórico, salvo por cierta asimetría. Tal asimetría podría deberse a defectos en la fabricación, por lo que el método empleado podría ser un rápido y eficaz procedimiento para el control de calidad de estos transductores. En la segunda parte, con el mismo transductor, se trabajó a diferentes frecuencias para estudiar para qué frecuencias emitía con mayor potencia. El acotamiento de las frecuencias para las cuales la potencia era mayor o igual que la potencia máxima permite acotar el ancho de banda del transductor. En este trabajo se obtuvieron resultados que no coincidían totalmente con las especificaciones del fabricante. Finalmente, se estudió el fenómeno de Scattering que se produce cuando un obstáculo actúa como foco y vuelve a emitir ondas de la misma frecuencia que las originales. En este trabajo se interpuso un alambre para que actuara como un foco. 200 Preparación y caracterización de nanopartículas semiconductoras de Oxido de Zinc MARCELA BALLESTA LICEO CARLOS VAZ FERREIRA MONTEVIDEO DR. ENRIQUE DALCHIELE INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA LAB. FÍSICA ESTADO SÓLIDO La nanotecnología es una nueva área de investigación. El uso de partículas cuyo tamaño es del orden de los nanómetros en aplicaciones tecnológicas captan gran atención. Diversas técnicas químicas vienen siendo usadas para preparar una amplia variedad de partículas en régimen de nanoescala, como por ejemplo: * síntesis sol-gel, * precipitación química y * síntesis coloidal (usada por nosotros). El ZnO es un material semiconductor caracterizado, en su estado macro por un ancho de banda prohibida de 3,4eV. Las propiedades ópticas de este material se pueden estudiar a partir de la fotoluminiscencia y la absorbancia entre otros. Presenta fotoluminiscencia en el espectro visible (en 500 nm aprox.) atribuida principalmente a impurezas superficiales o defectos, en particular vacancias de oxígeno y en el UV (380 nm aprox.) relacionada con la recombinación de excitones confinados. Comparado con otros materiales de amplia banda prohibida, el ZnO tiene una gran energía vinculada al excitón (&#61627; 60 meV) lo que resulta en una más eficiente emisión excitónica a temperatura ambiente. Las nanopartículas de éste semiconductor presentan propiedades ópticas superiores que los cristales en macro debido al efecto del confinamiento cuántico. El ZnO resulta atractivo por su aplicación a diodos emisores de UV, films de alto poder electrónico, transductores piezoeléctricos, sensores de gas y células solares entre otros. Las nanopartículas semiconductoras de ZnO absorben longitudes de onda más cortas que las partículas del material macro. Esto es especialmente usado en la industria cosmética. Preparación: A una solución inicial de agua en 2-isopropanol se le incorpora una solución de ZnAc en 2-isopropanol, dando lugar a la solución final. Caracterización de nanopartículas de ZnO: Experimentos realizados: 1. Fotoluminiscencia. 2. Absorbancia. 3. Microfotografías. 4. Fotografías digitales macro de la fotoluminiscencia. 201 Resultados: • • • A partir de las fotoluminiscencias de las distintas muestras vemos un corrimiento en los máximos de emisión (aumenta &#61548;), lo que implica una variación en las energías del salto y por lo tanto un corrimiento de las bandas conducción-valencia, lo que indica un aumento del tamaño de las nanopartículas. Las curvas de absorbancia muestran también un corrimiento en la longitud de onda (hacia el espectro visible) y en consecuencia un cambio en el tamaño de las nanopartículas acorde, aumento. Las microfotografías obtenidas en el TEM de las tres muestras, por un lado nos permiten visualizar las nanopartículas y por otro “medir” los radios de las partículas (supuestas esféricas), encontrándose correctamente relacionados los tamaños según la antigüedad de las mismas: 15 minutos 6.3 nm 75 minutos 7.9 nm 120 minutos 8.1 nm “Annus Mirabilis” (1905) NELSON BONANSEA I.D.A.E. SAN JOSÉ DE MAYO DR. JORGE GRIEGO INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS GRUPO TEORÍA DE CAMPOS El siglo XX estuvo signado por dos revoluciones significativas en nuestra imagen física del mundo. La primera implicó un cambio fundamental en nuestras ideas de espacio y tiempo, conformando lo que hoy conocemos como espacio-tiempo. La segunda nos dio una visión diferente sobre la forma de entender la naturaleza de la materia y la radiación. El término de “relatividad” describe la primera de estas revoluciones, en tanto que la “teoría cuántica” identifica a la segunda. Estas revoluciones no fueron únicas en el campo de la física ya que estuvieron precedidas por otras tres, a saber: Antigua Grecia: Noción de geometría euclideana y comprensión de los cuerpos rígidos y las configuraciones estáticas. Siglo XVII: Galileo y Newton nos ayudaron a comprender los movimientos de los cuerpos. Siglo XIX: Faraday y Maxwell proponen el concepto de campos continuos que llenan el espacio (campo electromagnético). Es así que en 1905, Albert Einstein coloca la piedra fundamental de 202 estas dos revoluciones llevadas adelante en el siglo XX. Comienza a construir, apoyado en la noción de Minkowski sobre un espacio-tiempo tetradimensional, su teoría de la relatividad general. Fotosensores GABRIEL CARRIQUIRY CENTRO REGIONAL DE PROFESORES DEL SUR CANELONES DR. RICARDO MAROTTI INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA LAB. FÍSICA ESTADO SÓLIDO Estudio del comportamiento de fotodetectores de Silicio frente a la luz ambiente y su posible “linealización”. - Respuesta frente a la luz ambiente, comportamiento con resistencias en serie y con potencial de polarización. - Estudio de fotodectores de bajo costo y su posible aplicación a prácticas de laboratorio de Secundaria de bajo costo. - Uso de Leds con fotosensores. ¿Emisores como receptores? - Uso de transistores comerciales como fotosensores y optimización de su respuesta. Física nuclear GLORIA MACHADO SALTO PROF. LIC. H. D. DANIEL MARTA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA GRUPO FÍSICA NUCLEAR Durante la pasantía realizada en el Instituto de Física de la Facultad de Ingeniería desde el día 4 de julio hasta el 29 del mismo mes con el Director de ese instituto se tuvieron como objetivos: Profundizar y comprender conceptos de Física Nuclear en temas específicos como: 1. el decaimiento de las partículas alfas, 2. el estudio de reacciones nucleares específicamente la sección eficaz desde el punto de vista clásico y desde el punto de vista mecánico cuántico, 203 3. el estudio de solución a la ecuación de Schodringer dependiente del tiempo mediante la utilización de un modelo computacional. Adquirir herramientas analíticas para la solución de algunos problemas de física nuclear que involucren la física nuclear a un nivel medio de complejidad. Observar la metodología de trabajo en la investigación física nuclear así como participar en el desarrollo de actividades y teorías de los trabajos realizados por el grupo de física nuclear de la Facultad de Ingeniería. Con respecto al estudio del decaimiento de las partículas alfas: la partícula alfa existente en el núcleo confinada a un potencial nuclear incide en una barrera de potencial formada por las fuerzas coulombianas y las fuerzas nucleares. La amplitud de la onda incidente tiene una pequeña probabilidad de atravesar la barrera de potencial por el efecto túnel. Se realizó la solución de la ecuación de Schodringer para un pozo de potencial y una barrera de potencial. Se desarrolló un programa de computación para hallar las energías ligadas para un pozo cuadrado. Se estudió la Dispersión o Scattering elástica - sección eficaz desde el punto de vista clásico. La probabilidad de que ocurra una reacción nuclear es conveniente expresarla en términos de sección eficaz. La interacción en la reacción tiene lugar con un núcleo blanco individual, es independiente de otro; se refiere generalmente a la probabilidad que un haz de partículas choque con un blanco. Puede ocurrir: a. que la partícula se encuentre muy lejos del blanco y no ocurra la interacción por lo tanto las partículas siguen una trayectoria rectilínea; b. que la partícula pase cerca del blanco y se desvió, se estudió y dedujo la sección eficaz de Rutherford. Se desarrolló un programa computacional para calcular la distribución angular en la colisión de dos núcleos. Se estudió la reflexión y transmisión de un fenómeno en una dimensión por la mecánica cuántica. Se describe física y matemáticamente la evolución en el tiempo de un sistema físico (un paquete de ondas Gaussiano). El fenómeno de diversión mecánico-cuántico en una dimensión es descrito dependiendo del tiempo en la ecuación de Schodringer. Se formula el problema para localizar un paquete de ondas moviéndose en una barrera de potencial o un pozo de potencial en donde el paquete es transmitido o reflejado. Utilizando un programa de computación para calcular numéricamente y obtener graficas para diferentes valores de potencial. 204 Grupo Teoría de Campos. Computación aplicada a la resolución de problemas en ciencias naturales VICTOR HUGO PEREIRA LICEO Nº 1 “DRA. CELIA POMOLI” RIVERA DR. HUGO FORT INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS En la actualidad las nuevas tecnologías impactan y cambian costumbres, creando oportunidades de innovación y desarrollo que se procesan en diversos ámbitos de la estructura social. A partir de las inquietudes de emplear esas nuevas tecnologías en la resolución de problemas en ciencias naturales, se desarrolla un trabajo que permite aprender fácilmente a crear aplicaciones informáticas que asistan en la enseñanza de la ciencia. Se realiza el análisis de problemas cotidianos e interesantes, se introducen modelos básicos, escriben programas computacionales sencillos y utiliza el software ampliamente extendido como excel o mat lab. Al inicio se plantea el aprendizaje de herramientas de los programas computacionales a través de resolución de problemas como ser: cálculo de resistencia equivalente para conexión de resistores en paralelo, cálculo teórico de la presión de un gas “real” a partir de la ecuación de estado de Van der Waals a diferentes temperaturas y volúmenes, cálculo de funciones trigonométricas, así como también función exponencial y cuadrática. Posteriormente se realiza el estudio de la velocidad de descenso de temperatura de un cuerpo, la cual es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y su entorno, conocida como “ley de Newton del enfriamiento”. Para ese estudio se realizan prácticas de laboratorio, construcción de tablas de datos con información relevante y el correspondiente análisis computacional. 205 Interacción de hidrógeno con materiales analizada con ultrasonido LUIS SALGADO LICEO Nº 2 PAYSANDÚ DR. ARIEL MORENO INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE CIENCIAS LAB. ULTRASONIDO En el Laboratorio de Acústica Ultrasónica, del Instituto de Física de Facultad de Ciencias, Universidad de la República, se estudian las dislocaciones y transiciones de fase de la estructura cristalina de la materia. En este proceso se investiga una muestra de un sólido cristalino o policristalino, siendo sometido a un cambio constante de temperatura, al mismo tiempo se hace incidir sobre éste un pulso ultrasónico, que atraviesa en sentido longitudinal la muestra y se refleja en la cara opuesta, de este pulso se analiza la velocidad y la atenuación luego del rebote. En esta oportunidad se están analizando las dislocaciones en cristales puros de Níquel y su interacción con hidrógeno. Para esto se analiza una misma muestra en tres condiciones diferentes. Primeramente se obtienen valores para la muestra sin deformar, luego obtienen valores de la muestra sometida a un proceso de deformación, y por último, se obtiene valores de la muestra deformada que se hidrogena en un circuito cerrado a alta temperatura. En el póster se mostrará: EL PROCESO DE MEDICIÓN: Funcionamiento de los dispositivos de medición, y principio teórico de los mismos. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS: Proceso de pulido de las caras, proceso de deformación, proceso de hidrogenación. GRÁFICOS OBTENIDOS EN LAS DISTINTAS MEDICIONES: Gráficos obtenidos y su significado físico. APLICACIÓN DE CONOCIMIENTOS AL MEDIO EDUCATIVO: Por otra parte, también se pretende realizar una exposición de algunos de los aspectos que como docente puedo aplicar en el aula. Trasmitiéndole al estudiante (de primera mano) lo que se realiza en Uruguay dentro de la investigación en Física. 206 Área Química Síntesis, purificación y preparación de un film de HgBrI apto para detectar radiación ionizante MARISA ARRIOLA LICEO Nº 2 PANDO CANELONES DRA. LAURA FORNARO LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA Objetivo Preparar un film de HgBrI apto para detectar radiación ionizante. Introducción Conceptos preliminares: Proceso de detección de un detector de semiconductores. Método de detección de radiaciones. Propiedades de materiales semiconductores necesarias para construir un film detector de radiación ionizante. Se utilizó material aportado por la tutora sobre investigaciones anteriores, textos apropiados, información proveniente de la Web, funcionamiento de los equipos y software a utilizar. * * Actividad experimental 1. SÍNTESIS DE HgBr2 Se logra sintetizar el bromuro de mercurio a partir del óxido rojo de mercurio, ácido nítrico concentrado y bromuro de sodio. Se filtra al vacío, se lava y seca el producto obtenido, en estufa. 2. SÍNTESIS DEL HgBrI (EUTÉCTICO) Se coloca bromuro de mercurio y yoduro de mercurio en una ampolla de vidrio, con una presión inicial de 6 x 10-5 hPa lograda en el evaporador DENTON VACUUM, y en el horno a 300 ºC durante 2 horas. 3. PURIFICACIÓN DEL HgBrI Se realizan cuatro purificaciones por evaporación, trabajando en ampolla, con una presión inicial de 6 x 10-5 hPa, y en horno a 300 ºC durante 2 horas. 4. PALADIZACIÓN DEL SUSTRATO Se trabajó con un sustrato de vidrio, de 2” x 2” pulgadas, paladizado, que actuará como contacto posterior. 5. CRECIMIENTO DE FILMS Se realizaron 5 corridas colocando HgBrI en el sistema de crecimiento de films variando el tiempo de crecimiento, la temperatura del sistema y del sustrato. 207 6. MEDIDA DE RESISTIVIDAD Se deponen los electrodos de paladio y los contactos anteriores, realizando las medidas correspondientes de voltaje, en una fuente EG&E ORTEC modelo 556 y la intensidad de corriente, con un electrómetro KEITHLEY modelo 614. 7. RESPUESTA A LA RADIACIÓN DE 241Am Se utiliza el mismo dispositivo anteriormente citado y una fuente de 241Am de tasa de exposición 3,5 mR/h Resultados * Síntesis del HgBr2; Rendimiento= 82,3 % * Síntesis de HgBrI; Rendimiento 83 % * Film 1: nucleación * Film 2: no cristalino * Film 3: cristales paralelos * Film 4: discontinuo * Film5: continuo: Resistividad = 6,25 x 1011 _.cm La respuesta al 241Am es mayor que a la corriente oscura. Relación Señal –Ruido f(V) es 0,5. Sensibilidad a 80 V = 314 _C/Rcm2. Se realizaron las microscopías ópticas de los films y se pulió la superficie del film 5 para retirar los cristales de crecimiento discontinuo realizando las medidas de resistividad y respuesta a la radiación indicadas. Conclusiones El método PVD ha resultado ser adecuado para crecer cristales de HgBrI con condiciones adecuadas aunque no sean las mejores para detectar radiación ionizante. El film 5 es continuo, crecido con material de alta pureza, pero su cristalinidad, luego del pulido, puede no ser buena. Su comportamiento es “casi” ohmico, su resistividad es del orden de las ya reportadas, no detecta luz pero es sensible al 241Am. 208 Obtención y propiedades de materiales PATRICIA FAGÚNDEZ LICEO Nº1 RIVERA DR. CARLOS KREMER LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA FACULTAD DE QUÍMICA El estudio de las propiedades de los materiales consta de tres actividades experimentales. La primera consta de la obtención de un gel de sílica mediante dos catálisis, una ácida y una básica, posteriormente se hace reaccionar los geles con distintos reactivos y se estudia su comportamiento. La segunda se trata de estudiar la conductividad del trióxido de wolframio mediante inclusión de hidrógeno. Por último mediante una reacción de condensación se obtiene un polifosfato de sodio y hierro; culminando esta actividad se realiza un IR del mismo. Marcación del péptido RGD-YK-Histidina a través de la formación del complejo 99m Tc - Tricarbonilo LETICIA KULAS LICEO Nº 29 “ALICIA GOYENA” MONTEVIDEO DRA. ANA MARÍA REY LABORATORIO DE RADIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA El siguiente trabajo se encuadra dentro del campo de acción de la Medicina Nuclear, entendiendo ésta como la especialidad médica que utiliza las radiaciones ionizantes mediante la administración a pacientes de agentes radiactivos: los radiofármacos. Los radiofármacos son preparados radiactivos aptos para ser administrados en seres humanos con fines diagnósticos o terapéuticos. Un radiofármaco actúa como explorador, cuyo trayecto en el cuerpo puede ser seguido externamente mediante sensores adecuados, determinándose su ubicación temporal y corporal y con ello el estado médico del órgano estudiado o sistema a explorar. Los radiofármacos de 99mTc ocupan actualmente una posición predominante en el campo de los procedimientos de diagnóstico en Medicina Nuclear debido a las propiedades favorables de este radionucleido: emisión gamma pura, alto rendimiento de fotones de 140 KeV, T1/2 de 6 horas, fácil disponibilidad a partir de un generador y química versátil. 209 La búsqueda de nuevas moléculas marcadas con 99mTc es actualmente objeto de estudio a nivel mundial. En este marco, el objetivo del trabajo realizado fue la marcación con 99mTc y caracterización del péptido RGD-YK-HISTIDINA a través de la formación de un complejo Tctricarbonilo. Dicho péptido [c(Arg-Gly-Asp-D-Tyr-Lys-Hist)] contiene la secuencia Arg-Gly-Asp, la que se une a la integrina aVb3 sobreexpresada durante la neoangiogénesis en tumores. El trabajo se desarrolló en tres partes: preparación del precursor [99mTc(CO)3(OH2)3]+, complejo con cinética de formación rápida y cuyas 3 moléculas de agua son fácilmente sustituibles; marcación del péptido por sustitución y estudio de estabilidad del péptido marcado. A su vez fueron necesarios controles de calidad del péptido marcado, en particular de su pureza radioquímica, que fueron realizados mediante cromatografía en papel y por HPLC. El estudio de estabilidad se realizó frente a histidina, ligando con capacidad para unirse al corte tricarbonílico y desplazar al péptido. Conclusiones: La marcación del péptido RGD-YK-Histidina con el complejo 99m Tctricarbonilo resultó exitosa (pureza radioquímica >90%) utilizando 30 microgramos del péptido. En cuanto a la estabilidad del marcado en competencia con la histidina, se pudo apreciar que no es muy buena. Las razones serían entre otras: sustitución parcial de histidina por el péptido en el complejo, la que aumenta al aumentar los tiempos de incubación y descomposición del péptido marcado a medida que transcurre el tiempo. Habría que confirmar estas conclusiones con la repetición de las experiencias. Creo relevante expresar que he encontrado en el campo de la radioquímica un lugar de trabajo interesante y de gran desarrollo. Este se ha configurado además a lo largo de mi profesión y de mi vida como el territorio donde se materializa la relación interdisciplinaria del conocimiento químico y el intento de preservación de la vida humana. 210 Biotransformación “Dioles” SANDRA MARTÍNEZ LICEO DE BARROS BLANCOS CANELONES DR. GUSTAVO SEOANE LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA FACULTAD DE QUÍMICA Debido a la importancia de obtener compuestos ópticamente puros, el fin de este trabajo es la síntesis Química del p-bromoanisol y del pcloroanisol partiendo del anisol y la Biotransformación de dichos sustratos a los cis-dioles correspondientes. Con los objetivos mencionados, uno de los medios para obtener dioles a partir de arenos, es utilizar las bacterias enteras, en este caso la Pseudomona putida 39 D. Con suficiente oxígeno, nutrientes, agitación y a una temperatura de 28 °C la pseudomona al encontrarse en presencia de Tolueno o sustratos estructuralmente similares, sintetiza la encima Tolueno Dioxigenasa que oxida los arenos a cis-dioles. De gran importancia es que a través de la biotransformación de sustratos ópticamente inactivos, se obtienen sustancias dioxigenadas de alta pureza óptica ee > 98%. Así como también es de suma importancia el hecho de que se recuse el tiempo y los pasos en el proceso, disminuyen los costos tanto en los reactivos como en los productos obtenidos, y que no se utilizan sustancias nocivas para el medio ambiente. Para la biotransformación se deben seguir varias etapas: siembra, crecimiento, inducción, lavado, suspensión en medios líquidos, suministro de sustrato, extracción y purificación entre otras. Los resultados de la síntesis convencional fueron buenos sobre todo para el p-bromoanisol, no tanto así para el p-cloroanisol que se obtiene conjuntamente con productos secundarios que afectan el rendimiento del producto deseado. En cambio para la biotransformación los resultados quizás no son los esperados ya que los dioles son compuestos relativamente inestables si se encuentra a temperatura ambiente o si contiene impurezas. Por esta razón se tuvo que realizar el proceso de biotransformación en tres oportunidades y por falta de tiempo solo se obtuvo el diol del pbromoanisol. Debido al bajo rendimiento y a la inestabilidad mencionada se propone para trabajos futuros realizar un estudio del exceso enantiomérico, así como también optimizar el proceso con el fin de mejorar los rendimientos. 211 Biotransformaciones aplicadas a la síntesis de compuestos orgánicos ANDREA MELONI LICEO Nº 2 A. M. GROMPONE SALTO DRA. VALERIA SCHAPIRO LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA FACULTAD DE QUÍMICA El título de de la investigación realizada en el mes de junio 2005 es el siguiente: “Biotransformaciones aplicadas a la síntesis de compuestos orgánicos”, además también cabe destacar que el objetivo general fue: producir los cis ciclohexadiendioles obtenidos por oxidación de dihalobencenos. Dentro de los detalles de la misma, se puede decir que entre los numerosos métodos que usan microorganismos, uno de los más recientes consiste en la biotransformación de compuestos aromáticos simples para producir sustancias dioxigenadas (cis ciclohexadiendioles) que pueden usarse como intermedios sintéticos para la síntesis de productos de interés. La oxidación microbiana se ha realizado sobre arenos simples (como el Tolueno) e involucra a una enzima dioxigenasa, además la cepa mutante utilizada para la biotransformación ha sido: Pseudomona Putida F39D que produce cis dioles de alta pureza óptica (mayor al 98%) a partir de compuestos ópticamente inactivos. Las Lipasas utilizadas para la acetilación de los compuestos orgánicos obtenidos han sido las disponibles comercialmente como por ejemplo: Amano, Sigma, etcétera. De aquí, los compuestos obtenidos mediante la acetilación selectiva con dichas lipasas, se ha observado que no se pueden separar por métodos convencionales ejemplo: cromatografía en columna. Uno de los aspectos más interesantes del uso de los ciclohexadiendioles es que éstos se preparan por métodos no agresivos para el ambiente, lo que está de acuerdo con las técnicas llamadas de “Química Verde”. 212 Comunicación química entre artrópodos y plantas hospederas ANALÍA OTTE LICEO Nº 2 PANDO CANELONES DRA. CARMEN ROSSINI - ANDRÉS GONZÁLEZ LABORATORIO FARMACOGNOSIA Y PRODUCTOS NATURALES FACULTAD DE QUÍMICA En las plantas existen sustancias orgánicas que no cumplen funciones en el metabolismo primario, a las que llamamos metabolitos secundarios. Estas sustancias, por presentar actividad biológica, son de especial interés al momento de estudiar la interrelación entre plantas e insectos. Los metabolitos secundarios están directamente involucrados en la conducta alimenticia de los insectos tanto como inhibidores de la ingesta (detergentes) como estimulantes de la misma (atrayentes). Se han descrito variadas estructuras químicas con dichas actividades, por ejemplo en el caso de deterrentes, estas estructuras incluyen alcaloides, quinonas, terpenoides, etcétera; y en el caso atrayentes se incluyen cumarinas, flavonoides, compuestos fenólicos, etcétera. El estudio de este tipo de productos naturales ha permitido desarrollar posibilidades alternativas a las convencionales, menos contaminantes para el medio ambiente, en el control de plagas de cultivos. En el laboratorio de Ecología Química de Facultad de Química, en el cual se realizó el presente trabajo de pasantía, se realizan estudios en este área de investigación. El presente trabajo consistió en estudiar la actividad biológica de varios extractos de dos plantas comunes en el país, Melilotus indica (Fabaceae) y Senecio crassifluors (Asteraceae). Para ambas plantas se realizó un extracto inicial en metanol el cual fue particionado posteriormente en diferentes solventes. En muestras de cada uno de estos extractos se realizaron cromatografías en capa fina y bioensayos para identificar sustancias que pudieran presentar actividad biológica. La evaluación mediante bioensayos se realizó con adultos de la vaquilla de los zapallos (Epilachna paenulata (Coleoptera: Coccinellidae)), un especialista en Cucurbitáceas (zapallo, melón, etcétera.). Para todos los extractos se hicieron 10 repeticiones del bioensayo, cada una de las cuales consistió en una placa Petri con agar-agar al 2%, en la que se colocaron en forma equidistante 4 discos de hoja de zapallito, 2 de ellos tratados con el extracto y los otros 2 con solvente (control), y un adulto de Epilachna paenulata. Según los resultados obtenidos al valorar los bioensayos, la partición acuosa de Melilotus indica mostró actuar como estimulante de la ingesta de los insectos por lo que se continuó con el fraccionamiento por columna flash de este extracto. Se analizaron dos fracciones de esta columna por Resonancia Magnética Nuclear. 213 Aplicación de metodologías electroquímicas MARISA RODRÍGUEZ LICEO Nº 57 MONTEVIDEO DR. FERNANDO ZINOLA LABORATORIO DE ELECTROQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS La electroquímica se define como la rama de la química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química. La energía liberada de una reacción espontánea se convierte en electricidad o la energía eléctrica se aprovecha para provocar una reacción química. Dada la aplicación en la vida moderna de esta rama de la química, al ser aplicada en forma frecuente dentro de la prácticas de laboratorio, discusiones grupales, etcétera, podrían estimular la creatividad de los alumnos y del cuerpo docente. Lo costoso del instrumental se justifica, en los resultados que se obtendrían dadas las aplicaciones cercanas a las vida cotidiana de los alumnos lo que permitiría construcciones teóricas de mayor complejidad y como consecuencia el aprendizaje de la asignatura desde lo vivencial. Otro punto a tener en cuenta es que al abordaje de esta disciplina en forma más exhaustiva permitiría que el alumno pueda integrar conocimientos adquiridos en los cursos de otras asignaturas como Física, Matemática, Biología, etcétera, contribuyendo a cambiar la identidad de alumno espectador de un proceso a protagonista del mismo. El trabajo realizado se centró la aplicación de una combinación de técnicas electroquímicas (electrodeposición, electrocatálisis y de electroanálisis), y apunta a un mejoramiento de las condiciones de trabajo de las celdas de combustible que emplean metanol, donde se produce energía a partir de la oxidación de un compuesto orgánico que puede extraerse de la madera y de la caña de azúcar. Se entiende por celda de combustible a una celda electroquímica que requiere el aporte continuo de reactivos para su funcionamiento. En el mismo se confrontarán datos, proporcionarán e interpretarán gráficos (voltagramas) y se elaborarán las conclusiones. 214 Extracción y degradación enzimática de almidón de arroz y boniato LAURA VIANA LICEO N° 1 TACUAREMBÓ DRA. KAREN OKSEJEVI LABORATORIO DE BIOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA El almidón es la sustancia de reserva alimenticia predominante en las plantas, y proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos. Tanto el almidón como los productos de su hidrólisis constituyen la mayor parte de los carbohidratos digeribles de la dieta habitual. El almidón se diferencia de todos los demás carbohidratos en que en la naturaleza se presenta como complejas partículas (gránulos) relativamente densas e insolubles. Esta compuesto fundamentalmente por unidades de glucosa que se agrupan en dos tipos de polisacáridos: amilosa (solo glucosas unidas por enlace &#945;-1,4) y amilopectina (con enlaces &#945;- 1,4 y &#945;- 1,6). Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales y de algunas raíces y tubérculos. En particular hemos seleccionado como fuentes de almidón para este trabajo: arroz y boniato. Las técnicas extractivas variaron en función del diferente contenido de carbohidratos y proteínas de las materias primas utilizadas (aproximadamente 5 veces más carbohidratos y proteínas en el cereal que en el tubérculo). La digestión de almidón a nivel de nuestro sistema digestivo implica la participación de diversas enzimas amilolíticas: exo-amilasas (&#945;1,4—glicosidasa o &#945;-amilasa) y enzimas desramificantes (&#945;1,6-glicosidasa). Estas enzimas degradan al sustrato mediante la hidrólisis de sus enlaces glicosídicos liberando unidades de glucosa. En el presente trabajo se diseñó un proceso para la hidrólisis del almidón semejante al que ocurre en forma natural en nuestro organismo, utilizándose preparados enzimáticos comerciales de &#945;-amilasa (Termamyl® 120L) y enzima desramificante (AMG® 200L) y los almidones previamente extraídos de arroz y boniato. En ambos casos se alcanzaron porcentajes de hidrólisis superiores al 95%. 215 Conferencias abiertas a cargo de investigadores del PEDECIBA (Encuentro-Taller 2003 y 2004) Texto completo El mundo eléctrico, una invitación a pensar ÁNGEL A. CAPUTI DEPARTAMENTO DE NEUROCIENCIAS INTEGRATIVAS Y COMPUTACIONALES INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS CLEMENTE ESTABLE Estudiar es pensar. Sol W. Caputi1 Introducción Algunos peces poseen órganos especializados para emitir electricidad (llamados órganos electrogénicos, OE) y por lo tanto se los denomina comúnmente peces eléctricos. Algunas especies utilizan la descarga del órgano electrogénico (DOE) como arma para atacar una presa o repeler la agresión de un predador. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la magnitud de la descarga no ejerce efectos nocivos sino que es portadora de señales para el propio sistema nervioso. En nuestro país hay varias especies de peces eléctricos de débil descarga. En el desarrollo de este trabajo nos referiremos a la especie Gymnotus carapo. Esta especie habita en casi todos los ríos y arroyos de agua dulce y ocasionalmente se la encuentra en el Río de la Plata en época de creciente de los ríos Paraná y Uruguay. Como la luz de la linterna que escudriña en la oscuridad, la DOE de estos peces nocturnos explora la presencia de objetos que difieren en conductancia con el agua. Al ocurrir la DOE, todo el cuerpo del pez se transforma en una fuente electrogénica distribuida. Dicha fuente genera corrientes eléctricas que atraviesan la piel. La presencia de objetos genera una “imagen eléctrica” al modificar el perfil de corrientes, de la misma manera que una diapositiva interpuesta en un rayo de luz arroja imágenes sobre una pantalla. Receptores, ubicados en la piel son capaces de transducir y codificar dicha imagen en forma de trenes de potenciales de acción que viajan a lo largo de los aferentes primarios hacia el sistema nervioso central. De esta forma los peces generan una representación de la realidad inimaginable por la intuición humana. Este artículo está dedicado a los Profesores de Enseñanza Secundaria participantes en el curso-taller organizado por PEDECIBA y UNESCO en la primavera del 2003. Expone algunas características de un sistema sensorial activo, expresado por una especie de peces autóctonos, y la 1. Sol W. Caputi, además de ser mi padre fue mi profesor de Historia Natural en segundo ciclo de Educacion Secundaria. Comenzaba cada año sus clases inaugurales con esta frase. Siento la obligación de transferir dicha herencia cultural a las nuevas generaciones de docentes. 219 potencialidad de dicho sistema como modelo didáctico en la enseñanza de la neurobiología. La existencia de múltiples grupos de investigación científica que utilizan los peces eléctricos como modelo experimental facilita la consulta y la integración de docentes de enseñanza media con investigadores profesionales y puede permitir su entrenamiento en el diseño y desarrollo de actividades docentes. Por obvias razones, se eligieron algunos ejemplos, renunciando a la consideración de otros, pendientes para próximos artículos. Proponemos utilizar dichos ejemplos como excusa tanto para la elaboración teórica como para el diseño de demostraciones experimentales permitiendo integrar distintas visiones cruzadas desde diversas disciplinas. Pensamos que la consideración de los ejemplos elegidos desde el punto de vista de distintas asignaturas puede ayudar a los estudiantes a cumplir la misión más importante que tienen al cursar enseñanza secundaria: aprender a pensar. El cuerpo del pez como fuente eléctrica Así como la iluminación es necesaria para generar imágenes visuales también lo es la electrogénesis para generar imágenes eléctricas. Por esta razón, entender los mecanismos de electrogénesis es un eslabón esencial para comprender cómo los peces crean una imagen eléctrica del ambiente que los rodea. Los peces eléctricos, inspiradores de la famosa pila de Volta, nos permiten analizar fácilmente un acto efector y comprobar que la acción del sistema nervioso es crear o coordinar una potencialidad, una propuesta, cuya realización se concreta en cantidad y forma en tanto la realidad circunstancial se lo permite. Un corolario del teorema de Thevenin-Norton es que dada una red eléctrica lineal y compuesta de elementos resistivos puede sustituirse parte de la misma por una fuente de voltaje (o fuerza electromotriz) y una resistencia en serie (Teorema de Thevenin) o por una fuente de corriente constante y una resistencia en paralelo (Teorema de Norton). La resistencia en paralelo o en serie es similar, y su valor es igual al cociente entre la fuerza electromotriz correspondiente a la fuente de Thevenin y la corriente entregada por la fuente de Norton. Utilizando estas nociones puede establecerse la ecuación característica de una fuente electrogénica. La capacidad electrogénica de un pez puede evaluarse de la misma forma. En el caso de una fuente eléctrica, por ejemplo una pila, se puede aplicar una carga entre sus bornes y medir la potencia disipada en función de la carga. Supongamos el circuito de la Figura 1 en el cual una pila está conectada a una resistencia de carga cuyo valor puede cambiar. De acuerdo a la ley de Ohm la corriente (I) que circula a través de la 220 Figura 1 resistencia (Rc) es proporcional a la caída de voltaje (∆V) entre sus extremos. ∆V= Rc.I (1) Por otra parte, dado que se trata de un circuito en serie la corriente I es igual al cociente entre la fuerza electromotriz (FEM) y la suma de las resistencias en serie (Rs) y de carga (Rc). I = FEM / (Rs + Rc ) (2) Por lo tanto, la corriente I es una función monótonamente decreciente de la resistencia de carga, con asíntota igual a cero para la resistencia tendiendo a infinito y la caída de voltaje ∆V es una función monótonamente creciente de la resistencia de carga, con asíntota igual a la FEM para la resistencia tendiendo a infinito. ∆V = FEM.Rc / (Rs + Rc ) (3) De ambas relaciones surge que la caída de voltaje es una función lineal y decreciente de la corriente ∆V = FEM – I. Rs (4) Un análisis similar puede hacerse considerando una fuente de corriente que entrega una intensidad I0. Dicha corriente se reparte a través de Rs y Rc de modo que (I0 – I).Rs=I.Rc (5) y por lo tanto ∆V =I0 Rs – I.Rs (6) 221 Cualquiera que sea la carga aplicada entre los bornes de una pila la gráfica corriente-voltaje a través de la carga es una recta que intercepta la ordenada en el valor de la fuerza electromotriz y la abscisa en el valor de la corriente máxima entregada por la fuente. La pendiente de dicha recta es el opuesto de la resistencia interna de la pila. Para un valor concreto de resistencia, la pareja de valores (∆V, I) puede ser determinada gráficamente como la intersección de la recta descripta por la ecuación 1 y la recta descripta por las ecuaciones 4 y 6. Se puede mostrar experimentalmente que la fuente equivalente al cuerpo de un pez eléctrico de la especie Gymnotus carapo puede representarse como una fuente eléctrica caracterizada por una fuerza electromotriz de valor variable en el tiempo y una resistencia en serie relativamente constante. Para ello basta con colocar el pez con su cuerpo fuera del agua y su cabeza en un pequeño recipiente lleno de agua del estanque (para permitirle respirar normalmente). La punta del extremo caudal se sumerge en un segundo recipiente conteniendo agua (Figura 2A). Ambos recipientes se conectan con una resistencia de carga de valor conocido y la caída de voltaje a través de la resistencia de carga se registra en un osciloscopio. La gráfica del voltaje obtenido utilizando una resistencia de carga de 1 MΩ se muestra en el inserto de la Figura 2B. Se trata de un pulso con una fase principal cabeza positiva llamada V3 cercada por deflexiones negativas. La deflexión que antecede a la positiva tiene dos componentes cuya separación se señala con la flecha. Las gráficas del voltaje obtenidos con otros valores de resistencia de carga son similares en forma y escalables en amplitud de acuerdo a la ecuación 4. De acuerdo a la ecuación l, el curso temporal de la corriente a través de la resistencia de carga tiene una morfología similar al curso temporal de la caída de voltaje. Por lo tanto para cada valor de tiempo y de resistencia de carga puede medirse una pareja (∆V, I) y calcular para cada momento de la descarga la ecuación característica de la fuente equivalente. Figura 2 222 Las medidas obtenidas utilizando este procedimiento en el momento del pico positivo se muestran en la Figura 2C donde se comparan las curvas características obtenidas en dos peces, uno de 8 cm de largo y otro de 20 cm de largo. Como se puede observar, si bien ambas curvas presentan la misma fuerza electromotriz, el pez grande tiene menor resistencia que el pequeño. La razón de esta diferencia puede considerarse una cuestión de escala: supongamos que el cuerpo del pez se compone de dos elementos, a) una fuente de corriente, el órgano eléctrico y b) resistencia en paralelo representada por los tejidos no electrogénicos que lo rodean. Dado que existe una similaridad geométrica (homotecia) entre peces de distinto tamaño, la resistencia longitudinal del pez, que es proporcional al largo e inversamente proporcional a la sección (es decir al cuadrado del largo), disminuye con la longitud del pez. Adicionalmente, al incrementarse el diámetro del pez en la misma proporción que el diámetro del órgano eléctrico, el área electrogénica aumenta y por lo tanto aumenta la corriente máxima entregada por el mismo. Sin embargo, el número de unidades electrogénicas es constante y por lo tanto la fuerza electromotriz no cambia. Estas observaciones pueden verificarse midiendo el volumen de varios peces de tamaños significativamente diferentes. Para ello se puede sumergir el pez cabeza abajo en un cilindro graduado y medir el desplazamiento de líquido. Posteriormente se puede correlacionar el volumen con el cubo de la longitud para verificar la homotecia. También pueden medirse las áreas de sección transversal obteniendo secciones transversales de 2 mm de espesor de un cadáver de pez fijado por inmersión en paraformaldehído al 4%.2 Dichas secciones, que pueden realizarse fácilmente utilizando una hoja de afeitar nueva o una navaja afilada, pueden observarse con una lupa o proyectarse utilizando un sistema óptico sobre una hoja de papel para obtener dibujos representativos. En la sección se puede reconocer una zona de aspecto gelatinoso ubicada en la región ventral del pez, el órgano eléctrico que se extiende desde la región abdominal a la punta de la cola. En otros peces igualmente fijados pueden realizarse cortes longitudinales (sagitales u horizontales) de la mitad ventral del cuerpo del pez. En estas preparaciones puede comprobarse que el número de células electrogénicas (llamadas electrocitos) en una porción similar de pez (por ejemplo entre el centro del cuerpo y la unión del tercio medio y el tercio caudal) es constante e independiente del largo del pez. Las células electrogénicas se disponen como las pilas en una linterna de mano. Sin embargo, dichas células están encerradas en una vaina conductora que permite el drenaje lateral de corrientes. Cuando el pez está en el agua las corrientes circulan además a través de la piel del pez. 2. Idealmente por perfusión transaórtica. 223 De esta forma se comporta como un generador longitudinalmente distribuido y representable como una serie de fuentes. Podemos concluir entonces que la medida de la fuente equivalente entre el extremo rostral y el extremo caudal del pez es global pero no necesariamente apropiada para describir el cuerpo del pez como fuente distribuida. La corriente que cada electrocito aporta es un porcentaje de la corriente total que el OE genera. Debido a que los electrocitos son pequeños y estan inmersos en tejidos conductivos, la caída de potencial a lo largo del pez aislado en el aire (fuerza electromotriz) presenta una forma suave y el número de fuentes que caracterizan al cuerpo del pez puede considerarse infinito. No obstante, una representación con elementos discretos es suficiente para predecir con bastante precisión el campo eléctrico generado (véase más abajo). La fuerza electromotriz de dichas fuentes se puede medir utilizando un arreglo experimental idéntico al utilizado para medir la fuerza electromotriz global pero registrando la caída de voltaje entre dos puntos del cuerpo del pez mantenido en el aire. De esta forma se puede evaluar por registro directo la fuerza electromotriz de trozos del cuerpo del pez correspondientes a un cierto porcentaje (por ejemplo 25%). Como se ve en la Figura 3, el curso temporal de la fuerza electromotriz es diferente para las distintas porciones de pez indicando que la estructura y función de los distintos trozos de órgano eléctrico son diferentes. Figura 3 Hemos comprobado que la fuerza electromotriz que genera la actividad del órgano eléctrico es variable en el tiempo, y más aún, está generada por distintas fuentes ubicadas a lo largo del cuerpo del pez. Dichas fuentes generan fuerza electromotriz de distinta amplitud y forma de onda. Por otra parte, la consideración de la forma del pez a la luz de los argumentos arriba expuestos sugiere que la resistencia interna tampoco 224 está homogéneamente distribuida. Esta hipótesis puede comprobarse experimentalmente midiendo la caída de potencial entre el polo rostral y una serie de puntos ubicados a lo largo del cuerpo de un espécimen fijado mientras se aplica una corriente longitudinal de amplitud constante. Los resultados obtenidos pueden modelarse utilizando una función polinomial de tercer grado. Realizando estos experimentos en clase puede comprobarse que el cuerpo del pez actúa como una fuente distribuida. La corriente generada por esta fuente distribuida atraviesa la piel (cuya resistencia puede considerarse despreciable con respecto a la resistencia del agua) donde están ubicados electrorreceptores cutáneos que miden dicha corriente. La circulación de dichas corrientes genera un estímulo basal, pulso-apulso, de los electrorreceptores. ¿Es la electrogénesis particular, sólo observable en algunos peces? O, ¿se trata de un ejemplo particular de un fenómeno general, la generación de actos efectores? Un acto efector (motor o electrogénico) puede definirse como la realización de un trabajo sobre el mundo exterior. Potencia y trabajo son magnitudes que sintetizan un aspecto de determinado acto. Estas magnitudes permiten comparar distintos actos y distintos tipos de energía utilizando una única dimensión. No obstante, no lo describen. Describir un acto implica describir el curso temporal de las variables cuya integración a lo largo de una trayectoria o tiempo resulta en trabajo. En el caso de la fuente equivalente de la pila o del pez, la potencia es el producto de la corriente que circula a través de la resistencia de carga por la caída de potencial que dicha corriente genera. Es decir, en las peculiares circunstancias de nuestro experimento el acto electromotor tiene dos componentes: corriente y voltaje. Esto no es una rareza, en efecto en otros sistemas como por ejemplo el control motor de un músculo o una articulación, también intervienen dos variables: fuerza y velocidad en el primer caso, o torque y velocidad angular en el segundo. Es importante destacar que la magnitud del trabajo realizado es sólo medible a posteriori de su realización. En efecto, el trabajo se calcula integrando a lo largo del tiempo la potencia disipada. Dado que la potencia disipada es función de elementos externos cuya magnitud es a priori impredecible, el trabajo lo es también. No obstante, una de las características del sistema nervioso es la de implementar sistemas cognitivos predictivos. Por esta razón, los seres humanos hemos desarrollado la idea de potencial. El potencial es la capacidad de actuar (de realizar trabajo) de un sistema enfrentado a una carga dada. Dicho potencial se ha definido de distintas formas para los distintos tipos de energía que los humanos generalmente concebimos: surgen así la fuerza mecánica, el potencial eléctrico el potencial químico, etcétera. 225 En nuestro experimento, dicha potencialidad es medible directamente. Cuando la carga opuesta impide la realización del acto electromotor (resistencia de carga infinita) la corriente por el circuito es nula. En estas circunstancias podemos medir uno de los parámetros que describen la capacidad del pez para hacer circular corriente a través de la resistencia de carga. Sin embargo, potencialidad para realizar un determinado acto no es el acto en sí. Un acto se realiza de la forma que las circunstancias (en nuestro caso la resistencia de carga) lo permiten. En el ejemplo de la pila, la potencia disipada por la resistencia de carga es máxima cuando ésta es igual a la resistencia en serie. El ejemplo nos enseña que cualquier sistema que ejerce un trabajo tiene dos tipos de acciones: unas sobre objetos externos y otras sobre sí mismo. Podemos concluir que parte del trabajo siempre se realiza internamente. Por lo tanto la medida de la potencialidad de realizar trabajo incluye no sólo la fuerza electromotriz sino además la resistencia interna de la fuente. En la realidad, la ejecución del acto electromotor, siendo la expresión de una potencialidad estereotipada y genéticamente determinada, depende solamente de las circunstancias: sus cambios indican cambios en la escena que rodea al animal. La medida de dichos cambios por un sistema sensorial adaptado para responder a las características temporo-espaciales de la descarga del órgano eléctrico permite la elaboración de una representación del mundo basado en la presencia de inhomogeneidades en la distribución de impedancia en el agua que rodea al pez. Adicionalmente, la corriente generada por esta fuente distribuida atraviesa la piel donde están ubicados electrorreceptores cutáneos que miden dicha corriente. La circulación de dichas corrientes estimula, pulso-a-pulso, a los electrorreceptores. Dicho estímulo depende de la distribución de impedancia del medio, y provee al animal de información sobre el mismo. La presencia de un determinado objeto imprime cambios sobre esta distribución. A dichos cambios del estímulo se los denomina “imagen eléctrica del objeto”. La formación de imágenes por modulación de una portadora autogenerada, tampoco es una caracteristica especial de los peces eléctricos. Pensemos por ejemplo las plantas de los pies, las palmas de las manos, o el cuerpo todo cuando nos zambullimos en el agua. En estos casos la fuerza se distribuye en la superficie generando un patrón de presión sobre el cual objetos (por ejemplo una piedra en el zapato) generan una imagen mecánica. El mundo eléctrico de los peces En el caso del sentido activo de los peces eléctricos, la descarga del órgano eléctrico actúa como portadora de señales sobre el mundo externo de la misma manera que la corriente que circula por una línea 226 telefónica actúa como portadora del lenguaje. La capacidad de respuesta de los electrorreceptores ajusta a las características de la descarga del órgano eléctrico como las de un sintonizador a las de las ondas de una radioemisora. Si se coloca un objeto en un determinado sitio de un fluido conductor y en presencia de un campo eléctrico, dicho campo se modifica en función de tres variables principales: a) la intensidad y dirección del campo basal, previo a la colocación del objeto en las cercanías en dicho sitio; b) la conductividad del objeto y c) la forma de dicho objeto. Modificar el campo tal como lo hace el objeto es equivalente a crear un nuevo campo eléctrico perturbador del campo basal. A la fuente eléctrica que al ubicarse en el lugar del objeto genera un campo idéntico al campo perturbador se lo ha denominado impronta eléctrica del objeto.3 La presencia de objetos en la cercanía del cuerpo del pez causa cambios en el campo y estos cambios se “proyectan” sobre la piel como una imagen eléctrica física. Seguidamente describiremos algunos aspectos de los mecanismos de generación de dichas imágenes. Consideremos este ejemplo: supongamos que el pez se encuentra en un cilindro cerrado de diámetro ligeramente mayor al diámetro de su sección. Podemos postular el modelo eléctrico que se observa en la Figura 4. 1 2 3 4 Figura 4 Dicho modelo supone que el espacio puede subdividirse en elementos discretos. En el caso representado el cuerpo del pez se representa por tres elementos, la piel por cuatro y el medio exterior por otros tres. Es importante destacar que los valores de estos elementos dependen de la sección del cilindro y de la longitud y sección del pez (todas estos valores pueden ser experimentalmente medidos). En una red eléctrica de este tipo, la carga sobre la cual actúa cada fuente consiste en un arreglo compuesto por las resistencias internas de todas las otras fuentes, la resistencia de la piel y las resistencias externas. Extendiendo la observación que hacíamos previamente pode3. Recomendamos la lectura de los trabajos iniciales de Lissmann, H. W. (1958). “On the function and evolution of electric organs in fish”, J. Exp. Biol. 35, 156-191 y de Lissmann H.W., Machin K.E., “The mechanism of object location in Gymnarchus niloticus and similar fish”, J. Exp. Biol. 35 (1958) 451-486. 227 mos decir que cada fuente es un lastre, para sí misma y también para las otras fuentes. Podría razonarse que la corriente generada está enfrentada a circular a través de las resistencias internas de las otras fuentes o a través de las resistencias de la piel hacia el exterior. La proporción de corriente en cada rama puede ser calculada estableciendo un sistema de ecuaciones basado en tres principios: 1) la regla de los nodos de Kirchoff: para cada nodo (es decir para cada contacto de tres o más elementos) la sumatoria de las corrientes que circulan por cada una de las ramas convergentes al nodo es nula; 2) la ley de Ohm: la corriente que circula entre los extremos de un elemento es igual al cociente de la caída de potencial y la resistencia del mismo (es útil sustituir la variable resistencia por su inverso, conductancia); 3) cuando entre dos nodos hay una fuente la caída de potencial entre ambos es igual a la caída de potencial causada por la circulación de corriente más el valor de la fuente. En nuestro modelo, el sistema tiene entonces 4 ecuaciones y 4 incógnitas correspondientes al potencial en cada nodo. Obviamente este sistema es indeterminado dado que existen múltiples cuartetas de valores que satisfacen su solución. Puede entenderse fácilmente el fundamento físico de esta indeterminación: Si un punto cualquiera de dicha red es conectado a tierra (potencial nulo) a través de una batería de valor controlable, puede observarse que podemos adicionar infinitos valores de potencial basal a la solución particular que considera el potencial nulo en dicho punto. Se levanta la indeterminación considerando que uno de los nodos tiene potencial nulo. Este ejemplo nos muestra tres hechos 1) la corriente neta a través de la piel es nula (comprobación del teorema de Gauss); 2) si cambia la resistencia de uno de los elementos (como ocurriría por la presencia de un objeto) la contribución de cada una de las fuentes a la circulación de corriente en cada uno de los elementos se modifica; 3) los cambios mayores ocurren en las cercanías de la resistencia que se modificó. La impronta resultante al cambiar un valor de resistencia en el modelo simple previamente expuesto, es la diferencia causada por el cambio de resistencia en los potenciales de cada uno de los nodos. Esta diferencia en la distribución de potenciales en cada uno de los nodos pertenecientes al circuito corresponde a otro circuito cuyos elementos pasivos (resistencias) son idénticos pero cuyo elemento activo consiste en una fuente en el sitio en el cual estaba la resistencia modificada. Para representar una situación más realista pueden considerarse modelos más complejos.4 Esto permite calcular la corriente transcutánea cuando el pez nada en un cierto espacio. Las conclusiones generales observables utilizando estos modelos son las mismas. Utilizando modelos físicos de este tipo hemos demostrado que la imágenes eléctricas de objetos compactos tienen forma de sombrero con la copa enfrentada al 4. Véase para este punto Rother D. 2002, tesis de Maestría, PEDECIBA, Uruguay. 228 objeto y orientada en sentido opuesto al ala. La copa representa un aumento (cuando el objeto es más conductivo que el agua) o una disminución (cuando el objeto es menos conductivo que el agua) de la corriente transcutánea. La Figura 5 representa el campo eléctrico generado por un pez eléctrico en un instante, la deformación que un objeto imprime sobre el mismo. Para simplificar la imagen se ha considerado exclusivamente un plano horizontal y un instante correspondiente a una onda (V3). Por esta razón el campo basal y el causado por la impronta del objeto se representan en 2 dimensiones (en lugar de 3). Figura 5 La imagen eléctrica se parece más a una sombra que a la imagen proyectada por una cámara de cine en una pantalla. Esto se debe a que en el caso de las imágenes eléctricas el sistema equivalente a la lente de proyección no existe. El diámetro de la copa es prácticamente idéntico al del objeto cuando el objeto toca la piel y se ensancha al alejarlo. La altura de la copa es máxima cuando el objeto está en contacto con el pez y cae rápidamente con la distancia. Por esta razón la pendiente relativa de la 229 transición entre copa y ala cae con la distancia y es utilizada por algunos peces como clave para medirla.5 En la Figura 6 se representa la imagen eléctrica normalizada pico a pico y calculada a lo largo de una de sus dimensiones. Figura 6 Distancia, forma, y tamaño son sólo algunos atributos que percibimos de los objetos que nos rodean. Dichos atributos se denominan primarios porque pueden ser evaluados por un conjunto de imágenes obtenidas con un único subtipo receptorial en presencia de la misma portadora. Existen otros atributos que para ser detectados requieren la combinación o el procesamiento neural conjunto de varias imágenes primarias. Por ejemplo el color visto por algunos humanos, resulta de la interacción de las imágenes físicas detectadas por tres tipos de fotorreceptores llamados conos y un tipo llamado bastones. Este tipo de color se basa entonces en el procesamiento conjunto de cuatro imágenes sensoriales primarias. Variantes genéticas (llamadas daltonismo) determinan que otros hombres posean dos o sólo un tipo de conos y por lo tanto perciban en forma diferente la misma realidad. Dichas variantes genéticas son capaces de procesar menos imágenes sensoriales primarias y tienen, por lo tanto, una visión del color diferente entre sí y con los humanos portadores de tres tipos de conos. Análogamente al color pueden definirse cualidades secundarias para otras modalidades sensoriales. Los peces eléctricos tienen distintos tipos de electrorreceptores cutáneos que analizan en forma diferente la imagen física, generando para cada grupo de receptores una imagen sensorial. Existen entonces varias imágenes eléctricas sensoriales definidas por la capacidad de los receptores de responder a la portadora y a sus modificaciones por inhomogeneidades de la impedancia en el entorno del pez. De la misma manera que existe color, olor o sabor, las propiedades físicas de los objetos y las características de forma de onda de la descarga determinan la 5. Véase von der Emde, G., Schwartz, S., Gómez, L., Budelli, R., Grant, K. (1998) “Electric fish measure distance in the dark”. Nature 395: 890-394. 230 posibilidad de discriminar un atributo de los objetos relacionado con su impedancia. Por ejemplo en el circuito que hemos analizado podría sustituirse una resistencia por una impedancia que tuviese elementos capacitivos (por ejemplo un condensador, Figura 7). Dado que se trata de un pulso, la respuesta del condensador es distinta que la de una resistencia. Por lo tanto, la imagen difiere en el peso relativo de cada una de las ondas de la misma manera que en una imagen coloreada cada “tinta” tiene distinto peso. Hemos llamado “color eléctrico” a dicha cualidad secundaria.6 Figura 7 Como hemos visto en los modelos, la amplitud de la imagen de un objeto cilíndrico con una de sus bases enfrentada a la superficie de la piel tiene forma de sombrero mexicano de modo que la copa es función creciente de la conductancia longitudinal del objeto. Dicha predicción puede verificarse en el laboratorio. Para ello se utiliza un pez de aproximadamente 12 a 15 cm de longitud y se lo envuelve en “papel higiénico” y se lo coloca en un corral de tul dentro de un estanque conteniendo una solución de cloruro de sodio al 0,5 por diez mil en agua destilada. De esta forma el pez esta impedido de navegar y 6. John Locke (1632-1704), introduce esta terminologías, postulando que cuando representamos objetos combinamos tres clases de ideas: cualidades primarias, cualidades secundarias y potencialidad: “...Lo amarillo no se encuentra en el oro, sino que es un poder del oro para producirnos esa idea a través de la vista cuando está iluminado de manera adecuada; y el calor que no podemos eliminar de nuestra idea del Sol, realmente no está más en el Sol que el color blanco que produce en la cera”. Calor, color, olor, sabor y sonido son apariencias de los objetos a nuestros sentidos. Potencialidades que sólo se realizan en la mente del observador. Locke llama a estas cualidades de los objetos cualidades secundarias para distinguirlas de las llamadas cualidades primarias que son aquellas que no sólo se perciben a través de los sentidos (por ejemplo: extensión, forma, movimiento o reposo y número) sino cuya existencia implica necesariamente un estar, es decir ocupar un lugar en el espacio y en el tiempo. Sin embargo, las mismas nociones de espacio y tiempo son relativas al observador y, además, pueden ser solo una creación de la mente. Así, llevado a uno de sus límites, el empirismo iniciado por Locke desemboca en el idealismo absoluto ya que el límite entre las cualidades primarias y secundarias puede considerarse absolutamente artificial. 231 la conductividad del agua es aproximadamente 100 microS/cm. La amplitud de la imagen puede estimarse como la diferencia de campos eléctricos perpendiculares a la piel. Para ello se colocan muy cerca del pez un par de alambres finos (de aproximadamente 100 micras de diámetro, de transformador) aislados excepto en la superficie de corte y cuyos extremos estén ubicados sobre una recta perpendicular a la piel, separados 2 mm. Se mide la caída de potencial utilizando un amplificador diferencial cuya salida se monitoriza en un osciloscopio.7 A B Figura 8 Si se acercan distintos objetos se pueden observar los cambios en la amplitud de la descarga. Si se utiliza un objeto cilíndrico cuyo contenido y cara lateral no sean conductoras y sus bases sí sean conductoras (como el que se muestra en la Figura 8A) se puede verificar la relación existente entre resistencia del objeto y la amplitud de la imagen física. Para ello se coloca el cilindro-estímulo con una de sus bases enfrentadas a la región 7. Si se carece de este instrumento puede utilizarse un pequeño radiorreceptor. Para ello se abre la caja del mismo y se identifica el reóstato que controla el volumen. Se conecta uno de los cables al punto medio y otro a masa. Al mover la perilla del dial a un extremo se oirá la descarga del pez. Si se mide con un téster colocado en posición AC la caída de potencial en el parlante dicha medida es un índice de la amplitud de la descarga local. 232 donde se está midiendo la imagen eléctrica. Al conectar sucesivamente entre sus bases resistencias de valor conocido se pueden medir las correspondientes amplitudes de la señal registrada en el osciloscopio Análogamente se puede verificar, si se dispone de un osciloscopio, cómo las capacidades modifican no sólo la amplitud sino también la forma de onda de la señal registrada. Para ello se coloca un condensador entre las bases del cilindro, y se registra en el osciloscopio el campo local enfrente del objeto. En la Figura 8B se observan distintas formas de onda correspondientes a circuito abierto (izquierda), carga resistiva (22 kΩ centro arriba), carga capacitiva (10 nF, centro abajo) y cortocircuito. Las flechas indican que el camino entre circuito abierto y cortocircuito puede recorrerse con diversidad de cargas y que una capacidad muy alta es equivalente a una resistencia muy pequeña. La flecha vertical en gris indica que es posible modificar forma de onda sin cambiar amplitud de la señal. Los peces son capaces de discriminar forma de onda. Dicha capacidad sugiere que los peces pueden evaluar una cualidad de la señal asociada a la impedancia de los objetos. Es decir los peces podrían percibir una forma de “color eléctrico”. Memoria y discriminación de las imágenes eléctricas ¿Cuán relevantes son para el pez las imágenes físicas que acabamos de describir? Para responder a esta pregunta debemos primero subrayar 5 conceptos básicos de fisiología sensorial: 1) detectar es contestar la pregunta ¿hay algo ahí?; 2) discriminar es contestar la pregunta ¿es esto distinto de esto otro?; 3) describir es contestar a la pregunta ¿cómo es esto? 4) localizar es contestar a la pregunta ¿dónde está esto?; y 5) reconocer es contestar la pregunta ¿qué es esto? Cada una de estas funciones requiere un procesamiento sensorial de grado cada vez más elevado. Una de las herramientas adecuadas para evaluar algunas de estas funciones fue diseñada por el físico y fisiólogo alemán Fechner en 1864 a punto de partida de las observaciones de Weber, quien descubre que relación entre el peso de un objeto y su mínimo incremento detectable es constante para un amplio rango de objetos, y que existe un peso mínimo, umbral, por debajo del cual no existe sensación de peso. Fechner razona que la sensación o efecto psíquico causado por un determinado estímulo puede cuantificarse suponiendo que la misma mínima sensación ∆S es causada por el mismo incremento relativo del estímulo ∆E/E (con E notando al estímulo y ∆E a su incremento). Esto implica que el cociente incremental ∆E / ∆S para los mínimos incrementos medibles es proporcional al estímulo E. Fechner supone que la derivada de la sensación con respecto al estímulo es inversamente proporcional al estímulo: 233 δS / δE = K/E (7) de modo que la sensación es una función medible del estímulo: S = K log (E) + C (8) y como en el umbral absoluto Eo la sensación tiende a cero C= -K log (E0) (9) Y entonces S = K log (E/E0) (10) Finalmente, Fechner concluye que la sensación, una característica de la psiquis del sujeto, puede ser objetivamente medida utilizando las reacciones del sujeto frente a distintos estímulos. Las observaciones de Weber distan de ser generalizables para todas las modalidades sensoriales en todo su rango dinámico y el razonamiento de Fechner se basa en supuestos razonables pero no necesariamente válidos desde el punto de vista cuantitativo. Sin embargo, el experimento clásico de Weber y la aproximación teórica de Fechner dio origen a una nueva disciplina por medio de la cual se pueden evaluar en forma experimental y comparable variables representativas de los procesos psíquicos: la psicofísica. Utilizando técnicas psicofísicas hemos podido verificar que los peces son capaces de detectar, discriminar y hasta cierto punto cuantificar las diferencias entre dos objetos.8 Sin embargo, la regla logarítmica de Fechner no es válida en este caso. Como índice de detección hemos utilizado un tipo de conducta conocido como respuesta de novedad consistente en la ejecución de un acto motor exploratorio disparado por un cambio en el entorno sensorial del animal. Son respuestas de novedad mirar o girar las orejas en la dirección desde donde proviene un ruido, mirar hacia un objeto que ingresa en el campo visual. En el caso de los peces eléctricos, ya los primeros trabajos de Lissmann, se reportan respuestas de novedad caracterizadas por el incremento súbito de la frecuencia de repetición de la descarga. Dichas respuestas se provocan por cambios en las características eléctricas de los objetos cercanos. La técnica utilizada consistió en estudiar la probabilidad y la amplitud (es decir la magnitud del aumento de la tasa de repetición de la descarga del órgano eléctrico) en función del cambio en la imagen eléctrica a partir de distintas imágenes basales. Dicha técnica se puede implementar en un salón de clases prácticas de enseñanza secundaria 8. Véase P. Aguilera, tesis de Doctorado PEDECIBA. 234 siempre que los grupos de estudiantes sean lo suficientemente reducidos para evitar estímulos vibratorios generados por la discusión en voz alta y la repercusión a través del piso de los movimientos de distintos integrantes del grupo. Ya hemos explicado cómo medir la imagen eléctrica. En este caso el cambio de resistencia debe realizarse utilizando un relé para poder registrar en forma precisa el momento en que dicho cambio ocurre. La amplitud de la respuesta de novedad se mide por la reducción porcentual del intervalo entre pulsos inmediatamente al cambio de resistencia del objeto. A B Figura 8 235 Para medir el tiempo de ocurrencia del cambio de resistencia y los tiempos de descarga del órgano eléctrico se requiere un programa de computación que permite adquirir dichos sucesos a través del puerto serie o del puerto paralelo de un computador digital.9 La probabilidad de obtener respuestas de novedad en función del cambio en la amplitud de la descarga del órgano eléctrico es una función sigmoide como se observa en la Figura 9A. Dicha función es independiente de la amplitud de la imagen basal. Estos resultados indican que existe un umbral constante, positivo, e independiente del valor inicial de la imagen eléctrica, por encima del cual un cambio de amplitud de la imagen provoca respuestas de novedad. Es decir, la reducción del perfil de la imagen de un objeto menos conductivo que el agua es igualmente detectable que el incremento de la imagen de un objeto cuya conductividad es mayor a la del agua. Contrariamente, la reducción del perfil de la imagen de un objeto más conductivo que el agua y el incremento de la imagen de un objeto cuya conductividad es mayor a la del agua no causan respuestas de novedad. Este estudio nos permitió observar además otro fenómeno: la amplitud de la respuesta de novedad es función lineal del logaritmo del incremento de amplitud (∆amplitud, Figura 9B) con constante de proporcionalidad k: RN = k. log (∆amplitud/∆umbral) (11) Nuestros experimentos sugieren que el sistema nervioso central de estos peces es capaz de almacenar y comparar sucesivas imágenes discretas. A diferencia de otros sistemas en los cuales el flujo sensorial es continuo, en estos peces cada descarga del órgano eléctrico da origen a una imagen individual. Dado un tren de descargas homogéneo, basta una única imagen discordante en más de una diferencia umbral con el resto del tren para provocar una respuesta de novedad. Surge entonces la pregunta ¿contra qué se compara la imagen discordante? Una hipótesis es que cada imagen se compara con una imagen fija genéticamente determinada. Dicha hipótesis no es plausible dado que si así fuese debería responderse a los valores absolutos y no a cambios en la amplitud de las imágenes. La hipótesis alternativa que parece más probable es que el sistema compara cada nueva imagen con una imagen neural resultante de almacenar imágenes recientes. Es decir, existe una memoria de corto plazo implementada por el sistema sensorial. ¿Cuáles son las reglas que rigen dicha memoria? ¿Se compara imagen a imagen o existe un efecto remanente? 9. Programa disponible a pedido. Corre en modelos 386 a pentium I siempre que tengan instalado DOS, (Windows 311, 95 o 98). 236 Para responder estas preguntas se diseñó el siguiente experimento: se aplicaron cambios máximos de amplitud del estímulo de modo periódico. Cada 30 segundos se incrementó la amplitud del estímulo cortocircuitando las bases del cilindro que oficiaba de objeto-estímulo y se mantuvo en esta condición durante una determinada fracción del ciclo luego de la cual el circuito se volvió a abrir. En estas condiciones se modificó la fracción del ciclo en la cual se aplicaba el cortocircuito. La predicción antes del experimento fue que si cada imagen se comparase con la inmediatamente anterior la respuesta no debería modificarse dado que el cambio fue siempre igual. Por el contrario, una memoria remanente causaría un cambio gradual de la respuesta dependiente de la duración de dicha remanencia. La experiencia confirmó esta segunda predicción (Figura 10). Figura 10 La gráfica de la Figura 10 fue obtenida con una intensidad de estímulo máxima dicho cambio en la respuesta. Dicha gráfica podría explicarse por una disminución de la constante de proporcionalidad k, de un aumento del umbral o de ambos (véase ecuación 7). Para dilucidar si solo uno o ambos parámetros intervenían en dicho proceso de memoria se realizó otro grupo de experimentos en los cuales se obtuvieron respuestas de novedad para los mismos 4 cambios de amplitud en tres condiciones. Se aplicaron cambios cíclicos de la impedancia del objeto entre circuito abierto y circuito cerrado por una de cuatro resistencias. Se compararon secuencias con distintas fracciones de tiempo en circuito abierto (1/15 de ciclo, círculo claro; 1/3 de ciclo círculo lleno; y 14/15 de ciclo, cuadrado claro). Los resultados que se muestran en la Figura 11 indican que sólo la pendiente k es modificada y que ésta crece con el número de pulsos de amplitud basal. 237 Figura 11 Puede concluirse entonces que el sistema nervioso genera una memoria renovable. Dicho proceso parece ocurrir, imagen a imagen, de modo que cada imagen compara la representación almacenada en el pasado. Simultáneamente se actualiza la representación de la escena electrosensorial integrando la información proveniente de la nueva imagen. La exploración es realizada en el caso de los peces eléctricos aplicando una potencialidad idéntica (la activación del órgano eléctrico) a una realidad cambiante y evaluando la respuesta de dicha realidad (imagen eléctrica). Los experimentos muestran que el sistema es predictivo. La creación de una memoria de corto plazo y la comparación de dicha memoria con la imagen presente del mundo permite al pez establecer una medida de la información contenida en cada imagen y reaccionar con una conducta exploratoria tanto mayor cuanto más inesperada es la imagen presente. Reflexiones finales El estudio de animales cuyo comportamiento está determinado en un grado importante por un sentido intuitivamente inaccesible por los seres humanos, como la representación eléctrica del mundo, nos provee de un excelente ejemplo para entender la relación realidad y su representación por el cerebro sin preconceptos derivados de las particularidades de nuestros propios sistemas sensoriales. La peculiaridad de que dichos sistemas sean activos, introduce un elemento adicional a favor de su utilización como modelo. La llamada “visión pura”, derivada de la aplicación de conceptos de inteligencia artificial, intenta establecer formas de decodificación de la imagen computacional que permitan inferir la realidad que la generó. 238 Este no es el caso de la percepción animal. La realidad no sólo se representa para su contemplación sino que se representa para la acción y toda acción condiciona una representación del mundo posterior. Es decir no existe acción sin percepción y percepción sin acción.10 Se conoce entonces en tanto se explora y se explora en tanto se gana información, es decir cuando ocurren fenómenos inesperados. Se aprende a conocer tanto como se aprende a explorar. El problema de la existencia de una realidad externa a la mente del observador y su correspondencia con su representación consciente ha sido materia de estudio filosófico desde la más remota antigüedad hasta nuestros días. La coherencia de los hallazgos de la ciencia experimental sugiere la presencia de una realidad externa coherente, independiente de la capacidad perceptual de cada individuo. Sin embargo, la sensatez del arte11 muestra que la realidad percibida por un actor consciente no necesariamente corresponde a la realidad objetiva. Se sustituye entonces el problema de la existencia de una realidad externa al individuo por el problema de cómo es dicha realidad y cómo el individuo representa dicha realidad. De cualquier forma que sea el mundo externo al individuo, es necesario convenir que la representación de la realidad externa por cada individuo es dependiente de sus órganos sensoriales, de la estructura y funciones de su cerebro y de la capacidad exploratoria de dicho individuo, es decir de la dinámica del ciclo acción-percepción. La realidad externa es común pero su representación compartida con otros individuos es fragmentaria. Conciben el mismo mundo sólo aquellos individuos que han desarrollado sistemas de representación compatibles y viven en circunstancias similares. Surge entonces la noción de mundo perceptual o Merkwelt. Nikolaas Tinbergen hace notar que “cada animal tiene su propio Merkwelt y este mundo difiere de su ambiente tal como lo percibimos nosotros, es decir de nuestro propio Merkwelt’’.12 Las propiedades básicas de los sistemas sensoriales están distribuidas ampliamente en la escala zoológica y derivan en general de la experiencia individual azarosa y la estructura potencialmente presente en su capital genético. La capacidad de percibir y representar el mundo en el que operamos los seres humanos, no sólo deriva de estos dos factores sino que se 10. “Cualquier pieza de conocimiento está conectada con una acción… conocer un objeto es usarlo asimilándolo dentro de un esquema de acción, es decir lo que tienen en común varias repeticiones o superposiciones de la misma acción”. Biology and knowledge, J. Piaget, 1971. 11. “Hay, Horacio, en el cielo y en la tierra, algo más de lo que puede soñar tu filosofía”. Hamlet, W. Shakespeare. 12. Tinbergen N., The study of instinct, Oxford University Press, New York, 1951. 239 adquieren lentamente en el desarrollo y la maduración del cerebro. Dicho desarrollo y maduración requiere que cada cerebro individual elabore razonamientos, juicios, y estrategias coherentes de exploración de la realidad a partir del capital cognitivo acumulado por la humanidad. Los educadores debemos ser conscientes de que, independientemente de la asignatura, lograr dicha utilización, motivar el pensamiento de los estudiantes, es nuestra principal tarea. Esperamos que el lector comparta con nosotros que plantear el problema de cómo es el mundo eléctrico de los peces es una excelente excusa para ello. Lecturas sugeridas Las siguientes son revisiones sobre estos temas que pueden aportar detalles y extensa bibliografía que escapan a las características de este trabajo. Sugerimos además la lectura de los originales mencionados en las notas al pie. Trujillo-Cenóz, O. (1991) “El enigma de los peces eléctricos”. Ciencia Hoy. Macadar, O. (1993) “Motor control of waveform generation” in Gymnotus carapo. J. Comp. Physiol A. 173: 728-729. Caputi A.A., (1999) “The electric organ discharge of pulse gymnotiforms: the transformation of a simple impulse into a complex temporal electromotor pattern”, J. Exp. Biol. 202 1229-1241. Caputi, A. A. (1999) “Aprendiendo neurobiología con los peces eléctricos”. Actas de Fisiología. 5: 109-157. Lorenzo D, Silva A., Caputi A.A. , Borde M., Macadar O. (2001) “Electrogeneration in weakly electric fish” in Sensory biology of jawed fishes. New insights. Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd. Caputi A.A., Castelló M.E., Aguilera P.A., Trujillo-Cenóz O. (2002) “Electrolocation and electrocommunication in pulse gymnotids: signal carriers, pre-receptor mechanisms and the electrosensory mosaic”. J Physiol. Paris 96: 493–505. R. Budelli, A.A. Caputi, L. Gomez, D. Rother and K. Grant, (2002) “The electric image” in G.Petersii J. Physiol. (Paris) 96: 421–29 Caputi A. A., “Contribution of electric fish to the understanding of reafferent sensory systems”. J. Physiol. Paris 98 (2004) 81–97 Caputi A.A., Budelli R. (2005) “Peripheral electric imaging by freshwater fish”. J. Comp. Physiol. A (in press). Caputi A.A., Carlson, B., Macadar O., (2005) Electric organs and their control. Electroreception Ed. By T.H.Bullock, C. Hopkins, A.N. Popper and R.R. Fay. Springer-Verlag. 240 Estrés oxidativo y enfermedad ANA DENICOLA, PH.D. LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA BIOLÓGICA FACULTAD DE CIENCIAS Líneas de investigación del grupo: El área general de trabajo está enmarcada en el estudio de la producción, reactividad, difusión, efectos biológicos, patogenicidad y farmacología de radicales libres del oxígeno y nitrógeno, en relación con la patología cardiovascular, neurodegenerativa, inflamatoria e infecciosa. En particular se estudian las propiedades fisicoquímicas de radicales libres formados en sistemas biológicos, los mecanismos de daño molecular a macromoléculas biológicas por especies reactivas y mecanismos de reacción de potenciales antioxidantes. Integración del grupo de investigación: Ana Denicola (Gdo. 4, 40 hs, Lab. Fisicoquímica Biológica, Ph.D. en Bioquímica). Beatriz Alvarez (Gdo. 3, DT, Lab. Enzimología, Dr. en Química). Leonor Thomson (Gdo. 3, DT, Lab. Enzimología, Dr en Medicina, Dr. en Ciencias Biológicas) Actualmente realizando un post-doctorado en USA. Gerardo Ferrer-Sueta (Gdo. 3, 30 hs, Lab. Fisicoquímica Biológica, Master en Química, finalizando Doctorado en Química). Laura Celano (Gdo. 2, 30hs, Lab. Enzimología, estudiante de Maestría Biología). Matías Möller (Gdo.1, 20 hs, Lab. Fisicoquímica Biológica, Lic. Bioquímica, Magister en Química, iniciando el doctorado en Química). Luciana Hannibal (Gdo. 1, 20 hs, Lab. Fisicoquímica Biológica, Lic. Bioquímica). Bruno Manta (Gdo. 1, 20 hs, Lab. Enzimología, finalizando Lic. Bioquímica). Daniel Murillo (Dr. en Medicina, finalizando la Maestría en Biología). Sebastián Carballal (Lic. Bioquímica, realizando Maestría en Química). Darío Vítturi (realizando Trabajo Especial Lic. Bioquímica). Verónica Tórtora (realizando Trabajo Especial Lic. Bioquímica). 241 Mucho se habla hoy de radicales libres, terapia antioxidante, antirradicalar, pero ¿qué entendemos por radical libre? Radical libre es todo compuesto que contiene uno o más electrones desapareados. Ejemplos pueden ser el anión superóxido (O2•-) radical centrado en el oxígeno, radical tiilo (RS•) centrado en el azufre, radical triclorometilo (CCl3•) centrado en el carbono, y óxido nítrico (•NO) donde el electrón se encuentra deslocalizado entre ambos átomos. El punto (•) justamente denota su carácter radicalar. También son radicales los metales de transición que tienen incompleto su orbital d. En general los radicales son muy reactivos, por lo tanto de corta vida media, y en general muy oxidantes, captando un electrón para completar el orbital. Un ejemplo representativo es el radical hidroxilo (OH•) con una vida media de 1 ns (1 nanosegundo) y un potencial de reducción estándar de 2.3V. Pero no todos los radicales libres son muy reactivos, por ejemplo la vida media del •NO es de 5 - 30 segundos. Tampoco todos los radicales libres son oxidantes, por ejemplo el O2•- es más bien reductor. En 1969 aparece la publicación: McCord, J., and I. Fridovich. (1969) “Superoxide dismutase, an enzymic function for erythrocuprein (hemocuprein)” J. Biol. Chem. 244, 6049-6055. Donde McCord y Fridovich encuentran en eritrocitos, una actividad enzimática que utiliza el radical anión superóxido O2•- como sustrato y la denominan superóxido dismutasa (SOD). La SOD cataliza la siguiente reacción: 2 O2•- → H2O2 + O2 La existencia de una enzima para descomponer un radical libre, estaba indicando que se producía in vivo ese radical. Más aún, estos investigadores observan que presentan actividad SOD aquellos organismos aeróbicos, pero está ausente en microorganismos estrictamente anaeróbicos (Tabla I), o sea que la formación de O2•- estaba asociada al metabolismo del oxígeno. 242 Tabla I. Contenido de SOD y catalasa de varios microorganismos SOD Aerobios Escherichia coli Salmonella thypirium Halobacterium salinarum Rhizobium japonicum Micrococcus radiodurans Saccharomyces cereviseae Mycobacterium sp. Pseudomona sp. Anaerobios estrictos Veilonella alcalescens Clostridium sp. Butyrivibrio fibrisolvens Anaerobios aerotolerantes Butyribacterium rettgeri Streptococcus fecalis Streptococcus mutans Streptococcus bovis Streptococcusmitis Streptococcus lactis Lactobacillus plantarum CAT (unidades/mg. Prot.) (unidades/mg. Prot.) 1.8 6.1 1.4 2.4 2.1 3.4 2.6 0.7 7.0 289 3.7 13.5 2.9 2.7 2.0 22.5 0 0 0 0 0 <0.1 1.6 0.8 0.5 0.3 0.2 1.4 0 0 0 0 0 0 0 0 Tomado de McCord, J.M., Keele, B.B., and Fridovich, I. Proc. Natl. Acad. Sci. (1971) 68, 1024- Producción biológica de radicales libres Los organismos aeróbicos se benefician energéticamente al acoplar la oxidación de nutrientes con la formación de ATP a nivel de la mitocondria. La citocromo c oxidasa mitocondrial utiliza oxígeno molecular O2 y lo reduce por 4 electrones a H2O. Pero en la transferencia de electrones en la cadena mitocondrial, pueden formarse especies parcialmente reducidas del oxígeno; de hecho, en condiciones normales, del 1 al 2% del O2 consumido por células aeróbicas, es reducido parcialmente a O2•- . Este superóxido dismuta (espontánea o enzimáticamente, SOD) para dar peróxido de hidrógeno H2O2, que en presencia de metales de transición reducidos puede ser fuente de radical hidroxilo (reacción de Fenton): 2 O2•- + 2 H+ → H2O2 + O2 H2O2 + Fe+2 → •OH + OH- + Fe+3 Con el nombre de especies reactivas del oxígeno (ROS, en inglés) se agrupa no sólo a los radicales libres del oxígeno como el O2•- y •OH, sino 243 también algunos derivados del oxígeno no radicalares pero igualmente reactivos como el H2O2, el ozono (O3) y el oxígeno singulete. La producción biológica de intermediarios parcialmente reducidos del oxígeno, no solo se da por el escape de electrones en la cadena respiratoria mitocondrial, sino también en otras reacciones de transferencia de electrones, autoxidaciones no enzimáticas (catecoles, quinonas), producto de reacciones catalizadas por enzimas redox (NADPH oxidasa, xantina oxidasa, aldehído oxidasa, urato oxidasa, etc.). No hay que olvidar la formación de radicales libres a partir de xenobióticos reducidos por enzimas microsomales NADPH-dependientes y luego generan O2•por autoxidación, por ejemplo el herbicida paraquat. Defensas antioxidantes En respuesta a este bombardeo suave de radicales libres en condiciones fisiológicas, los organismos aeróbicos cuentan con mecanismos de defensa para evitar el potencial daño que puedan generar estas especies reactivas. Los antioxidantes endógenos se dividen en enzimáticos y no enzimáticos (Tabla II). Tabla II. Defensas antioxidantes No enzimáticas Enzimáticas a-Tocoferol (Vit. E) Ascorbato (Vit. C) b- Caroteno (Vit. A) Glutatión Ubiquinol Urato Bilirrubina Albúmina Superóxido dismutasa (SOD) Catalasa (CAT) Glutatión peroxidasa (GSH Px) Ascorbato peroxidasa Cuando se genera un desbalance en este delicado equilibrio entre la producción de radicales y los niveles de antioxidantes presentes, se crea un estado de estrés oxidativo, ya sea por una sobreproducción de especies reactivas, o por una disminución en los niveles de antioxidantes o falla en los sistemas de reparación. El estrés oxidativo en mamíferos conduce a varias disfunciones metabólicas: daño a ADN, depleción de ATP, oxidación de glutatión, aumento intracelular de calcio libre, inactivación de actividades enzimáticas, lipoperoxidación de membranas, etc. La Tabla III resume algunas patologías asociadas a estrés oxidativo, donde hay evidencia de la participación de radicales libres en la etiología de la enfermedad. Los puntos suspensivos indican que la lista está abierta y crece cada día. 244 Tabla III. Patologías asociadas a estrés oxidativo Ateroesclerosis Hipertensión Isquemia/reperfusión Parkinson ALS Alzheimer Cáncer Hiperoxia Osteoartrosis Enfisema ARDS Diabetes Fibrosis cística ... A fines de la década del 80 se identifica otro radical libre producido en sistemas biológicos, pero no derivado del O2, es el óxido nítrico (•NO). Pero en este caso existe una enzima que específicamente cataliza la formación de •NO a partir de arginina y usando varios cofactores (NADPH, O2, BH4), es la óxido nítrico sintasa, NOS. Se conocen tres isoformas: la neuronal (nNOS), la endotelial (eNOS) y la inducible (iNOS) que indican las principales funciones fisiológicas que cumple el NO como neurotrasmisor, vasodilatador y efector de la respuesta inmune. A pesar de ser un radical libre, el •NO no es muy reactivo, reaccionando principalmente con centros metálicos u otros radicales. Justamente, una de las reacciones más rápidas del •NO es con el radical O2•- para dar un producto no radical pero fuertemente oxidante, el peroxinitrito, ONOO-. Nuestro laboratorio ha estudiado la reactividad de peroxinitrito con diferentes biomoléculas, trabajado en la identificación de los productos de reacción y las consecuencias biológicas de dichas modificaciones oxidativas. Con el nombre de especies reactivas del nitrógeno (RNS, en inglés) se agrupa a los radicales centrados en el nitrógeno, como •NO, •NO2 (dióxido de nitrógeno) y también especies derivadas del •NO no radicalares como el peroxinitrito, el N2O3 (trióxido de dinitrógeno). Blancos moleculares de radicales libres Como ya dijimos, no todos los radicales son igualmente reactivos. El •OH es altamente reactivo y muy oxidante, entonces, una vez formado reacciona con cualquier molécula en la vecindad de su sitio de formación. Su alta reactividad lo convierte en no selectivo, y su citotoxicidad depende del lugar crítico donde se esté generando. En cambio el O2•- es un radical reductor y poco reactivo, adjudicándose su citotoxicidad a la 245 formación de •OH por un mecanismo metal-dependiente (Haber-Weiss), o por la formación de peroxinitrito. La lipoperoxidación de los ácidos grasos insaturados de membrana es uno de los procesos radicalares más estudiados, señalando una etapa de iniciación, seguida de la propagación y luego terminación: LH + R• → L• + RH iniciación L• + O2 → LOO• propagación LOO• + LH → L• + LOOH LOO• + AH → LOOH + A• terminación Donde LH es el ácido graso insaturado y AH el antioxidante que corta la propagación. La lipoperoxidación destruye la integridad estructural y funcional de las membranas, imprescindibles para un metabolismo celular normal. Además ejerce un efecto tóxico indirecto al aumentar la concentración intracelular de aldehídos. La oxidación de proteínas por radicales libres se da a nivel de los residuos aminoacídicos así como en los grupos prostéticos. Las modificaciones oxidativas, deamidación, formación de carbonilos, formación de metionina sulfóxido, cistina, ditirosina, incluso nitrotirosina o ntirotriptofano, llevan a cambios de conformación, de hidrofobicidad, de carga, que en definitiva pueden provocar alteraciones en la funcionalidad de la proteína, la formación de agregados proteicos y a un aumento del recambio proteolítico. La oxidación de ADN por radicales libres sucede tanto a nivel de las bases nucleotídicas como de los residuos azúcar-fosfato y las consecuencias son graves: muerte celular, mutaciones, transformaciones a células tumorales. Los radicales libres muy reactivos como el radical hidroxilo, generado fuera del núcleo, es improbable que lleguen a reaccionar con el ADN, siendo más probable a difusión de peróxidos al núcleo que reaccionarán con el ADN directamente o a través de especies radicalarias derivadas. El ADN mitocondrial está más expuesto ya que la mitocondria es fuente de radicales derivados del oxígeno. No sólo las macromoléculas biológicas son susceptibles de ataque por radicales sino también los componentes celulares de bajo peso molecular fácilmente oxidables. Se destacan glutatión (reductor de bajo peso molecular, antioxidante intracelular clave), NAD(P)H, o ATP. En nuestro laboratorio hemos estudiado la reactividad de radicales libres y especies derivadas con distintas biomoléculas, los productos de oxidación, las consecuencias biológicas de esas modificaciones. Estamos interesados además en desarrollar potenciales antioxidantes, sintéticos o extraídos de productos naturales. ¿Qué es un antioxidante? Una sustancia que presente en pequeñas cantidades es capaz de inhibir un proceso de oxidación. 246 Al evaluar un antioxidante se deben tener en cuenta varios aspectos: Qué biomolécula protege; si llega in vivo al compartimento celular donde se halla esa biomolécula y a una concentración suficiente (su biodisponibilidad). Cuál es el mecanismo de acción; si previene la formación de radicales, si atrapa los radicales ya formados, o si repara el daño hecho. En el caso de atrapar radicales libres, no se debe olvidar que el producto de la reacción es un nuevo radical, que debe ser menos reactivo y menos tóxico que el primario. Terapia antioxidante Hoy se reconoce que los radicales libres participan en la patogénesis de un creciente número de enfermedades incluyendo las dos mayores causas de muerte en occidente: ateroesclerosis y cáncer, pero también están involucrados en muchas enfermedades neurodegenerativas (Parkinson, Alzheimer, etc.), procesos inflamatorios, asma y envejecimiento. Parece entonces que los radicales libres representan un blanco terapéutico prometedor en el desarrollo de fármacos contra varias enfermedades. En este contexto, los antioxidantes naturales han recibido especial atención ya que pueden servir como compuestos líderes en el desarrollo de nuevos fármacos y representan una alternativa al uso de antioxidantes sintéticos. El consumo de antioxidantes en la dieta presente fundamentalmente en frutas y vegetales, está asociado con una disminución del riesgo de enfermedades degenerativas como cáncer y disfunciones cardiovasculares. Por lo tanto, mejorando la dieta o suplementándola con antioxidantes efectivos, se podría aspirar a mejorar la salud general. En la actualidad, se utilizan antioxidantes en contadas áreas clínicas: en cirugías de bypass cardíaco, en tratamiento de ARDS (síndrome de distress respiratorio, adulto y neonatal), neumonía secundaria a infección por influenza, y en la preservación de órganos para trasplante. En nuestro laboratorio apuntamos a medir la capacidad antioxidante plasmática de nuestra población como medida de la calidad de la dieta y para evaluar la suplementación con antioxidantes. Nos interesa además la búsqueda de nuevos antioxidantes naturales en productos naturales autóctonos. 247 La física un siglo después ARTURO LEZAMA INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA Para mí es un gusto estar aquí, me parece muy importante esta actividad de las pasantías PEDECIBA-UNESCO, y espero que ustedes la hayan aprovechado. I. Introducción Quisiera empezar esta charla aclarando su título, “La física un siglo después” ¿de qué? La respuesta es obvia: después de lo que pasó hace cien años, concretamente en el año 1905. En ese año 1905 pasó algo particular en la historia de la física y en la historia del conocimiento, porque entonces, este Sr. que es Albert Einstein (transparencia 2), publicó tres trabajos en el mismo número de los Anales de Física, de Alemania, que fueron tres trabajos que realmente revolucionaron la historia del conocimiento y la historia de la física en particular. La idea de esta charla es abordar desde un punto de vista más bien filosófico, epistemológico, algunas consecuencias de ese cambio en la manera de ver el universo que fue empezando a surgir a partir de esa época. Voy a evitar en lo posible cuestiones técnicas de física, entre otras Transparencia 1 Transparencia 2 249 cosas porque supongo que la audiencia no es toda especialista en física. Por otra parte, quisiera dejar claro que las transformaciones que ocurrieron a partir de esa fecha tuvieron varias vertientes, en particular Einstein es responsable de una de las vertientes más interesantes, que es la visión del universo en términos de una teoría que podríamos llamar de geométrica, que es la teoría de la relatividad y que ha cambiado profundamente nuestra forma de ver las cosas. Hoy, yo no quiero ir por ese lado, no voy a hablar de la teoría de la relatividad, sino que me voy a referir a otra revolución más o menos concomitante que es aquella que tiene que ver con la Física Cuántica. Esencialmente voy a hablar de la mecánica cuántica y sus consecuencias. La importancia de 1905 ha sido reconocida internacionalmente. Tanto así que el año 2005 ha sido declarado por las Naciones Unidas como Año Internacional de la Física y en todo el mundo se están organizando eventos para tratar de recordar la fecha y promover la actividad física. II. El triunfo de la Física Clásica Voy a empezar entonces la historia a partir de fines de siglo XIX, simplemente comentando que en ese momento se vivía una especie de euforia a nivel científico y epistemológico relacionada con el éxito de la física clásica. Esta imagen (transparencia 3) sacada de un libro de Julio Verne representa esa exaltación, donde parecía que con lo que se había entendido hasta ese momento se podía realmente dominar y controlar la naturaleza y que por lo tanto el desarrollo humano no tendría límite. Se entendían (según se creía entonces) bastante bien la casi totalidad de los fenómenos físicos. Este éxito estaba principalmente basado en las teorías mecánicas que había desarrollado Newton (transparencia 4), que había introducido además de algunas herramientas matemáticas nuevas, una teoría muy sencilla basada en un conjunto muy pequeño de ecuaciones y parámetros. Esa teoría, expresada en la simple ecuación Transparencia 3 250 Transparencia 4 Transparencia 5 Transparencia 6 f =ma resultó que de repente había organizado todo el universo... Por ejemplo, toda la complejidad de los movimientos de los astros resultaba ser consecuencia de esa simple ecuación, lo cual evidentemente no podía dejar de entusiasmar sobre el enorme poder de comprensión conseguido a partir de los trabajos de Newton. Una cosa parecida ocurría en el terreno de la termodinámica. La termodinámica en su versión macroscópica, ilustrada aquí (transparencia 5) por Carnot y en su versión de estadística, ilustrada por Boltzmann, también había logrado éxitos notables, que entre otras cosas dieron lugar a todas las máquinas térmicas que conocemos permitiendo la revolución industrial con sus consecuencias tremendas que como se sabe cambiaron la faz de la tierra. Entonces, también la termodinámica era motivo de orgullo y de entusiasmo por su alcance. Finalmente, el panorama se completaba con la visión sintética que se había llegado a tener, en aquel entonces, de los fenómenos electromagnéticos, que están aquí simbolizados en la figura de Maxwell (transparencia 6), que fue quien consiguió hacer la síntesis de los fenómenos electromagnéticos mediante un conjunto de ecuaciones que explican todas las tecnologías que nosotros conocemos hoy en día relacionadas con las telecomunicaciones, con la óptica, con las ondas de radio, radar y todo eso. Sin duda la física clásica era una física extremadamente exitosa. Voy ahora a recordar desde un punto de vista filosófico y epistemológico cuál es la esencia de la física clásica (transparencia 7). Transparencia 7 251 III. La visión clásica del mundo La física clásica está extremadamente ligada a lo que podríamos llamar sentido común. No voy a intentar definir este concepto pero todo el mundo tiene una idea de lo que es. La física clásica describe el mundo desde un punto de vista que está a la escala de nuestra experiencia. Sus objetos son bolitas, cuerpos, en fin, cosas que las vemos, que las sentimos, que las tocamos, que están por lo tanto a la escala de nuestra experiencia cotidiana. No se mete la física clásica, por lo menos naturalmente, con cosas muy microscópicas, o directamente con cosas muy macroscópicas. Una cosa que parece obvia es que en la física clásica cada objeto es un objeto, por ejemplo si yo tengo dos bolitas, son dos bolitas, cada bolita es una bolita distinta de la otra, y eso sigue siendo así a lo largo de la evolución del sistema por compleja que sea ésta. Veremos que ésta es una de las cosas que va a tener que cambiar... La física clásica corresponde con nuestra percepción causal de los acontecimientos, o sea que nosotros sentimos que hay algo que es una causa, que está en el pasado, que de alguna forma implica o motiva un hecho que es el que estamos observando en el presente, y de ese hecho podemos prever que tendrá consecuencias que están en el futuro. Entonces, esta especie de recorrido es característica de nuestra manera de pensar, y es característica de la física clásica. Puede ser que esa coincidencia entre nuestra manera de pensar y los fenómenos que están actuando a nuestro alrededor, tenga algo que ver con la forma como funciona el cerebro y nuestra conciencia. Como ambos tienen un origen evolutivo, es natural que estén adaptados a la comprensión de los fenómenos de la vida cotidiana. Quiero comentar ahora con un poco más de detalle cómo define la física clásica un sistema físico (transparencia 8). En física clásica las descripción del movimiento de las partículas usa esencialmente variables que son las coordenada x y la cantidad de movimiento p, y la evolución del sistema puede visualizarse mediante la trayectoria, en un espacio que se llama espacio de fase donde vamos viendo, a medida que pasa el tiempo, cuáles son las distintas posición y cantidad de movimiento que tiene el sistema. El estado del sistema está descrito por estas dos magnitudes, que cité, pero las magnitudes que uno observa físicamente son por ejemplo la propia posición y la cantidad de movimiento, o cualquier otra magnitud construida a partir de éstas, por Transparencia 8 ejemplo la energía. Entonces, lo 252 Transparencia 9 Transparencia 10 que ocurre en la física clásica es que por un lado tenemos el estado, que en este caso serían las variables x y p, y por otra parte tenemos los observables, que también son las variables x y p. O sea, no hay en la física clásica una distinción entre la magnitud física que uno observa y el estado del sistema, ambas cosas son más o menos sinónimos en teoría clásica. A todo esto uno puede pensar: bueno pero esta teoría está describiendo una realidad física. Por lo tanto en teoría clásica uno tiene la tentación de decir que es la realidad física la que está representada por el estado y también los observables: El estado son los observables y es la “realidad”. La transparencia 9 es la que resume nuestra visión del mundo a través de la física clásica mediante la coincidencia de estos tres aspectos de estado, observables y realidad física subyacente. Todo esto está de acuerdo con una visión determinística del mundo. Cuando uno tiene el sistema, uno puede observarlo y determinar perfectamente el estado. Si uno conoce perfectamente el estado, éste evoluciona de forma única. Una forma de ilustrar esto está representada en la transparencia 10. Hay una continuidad, una única línea que une el pasado con el futuro, y el presente no es otra cosa que un punto en esa línea. IV. Solucionando algunas cuestiones pendientes Bueno, esto concluye este panorama del estado de cosas a fines de siglo diecinueve. Está elocuentemente resumido por esta frase (transparencia 11) que se le atribuye a Thomson (hay frases de Thomson para cualquier cosa). Esta en particular pretende que “la física ya está liquidada”, que lo que habría para hacer a partir de aquel Transparencia 11 253 momento son más y más medidas para tratar de documentar las cosas con mayor detalle, pero que no habría ninguna cosa esencialmente nueva para ser descubierta. Sin embargo, se habían identificado un pequeño conjunto de problemas, en apariencia menores, que no estaban realmente bien comprendidos. Uno de esos problemas que pocas veces se enuncia como tal es el de la estabilidad Transparencia 12 de la materia (transparencia 12). La materia es estable, eso es tan obvio que nadie se lo plantea como problema filosófico, ni científico. El mundo existe, el mundo está ahí. Si no hubiera mundo no estaríamos aquí conversando. O sea la estabilidad de la materia es un dato del paisaje. Pero no es obvio. No es obvio sobre todo porque a la luz de los estudios del electromagnetismo, se sabe que la materia está compuesta de cargas eléctricas y un conjunto de cargas eléctricas, generalmente no constituye un sistema estable. Entonces, la estabilidad manifiesta de la materia, el hecho de que yo no desaparezca (por ahora) es un problema que hay que plantearse y que no tiene solución desde el punto de vista clásico. Otro problema que no estaba bien entendido en el siglo XIX es el del espectro de la luz emitida por los cuerpos incandescentes (transparencia 13). Eso parecía una cosa que había quedado en el tintero, pero resultó no ser una cuestión menor. Al contrario, la solución a ese problema tuvo consecuencias dramáticas. El hombre que consiguió resolver este problema fue Planck. Lo logró hacer a costa de una hipótesis muy extraña, que está presentada en la transparencia 14 y que consiste en suponer que la energía de un resorte, o un oscilador cualquiera, no puede ser arbitraria. Debe estar constituida de un número entero de paquetes de Transparencia 13 254 Transparencia 14 energía todos iguales. Cada paquete corresponde a la frecuencia del oscilador multiplicada por una constante universal que es la constante de Planck h. Esta hipótesis, el propio Planck nunca se la tragó. A él le resultaba antinatural. Entendía que era necesaria para llegar al resultado al cual tenía que llegar, pero nunca entendió su significado. Inclusive buscó durante mucho tiempo ver si la podía evitar. Otro efecto que no se entendía muy bien, y que se puso de manifiesto en ese momento, es el efecto fotoeléctrico (transparencia 15), al cual Einstein dio una explicación, también mediante una hipótesis curiosa. Postuló que la luz está formada por partículas y que cada partícula de luz transporta la energía E=hv donde v es la frecuencia de la onda luminosa. Esta es una hipótesis muy audaz, sobre todo viniendo de Einstein. Einstein era un tipo que creía muy fuertemente en las teorías electromagnéticas de la luz en término de ondas. Tanto creía en eso que fue a partir del estudio de Transparencia 15 las ecuaciones de Maxwell que llegó a la teoría de la relatividad. Sin embargo, en el mismo número de la Anales de Física en que publicó su trabajo sobre relatividad, publica una teoría que se basa en el carácter corpuscular de la luz. Al hacer esto, de alguna manera, está suponiendo que la luz no son ondas, sino que son partículas. Sin duda una hipótesis curiosa la que tuvo que hacer Einstein en este momento. Esto muestra que se vivía una etapa de desarrollo bastante exploratoria y había que tener la audacia de manejar hipótesis que no tenían al momento ninguna justificación a no ser su eficacia en la explicación de ciertos fenómenos. Otro señor que dio un paso muy interesante fue Louis De Broglie (transparencia 16), que dijo si la luz puede ser partículas, ¿por qué las partículas no pueden ser ondas? Entonces para “democratizar” el tema admitió que todo el mundo Transparencia 16 puede ser partícula y todo el mundo puede ser onda. La energía de la partícula se corresponde con la frecuencia de la onda y su cantidad de movimiento se asocia a la longitud de onda (más precisamente al inverso de la longitud de onda). 255 Entonces cualquier partícula es una onda... Pero si cualquier partícula es una onda eso necesariamente tiene consecuencias físicas, porque una onda no es una cosa que está perfectamente localizada en el espacio, una onda tiene una extensión. Y si la onda tiene una extensión, existe una incertidumbre con respecto a su posición y por lo tanto a la posición de la partícula. De la misma manera, si hay una incertidumbre respecto a la posición, automáticamente mediante simples teoremas matemáticos, se muestra que también hay incertidumbre con respecto a la cantidad de movimiento. Este estado de cosas choca frontalmente con las ideas clásicas, porque entonces una partícula no tiene una posición o una cantidad de movimiento definidas, sino que tiene un cierto rango de posiciones posibles, y un cierto rango de cantidad de movimiento posible. Otro planteo muy original fue el de Bohr, que propuso una teoría muy exitosa, pero en cierta forma muy caprichosa para el átomo de hidrógeno. Para ello también apeló a un conjunto de hipótesis sui géneris que están resumidas en la transparencia 17. Transparencia 17 Transparencia 18 Llegado ese momento de la historia, se entra en una especie de interludio que va de 1913 a 1926 donde todas estas ideas estuvieron fermentando. Este interludio se puede decir que culmina con el trabajo de estos jóvenes (transparencia 18), que son Schrödinger y Heisenberg, que fueron quienes consiguieron sintetizar el conjunto de nuevas ideas en una teoría consistente y coherente desde el punto de vista matemático y físico. A Schrödinger su éxito le valió estar en los billetes de mil chelines en Austria, y a Heisenberg le valió estar en el sello del veinte pesos de la República Oriental del Uruguay. Heisenberg, dicho sea de paso, era un excelente físico pero desde el punto de vista político tuvo sus problemas... El mencionado interludio se termina pues en 1927, y ahí hay un evento notable en la historia de la física que es la Conferencia Solvay de 256 Bélgica, en Bruselas (transparencia 19), donde realmente se juntó el dream team, para discutir y formular la nueva teoría: la Mecánica Cuántica. V. El precio del cambio Quiero contar ahora cuál fue el precio que costó poder formular una nueva teoría consistente de la física. Fue un costo elevado que consistió en tener que abandonar Transparencia 19 la visión del mundo que nos da la física clásica. El precio a pagar fue este: en primer lugar aceptar que había que separar las nociones de estado del sistema físico de la noción de observable del sistema físico. Son dos cosas distintas. El estado del sistema físico es algo que me describe al sistema. Pero lo que uno puede observar sobre ese sistema físico no es el propio estado sino que son magnitudes físicas de alguna forma conectadas al estado del sistema, pero no de forma unívoca (transparencia 20). Éste fue esencialmente el precio a pagar para poder introducir la mecánica cuántica. Y claro, cuando uno tiene separados los conceptos de estado y observables, se pregunta dónde quedó el tercer concepto, el de “realidad física”. Y la verdad es que no sé. ¿Dónde está?, ¿qué es el concepto de realidad física en el campo de la mecánica cuántica? son preguntas todavía abiertas. No tienen la respuesta natural que tienen en el caso clásico. Hoy en día, se discute mucho sobre qué es lo que quiere decir “realidad”, si la realidad está en el estado o en los fenómenos observados. Hay escuelas filosóficas que apuntan más bien para un lado o para el otro y todo esto es tema de Transparencia 20 debate. VI. Algunos logros de la Mecánica Cuántica Les comento ahora algunas de las consecuencias de la mecánica cuántica. La primera que quiero mencionar es la de la estabilidad de la materia. La mecánica cuántica permite una teoría coherente de la materia que no sólo aclara el problema de la estabilidad, sino que al mismo tiempo genera la diversidad que observamos y que está repre- 257 Transparencia 21 Transparencia 22 sentada aquí (transparencia 21) por la tabla periódica. La tabla periódica es rápidamente deducible de las ecuaciones de la mecánica cuántica. Profundizando en la teoría de la materia, vemos en la transparencia 22 los niveles de energía del silicio. El haber comprendido estos niveles de energía lleva entre otras cosas a toda la tecnología moderna basada en los semiconductores. En la transparencia 22 está representada una computadora, una consecuencia de la física cuántica. La química en buena medida se explica y se entiende a partir de las consecuencias de la mecánica cuántica. Lo que está representado en la transparencia 23 es una solución particular del movimiento de los electrones en un átomo. Y bueno, una extensión de eso lleva a la visión moderna de lo que es el enlace químico y la complejidad de las estructuras químicas. Otro logro importante de la mecánica cuántica se debe a este Sr. que es Dirac (transparencia 24). Paul Dirac es responsable por esta ecuacioncita que está acá (transparencia 24) y que entre otras cosas contiene... un mundo. O más exactamente, un anti-mundo. De esa ecuación surge la existencia de las antipartículas, en particular de los Transparencia 23 258 Transparencia 24 positrones o anti-electrones. Esto dio origen a la física de las partículas, que hoy en día incluye una gran variedad de partículas elementales diferentes. Esto que está representado ahí es una colisión en un acelerador. Dos partículas muy aceleradas colisionan entre sí y dan origen a un montón de nuevas partículas. Lo que está representado ahí son las trazas de las trayectoriass de las partículas que son generadas en la colisión. Finalmente quiero comentar que, desde el punto de vista científico, y epistemológico, vale esa afirmación que está en la transparencia 25, que dice que la teoría cuántica es la teoría científica más precisamente testada y más exitosa de la historia de la ciencia. Esto tiene primero un significado cuantitativo. Determinadas magnitudes físicas, como por ejemplo la constante g que aparece en esta ecuación y que vincula el momento magnético de un electrón Transparencia 25 con su momento angular, pueden ser calculadas a partir de la mecánica cuántica con gran precisión. El resultado del cálculo y el resultado de la experiencia coinciden en todos esos dígitos que están en la transparencia. No hay ninguna otra teoría científica (salvo tal vez la relatividad general) que tenga un valor predictivo, comparable con éste. Hasta ahora no se ha observado ninguna falla de la mecánica cuántica. VII. Las reglas de la Mecánica Cuántica Bueno, ahora sí, me voy a permitir una “clasesita” de física para comentar que las leyes de la mecánica cuántica son la consecuencia de un pequeño conjunto de postulados (transparencia 26). 1. El primer postulado dice que para describir el sistema físico, antes que nada tenemos que tener una herramienta para describir su estado (no los resultados de las medidas), apenas el estado del sistema. Esa es una herramienta matemática que postula que el estado del sistema es un elemento de un espacio vectorial llamado espacio de estados o también espacio de Transparencia 26 Hilbert. 259 2. El segundo postulado dice que si tenemos algo para medir, a cada magnitud física medible le corresponde en el espacio de estados una base. Una base en el sentido de una base de espacio vectorial. Entonces, cada elemento de la base está asociado a uno de los resultados posibles de la medida. 3. La evolución en el tiempo del estado del sistema está dada por esa ecuación de movimiento que es la ecuación de Schrödinger. 4. La probabilidad de que el resultado de la medida de la magnitud física A sea a, tiene que ver con proyección (en el sentido de proyección geométrica) del estado del sistema sobre el vector de base que corresponde a este resultado (transparencia 27). 5. Finalmente, el último postulado nos dice que en el acto de realizar una observación sobre el sistema, el estado del sistema se transforma. Si yo tuve que medir la magnitud A y el resultado que tuve fue a, entonces el estado del sistema pasa a ser el estado de base que representa a la magnitud a. Esto es muy importante porque significa que el acto de medir, afecta esencialTransparencia 27 mente el estado del sistema. Aquel dibujito (transparencia 10) donde estaba el cochecito, si ahora lo tratamos de sustituir en términos de la mecánica cuántica, no hay más esa línea continua entre el pasado y el futuro, sino que la mecánica cuántica anuncia el futuro como un conjunto de potencialidades, de resultados posibles de la observación del sistema. En el presente, alguno de esos resultados se va realizando, los resultados se van concretando y eso va dejando hacia atrás la historia de resultados pasados. Se ve (transparencia 28) que hay una asimetría muy grande entre futuro y pasado, en el enunciado de la mecánica cuántica. Y la gran “magia” de la mecánica cuántica ocurre en ese proceso de reducción de los múltiples resultados posibles al único resultado observado. Esto es lo que se conoce como el fenómeno “reducción del paquete de ondas”. En fin, como ustedes ven, este diagrama es esencialmente distinto del que habíamos visto anteriormente. Transparencia 28 260 VIII. “Rarezas” de la Mecánica Cuántica Una de las cosas “raras” que permite la mecánica cuántica, y que es una consecuencia del hecho de que la descripción del estado del sistema sea un vector de un cierto espacio de estados, es que los vectores se pueden sumar y multiplicar por números (combinación lineal) y de esa forma se obtienen nuevos estados posibles del sistema. Entonces, un estado posible del sistema puede ser el que está representado en la transparencia 29. Perfectamente el sistema puede estar en un estado que es la suma de otros. Eso, como vamos a ver, tiene un montón de consecuencias curiosas. Si bien esto se puede enunciar para cualquier sistema físico y cualquier tipo de estado, lo voy a ilustrar con un ejemplo muy concreto que son los estados de polarización de la luz. Supongamos que tengo un haz de luz, esta luz puede estar polarizada: por ejemplo con el vector campo eléctrico paralelo al plano de la transparencia o con el vector campo eléctrico, perpendicular a la transparencia. Uno de los estados de polarización sería pues la luz polarizada verticalmente y el otro la luz polarizada horizontalmente. Entonces, un estado como el que figura en la transparencia 29 representa una combinación lineal de estos dos que sería una luz polarizada en forma diagonal, ni vertical, ni horizontal. Evidentemente, hay varios otros estados posibles de este tipo. Uno de ellos se obtiene simplemente cambiando el + por el – (y la polarización pasa a estar según la otra diagonal). La luz polarizada es un ejemplo de estado cuántico. Esto que está representado acá (transparencia 29) es un polarizador. Es una cosa que se compra, cuesta más o menos US$ 400. Lo que quiero decir con esto es que no es un invento abstracto, sino un dispositivo muy concreto. El polarizador transmite la luz polarizada en una determinada dirección y refleja la luz polarizada en la dirección perpendicular. Entonces, si ingresa al polarizador una única partícula de luz (fotón) Transparencia 29 en ese estado que es una combinación lineal de dos estados posibles, se crea el problema de saber por qué salida del polarizador va a salir el fotón. De hecho sale por una u otra salida aleatoriamente. No hay forma de prever por qué lado. A veces saldrá por un lado y otras veces por el otro. Sin embargo, eso no quiere decir que yo no tenga un conocimiento preciso de en qué estado está el fotón. Yo sé perfectamente en qué estado está. Eso lo puedo verificar girando el polarizador. Si yo al polarizador lo giro 45º de manera que la 261 dirección de la polarización transmitida quede, por ejemplo, paralela al estado inicial de la polarización del fotón, entonces el fotón seguirá siempre el mismo camino. Saldrá siempre por la puerta que le corresponde dependiendo de la orientación del polarizador. El estado que acabo de describir y que conozco perfectamente es lo que se llama un estado puro. Para cierta orientación del polarizador, un fotón en ese estado ingresa al polarizador y el cincuenta por ciento de los casos el fotón es transmitido y en el cincuenta por ciento de los casos el fotón es reflejado. Podría pensarse (transparencia 30) que esto es equivalente a mandar un montón de fotones en un estado absolutamente desconocido, una mezcla estadística de estados posibles (verticales o horizontales), y en ese caso, en consecuencia de esta incertidumbre estadística, la mitad de los fotones serán transmitidos y la otra mitad reflejados. Pero estas dos situaciones (estado puro o mezcla estadística) son radicalmente disTransparencia 30 tintas y esto se verifica fácilmente rotando el polarizador. Si yo giro el polarizador 45º en un caso (el estado puro) toda la luz sale por acá mientras que en el otro caso (mezcla estadística) no gano nada, la mitad de la luz sigue saliendo por un lado y la otra mitad por el otro. O sea que un estado puro es esencialmente diferente de una mezcla estadística, o sea del desconocimiento del estado sistema. En un estado puro el sistema no está en un estado indeterminado. Está en un estado perfectamente determinado, pero ese estado perfectamente determinado permite que el resultado de la medida (la observación del fotón en una u otra salida) sea aleatorio. Otras de las cosas raras, tal vez la más rara que tiene la mecánica cuántica, tiene que ver también con esta posibilidad de poder superponer estados. Se manifiesta cuando tengo dos o más sistemas físicos para representar. El sistema 1 (transparencia 31) tiene dos estados posibles, el sistema 2 tiene otros dos estados posibles. Cuando yo quiero representar el sistema conjunto tengo cuatro estados posibles que son los pares de estados Transparencia 31 de 1 y 2. Si yo quiero representar un 262 estado genérico del sistema conjunto, éste puede ser cualquier combinación lineal de estos pares de estados. Por ejemplo el estado representado en la transparencia 31 es una cosa rara que no tiene ningún análogo en el mundo clásico. En este estado, si yo hago una medida del sistema 1, automáticamente determino el estado de la partícula 2 y recíprocamente. Este es un concepto bastante curioso que en inglés se denomina entanglement. Tiene varias traducciones, enredamiento, entreveramiento intricamiento u otras variantes más o menos eróticas. En los comienzos de la mecánica cuántica se dieron cuenta de lo curioso que podía ser este estado. Esto quedó ilustrado con la paradoja del gato de Schrödinger. Se describen dos sistemas, por un lado un objeto microscópico como un átomo que está metido en esta botellita (transparencia 32) que tiene dos estados (por ej. el átomo se desintegra o no) y por otro lado un sistema clásico, el gato, cuyos estados son también dos: vivo o muerto. Entonces si la partícula no se desintegra, el gato está vivo, si la partícula se desintegra, (algo ocurre al desintegrarse que hace que se libere veneno) el gato se muere. Si yo describo este sistema desde el punto de vista cuántico, sería perfectamente posible tener al sistema físico en el estado en el cual el átomo Transparencia 32 no se desintegró y el gato está vivo, combinado (sumado) con el estado en el que el átomo se desintegró y el gato está muerto. Este tipo de paradoja ilustra las posibilidades de la mecánica cuántica y resultan una curiosidad, entre otras cosas porque nunca se observan. Uno admite sin ningún problema que los átomos pueden estar en un estado que es combinación de otros pero nunca se ha visto un gato a la vez vivo y muerto... Un problema importante que se plantea entonces es entender por qué no se observan este tipo de situaciones, en las cuales hay un objeto macroscópico que está “entrelazado” con otro objeto (microscópico o no) de tal forma que el primer objeto se encuentre al mismo tiempo en estados radicalmente distintos (por ej. vivo y muerto). Realmente las reglas de la mecánica cuántica son extrañas, y bastante diferentes de las reglas de la mecánica clásica. Como consecuencia de ello, durante mucho tiempo muchos físicos manejaron la hipótesis de una especie de frontera (transparencia 33), donde por un lado está el mundo microscópico donde vale la mecánica cuántica y por otro lado el mundo clásico que es el mundo en el que vivimos. ¿Dónde está esta frontera? ¿Cómo se define? Durante mucho tiempo esta 263 cuestión fue considerada meramente académica ya que se pensaba que de todos modos el mundo microscópico prácticamente era inaccesible a la observación lo cual ponía todo lo directamente observable del lado clásico de la frontera. Sin embargo hoy en día existe una capacidad de observación muy precisa y muy continua que va desde objetos muy chiquitos a objetos Transparencia 33 muy grandes y uno no tiene la menor idea de dónde puede estar esta frontera y la verdad es que esta frontera no tiene ninguna razón clara de ser. De hecho, posiblemente no exista ninguna frontera, y ese es uno de los grandes problemas abiertos, el saber por qué el mundo accesible resulta clásico si las “reglas del juego” son cuánticas. Parte de la respuesta a este problema se ilustra en la transparencia 34: Si yo tengo un sistema microscópico que es el átomo y un sistema macroscópico que es esta aguja, que por algún mecanismo apunta para un lado u otro, según el átomo esté desintegrado o no –acá puse una aguja pero podría haber puesto un gato– en todos los casos también está presente lo que se llama el entorno físico. Es muy difícil tener un sistema físico (en este caso el átomo y la aguja) totalmente aislados del resto del universo. Se entiende relativamente bien hoy en día que este entorno, que inevitablemente se acopla también al sistema, fuerza el estado del sistema a tener una descripción clásica. Es una descripción de tipo probabilística, pero clásica. Es decir una descripción donde las probabilidades corresponden a nuesTransparencia 34 tra “ignorancia” del sistema pero no a la superposición de posibilidades que permite la mecánica cuántica. Esto es lo que se denomina fenómeno de des-coherencia. La influencia del entorno borra determinados resultados posibles que son permitidos por la mecánica cuántica pero que no se observan en el mundo clásico. Este es un problema todavía abierto, en el que se ha avanzado bastante recientemente, pero todavía hay mucho para entender. Otra de las cosas raras de la mecánica cuántica está ilustrada por la famosa paradoja EPR, que fue formulada por Einstein, Podolski y Rosen 264 Transparencia 35 Transparencia 36 allá por los años treinta y pico. Supongamos que hay un evento (transparencia 35) del cual salen dos partículas que se separan, la partícula azul cuyos dos estados posibles corresponden a las flechitas azules y la partícula roja, que está descrita por estas dos flechitas rojas. El estado global del sistema puede ser el representado en la transparencia 35 pues la mecánica cuántica se lo permite. Las dos partículas se pueden alejar y mucho. Puede llegar a ocurrir que esta partícula esté en la nube mayor de Magallanes y esta otra en la nebulosa de Andrómeda y se puedan realizar medidas del estado de una u otra de las partículas. De acuerdo a la mecánica cuántica el conocimiento del estado de una partícula determina automáticamente el estado de la otra. Sin embargo Einstein (y el sentido común) suponía que debe cumplirse esta condición (transparencia 36): si los dos sistemas están suficientemente alejados no pueden ejercer ninguna influencia uno sobre el otro. Sin embargo, la mecánica cuántica dice que si yo mido una de estas partículas estoy de alguna manera afectando instantáneamente a la otra por grande que sea la distancia que las separa. Los autores de EPR concluyen que la mecánica cuántica está incompleta, que hay cosas en el sistema que yo no conozco, que deben existir “por detrás” de las magnitudes que estoy midiendo y que las determinan pero que no están descritas por la mecánica cuántica (“variables ocultas”). O sea, la mecánica cuántica está incompleta porque no describe ciertos “elementos de realidad” que deben estar presentes (transparencia 36). Esta paradoja que acabo de mencionar dio lugar durante mucho tiempo a un debate puramente académico y filosófico. Parecía imposible hacer ninguna observación que pudiera dirimir la cuestión. Sin embargo, en 1964, John Bell (transparencia 37), se dio cuenta de que había una forma de distinguir cuantitativamente los resultados previstos para el experimento EPR según la mecánica cuántica o de acuerdo a una eventual teoría de variables ocultas. En el análisis de los resultados de medidas hechas en 265 Transparencia 37 Transparencia 38 ambos sistemas hay una cierta desigualdad que debe verificarse en el caso de que la predicción cuántica sea la correcta y no debe verificarse en el caso de las teorías de variables ocultas. Interesantemente, los experimentos que se han hecho desde entonces y han sido unos cuantos, confirman totalmente la validez de la mecánica cuántica. O sea que el argumento de EPR falla por algún lado, y falla justamente por donde a Einstein tal vez le hubiera dolido más que es en la hipótesis de que dos sistemas muy distantes deben ser totalmente independientes. Esto no quiere decir que uno pueda estar haciendo, por ejemplo, una cosa en otra galaxia y afectar la vida en la nuestra. No puede existir ninguna conexión causal y esto seguramente tranquilizaría bastante a Einstein. No puede haber ninguna conexión causal entre eventos muy distantes, pero eso no quiere decir que no pueda haber correlación. La mecánica cuántica admite la existencia de correlaciones entre objetos arbitrariamente distantes. Es una teoría fundamentalmente no-local. Como se ve, los resultados de Bell y los experimentos subsiguientes permitieron avanzar bastante en este debate aunque todavía quedan muchos puntos pendientes. IX. Aprovechando a la Mecánica Cuántica Una de las actitudes posibles frente a este tema es: “ya que la mecánica cuántica está ahí, hay que aprovecharla”. Se trata de aprovechar justamente lo que tiene de raro la mecánica cuántica como por ejemplo la posibilidad de crear combinaciones lineales de estados. Una de las ideas que ha surgido para aprovechar la mecánica cuántica es la que se conoce como criptografía cuántica. La criptografía cuántica aprovecha el hecho de que si yo tengo un estado cuántico e intento descubrir cuál es, lo modifico. Entonces la idea es comunicarse entre dos personas, que siempre se llaman Alice y Bob, y transmitir alguna información de una a la otra, haciendo imposible que se pueda interceptar sin modificarla. En este caso lo que se pretende es que Alice 266 y Bob compartan una clave (un número binario) que puede permitir descodificar un mensaje codificado. Es importante que quien emite la clave y quien la recibe coincidan en el mismo número (la misma secuencia de ceros y unos, o sean bits) y que el resto del mundo no tenga este número porque de lo contrario podría interpretar el mensaje. No importa cuál es el número, lo importante es que quien lo envía y quien lo recibe sean los únicos en compartirlo. Es conveniente que sea un número bastante grande para que sea difícil de descubrir por casualidad. Entonces lo que se propone (a estas alturas ya existe un dispositivo comercial) es aprovechar la mecánica cuántica para transmitir una clave de Alice a Bob. Esto se logra mediante fotones y polarizadores. Alice, que es la que envía la clave, tiene dos fuentes de luz que emiten fotones en forma aleatoria, el fotón puede salir de esta fuente (transparencia 39) o de ésta en forma aleatoria. Si sale de esta fuente, el fotón va polarizado horizontalmente, si el fotón sale por esta, el fotón está polarizado verticalmente. Pero hay un detalle y es que todo el dispositivo de Alice está montado sobre una plataforma que puede estar horizontal en cuyo caso los fotones que se emiten tendrán polarizaciones horizontales o verticales, según la fuente que los emita, o la plataforma puede estar inclinada 45º en cuyo caso los fotones emitidos tendrán una poTransparencia 39 larización diagonal. Bob por su parte tiene un polarizador y dos detectores. Con ese dispositivo los fotones polarizados horizontalmente van a dar a un detector y los que están polarizados verticalmente van al otro. Pero, y aquí está la clave del funcionamiento, si los fotones que llegan tienen una polarización diagonal, entonces podrán ir a parar en forma imprevisible a cualquiera de los dos detectores. El dispositivo de Bob también está sobre una plataforma que puede estar horizontal o inclinada 45º. El dispositivo funciona así: Alice emite fotones aleatoriamente con ambas polarizaciones y al mismo tiempo modifica, también aleatoriamente la inclinación de su plataforma. Los fotones con polarización horizontal representan unos y los de polarización vertical ceros. Si las dos plataformas de Alice y Bob están paralelas todo fotón emitido por Alice irá a parar al detector correspondiente de Bob: los fotones polarizados horizontalmente (respecto a la plataforma) al detector de fotones con polarización horizontal y los que están polarizados verticalmente al otro. Si las dos plataformas no están paralelas es imposible para Bob 267 saber cuál era la polarización inicial del fotón ya que puede ir a parar a cualquier detector. Una vez que Alice mandó un buen número de fotones se comunica públicamente con Bob y comparan las orientaciones de sus respectivas plataformas en el momento de la emisión y detección de cada fotón. Reconocen entonces en qué oportunidades las dos plataformas estaban paralelas y toman como clave los bits que fueron transmitidos en esos casos. Y ya está. ¿Porque el dispositivo es seguro? Ningún intruso puede interceptar la clave y pasar desapercibido. Para hacerlo debería detectar el estado de polarización de los fotones interceptados sin modificarlos y esto es lo que la mecánica cuántica no permite. Si al intentar determinar el estado de polarización de un fotón se introduce un polarizador que no tiene sus ejes de transmisión y reflexión paralelos o perpendiculares a la polarización del fotón, entonces necesariamente el estado de polarización será modificado manifestando la presencia del intruso. Como el intruso no conoce a priori la inclinación de la plataforma de Alice, en el 50% de los casos “va a meter la pata” modificando el estado de polarización del fotón. Esta intrusión puede ser detectada, en cuyo caso la clave transmitida se descarta. El procedimiento es intrínsecamente seguro por causa de las leyes de la mecánica cuántica. Mencionaré ahora un tema que está tomando creciente importancia y es el de la computación cuántica (transparencia 40). Como Uds. saben, en computación, la información se almacena en forma binaria 0 y 1 y las diferentes operaciones y cálculos se realizan sobre números binarios. El eleTransparencia 40 mento básico de un computador es el bit que es un registro que puede valer 1 o 0. La mecánica cuántica introduce la muy interesante posibilidad de trabajar con “qbits” es decir con bits cuánticos que pueden estar en un estado que es una superposición lineal de 0 y 1. De esta forma, se puede lograr una especie de “paralelismo” ya que al procesar estos qbits (al hacer cálculos con ellos) se están procesando al mismo tiempo todos sus posibles valores. Esto que podría parecer una curiosidad académica, resulta que ha permitido resolver problemas de computación para los que no se conoce solución mediante las reglas de la computación clásica. El problema que voy a citar como ejemplo (transparencia 41) es el de la factorización de un número grande en factores primos. Multiplicar dos números primos (grandes) 268 entre sí para obtener el producto es un ejemplo de problema de computación “fácil”, en efecto el número de pasos que la computadora debe efectuar para llegar al resultado crece (apenas) como el tamaño de los números primos involucrados. El problema inverso, conociendo el producto, hallar los factores, es un problema (muy) difícil. Los métodos que se conocen involucran un número de paTransparencia 41 sos que crece exponencialmente con el tamaño del número considerado. Por potente que sea la computadora, rápidamente se puede encontrar un número suficientemente grande como para que su descomposición en factores primos lleve más tiempo que la edad del universo. Sobre esta dificultad se basan algunos métodos de criptografía (clásica) que son los que hoy en día se usan en bancos, ejércitos, etc. Lo interesante es que este Sr. Shor (transparencia 41) ha mostrado que existe un algoritmo cuántico (utilizando operaciones sobre qbits) que permite resolver este problema en un tiempo que crece polinomialmente con el tamaño del número. O sea la computación según las reglas cuánticas permite cosas que (al menos hasta el momento) no son posibles mediante cálculos clásicos. Esto ha despertado un gran interés por la realización de computadoras que funcionen según las reglas de la mecánica cuántica. Lamentablemente esto no es fácil de realizar y no lo es por los mismos motivos que no es fácil ver al gato de Schrödinger a la vez vivo y muerto. Los estados puramente cuánticos son muy frágiles y son muy fácilmente perturbados por la interacción con el entorno. A pesar de todo, existen interesantes intentos para aislar sistemas cuánticos sin que ello impida trabajar sobre ellos. Uno de los más prometedores es el que se muestra en la transparencia 42 que consiste en un conjunto de iones atrapados en una trampa electromagnética. Con este sistema ya se han demostrado operaciones cuánticas elementales y se Transparencia 42 están introduciendo nuevos de- 269 Transparencia 43 Transparencia 44 sarrollos. Esto hace pensar que tal vez las computadoras cuánticas puedan ser una realidad en un futuro no muy remoto. X. Comentarios finales Voy a concluir esta charla comentando que la revolución de las ideas que la Mecánica Cuántica ha provocado durante el siglo que acaba de transcurrir, está lejos de estar acabada. Hay un buen número de cuestiones pendientes algunas de ellas de importancia mayúscula. En la transparencia 43 se enumeran algunas de ellas. Como puede verse todavía queda mucho por recorrer en este camino fascinante. Finalizo, invitándolos a celebrar el Año Internacional de la Física y agradeciendo mucho vuestra atención. Nota. Salvo algunos diagramas y ecuaciones, la mayor parte de las figuras que se muestran en las transparencias fueron bajadas de internet. Vaya mi agradecimiento a todos los involuntarios colaboradores. 270 Esta obra describe y analiza cuidadosamente un modelo de cooperación entre docentes de ciencias de la Enseñanza Secundaria (en los campos de la biología, la física, y la química) e investigadores del Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas (PEDECIBA), llevado adelante durante siete años con el apoyo y seguimiento del Sector de Educación de la Oficina de UNESCO en Montevideo–Representación ante el MERCOSUR. La presentación y análisis de la experiencia está precedida por prólogos del Dr. José Rivero, educador peruano y estudioso de las reformas educativas latinoamericanas, y del Dr. Ramón Méndez Galain, investigador del Área de Física del PEDECIBA, y se complementan con resúmenes de muchas de las pasantías y transcripciones de conferencias de los Dres. Ángel Caputi, Ana Denicola, y Arturo Lezama, tres de los científicos participantes en el programa. El conjunto de los materiales, al decir del Dr. Méndez Galain, “convierten a esta obra en un libro de cabecera para cualquier docente de ciencias de nuestro país”. María Paz Echeverriarza Espínola Algunas dificultades del ejercicio de la docencia derivan de las malas condiciones de trabajo (bajos salarios, largas horas de docencia directa, aulas atiborradas de estudiantes, laboratorios pobres o inexistentes, etcétera). Otras, en cambio, se asocian a limitaciones de su formación inicial, así como a las limitadas ofertas de formación permanente. En todos los campos, pero particularmente en el de las ciencias, la dedicación sostenida al estudio y la reflexión son imprescindibles para el crecimiento profesional y la actualización del conocimiento y de sus formas de diseminación, que en nuestros días cambian a un ritmo vertiginoso. “Los docentes no son autómatas sociales cuyas acciones obedecen únicamente a estímulos externos, tales como los cambios de programas o nuevas reglamentaciones.” Acortando distancias A nadie escapa que la provisión de oportunidades de aprendizaje de calidad para el grueso de los jóvenes representa un enorme desafío en las sociedades contemporáneas. En el caso particular de Uruguay, y muy especialmente en las áreas científicas, el crecimiento de la matrícula de la Enseñanza Secundaria no se ha visto acompañado por un aumento proporcionado de las capacidades estructurales y humanas. Por lo pronto, solo una baja fracción de los docentes en ejercicio de la enseñanza de las ciencias tiene un título de profesor. Pero aun para los docentes egresados de los institutos de formación docente, el ejercicio de su profesión presenta enormes desafíos. Acortando distancias entre la investigación y los profesores de ciencias Uruguay 1999-2005 María Paz Echeverriarza Espínola