Poniendo a prueba los mejillones

Tecnología científica

La fuerte brisa complicaba las cosas. En el patio trasero de los Laboratorios Lynch de Penn, los cinco estudiantes del curso de biología de campo de Byron Sherwood manejaban pipetas, cilindros graduados, nitrógeno líquido, bombas de agua, bridas y docenas de pequeños tubos de muestra, sin mencionar seis acuarios y un gigante. tanque lleno de mejillones. Pequeñas ráfagas amenazaron con derribar equipos, volar filtros pesados ​​previamente o introducir escombros en sus tanques. Pero el pensamiento rápido, los reflejos ágiles y algunos ajustes sobre la marcha mantuvieron sus experimentos funcionando sin problemas.

¿Su objetivo? Para evaluar la capacidad de los mejillones para limpiar el agua, que había sido recién recolectada del propio río Schuylkill de Filadelfia temprano esa mañana.

"Para mí, algunas de las experiencias más impactantes en mi educación provinieron del aprendizaje práctico en el exterior", dice Sherwood, miembro principal del Departamento de Biología de Penn. "Ese fue el requisito número uno para mí al diseñar este curso. Podemos tener algo de tiempo en el laboratorio para aprender técnicas, pero mi objetivo era estar fuera del aula tanto como fuera posible".

Sherwood logró este objetivo con Field Studies in Aquatic Microbial Ecology, guiando a los estudiantes en viajes semanales a varios sitios de la ciudad para observar y tomar muestras de sus aguas urbanas.

Sherwood, ecologista microbiano, se mudó al área de Filadelfia hace dos años con su familia, incluida su esposa Katie Barott, profesora asistente en el departamento de biología, después de haber completado una posición posdoctoral en la Universidad de Hawái en Manoa. Si bien su investigación consistió en estudiar la contribución de los microbios marinos a las emisiones de dióxido de carbono, se dio cuenta de que, en su nuevo entorno, tendría que replantear su perspectiva.

"Justo después de que llegamos aquí, me di cuenta de que no hay océano", dice inexpresivo.

Sin embargo, no faltan vías fluviales, desde los ríos Schuylkill y Delaware hasta afluentes más pequeños, como los arroyos Wissahickon y Cobbs.

En las excursiones de la clase, Sherwood centró su atención y la de sus alumnos en la vida en esas aguas, las bacterias que se ganan la vida en medio de las toxinas industriales, la escorrentía y los desbordamientos de alcantarillado combinados que azotan y contaminan los ríos durante las fuertes lluvias.

"Estoy interesado en lo que comen, lo que eligen no comer, a quién matan o a quién matan, y cómo aumentan todas esas pequeñas interacciones", dice. "Es ecología a la escala más pequeña".

Salir del aula e ingresar al campo fue un atractivo para Izzy Viney, estudiante de último año de Carlsbad, California, que se especializa en biología celular y molecular. "Cuando hicimos estas excursiones", dice, "terminamos teniendo discusiones bastante profundas sobre ecología y microbiología, simplemente caminando y estando en la naturaleza. El Dr. Sherwood facilitaba nuestras conversaciones y realmente intentaba sondearnos para pensar profundamente."

Cuando no es el campo, cada estudiante desarrolló una propuesta en el modelo de una solicitud de Beca de Investigación de Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias, guiado por Sherwood.

Un proyecto acuático oportuno permitió que la investigación de la clase adquiriera un sesgo práctico. En enero, la Mancomunidad de Pensilvania dedicó $7,9 millones para crear un criadero de mejillones en Bartram's Garden, en el suroeste de Filadelfia. El criadero, que se abrirá en 2023 y está siendo desarrollado por la Asociación sin fines de lucro para el estuario de Delaware, puede producir medio millón de mejillones de agua dulce cada año.

"Al leer parte de la cobertura de noticias populares de esto", dice Sherwood, "la frase que seguí viendo es: 'Los mejillones van a limpiar el agua'". Pero no sabía lo que eso significaba desde un punto de vista científico, específicamente, nivel microbiano, y qué evidencia existía para respaldarlo.

Después de aclarar la idea con la científica principal de la Asociación, Danielle Kreeger, dirigió a la clase a cuestionar la hipótesis como base de sus actividades científicas.

"Le planteé la pregunta: 'Imagina que eres el director ejecutivo del Departamento de Agua de Filadelfia y te dicen que alguien quiere poner mejillones en el río Schuylkill, lo que podría reducir el costo de limpiar el agua potable para la ciudad'". " él dice. "'¿Cuáles son las dos o tres cosas más básicas que le gustaría que se respondieran para determinar si vale la pena su inversión en este proyecto?'"

Los estudiantes formularon sus hipótesis y diseñaron experimentos en consecuencia. Plantearon preguntas como, ¿los mejillones reducen la cantidad de bacterias y patógenos humanos en el agua y, de ser así, con qué rapidez, y tienen preferencia por el tamaño de las partículas que filtran?

En un viernes ventoso y soleado de abril, se pusieron a trabajar.

En el transcurso de la tarde, quedó claro que los mejillones, una especie de agua dulce llamada flotadores de alewife, estaban teniendo un efecto: el agua en los tanques experimentales parecía clarificada, como si hubiera pasado por un filtro Brita, en comparación con el más tanques de control turbios. Pero el trabajo de seguimiento más complejo, incluido el análisis de ADN, el recuento de colonias bacterianas y el uso de citometría de flujo para cuantificar la capacidad de filtración de los mejillones, revelará con precisión cómo los bivalvos alteran e interactúan con su entorno acuático.

Aunque cada estudiante era responsable de un proyecto individual, la clase también se coordinó para garantizar que todos pudieran lograr lo que necesitaban.

"Fue una lección importante sobre el trabajo en equipo", dice JaHyun Yang, estudiante de último año de biología de Fairfax, Virginia.

Mientras colocaba tubos de catéter en una bomba de agua, TC Sun, estudiante de último año de biología de North Potomac, Maryland, informó que el curso de campo constituyó "una de las mejores clases" que tomó en Penn. "Prefiero estar aquí que en una sala de conferencias, y aprendes tanto o más".

Sherwood tiene la esperanza de que una vez que se completen todos los resultados y análisis, el estudio sea lo suficientemente sólido como para publicarlo. Y mientras tanto, Kreeger lo invitó a unirse al consejo asesor científico de la Asociación para la Iniciativa de agua limpia de mejillones del estuario de Delaware, donde ofreció su opinión en el período previo a la implementación del proyecto de Bartram, considerando preguntas como qué especies o mezclas de especies a introducir. Un criadero de demostración ya está funcionando en Fairmount Water Works, pero el proyecto de Bartram se concibe como una instalación de producción que podría tener un impacto real en la calidad del agua.

"Las preguntas que hacemos son realmente importantes", dice Sherwood. "Ya hay mucha inversión pública en este proyecto, por lo que cualquier cosa que podamos contribuir es valiosa".

Para los estudiantes, la experiencia les dio una idea de lo que significa ser un científico, en todo su desordenado esplendor.

"Toda la estructura de la clase me enseñó mucho sobre cómo funciona la ciencia en el mundo real, donde las cosas pueden ser inciertas", dice Yang, quien está considerando posibles carreras en arte científico o conservación. "Algunas cosas pueden suceder en el último minuto que no espera", señala, como cuando el citómetro de flujo se rompió a la mitad del conteo de nuestras muestras de bacterias. "No podrías estar demasiado apegado a lo que escribiste en la propuesta".

Mirando hacia el futuro, con un nombramiento adicional como investigador principal en el Centro de Agua de Penn y con el apoyo del Programa Penn en Humanidades Ambientales y una subvención para Hacer la Diferencia en Comunidades Diversas de la Escuela de Artes y Ciencias, Sherwood desea impresionar a más personas la diversidad y el dinamismo de la vida en el agua.

"La próxima fase de este 'experimento' de curso de campo es brindar a los estudiantes de Penn la oportunidad de interactuar con la comunidad más amplia de Filadelfia", dice Sherwood. "Aquí hay una oportunidad real de compartir este tipo de experiencias al aire libre con nuestros vecinos en el oeste de Filadelfia".

Foto de la página de inicio: Senior Ahsen Kayani verifica los niveles de agua en los tanques en preparación para agregar mejillones. Enfrentándose a los elementos, ya que Kaskey Park realizó el trabajo al aire libre, los estudiantes tuvieron que ser flexibles para completar sus experimentos.