EFFUSE - príručka pre učiteľov

UNIVERZITA PAVLA JOZEFA ŠAFÁRIKA V KOŠICIACH Prírodovedecká fakulta EFFUSE – príručka pre učiteľov Kolektív autorov Košice 2025 Publikácia vznikla s finančnou podporou programu ENI CBC HUSKROUA, prostredníctvom grantovej zmluvy HUSKROUA/1901/6.1/0075 s finančným príspevkom EÚ 364099,41 €. EFFUSE – príručka pre učiteľov Didaktická príručka Autori: RNDr. Ivana Slepáková, PhD. Katedra mikrobiológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Lenka Maliničová, PhD. Katedra mikrobiológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Mariana Kolesárová, PhD. Katedra mikrobiológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Natália Pipová, PhD. Katedra fyziológie živočíchov, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Monika Balogová, PhD. Katedra zoológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach doc. RNDr. Andrej Mock, PhD. Katedra zoológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Peter Ľuptáčik, PhD. Katedra zoológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach prof. RNDr. Martin Bačkor, DrSc. Katedra biológie rastlín, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach doc. RNDr. Michal Goga, PhD. Katedra biológie rastlín, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Dajana Kecsey PhD. Katedra biológie rastlín, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Andrea Lešková, PhD. Oddelenie didaktiky biológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach RNDr. Anna Mišianiková, PhD. Oddelenie didaktiky biológie, ÚBEV, Prírodovedecká fakulta, UPJŠ v Košiciach doc. RNDr. Vladyslav Mirutenko. PhD Katedra entomológie a ochrany biodiversity, Fakulta biológie, Uzhhorod National University doc. RNDr. Yaroslava Hasynets, PhD. Katedra botaniky, Fakulta biológie, Uzhhorod National University prof. RNDr. Maryna Kryvtsova, PhD. Katedra genetiky, fyziológie rastlín a mikrobiológie, Fakulta biológie, Uzhhorod National University doc. RNDr. Roman Kish, PhD. Katedra botaniky, Fakulta biológie, Uzhhorod National University Mgr. Helena Bačová Gymnázium Ludovíta štúra, Michalovce RNDr. Andrea Ivanová Gymnázium Pavla Horova, Michalovce Mgr. Svetlana Murínová Základná škola Mierová 1, Strážske Ilustrátor: Mgr. Alexandra Škovránová Editor: RNDr. Beáta Valkay, PhD. Tento text je publikovaný pod licenciou Creative Commons 4.0 license - CC BY-NC-SA ("Attribution-NonCommercial-ShareAlike"). Za odbornú a jazykovú stránku tejto publikácie zodpovedajú autori. Rukopis neprešiel redakčnou ani jazykovou úpravou. Umiestnenie: www.unibook.upjs.sk Dostupné od: 21.10.2025 DOI: https://doi.org/10.33542/EFF-0447-7 ISBN 978-80-574-0447-7 (e-publikácia) OBSAH 1. Predslov ............................................................................................................ 5 2 Vodstvo regiónu Zemplín a Zakarpatsko ...................................................... 6 2.1 Vodné toky v regióne Zemplín .................................................................................6 2.2 Životné prostredie ako jedinečný priestor pre organizmy ..................................9 3. Čo predchádza práci v teréne? ..................................................................... 11 3.1 Skúsenostné učenie mimo areálu školy .............................................................. 11 3.2 Bezpečný pobyt so žiakmi v teréne ...................................................................... 11 3.3 Príprava výučby a plánovanie pobytu žiakov v teréne ...................................... 12 3.4 Práca so živými organizmami v škole................................................................... 14 4. Základné pojmy a terminológia ................................................................... 15 4.1 Tolerančné limity organizmov ............................................................................... 17 5. Metodický postup realizácie aktivít so žiakmi ........................................... 18 5.1 Čo viem o lokalite, ktorú budeme skúmať? ........................................................ 19 5.2 Určovanie kvality vody ............................................................................................ 21 2. Zisťovanie kvality vody v teréne ...................................................................... 26 5.3 Našli sme obojživelníky. Čo o nich vieme zistiť? ................................................. 31 5.4 Našli sme ryby a ďalšie stavovce. O aké druhy ide? .......................................... 42 5.5 Našli sme nejaké bezstavovce. Čo to môže byť? ................................................ 49 Mriežka s rozmerom 1x1 cm .................................................................................... 55 5.6 Rastú na lokalite sinice a riasy? ............................................................................. 67 5.7 Našli sme lišajníky. Čo nám hovorí ich prítomnosť o životnom prostredí? ... 78 5.8 Určovanie kvality vody – mikrobiologická analýza ............................................. 87 6. Záverečné slovo ........................................................................................... 102 5 1. Predslov Vzdelávanie sa v témach súvisiacich so životným prostredím s prepojením na digitálny obsah je súčasným trendom vo svete. Zákonitosti prírody a to, ako ich svojou činnosťou ovplyvňujeme, je najvhodnejšie spoznávať priamo počas práce v teréne, tak, aby sme ich mohli pozorovať z bezprostrednej blízkosti. Aký je stav životného prostredia v mieste kde bývame a žijeme, by malo byť predmetom nášho záujmu a mali by sme sa aktívne angažovať vo výzve zlepšiť životné podmienky v súčasnosti pre nás, no zároveň aj pre ďalšie generácie v budúcnosti. Projekt EFFUSE – „Environment for the future by scientific education“ znamená v preklade „Vedeckým vzdelávaním k životnému prostrediu budúcnosti“. Zapojením sa do tohto projektu získate spolu so žiakmi prehľad o stave životného prostredia v okolí povodia rieky Laborec a Uh a spoznáte charakter práce vedcov v oblasti botaniky, zoológie a mikrobiológie. Môžete si vyskúšať prácu s reálnymi vzorkami v teréne a naučiť sa využívať rôzne pracovné postupy ako sledovať, prípadne zdokumentovať prítomnosť organizmov vo vodnom toku a v jeho okolí. Máte možnosť zapojiť sa do procesu tvorby virtuálneho laboratória, ktoré bude odrazom toho, v akom stave je vodný ekosystém vo vašom okolí. Je pred vami výzva naučiť žiakov niečo nové, nadchnúť ich pre dobrú vec a motivovať k tomu aj ostatných vo vašom okolí. Váš záujem o realizáciu outdoorovej výučby spolu so schopnosťami biomonitoringu stavu prostredia, ktoré nadobudnete, budú prvým krokom k lepšej budúcnosti pre nasledujúcu generáciu. 6 2. Vodstvo regiónu Zemplín a Zakarpatsko 2.1 Vodné toky v regióne Zemplín Z hľadiska hydrogeografických charakteristík patrí územie regiónu Zemplín k úmoriu Čierneho mora, zbernej oblasti rieky Tisa so sústavou rieky Bodrog. Predstavuje zložitý riečny systém, ktorý tvoria štyri hlavné rieky - Latorica, Laborec, Uh a Ondava, vzájomne sa stretávajúce na malom priestore. Rieka Laborec pramení v Laboreckej vrchovine nad obcou Čertižné v okrese Medzilaborce v nadmorskej výške 710 m. n. m. Plocha povodia Laborca je 4 522,5 km², pričom na ľavostranné povodie pripadá 4 076,7 km² a na pravostranné 445,8 km²,dĺžka 132,5 km. (https://www.certizne.eu/prispevky/pramen-rieky-laborec) Patrí do vrchovinno-nížinnej oblasti s dažďovo-snehovým typom odtokového režimu. Maximálne prietoky dosahuje začiatkom jari v marci a apríli, minimálne prietoky sa vyskytujú v auguste a septembri (Q a =15,5 m3.s-1 v Michalovciach, Q max =457 m3.s-1, Q min = 0,49 m3.s-1). Laborecká vrchovina je rozsiahle pohorie budované treťohornými horninami vonkajšieho flyšu, prevažne ílovcami a pieskovcami. Povrch Laboreckej vrchoviny pokrývajú prevažne listnaté lesy, v ktorých dominuje buk. Na odlesnených plochách v dolinách a kotlinách sa nachádzajú lúky, pasienky a oráčiny. Laborec má významnejšie ľavostranné prítoky. V Laboreckej vrchovine pri Medzilaborciach ústia do Laborca Vydranka a Borov. Postupne rieka priberá väčšie ľavostranné prítoky: Výravu - vodný tok na severovýchodnom Slovensku, ktorý preteká územím okresov Medzilaborce a Humenné. Má dĺžku 26,5 km a je tokom VI. rádu. Pramení v Laboreckej vrchovine na východnom svahu Magury (755,3 m n. m.) v nadmorskej výške cca 600 m n. m., v blízkosti slovensko-poľskej štátnej hranice. Udava je ďalším ľavostranným prítokom Laborca na severovýchode, na území okresu Humenné. Má dĺžku 38,3 km a je tokom VI. rádu. Pramení v Bukovských vrchoch, v podcelku Bukovce, v nadmorskej výške okolo 690 m n. m., neďaleko slovensko-poľskej hranice v pralesnatej oblasti jedľobučín, v severozápadnom výbežku Národného parku Poloniny. V pramennej oblasti riečky sa nachádza Prírodná rezervácia Udava. Juhozápadne od obce Udavské (v blízkosti železničnej stanice) sa v nadmorskej výške 155,4 m n. m. vlieva do Laborca. Východne od Humenného v nadmorskej výške 149 m n. m. ústi do Laborca ľavostranný prítok Cirocha. Preteká územím okresov Snina a Humenné. 7 Meria 56,6 km a je tokom VI. rádu. Pramení v Bukovských vrchoch pod Ruským sedlom (795 m n. m.) v nadmorskej výške 765 m n. m., v blízkosti slovensko - poľskej štátnej hranice. Na hornom toku rieky v Bukovských vrchoch, na území Národného parku Poloniny je vybudovaná vodná nádrž Starina. Je najväčším zdrojom pitnej vody v strednej Európe. Laborec ďalej preteká zastavaným územím mesta Humenné, kde sú vybudované ochranné hrádze. Postupne obteká pohorie Vihorlat a Brekovskou bránou prechádza do Východoslovenskej nížiny, celku Východoslovenská pahorkatina, kde zmierňuje svoj sklon. Preteká okrajom mesta Strážske, ktoré je predmetom záujmu nášho projektu. V minulosti bol v katastri mesta Strážske, v časti Krivošťany, chránený areál Lužný les pri Laborci. V roku 2006 bol zo zoznamu chránených území vyradený. Prevažná časť vodného toku Laborca na území nie je upravená a má prirodzený tok. V katastri mesta Strážske bola úprava toku realizovaná v areáli vodného hospodárstva Chemko. Významnou úpravou je cestný most so stavidlom cez rieku Laborec a nedávno vybudovaná malá vodná elektráreň. Južne od Strážskeho, smerom na obec Voľu, sa pri Laborci ťažia štrky a piesky pre stavebné účely. Vzhľadom na aktivity plánované v projekte, ktorých lokalizácia je na území mesta Strážske, sa bližšie zameriame na prítoky, ktoré pretekajú územím mesta a sú ľahko dostupné na biomonitoring. Juhozápadne od Strážskeho, smerom na bývalý majer Pláne, pramení potok Duša. Tvorí pravostranný prítok Laborca s dĺžkou 41,1 km. Povodie Duše má pretiahnutý tvar a je paralelné s tokom Laborca. Horná časť potoka bola pred Michalovcami presmerovaná do rieky Laborec a dolná časť slúži na odvedenie vnútorných vôd, čím sa zamedzilo opakovaným záplavám. Skúmanou lokalitou na toku Duša je miesto neďaleko jej prameňa, kde rastie mohutný dub, ktorý by mohol byť v budúcnosti predmetom ochrany. Strážsky potok, ktorý preteká katastrálnym územím mesta, pramení na svahoch Čuboku, neďaleko Hudcoviec. Preteká cez chemický podnik Chemko Strážske a ďalej popri železnici obteká mesto. Na väčšine svojho toku je Strážsky potok upravený a plní funkciu odvádzania vôd z povrchového odtoku a z mestskej ČOV. Povrchové vody z areálu Chemka sú regulovane vypúšťané cez havarijnú akumulačnú nádrž (HAN) a potrubím odvádzané do Strážskeho potoka. V prípade potreby prechádza voda z HAN čistením v ČOV. Strážsky potok neďaleko cestného mosta Voľa - Strážske má bahnité-piesčité dno, kde je šírka toku asi 1,5 m, hĺbka do 30 cm. Za obcou Voľa sa Strážsky potok rozvetvuje na množstvo mŕtvych ramien. Táto periodicky zaplavovaná časť lužného lesa je dynamické a výnimočné prostredie. Voda zo Strážskeho potoka sa vlieva do Laborca východne až juhovýchodne od obce Voľa, v mieste "Pod orechmi". 8 Po dlhšom bezprítokovom úseku, 16 km pred ústím do Latorice, priberá najväčší ľavostranný prítok Uh, ktorého väčšia časť povodia sa nachádza na Zakarpatskej Ukrajine (1 613 km², čo je 61%). Má celkovú dĺžku 127 km, z toho iba 21,3 km je na území Slovenska. Pramení na Ukrajine vo Východných Karpatoch. Na územie Slovenska vstupuje južne od obce Záhor. Pred sútokom s Laborcom vo výške 96 m n. m. prijíma z pravej strany Čiernu vodu so sústavou potokov stekajúcich z južných svahov Vihorlatských vrchov a SV časti Východoslovenskej nížiny. Významným prítokom je ľavostranná Okna so Sobraneckým potokom. 15 4. Základné pojmy a terminológia Ak chce učiteľ splniť požadované ciele so žiakmi, zamerané na „rozvoj environmentálnych kompetencií a zmapovanie stavu životného prostredia v blízkom okolí“, mal by byť schopný:identifikovať abiotické a biotické faktory v ekosystéme, • vysvetliť pojem „životné prostredie“, • vedieť rozlíšiť pojmy spoločenstvo a ekosystém, • identifikovať zložky ekosystému a ich vplyv na živé organizmy, • identifikovať faktory ovplyvňujúce životné prostredie negatívnym spôsobom, • identifikovať polutanty vo svojom bezprostrednom okolí a uvažovať nad možnosťami ich eliminácie; Všetko, čo ovplyvňuje organizmus počas jeho života, je súhrnne označované ako životné prostredie. Môžeme uviesť príklad akéhokoľvek organizmu, ktorý počas života interaguje s miliónmi iných organizmov (baktérie, parazity, predátory), dýcha vzduch a reaguje na každodenné zmeny teplôt a vlhkosti. Preto je užitočné chápať pojem prostredie ako koncept formovaný abiotickými (neživými) a biotickými (živými) faktormi. Abiotické faktory zahŕňajú tok energie potrebný na udržanie každého organizmu, fyzikálne faktory, ktoré ho ovplyvňujú, a prísun molekúl potrebných pre jeho životné funkcie. Konečným zdrojom energie pre takmer všetky organizmy je Slnko – v prípade rastlín dodáva energiu potrebnú na ich prežitie priamo. Zvieratá získavajú energiu konzumáciou rastlín alebo iných živočíchov. V konečnom dôsledku je množstvo živých organizmov, ktoré môžu existovať v prírode, určené rastlinami a množstvom energie, ktorú dokážu zachytiť. Ďalšie fyzikálne faktory zahŕňajú pojmy ako klíma (priemerné zmeny počasia za niekoľko rokov), teplota (priemerné ročné aj denné odchýlky), zrážky a typ prítomnej pôdy (piesočná alebo hlinitá, suchá alebo mokrá). Biotické faktory ovplyvňujúce organizmus zahŕňajú všetky formy života, s ktorými interaguje. Rastliny, ktoré vykonávajú fotosyntézu, živočíchy, ktoré sa živia inými organizmami, baktérie a huby, ktoré spôsobujú rozklad – to všetko je súčasťou biotického životného prostredia organizmu. Organizmy, populácie a nakoniec celé ekosystémy sú teda ovplyvnené mnohými biotickými a abiotickými stresovými faktormi. V dôsledku toho je schopnosť reagovať na stresory dôležitou charakteristikou všetkých živých systémov. Naopak, bez takýchto prirodzených stresorov nie je možný žiadny vývoj druhu ani ekosystému ako celku. 16 V rámci evolúcie sa však niektorým organizmom podarilo prispôsobiť sa meniacim podmienkam prostredia a stať sa rezistentnými. Takéto organizmy označujeme ako bioindikátory, ktoré slúžia ako ukazovatele biodiverzity (rozšírenia druhov v životnom prostredí). Bioindikátory sa používajú na objasnenie účinkov zmeny životného prostredia, ako je zmena biotopu alebo klímy, v priestorovom a časovom meradle. Prostredníctvom ľudskej činnosti je životné prostredie konfrontované s úplne novými látkami, ktoré predtým neexistovali. Chemické látky predstavujú najväčšiu znečisťujúcu záťaž pre prírodné ekosystémy. Nasledujúca tabuľka uvádza príklady znečisťujúcich a zaťažujúcich látok v rôznych sektoroch životného prostredia. Životné prostredie Typ znečisťujúcej látky Príklady Miesto pôvodu (vzniku) Voda Organické zlúčeniny Výkaly, rozpúšťadlá, tuky, oleje, pesticídy Mestá, dediny, domácnosti, poľnohospodárst vo, chemický a papierenský priemysel Anorganické zlúčeniny Ťažké kovy, soli, hnojivá Skládky odpadu, poľnohospodárst vo, mestá a dediny Pôda Organické zlúčeniny Rozpúšťadlá, tuky, oleje, pesticídy, rastlinné a živočíšne pozostatky, výkaly v nadmernom množstve Poľnohospodárst vo, skládky odpadu, odpady z domovov Anorganické zlúčeniny Ťažké kovy, soli, popol, Skládky odpadu, spaľovne, priemysel Vzduch Organické plyny Rozpúšťadlá, prchavé látky, uhľovodíky Všetky druhy priemyslu Anorganické plyny Oxid uhoľnatý, oxidy dusíka (ozón), kyselina chlorovodíková a sírová, amoniak Priemysel, spaľovne, motorové vozidlá (plyny z výfukov) 17 Ďalším problémom je posudzovanie účinkov zmesí chemikálií. Hoci môžu byť jednotlivé materiály ako samostatné zlúčeniny relatívne neškodné, po ich zmiešaní sa môžu stať vysoko toxickými a spôsobiť vážnejšie problémy než jednotlivé znečisťujúce látky. Tento jav označujeme ako synergizmus. 4.1 Tolerančné limity organizmov Každý živý organizmus má limity podmienok prostredia, v ktorých dokáže prežiť. Teplota, zásobovanie živinami, chemické zloženie pôdy a vody, životný priestor a ďalšie faktory životného prostredia musia byť v primeraných úrovniach, aby život pretrval. Každý environmentálny faktor má minimálne aj maximálne úrovne, nazývané tolerančné limity, po prekročení ktorých konkrétny druh nemôže prežiť alebo nie je schopný reprodukcie. Najväčšia abundancia akéhokoľvek druhu pozdĺž gradientu prostredia je v okolí optimálnej úrovne kritického faktora pre daný druh. V blízkosti tolerančných hraníc početnosť klesá, pretože menej jedincov je schopných prežiť stres spôsobený obmedzujúcimi faktormi. Optimálny rozsah tolerancie Stresová zóna Stresová zóna Letálna zóna Veľkosť populácie Letálna zóna Žiadny počet druhov Zopár jedincov Zopár jedincov Žiadny počet druhov Fitness a maximálny počet druhov Environmentálna premenná 18 5. Metodický postup realizácie aktivít so žiakmi Hlavným cieľom vzdelávacích aktivít projektu EFFUSE je primeraným spôsobom zapojiť žiakov do zisťovania stavu životného prostredia vo vodách v blízkosti ich bydliska a v ich okolí. Zážitkovým učením, v spolupráci s vedcami, vzbudiť ich záujem o problematiku vzniku environmentálnych záťaží a poskytnúť im podnet, aby sa začali aktívne zapájať do podpory procesov smerujúcich k odstráneniu zdrojov znečistenia, ako aj k regenerácii krajiny po dekontaminácii. Vlastným úsilím zistené skutočnosti o tom, ako znečistené životné prostredie poškodzuje biologickú rovnováhu aj samotné živé organizmy, ktoré v ňom zotrvali, sú zážitkom, na ktorý budú zapojení žiaci dlho spomínať – a ktorý, dúfame, zanechá stopu v ich postojoch. Skúsenostným učením získané poznatky žiaci zdieľajú s rodinou aj so svojimi rovesníkmi, a tým ovplyvňujú aj ich pohľad na svoje okolie. O tom, ktorú z ponúkaných tém budú žiaci v teréne realizovať, rozhoduje pedagóg. Všetky témy sa dajú uskutočniť nezávisle a nie je nutné realizovať ich všetky. Tému vyberajte podľa vedomostí a záujmu žiakov. Niektoré prípravné aktivity je možné realizovať v škole – napríklad aktivitou 6.2 sa môžu pripraviť na zber dát o vlastnostiach vody v rieke na navštevovaných lokalitách, ak ešte nepracovali s meracími senzormi. Pokiaľ ešte nepoznajú lokalitu, kam sa pôjde, je možné zorganizovať na úvod motivačnú návštevu, počas ktorej si v sprievode učiteľa miesto prezrú a zdokumentujú fotografiami. Následne si naštudujú informácie o lokalite z textu pre žiakov alebo z webovej stránky projektu EFFUSE. Nasleduje učiteľom moderovaná diskusia o stave životného prostredia v regióne. Úvodná návšteva lokality so žiakmi pomôže učiteľovi zvoliť a rozvíjať tému, ktorá žiakov najviac oslovila. Ku všetkým aktivitám sú pripravené pracovné listy v pracovnom zošite pre žiakov, ktoré zároveň slúžia ako protokol, do ktorého si žiaci zaznamenávajú svoje zistenia. Získané údaje môžu žiaci ako skupina, pod vedením svojho pedagóga, zadať do databázy Virtuálneho laboratória EFFUSE. 19 5.1 Čo viem o lokalite, ktorú budeme skúmať? Ak sa chystáte na lokalitu, ktorá žiakom nie je známa, stretnite sa s nimi deň – dva pred plánovanou obhliadkou miesta. Stačí aj 10 – 15 minút. Oznámte im účel návštevy, lokalizujte miesto spolu na mape, zadajte žiakom, aby zistili GPS súradnice, a ukážte im niekoľko fotografií. Na tomto stretnutí im dajte aj základné organizačné pokyny. Doma môžu vyhľadať o lokalite ďalšie informácie. Zistené údaje nech zapíšu do úvodného pracovného listu v príručke pre žiakov do časti „Zoznamujeme sa s lokalitou“. V teréne žiadajte od svojich žiakov, aby svoje predpoklady vyslovili, prediskutovali so spolužiakmi a poznamenali do ďalšej časti pracovného listu. Nasleduje pozorovanie. V pracovnom liste k tejto aktivite je pomôcka: sú tam vyobrazené organizmy, ktoré môžu žiaci s najväčšou pravdepodobnosťou nájsť. Žiaci si môžu doplniť informácie o tých organizmoch, ktoré skutočne na lokalite videli alebo nazbierali. V škole si ich skompletizujú, porovnajú a prediskutujú, čo znamená ich prítomnosť na lokalite. Dajte podnet na takúto diskusiu a podporujte ju. Téma Ciele aktivity Zoznamujeme sa s lokalitou Získať prvé skúsenosti a zoznámiť sa s terénom. Výskumné otázky Vstupné vedomosti žiaka 1. Aké je to prostredie, kde budeme pracovať? 2. Čo všetko tu budeme zisťovať? Pozná význam základných ekologických pojmov. Materiálne pomôcky • lupa alebo prenosný mikroskop, fotoaparát (postačuje mobilný telefón s fotoaparátom) • pracovný zošit žiakov, môže byť aj pre dvojicu alebo trojicu, nemusia pracovať individuálne, môžu po skupinkách. Záleží od počtu zapojených žiakov 20 ZOZNAMUJEME SA S LOKALITOU Túto časť vyplnia žiaci vopred na základe motivačných podnetov Na základe vlastných pozorovaní a uvažovania žiaci zaznamenajú svoje predpoklady o chemickom znečistení vody a o prítomnosti organizmov: Kvalita vodného toku Obsah chemických látok vo vode Dusičnany (mg/l) Amoniak. dusík (mg/l) Rozpustený kyslík (mg/l) Kyslosť/ zásaditosť (pH) Minerálne látky /tvrdosť vody (mg/l) Predpoklad Nameraná hodnota Lokalita: Dátum pozorovania: Počasie: Charakteristiku lokality a samotného vodného toku, ktorý navštívia, si žiaci uvedú na základe toho, čo si sami doma zistili. Prítomnosť nájdených organizmov zaznamenajte do tabuľky, ktorá je súčasťou edukačných materiálov pre žiakov (strana 19). 21 5.2 Určovanie kvality vody Kvalita vody je pre život rozhodujúca. Voda, ktorá je priehľadná, nemusí byť čistá ani vhodná pre život organizmov. Priehľadná voda neznamená, že je pitná. Práve preto, skôr než sa budú žiaci oboznamovať s bioindikátormi v prírodných vodách, odporúčame, aby sa najprv zoznámili s pojmom kvalita vody. Diskutujte so žiakmi o tom, čo všetko sa za pojmom kvalita vody skrýva a ako sa dá stanoviť. Aká kvalita sa vyžaduje v prípade pitnej vody a aká má byť v zdravej rieke? Potom nasleduje vychádzka na monitorovanú lokalitu, odber vody, stanovenie a vyhodnotenie jej kvality. Úvodná časť aktivity sa môže realizovať ešte v škole ako príprava na prácu na lokalite, alebo celá priamo v teréne, ak už majú žiaci skúsenosti s meraním pomocou senzorov. Meranie senzormi však nie je podmienkou realizácie aktivity. Vlastnosti vody sa dajú zisťovať aj jednoduchými klasickými metódami a pomôckami, ako sú indikátorové papieriky, obyčajný teplomer alebo pH meter, ktorý nie je prepojený s počítačom. Ak máte meracie zariadenie, ale nemáte k dispozícii všetky senzory, môžete kombinovať meranie meracím systémom a niektoré hodnoty zisťovať testovacím prúžkom. Ten poskytuje informáciu o pH, celkovej tvrdosti vody, uhličitanovej tvrdosti a indikuje prítomnosť dusitanov, dusičnanov a chlóru. Podrobný postup s fotonávodom pre alternatívne meranie vodivosti pomocou baterky nájdete vo Virtuálnom laboratóriu na stránke effuse.science.upjs.sk v sekcii pre učiteľov. Na realizáciu tohto alternatívneho postupu budete potrebovať: • baterku (4,5 V), • farebnú diódu tmavšej farby – modrú alebo zelenú (3,5 V), • gumičku, • priehľadné plastové nádoby so vzorkami vody, • pero, • papierové utierky, • fixku. 22 Téma Ciele aktivity Kvalita vody a jej zisťovanie Získať zručnosť pre meranie vlastností vody. Výskumné otázky Vstupné vedomosti žiaka 1. Odkiaľ pochádza neznáma vzorka vody? 2. Aká je kvalita vody na skúmanej lokalite? Pozná význam pojmov: Kyslosť - pH, vodivosť, tvrdosť, rozpustený kyslík (O2 vo vode) Materiálne pomôcky • Pripravené vzorky vody zo 6 – 7 rôznych zdrojov (napr. vodovod, studňa, mláka, potok a pod.), • tri uzatvárateľné nádoby na odber vody (najlepšie pre každého žiaka), s dostatočne širokým hrdlom, aby sa do nich dal ponoriť senzor – ak máte meracie zariadenie, • meracie senzory a nabitá jednotka meracieho zariadenia alebo teplomer a indikátorové papieriky, prípadne chemický kufrík na analýzu vlastností vody, • lupa alebo prenosný mikroskop, fotoaparát (postačuje aj mobilný telefón s fotoaparátom). 23 1. KVALITA VODY A JEJ ZISŤOVANIE V ŠKOLE Túto aktivitu odporúčame realizovať v škole, ale môžete ju uskutočniť aj priamo v teréne, ak to považujete za atraktívnejšie pre vašich žiakov. V takom prípade môžu žiaci po poučení sami odobrať vzorky vody z rôznych, učiteľom vopred vytipovaných miest a zdrojov. Zámer: Motivovať žiakov otázkou, na ktorú v diskusii hľadajú odpoveď. Otázka: Kde je najkvalitnejšia voda? Ešte pred realizáciou aktivity si v škole pripravte vzorky rôznych vôd v priehľadných nádobách s objemom približne 20 – 50 ml (napr. v kadičkách), ktoré budú žiaci analyzovať vizuálne a meraním. Vzorky označte číslami a zaznačte si, ktoré číslo zodpovedá ktorej vzorke. Čím viac rôznorodých vzoriek vody budete mať, tým bude diskusia zaujímavejšia. Vody môžu byť aj rôzne sfarbené, prípadne môžu obsahovať časti rastlín a pod. (napr. voda z jazierka). Ukážte žiakom vzorky vody v priehľadných nádobách a povedzte im, že pochádzajú z rôznych zdrojov. Potom im položte otázku: Čo si myslíš, kde je najkvalitnejšia voda? Otázka iste evokuje ďalšiu otázku: „Čo vlastne znamená KVALITA vody?“ Možno sa na to žiaci aj sami opýtajú, ak nie, položte túto otázku vy počas diskusie Vhodné vzorky vody: • voda z vodovodu • minerálna voda (s vysokým obsahom minerálnych látok) • destilovaná voda • dažďová voda • voda z jazera, rybníka • ionizovaná voda ... 24 Žiaci pravdepodobne povedia, že sfarbená voda alebo voda obsahujúca časti rastlín nie je „kvalitná“, prípadne môžu uviesť, že je vhodná pre rast rastlín, ale nie na pitie a pod. Aj táto diskusia môže prirodzene viesť k ďalšej otázke: Vo vzťahu k čomu porovnávame kvalitu vody? Vo vzťahu k životu organizmov v nej alebo k pitnému režimu človeka? Diskutujte so žiakmi, zapájajte ich otázkami, aby premýšľali a zamysleli sa nad tým, ako by kvalitu vody vedeli vyhodnotiť. Žiakom zrejme napadne, že by hodnotili napríklad pH vody, čistotu (vizuálne alebo pod mikroskopom), priehľadnosť, sfarbenie, zápach, prípadne by uskutočnili chemickú analýzu vody a pod. Po diskusii rozdajte žiakom pracovný list (vedecký zápisník), ktorý je súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.2 na strane 22). Nech zapíšu svoju odpoveď na otázku: Čo je kvalita vody? V tabuľke majú označiť, aké vlastnosti by priradili ku ktorej vzorke vody. Môžu si tiež poznačiť svoj predpoklad o pôvode vzoriek vody podľa vzhľadu a vône – ešte pred samotným meraním. Predikčná tabuľka predpokladá použitie 7 typov vôd. Zdroje aj počet vzoriek si však môžete upraviť podľa potrieb a následne prispôsobiť predikčnú tabuľku. Predikčná tabuľka je v pracovnom liste vyplnená, ak máte vodu z iných zdrojov, upravte ju aj tam podľa skutočnosti. Predikčná tabuľka Vzorka č. Priehľadnos /sfarbenie Prítomnosť organizmov Kyslosť pH O2 Vodivosť Tvrdosť Predpokladaný zdroj 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 31 5.3 Našli sme obojživelníky. Čo o nich vieme zistiť? Väčšina obojživelníkov trávi časť, alebo dokonca celý život vo vode. Vlastnosti vody sú pre ich život limitujúcim faktorom. Rozpustený kyslík, teplota, pH, salinita, vodivosť, organický uhlík a polutanty (znečisťujúce látky) patria medzi kľúčové faktory prostredia, ktoré môžu ovplyvniť ich prežívanie a vývin. Chemické a fyzikálne faktory spolu s vegetáciou, zložením substrátu, stavebnými prvkami prostredia, hĺbkou vody, rýchlosťou vodných tokov a prítomnosťou iných stavovcov a bezstavovcov tvoria základné prvky hodnotenia habitatov, v ktorých obojživelníky žijú. Vďaka týmto podmienkam sa u jednotlivých druhov vyvinuli rôzne stratégie prežitia. K tejto aktivite je pre žiakov k dispozícii pomerne rozsiahly pracovný list doplnený potrebnými informáciami. Nie je potrebné žiakov pred prácou v teréne zaťažovať jeho podrobným štúdiom, aby nestratili motiváciu. Počas samotnej práce však v liste ľahko nájdu odborné informácie, ktoré budú potrebovať. Po úvodnej motivácii, keď v žiakoch silnie očakávanie, že v prírode uvidia niektoré naše druhy obojživelníkov, pracujte s ich predpokladmi a očakávaniami, ktoré môžu byť dobrým základom pre pozorovanie a diskusiu. Je dôležité, aby si žiaci svoje predpoklady a očakávania poznačili, aby ich neskôr mohli konfrontovať so skutočnosťou. Tento spôsob práce vytvára vhodné podmienky na diskusiu a analýzu poznatkov, pri ktorej žiaci hľadajú príčiny a formulujú argumenty, prečo sa ich očakávania naplnili alebo nenaplnili. Popri tom sa mimovoľne učia rozoznávať obojživelníky podľa morfologických znakov, ktoré dávajú do súvislosti s ich spôsobom života. Pri práci používajú kľúč na určovanie obojživelníkov, ktorý získavajú v digitálnej forme prostredníctvom QR kódov. Všetky nájdené obojživelníky žiaci zaznamenajú, určia a v prípade potreby aj zmerajú ich parametre. Tieto údaje môžu záujemcovia pri výskyte väčšieho počtu žubrienok štatisticky spracovať a využiť napríklad pri tvorbe súťažného projektu. Nie je nevyhnutné, aby žiaci vypracovali všetky úlohy. Pomalší a dôkladnejší postup je niekedy užitočnejší, pretože nadobudnuté poznatky a zručnosti sú trvácnejšie. Ak žiakov práca zaujme a prejavia záujem ju dokončiť, naplánujte s nimi ďalší prieskum. Určovanie druhov na základe fotografií vyhotovených v teréne prebieha v škole alebo doma. Predpokladáme, že o túto aktivitu budú mať záujem najmä tí žiaci, ktorí majú vzťah k digitálnym technológiám. Analýza a jej výsledky môžu byť predmetom otvoreného bádania a slúžiť ako inšpirácia pre vlastný otvorený projekt s možnosťou prihlásiť sa do rôznych biologických či ekologických súťaží. 32 Téma Ciele aktivity Obojživelníky Poznať naše obojživelníky podľa morfologických znakov. Uvedomiť si, že všetky obojživelníky sú u nás chránené. Merať časti tela živočíchov a zaznamenať údaje. Dať do súvislosti morfologické znaky obojživelníka s jeho prostredím a životným cyklom. Výskumná otázka Vstupné vedomosti žiaka 1. Aká je druhová skladba obojživelníkov na skúmaných lokalitách? Pozná význam pojmov: Bioindikátor, hybrid, permeabilná koža, kožné dýchanie, poikilotermné organizmy, metamorfóza Materiálne pomôcky Sieť na odchyt obojživelníkov, gumáky, pršiplášť, chirurgické rukavice plastové boxy, posuvné meradlo, váha, čelovka, lupy, teplomer kniha na druhovú determináciu, pracovný zošit, pero a fotoaparát (nepovinné). 33 ZOZNAMUJEME SA S OBOJŽIVELNÍKMI V PROSTREDÍ Diskutujte so žiakmi krátko k otázke: „Čo si predstavujete pod pojmom obojživelný?“ Svoju predstavu nech si zapíšu do pracovného listu (vedecký zápisník), ktorý je súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na stránke effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.3 na strane 30). Na Slovensku nežije veľa druhov obojživelníkov. Nech si žiaci pozrú vyobrazenie všetkých našich zástupcov, v tejto chvíli si ich ešte nemusia pamätať. Pomocou determinačného kľúča sa zoznámte s druhmi obojživelníkov, ktoré u nás žijú. Determinačný kľúč je dostupný na stránke effuse.science.upjs.sk v sekcii pre vysokoškolských študentov. Pýtajte sa žiakov: „Aké obojživelníky môžeme na vybraných/záujmových lokalitách očakávať?“ Žiaci sa majú zamyslieť, ktoré z týchto obojživelníkov by sa mohli nachádzať na lokalite, ktorú navštevujú. Svoj predpoklad nech zapíšu do pracovného listu: Nie je skokan ako skokan Na území Slovenska žije päť druhov skokanov a jeden hybrid. Žiaci ich majú na základe vlastnej úvahy zatriediť do dvoch skupín – vodné a suchozemské. Podľa obrázkov alebo vlastných pozorovaní majú slovne popísať rozdiely medzi nimi. Majú si všímať znaky, ktoré skokanom umožňujú pohyb vo vodnom prostredí alebo na súši, a tieto znaky zapísať do pracovného listu. 1. 4 . 2 . 3 . 34 „Som maskovaný, ale viem aj vystrašiť“ Obojživelníky dokážu na jednej strane splynúť s prostredím, hovoríme tomu mimikry, a na druhej strane v prípade nebezpečenstva odradiť predátora výstražným, tzv. aposomatickým sfarbením alebo výstražným správaním. Pýtajte sa žiakov: „Čo myslíte, aké druhy z našich žiab a mlokov využívajú tieto stratégie?“ Spolu so žiakmi prehodnoťte svoje predpoklady na základe definícií pojmov mimikry a aposomatizmus a formulujte záver o tom, ktoré žaby využívajú mimikry alebo iné maskovacie stratégie. Mimikry je jav, pri ktorom živočích splýva s prostredím alebo napodobňuje iného živočícha, aby získal výhodu pred predátorom a nestal sa ľahkou korisťou. Aposomatizmus je výstražné sfarbenie živočícha, ktoré slúži na varovanie predátora. Diskutujte so žiakmi aj o vajíčkach obojživelníkov. Vizuálnym pozorovaním je možné zaradiť ich k jednotlivým rodom (ropuchy, skokany, hrabavka, mloky). Pýtajte sa žiakov, či majú vajíčka vápenatú škrupinku na povrchu, alebo ako povrch vajíčok ovplyvňuje ich schopnosť prežiť v prostredí. Druh Typ prostredia Morfologické znaky 35 Ilustračná ukážka znášok vajíčok vyskytujúcich sa u rôznych rodov našich obojživelníkov Jedna úloha v pracovnom liste je zameraná na pigmentovanú štruktúru na prstoch prednej končatiny u žiab. Nazýva sa ............... a slúži na .................. 36 2. ZISŤOVANIE PRÍTOMNOSTI OBOJŽIVELNÍKOV NA LOKALITE Keďže všetky obojživelníky na území Slovenska sú zákonom chránené, na ich odchyt je potrebné povolenie od Ministerstva životného prostredia SR. Množstvo informácií o nich však možno získať aj bez priameho kontaktu. Žiaci postupne riešia nasledujúce úlohy a svoje zistenia a odpovede zapisujú do pracovného listu. Úlohy nevyžadujúce povolenie Našli ste obojživelníky? Zakrúžkujte štádiá, v ktorých sa vyskytujú: A. vajíčka B. larválne štádia C. premenené jedince Úlohou žiakov je určiť obojživelníky pomocou kľúča, s ktorým sa oboznámili v úvode, a pokúsiť sa určiť druh obojživelníka. Determinačný kľúč je dostupný na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre vysokoškolských študentov. Žiakom rozdajte terénny zápisník. Údaje budú zaznamenávať do tabuľky, ktorá je súčasťou pracovného listu (vedecký zápisník) v edukačnom materiáli pre žiakov, dostupnom na stránke effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.3 na strane 34). Úlohy vyžadujúce povolenie Ak povolenie nemáte, so živočíchmi nemanipulujte, iba ich pozorujte. Žiakom vopred vysvetlite, prečo sa ich nesmú dotýkať rukami ani pomôckami. Ak povolenie máte, je možné živočíchy dočasne odchytiť na účely pozorovania. Odchyt a manipulácia s dospelými jedincami Na odchyt obojživelníkov budete potrebovať podberák, gumáky a chirurgické rukavice. Odchyt a manipuláciu s jedincami bude vykonávať odborník s platným povolením. Úlohou žiakov je pozorne sledovať prácu odborníka, určiť druhy pomocou determinačného kľúča a zaznamenať do tabuľky príslušné kvalitatívne parametre (napr. farbu, škvrnitosť a pod.). Zároveň majú zaznamenať aj vybrané telesné rozmery, ktoré pomocou posuvného meradla odčíta odborník. Tabuľka je súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.3 na strane 34). 37 Odchyt a manipulácia so žubrienkami Žubrienky sú ešte krehkejšie ako už aj tak veľmi krehké žabky, preto s nimi treba manipulovať mimoriadne opatrne. Na každej lokalite, kde sa žubrienky nachádzajú, je dôležité odmerať teplotu vody. Pozorujte so žiakmi odchytené žubrienky pomocou lupy v Petriho miske alebo v malej priehľadnej nádobe. Nezabudnite žubrienku odfotografovať. Skúste spoločne nájsť dýchací otvor a určiť, na ktorej strane tela sa nachádza. 38 3. VYHODNOTENIE TERÉNNYCH POZOROVANÍ V ŠKOLE Porovnajte spolu so žiakmi výskyt obojživelníkov na navštívených lokalitách. Položte im nasledovné otázky: • Aké druhy a v akom počte ste pozorovali na jednotlivých lokalitách? • Aké faktory mohli ovplyvniť ich výskyt a aktivitu? Zistenia nech žiaci prehľadne zaznamenajú do tabuľky v pracovnom liste. Lokalita Druh Počet Vybrané parametre kvality vody 1 2 3 Určenie druhu analýzou fotografie 1. Analyzujte fotografie, ktoré ste zhotovili počas terénneho výskumu. Porovnajte vývinové štádiá žubrienok a identifikujte prípadné deformity – v rámci jednej lokality aj medzi rôznymi lokalitami. Pred analýzou si preštudujte príslušné informácie v študijnom texte. 2. Odmerajte dĺžku žubrienok na fotografiách pomocou programu ImageJ. Pri porovnávaní lokalít sa zamerajte na možný vzťah medzi veľkosťou žubrienok a teplotou vody, v ktorej sa nachádzali. Podrobné inštrukcie k práci so softvérom ImageJ nájdete v časti Prílohy vo Virtuálnom laboratóriu EFFUSE, sekcia pre učiteľov: effuse.science.upjs.sk/krok-za-krokom 3. Z nameraných telesných rozmerov žubrienok alebo žiab vypočítajte indexy potrebné na určenie druhu. Postupujte podľa metodických pokynov uvedených v študijných materiáloch. 4. Zo zaznamenanej skladby živočíchov na lokalite identifikujte druhy, ktoré by mohli byť korisťou alebo predátormi žubrienok a metamorfovaných žiab. Od žiakov požadujte, aby formulovali vlastný slovný záver vychádzajúci z ich pozorovaní a meraní. Výslednú tabuľku a záver odkopírujte do textového editora WORD, vložte tam aj jednu vami zhotovenú fotografiu lokality pre projekt. Ak niektorý druh neviete určiť, môžete nám poslať nákres, prípadne fotografiu. My vám s tým pomôžeme. Bližšie pokyny nájdete v kapitole Záverečné slovo. 39 DOLŇUJÚCE INFORMÁCIE V študijnom texte, ktorý je súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupnom na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.3 na strane 39), sú k tejto aktivite na konci pracovného listu informácie, na ktoré môžete v priebehu práce žiakov odkazovať. Vysvetľuje sa tam význam kože a mechanizmy kožného dýchania obojživelníkov, kedy dýchajú žiabrami, kedy pľúcami a ako im pomáha sliznica ústnej dutiny. Žiaci tam nájdu vysvetlenie odborných termínov, ako sú mimikry a nový pojem aposomatizmus. Môžu si prečítať zaujímavosti o zmysloch obojživelníkov, akú úlohu zohrávajú pri vyhľadávaní potravy, partnera či ich všeobecný význam pre orientáciu v prostredí. Novým slovom je aj morfometria, ktorú budú žiaci prakticky vykonávať. Budú pritom zaznamenávať nájdené anomálie svedčiace o narušenom stave ich biotopu. Nároky obojživelníkov na kvalitu vody sú prirodzene vysoké. V súvislosti s otázkami o kvalite vody, ktorá je pre túto skupinu živočíchov vhodná pre život, môžete žiakov odkazovať na druhú časť študijného textu, kde sú informácie o tom, či a ako sa môžu obojživelníky adaptovať, ak kolíšu hodnoty faktorov ako sú rozpustený kyslík, teplota, pH, vodivosť, tvrdosť a salinita, celkový a rozpustený organický uhlík. Dozvedia sa aj, čo sú polutanty a rôzne kontaminanty, ako napríklad rozpustené formy kovov, a ako škodia. Študijný text žiakov môžete doplniť informáciami o nárokoch obojživelníkov na kvalitu vody. Nároky obojživelníkov na kvalitu vody Rozpustený kyslík Zatiaľ čo kyslík v atmosfére sa vyskytuje ako O₂ a ide o relatívne hojný plyn, aby bol prístupný pre vodné aeróbne organizmy, musí byť rozpustený vo vode. Problémy s kyslíkom čelia väčšinou iba akvatické štádiá obojživelníkov. Pre terestrické (suchozemské) formy je atmosférický kyslík postačujúci. Niektoré druhy obojživelníkov žijú v rýchlo tečúcich vodách, kde je voda neustále miešaná so vzduchom a koncentrácia kyslíka je zvyčajne blízko saturácie (nasýtenia). Iné druhy však obývajú pokojné teplé vody, kde koncentrácia kyslíka môže byť veľmi nízka. Živočíchy sa však časom môžu aklimatizovať na nízke koncentrácie kyslíka. Mnoho obojživelníkov má anatomické znaky, formy správania a fyziologické procesy, ktoré im umožňujú prežiť za dočasných hypoxických podmienok. Za hypoxických podmienok larvy/žubrienky s pľúcami často plávajú ku hladine a hltajú vzduch do pľúc. Hypoxia môže spôsobiť podobné fyziologické odpovede u obojživelníkov ako 40 u iných stavovcov – zmeny v pH krvi, tvorbu kyseliny mliečnej vo svaloch, letargiu a za určitých podmienok aj úhyn. Teplota Keďže sú obojživelníky poikilotermné organizmy (organizmy s minimálnou termoregulačnou schopnosťou), majú limitovanú schopnosť regulovať telesnú teplotu a sú ovplyvňované teplotou okolitého prostredia. Teplota vody je preto extrémne dôležitá pri ovplyvňovaní rýchlosti metabolizmu, iných fyziologických procesov, ako aj správania. Obojživelníky žijúce v miernom pásme a na severe dokážu prežiť aj teploty blízke 0 °C, ba dokonca aj pod 0 °C, redukovaním svojho metabolizmu a hibernáciou. Zvýšenie teploty v okolí spôsobuje zvýšenie metabolizmu. Zvýšený metabolizmus však vyžaduje viac kyslíka, ktorého koncentrácia so stúpajúcou teplotou vody klesá. Pri teplote okolo 0 °C sú obojživelníky veľmi pomalé. Pri vyšších teplotách, povedzme 30 až 35 °C (alebo 25 až 30 °C pre menej tolerantné živočíchy), môže termálny stres spôsobiť zníženie mobility, abnormálne vysokú činnosť srdca a eventuálne smrť. pH pH je ďalší kľúčový faktor charakterizujúci prostredie obojživelníkov. Z ekologického hľadiska je rozsah pH 6,0–7,5 všeobecne považovaný za cirkumneutrálny, teda rozsah, ktorý nepredstavuje záťaž pre väčšinu akvatických organizmov. Medzi vývinovými štádiami, populáciami a tiež na druhovej úrovni existujú rozdiely v senzitivite na nízke pH. Pri pH 4,5 sa môže embryonálny vývin zastaviť. Pri pH 4,5– 5,0 vývin pokračuje, ale liahnutie je obmedzené. Kritické pH, teda také, ktoré môže spôsobiť výrazný nárast mortality embryí, sa pohybuje v rozsahu 5,5–3,5. U živočíchov žijúcich v kyslom prostredí počas mnohých generácií môže vzniknúť tolerancia na nízke pH. Negatívne vplyvy zahŕňajú ohrozenie imunitného systému, neschopnosť liahnutia embryí, redukovaný rast a oneskorenú metamorfózu. Pri nižšom pH sú kovy rozpustnejšie, čo môže mať taktiež toxický účinok, napríklad hliník, ktorý je jedným z najbežnejších kovov v zemskej kôre. Vodivosť, tvrdosť a salinita Vodivosť je schopnosť vody viesť elektrický prúd, čo je možné vďaka celkovej koncentrácii aniónov a katiónov vo vode. Napríklad ultra čistá voda má vodivosť 5,5 × 10⁻³ µS/cm (mikrosiemens na centimeter), pitná voda približne 5–50 µS/cm, morská voda okolo 5000 µS/cm. Voda vhodná pre vodné organizmy má vodivosť v rozmedzí 150–500 µS/cm. 47 3. VYHODNOTENIE POZOROVANÍ V ŠKOLE Vyplňte so žiakmi tabuľku, ktorá je súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.4 na strane 51). Pozorovania rýb z terénu na jednotlivých lokalitách spojte s informáciami, ktoré ste získali pri riešení úloh o kvalite vody. Záznam o pozorovaniach vedú skupiny, ale závery môžu žiaci formulovať aj individuálne. Ak zhotovili fotografie, pripoja ich k záznamu. Ak zaznamenali spev vtákov, môžu určiť druhy podľa zvukov pomocou aplikácie, napríklad http://www.avisoft.com/, alebo Hlasy vtákov Európy PRO pre mobilné telefóny, prípadne inej vhodnej aplikácie, ktorú nájdete. Príklad zápisku do terénneho zápisníka: Terénny zápisník Druh dátum lokalita súradnice habite Typ a číslo záznamu poznámky Líška hrdzavá (Vulpes vulpes) 2.5.2021 Lazičky 48.981246, 21.7199832 na poli v blízkosti okraja vegetácie Stopa, foto č. 1 Po daždi Vyžadujte od žiakov, aby formulovali vlastný slovný záver z pozorovaní a meraní. Výslednú tabuľku a záver odkopírujte do textového editora WORD, vložte tam aj jednu vami zhotovenú fotografiu lokality pre projekt. Ak niektorý druh neviete určiť, môžete nám poslať nákres alebo fotografiu. Radi vám s tým pomôžeme. Bližšie pokyny nájdete v kapitole Záverečné slovo. 48 DOLŇUJÚCE INFORMÁCIE Študijný text nájdete v edukačnom materiáli pre žiakov, dostupnom na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.4 na strane 52). Študijný text pre žiakov, ktorý opäť dopĺňa pracovný list, má slúžiť na rýchle nájdenie relevantných informácií o rybách a stavovcoch, o ktorých diskutujú, alebo pri ktorých si žiaci nie sú istí, či správne interpretujú znak nájdenej ryby alebo iného stavovca. Ak žiaci pracujú s textom priamo v teréne, ide o podporu práce s odbornými pojmami a čítania s porozumením. Obe tieto zručnosti nie sú u žiakov dobre ovládnuté a zažité. Každá príležitosť na ich rozvoj je vítaná. Prvá časť textu o rybách Stavba tela ryby je rozšírením poznatkov o morfológii rýb. Texty Bočná čiara (linea lateralis), Druhové určovanie rýb a Potrava poskytujú oporné informácie vzťahujúce sa k spôsobu života a prispôsobeniam rýb prostrediu. Kapor alebo karas? vysvetľuje, ako rozlíšime tieto dva podobné rody. V závere študijného textu je pár tipov na sledovanie pobytových znakov iných stavovcov. 49 5.5 Našli sme nejaké bezstavovce. Čo to môže byť? Ako samostatná časť sa v žiackej príručke vyskytuje študijný text o bezstavovcoch. Zámerne je to súčasť žiackeho materiálu, pretože aj tu má funkciu informačného zdroja, ktorý využívajte podľa potreby. Ak žiaci nájdu niektoré organizmy z uvedených skupín, môžu si o nich zistiť viac relevantných informácií bez toho, aby museli mať internet. Pomôcka je vypracovaná pre tento cieľ a je zameraná na druhy, ktorých výskyt je na skúmaných lokalitách vo vode a v blízkosti vodných plôch a tokov pravdepodobný. Tieto vodné bezstavovce žiaci pravdepodobne nepoznajú, preto sú zaradené do ich študijného textu a uvádzame ich aj v tomto učiteľskom materiáli — ich popis a fotografie. Kým jednobunkovce a veľmi drobné živočíchy vo vzorkách vody je lepšie vyhodnotiť dodatočne v škole, hmyz je dostatočne veľký a častý nález, aby sa dal určiť priamo v teréne. Preto je táto časť doplnená aj obrázkami druhov, ktoré môžete najpravdepodobnejšie nájsť a zároveň sú to známe bioindikátory stavu, resp. čistoty životného prostredia. Aj keď je aktivita zameraná na bezstavovce, vedieme ich k tomu, aby si všímali aj iné organizmy. Rôzne druhy organizmov žijú na lokalite v spoločenstve a často platí, že ak nájdeme určitý druh, dá sa predpokladať výskyt aj ďalšieho, ktorý sa viaže na jeho biotop. Okrem toho je škoda prehliadnuť niečo zaujímavé len preto, že sme sa zamerali práve iba na jednu skupinu. Mriežky v pracovnom liste majú pomáhať pri zisťovaní rozmerov organizmov. Aj pri tejto aktivite je dôležité trvať na tom, aby si žiaci zapisovali svoje postrehy priamo na lokalite. Neskôr by si na veľa vecí nespomenuli. Potrebné nové pojmy sú vysvetlené v študijnom texte v žiackom materiáli. Žiaci nech si pojmy vyhľadajú vtedy, keď sa s nimi stretnú pri riešení niektorej úlohy alebo v diskusii, resp. pri odbere vzorky. Opäť platí — v záujme zachovania motivácie nezaťažujte žiakov štúdiom teórie vopred. Študijný text slúži ako pomôcka, ktorá je poruke aj bez internetového pripojenia. Pojmy si omnoho lepšie a ochotnejšie osvoja v spojení s praktickou činnosťou v teréne. Pri riešení prvej úlohy ešte žiak nepozná živočíchy, ktoré sú významnými bioindikátormi, prípadne ich videl len na obrázku či fotografii. Ide o to podnietiť jeho pozornosť, aby si začal všímať aj drobnejšie bezstavovce a zaznamenal ich, aj keby ich nevedel presne identifikovať. 50 Aby sa žiak naučil rozpoznať jednotlivé druhy bioindikátorov, o ktoré v tejto aktivite pôjde, mal by mať učiteľ informáciu, či žiakova predstava bezstavovca zodpovedá skutočnosti, alebo je potrebné priamo v teréne demonštrovať ich charakteristické znaky. Žiaci majú priamo v pracovnom liste inštrukcie, ako pracovať s určovacím kľúčom, ale najrýchlejšie je pre nich porovnať nájdeného živočícha s fotografiou v pracovnom liste. Aké skupiny/druhy bezstavovcov som videl(a) na prechádzke v okolí vodných plôch? Na zápis slúžia tabuľky v pracovnom materiáli žiakov. Téma Ciele aktivity Vodné a brehové bezstavovce Poznávanie bioindikátorov. Monitorovanie bezstavovcov na lokalite. Poznať význam pojmov: bentos, planktón, predátor, filtrátor, krycie sfarbenie Výskumné otázky Vstupné vedomosti žiaka Aké druhy bezstavovcov sa vyskytujú na skúmanej lokalite? Čo vypovedá ich prítomnosť o kvalite vody? Chýbali na lokalite niektoré živočíšne indikátory čistej vody? Pozná význam pojmov: bioindikátor, bezstavovec; Rozozná znaky tried bezstavovcov Materiálne pomôcky Kuchynské sitko (čajové alebo aj väčšie), sieťka na planktón alebo sieťka na akváriové rybky s dlhšou rukoväťou, plastová alebo sklenená priehľadná nádobka na pozorovanie, lopatka, fotoaparát, teplomer, vysúvací meter, prístroj na meranie chemických a fyzikálnych vlastností vody (pH meter s konduktometrom) - literatúra na určovanie bezstavovcov - zápisník, ceruza 51 1. PRÍPRAVA NA PRÁCU V TERÉNE Vyzvite žiakov, aby sa zamysleli nad tým, aké rôzne bezstavovce pozorovali počas prechádzky v blízkosti riek alebo jazier. Diskutujte so žiakmi o tom, aké spôsoby využili pri pozorovaní bezstavovcov vo voľnej prírode. Pýtajte sa žiakov: „Aké bezstavovce poznáte? Aké vodné bezstavovce poznáte? Chytili ste už niekedy nejakého vodného bezstavovca alebo stavovca, ktorý sa nachádza v okolí vodného toku alebo na jeho hladine?“ Diskutujte so žiakmi o problematike určovania bezstavovcov vzhľadom na ich veľkú druhovú variabilitu a početnosť. Ako rozlišovať bezstavovce žijúce vo vode? Bezstavovcov je oveľa viac druhov ako rýb a obojživelníkov. Vyzná sa v nich s istotou len špecialista – hydrobiológ. Mnohé sa navzájom podobajú, pretože sa rovnakým spôsobom prispôsobili prostrediu, hoci nemusia byť príbuzné. Musíme si teda pozorne všímať znaky, ktoré ich odlišujú. Tie bývajú spísané a zvýraznené v príručkách na určovanie, tzv. určovacích kľúčoch. V nich nájdeme slovné charakteristiky druhov, ale stále základom zostáva porovnanie s obrázkom. Doplňujúcimi údajmi sú napríklad aj veľkosť, typ prostredia a obdobie roka, kedy živočíchy pozorujeme. 52 2. POZOROVANIE BEZSTAVOVCOV V TERÉNE Pýtajte sa žiakov: „Ako rozlišovať bezstavovce žijúce vo vode?“ Žiaci pravdepodobne vymenujú základné charakteristiky, ako je rozlišovanie na základe veľkosti a tvaru tela, prípadne spôsobu pohybu. Pred samotným pozorovaním bezstavovcov si žiaci do pracovného listu (vedecký zápisník) zapíšu základné údaje o lokalite a parametroch vody. Pracovný list je súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.5 na strane 60). Okrem zápisu zistení je úlohou žiakov zhotoviť fotografie nájdených bezstavovcov. Nález hodnotil (meno a priezvisko): Názov lokality: Dátum a čas: Počasie: Vlastnosť vody/ teplota Vlastnosť vody/ pH Vlastnosť vody/ vodivosť Výška vodnej hladiny v cm Rýchlosť prúdenia vody Prítomnosť živočíchov – zakrúžkuj ÁNO NIE Vyzvite žiakov: „Aké bezstavovce sú prítomné na odbernej lokalite? Zamyslite sa nad symetriou tela nájdených živočíchov.“ 53 Poznámka: Pri zisťovaní symetria tela pracujte s vopred pripravenou mriežkou so známou mierkou. Mriežky vytlačte a zalaminujte. Pri zisťovaní druhov pracujte s určovacím kľúčom. Lokalita pozorovaný živočích/skupina živočíchov Symetria tela 54 Mriežka s rozmerom 2x2 cm 55 Mriežka s rozmerom 1x1 cm 56 Ako rozlišovať bezstavovce žijúce vo vode? Bezstavovcov je oveľa viac druhov ako rýb a obojživelníkov. S istotou sa v nich vyzná len špecialista – hydrobiológ. Mnohé sa navzájom podobajú, pretože sa rovnakým spôsobom prispôsobili prostrediu, hoci nemusia byť príbuzné. Musíme si teda pozorne všímať znaky, ktoré ich odlišujú. Tie bývajú spísané a zvýraznené v príručkách na určovanie, tzv. určovacích kľúčoch. V nich nájdeme slovné charakteristiky druhov, ale základom zostáva porovnanie s obrázkom. Doplňujúcimi údajmi sú napr. veľkosť, typ prostredia a obdobie roka, v ktorom živočíchy pozorujeme. Pracujte so žiakmi s určovacím kľúčom zameraným na bezstavovce, ktorý je dostupný na stránke effuse.science.upjs.sk v sekcii pre vysokoškolských študentov, prípadne s odbornou literatúrou. 63 Pošvatky (Plecoptera): Starobylá skupina hmyzu, známa už z prvohorných skamenelín. Malý až stredne veľký hmyz (5 – 30 mm). Telo je pretiahnuté, štíhle, mierne sploštené. Ústne orgány sú hryzavé, niekedy pomerne zakrpatené. Tykadlá sú dlhé, nitkovité a mnohočlánkové. Krídla sú veľké, s pomerne hustou žilnatinou. Predný pár je dlhší a pevnejší, zadný pár je kratší a širší. V pokoji sú krídla zložené na plocho na tele. Nohy sú kráčavé. Na konci bruška sú dva dlhé mnohočlánkové štety. Vývin prebieha nedokonalou premenou, bez štádia kukly. Larvy – najády – sú vodné, tvarom tela podobné dospelcom. Majú však inú stavbu ústnych orgánov, nevyvinutú pohlavnú sústavu a len základy krídel. Väčšina lariev pošvatiek sú dravce. Sú to bentické živočíchy – väčšinou lozia po dne alebo sa ukrývajú pod kameňmi. Larvy dýchajú povrchom tela a tracheálnymi žiabrami, niektoré druhy aj koncovými časťami čreva. Málo druhov pošvatiek znáša široké rozpätie teploty vody a obsahu kyslíka v nej, a preto môžu obývať stojaté alebo pomaly tečúce zabahnené vody (napr. rody Amphineura, Nemoura). Väčšina druhov je viazaná na biotopy s prúdiacou chladnou vodou s vysokým obsahom kyslíka. Najtypickejšími predstaviteľmi pošvatiek u nás sú druhy rodov Perla a Perlodes, ktorých najády majú výrazne chrbtovo-brušne (dorzoventrálne) sploštené telo. Dospelce (imága) sa liahnu koncom jari a na začiatku leta. Lietajú neobratne, len pri peknom počasí, najviac podvečer. Inak sú ukryté v štrbinách pod kôrou, v tráve a pod kameňmi. Vážky (Odonata): Opäť ide o starobylú skupinu hmyzu, známu už z prvohorných fosílií. Dospelce (imága) majú štíhle telo s dĺžkou 2 – 13 cm. Majú veľkú hlavu na tenkom krku, ktorá je dobre pohyblivá. Veľké zložené oči zaberajú veľkú časť hlavy a majú aj tri jednoduché očká (ocelli). Tykadlá sú krátke, štetinovité. Vývin prebieha cez väčší počet larválnych štádií (tzv. archimetabólia). Dospelce veľmi obratne lietajú a vo vzduchu trávia väčšinu aktívneho času. Vo všeobecnosti sú vážky aktívne od konca apríla do neskorej jesene, pričom rôzne druhy majú aktivitu sústredenú na rôzne obdobia. K jarným druhom patrí napr. Agrion armatum, Epitheca bimaculata. Na jeseň lietajú viac napr. druhy Lestes viridis, Aeschna mixta. Živia sa ako dravce rôznym lietajúcim hmyzom. Larvy (najády) žijú vo vode a sú dravé rovnako ako dospelce. V mladších štádiách sa živia jednobunkovcami, vírnikmi a drobnými kôrovcami, neskôr larvami vodného hmyzu, obrúčkavcami, larvami vážok iných druhov a aj vlastného druhu. Pri love sa veľmi nepohybujú, na korisť skôr striehnu. Spodná pera najád vážok je pretvorená na tzv. masku, ktorá slúži na chytanie koristi a je v pokoji zložená na spodnej strane hlavy. Hlava lariev je nepohyblivá. Mladé najády dýchajú celým povrchom tela, staršie tzv. rektálnymi tracheálnymi žiabrami. Žijú v rôznych vodných biotopoch: rybníkoch, močiaroch, rašeliniskách, rôznych dočasných nádržiach (mlákach) aj v tečúcich vodách, okrem veľmi rýchlo tečúcich úsekov. 64 Bzdochy (Heteroptera): Aj zástupcovia tejto skupiny sú známi už z prvohôr. Môžeme ich rozdeliť na dve veľké podskupiny: jedna žije na súši a má tykadlá pomerne dlhé a voľné (Gymnocera), druhá žije vo vode a tykadlá sú krátke a uložené v žliabkoch na hlave (Cryptocera). Telo je chrbto-brušne (dorzoventrálne) sploštené, hlava je voľná, ústne ústroje sú bodavo-cicavé. Na chrbtovej strane hrude je typickou štruktúrou trojuholníkový štítok medzi koreňmi krídel. Predný pár krídel tvorí tzv. polokrovky – spodné dve tretiny krídla sú silno sklerotizované a koncová časť je blanitá. Zadný pár krídel je blanitý. Bzdochy lietajú len zriedka, napriek tomu niektoré druhy (napr. ihlica vodná – Ranatra linearis) dokážu preletieť až 100 km (Lellák a kol., 1985). U niektorých druhov sú krídla zakrpatené alebo celkom chýbajú (napr. vodomerka obyčajná – Hydrometra stagnorum, hladinárka – Velia currens). Dokonca pri jednom druhu sa môžu vyskytovať formy s vyvinutými aj so zakrpatenými krídlami. Niektoré druhy lietať nevedia, hoci majú krídla vyvinuté – napr. vodné bzdochy ako splošťula bahenná (Nepa cinerea) alebo štípavka vodná (Ilyocoris cimicoides). Živia sa rastlinnou potravou (čeľaď Corixidae) alebo sú dravé (napr. Nepa cinerea). Vodné bzdochy napriek životu pod hladinou dýchajú vzdušnicami vzdušný kyslík, preto sa musia pravidelne vynárať alebo vystrčiť nad hladinu aspoň istú prispôsobenú časť tela, aby doplnili zásobu vzduchu. Chrobáky (Coleoptera): Veľmi bohatá skupina hmyzu so zástupcami známymi už z prvohorných skamenelín. Chrobáky majú veľmi rôznorodú veľkosť tela. Typickým znakom skupiny je zvláštne stavaný predný pár krídel – tzv. krovky – ktorý je silno sklerotizovaný (stvrdnutý a zhrubnutý), bez žilnatiny a neslúži na lietanie, ale len ako mechanická ochrana zadných blanitých krídel. Väčšina chrobákov sú typickí suchozemskí zástupcovia, ale niekoľko čeľadí sa v rôznej miere prispôsobilo na život vo vode. Žiadny druh však nežije výlučne v mori. Niektoré môžu obývať brakické (mierne slané) vody v ústiach veľkých riek alebo príbojovú zónu morí, kde dokážu vydržať v morskej vode niekoľko hodín počas prílivu, ukryté pod kameňmi a v chaluhách. Sladkovodné chrobáky na našom území patria najmä do čeľadí potápnikovité (Dytiscidae, asi 120 druhov), vodomilovité (Hydrophilidae, asi 40 druhov), plavčíkovité (Haliplidae, asi 20 druhov) a krútňavcovité (Gyrinidae, asi 10 druhov) (Šporka, 2003). Chrobáky majú vývin s dokonalou premenou, vo vývinovom cykle teda majú štádium kukly. Zástupcovia čeľadí potápnikovité a krútňavcovité sú dravé. Druhy z čeľadí vodomilovité a plavčíkovité sa živia rastlinnou potravou. Na život vo vode sú najlepšie prispôsobení zástupcovia čeľade potápnikovité, kde sú na život vo vode rôznym spôsobom prispôsobené všetky vývinové štádiá. Typickým predstaviteľom čeľade je potápnik obrúbený (Dytiscus marginalis). Patrí k našim najväčším vodným chrobákom. Je to dravec živiaci sa rôznym vodným hmyzom, larvami mlokov, žubrienkami žiab a plôdikom rýb. Zásobu vzduchu si nosí pod krovkami. Larvy sú rovnako dravé ako dospelce. 65 Ešte väčším druhom než potápnik obrúbený je vodomil čierny (Hydrous piceus), ktorý je naším najväčším vodným chrobákom. Častým druhom z čeľade Gyrinidae je krútňavec obyčajný (Gyrinus natator). Zaujímavý je svojím spôsobom lovu – leží na hladine vody a pohybuje sa v kruhoch a špirálach, pričom chytá korisť. Pre lov koristi na rozhraní vody a vzduchu majú špeciálne prispôsobené oči – majú vlastne štyri oči, pričom vrchné dve sú prispôsobené na videnie vo vzduchu nad hladinou a spodnými dobre vidia pod vodou. Potočníky (Trichoptera): Ide o starobylú skupinu so známymi fosílnymi dokladmi už z druhohôr. Sú rozšírené v podstate po celom svete. Na Slovensku sa vyskytuje asi 170 druhov potočníkov (Šporka, 2003). Dospelce sa podobajú na motýle, ale typickým znakom pre odlíšenie je stavba krídel. Potočníky, na rozdiel od motýľov, ktoré majú na krídlach drobné šupinky, majú krídla pokryté chĺpkami. Ústne orgány sú silno zakrpatené. Väčšina potočníkov v dospelosti neprijíma potravu, len vodu; môžu však cucať nektár z kvetov (Lellák a kol., 1985). Dospelce žijú v blízkosti vody a sú aktívne najmä za súmraku a na svitaní. Lietajú ťažkopádne, trepotavo. Žijú asi 30 dní alebo menej. Vývin majú s dokonalou premenou, je prítomné štádium kukly. Larvy majú pretiahnuté telo, ústne ústroje sú hryzavé, až na niekoľko výnimiek sú vodné. Larvy mnohých druhov sú typické tvorbou prenosných puzdier z rôznych materiálov (zrnká piesku, ulity drobných mäkkýšov, kúsky vegetácie), v ktorých sa môžu ukryť, alebo jemných sietí tvorených z výlučkov slinných žliaz. Larvy potočníkov sa môžu živiť rastlinnou potravou (napr. Hydroptila, Agraylea), dravo (napr. Hydropsychidae), organickým kalom (detritom), aj všežravo (napr. Philopotamidae). Naopak, larvy môžu byť samy potravou rýb. Dýchajú celým povrchom tela a tracheálnymi žiabrami. Potočníky sa vyskytujú od horských jazier po ústia riek do mora, ale vyžadujú vždy vysoký obsah kyslíka vo vode. Vyhýbajú sa znečisteným vodám a dávajú prednosť plytkým vodám. Dvojkrídlovce (Diptera): Fosílne nálezy sú známe z druhohôr. Vyvíjajú sa dokonalou premenou so štádiom kukly. Sú rozšírené po celom svete a predstavujú veľmi bohatú skupinu. Celosvetovo je známych viac ako 100 000 druhov. Na našom území sa vyskytuje niekoľko stoviek druhov dvojkrídlovcov, ktorých vývin súvisí s vodným prostredím. Typickým znakom dvojkrídlovcov sú zakrpatené zadné krídla, pretvorené na tzv. kyvadielka (haltery), ktoré slúžia na udržiavanie rovnováhy a koordináciu letu. Predné krídla sú blanité. Dvojkrídlovce môžeme rozdeliť na dve základné skupiny: komárovce (Nematocera) - majú mnohočlánkové tykadlá dlhšie ako hlava, telo je viac pretiahnuté; muchy (Brachycera) - tykadlá majú krátke, trojčlánkové, telo je mierne oválne. Väčšina múch je suchozemská, naopak väčšina komárovcov má vývin spojený s vodným prostredím. Larvy majú variabilný tvar tela, ale spoločným znakom lariev 66 dvojkrídlovcov je chýbanie kráčavých hrudných nôh (tento znak však neplatí len pre larvy dvojkrídlovcov). Larvy dvojkrídlovcov sa zvyknú rozčleňovať podľa pretvárania hlavy na tri typy: 1. Eucefalné larvy – hlava je dobre vyvinutá, zreteľne oddelená od tela, ústne orgány sú hryzavé (napr. pakomárovité – Chironomidae, komárovité – Culicidae, muškovité – Simuliidae). 2. Hemicefalné larvy – hlava je silno zakrpatená (môže byť zatiahnuteľná do prvého hrudného článku), ústne orgány sú aspoň čiastočne zakrpatené (napr. tipuľovité – Tipulidae). 3. Acefalné larvy – hlava je nezreteľná, zakrpatená, vnorená do prvého hrudného článku tela (napr. persticovité – Syrphidae). Druhovo najpočetnejšími čeľaďami vodných dvojkrídlovcov sú pakomárovité (Chironomidae; často tvoria 60 – 80 % makrofauny, najmä stojatých vodných nádrží), pakomárikovité (Ceratopogonidae), komárovité (Culicidae) a muškovité (Simuliidae). Ostatné čeľade sú zastúpené malým počtom druhov. Metódy odchytu vodných bezstavovcov Mikroskopické organizmy: Jednobunkové mikroorganizmy nežijú voľne rozptýlené vo vode. Potrebujú potravu a nevedia sa rýchlo premiestňovať na väčšie vzdialenosti. Preto sa vyskytujú na povrchovej blanke vody, na povrchu ponorených predmetov a na rastlinách. Práve tam sa uchytávajú a množia baktérie, jednobunkové riasy, sinice či rozsievky, ktorými sa môžu jednobunkovce živiť. Z tohto dôvodu je vhodné mikroskopické organizmy zbierať z povrchov, ktoré sme spomenuli. Okrem jednobunkovcov môžeme takto zachytiť aj mnohobunkové organizmy, napríklad vírniky či pomalky. Na zber použijeme nádobku, do ktorej naberieme vodu z hladiny alebo zoškrabeme povlaky z kameňov, rastlín, ponorených kúskov dreva a podobne. Ďalšie podrobnosti o výskyte bezstavovcov a spôsobe ich odchytu sú súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.5 na strane 67). Literatúra na ďalšie štúdium Lelek J., Kořínek V., Fott J., Kořínková J., Punčochář P., 1985: Biologie vodních živočichů. Univerzita Karlova, Praha, skriptá, 220 str. Hausmann K., Hülsmann N., 2003: Protozoologie. Academia, Praha, 348 str. Šporka F. (Ed.) 2003: Vodné bezstavovce (makroevertebráta) Slovenska, súpis druhov a autekologické charakteristiky. Slovenský hydrometeorologický ústav, Bratislava, 590 str. 67 5.6 Rastú na lokalite sinice a riasy? Úvodná časť je venovaná rekapitulácii vedomostí o planktóne, ktorý je nevyhnutnou súčasťou vodných tokov. Zámer: Vyvolať diskusiu o riasach a siniciach, evokovať potrebné poznatky a skúsenosti žiakov, odhaliť prípadné miskoncepcie. Bude užitočné osvojiť si niekoľko nových pojmov, ak ich žiaci ešte nepoznajú. Bentos Vody, napr. moria, jazerá, rieky, potoky či dokonca dažďové kaluže, sú miestom, kde to môže naozaj „žiť“. Okrem vírusov, baktérií a mikroskopických húb sú zvyčajne permanentnými obyvateľmi vodného prostredia (vedci by povedali „akvatických habitátov“) rastliny a živočíchy. Tieto sa môžu nachádzať na dne (vtedy hovoríme o bentose, s príponou fytopre rastlinnú zložku a zoopre živočíšnu). Planktón Organizmy vo vodnom stĺpci, kde je dostatočné slnečné žiarenie pre proces fotosyntézy (teda tzv. fytoplanktón a zooplanktón). Stielka Bez ohľadu na to, do ktorej skupiny jednotlivé riasy patria, poznáme ich najmä ako jednobunkové organizmy alebo ako vláknité organizmy. Bunky rias niekedy vytvárajú zhluky, tzv. kolónie. Stielka je vegetatívne telo rias, teda štruktúra, ktorú vidíme voľným okom alebo mikroskopom. Vo vzorkách z prírody môžeme dokonca v jednej kvapke vody nájsť zástupcov rias z viacerých skupín, ktoré sú primárne charakterizované štruktúrou stielky. Veľkosť rias sa pohybuje od drobného planktónu, ktorý sfarbuje vodu na zeleno. Hoci jednotlivé bunky voľným okom nevidíme, zhluky ich buniek tvoria veľmi výrazné útvary vo vode alebo povlak na jej povrchu (vodný kvet). Stielka obrovských rias v moriach môže dosahovať dĺžku až desiatok metrov. 68 Téma Ciele aktivity Biomonitoring znečistenia vôd s využitím siníc a rias Pozorovať vzorku voľným okom a spoznať prítomnosť makroorganizmov. Pozorovať vzorku mikroskopom a presvedčiť sa, že drobné organizmy vo vode môžu byť živočíchy, rastliny alebo jednobunkové mikroorganizmy. V prípade, že ide o nové informácie: Rozpoznať bunkovú a vláknitú organizáciou rias. Osvojiť si pojmy: - stielka - sinica a “vodný kvet“ - planktón a bento Výskumné otázky Vstupné vedomosti žiaka Ak je rozmanitosť rias a siníc v študovanom vodnom prostredí? Dá sa konštatovať na základe ich výskytu, že sa jedná o čisté prostredie? Aké je množstvo chlorofylu vo vzorkách planktónu v závislosti od hĺbky odberu vzorky smerom ku dnu? Pozná rozdiel medzi rastlinnou, živočíšnou a bakteriálnou bunkou. Pozná význam chlorofylu pre fotosyntézu. Materiálne pomôcky − Lupa alebo prenosný mikroskop. − Fotoaparát (postačuje mobilný telefón s fotoaparátom). − Pracovný zošit žiakov, a pomôcky pre žiakov, môžu byť aj pre dvojicu alebo trojicu, môžu pracovať po skupinách: Uzatvárateľné zaváraninové poháre (napr. z detskej výživy), kovové sitko z kuchyne, pinzeta, kvapkadlo, permanentná fixka na označenie vzoriek, lupa prípadne aj prenosný mikroskop, oblečenie do terénu. 69 1. PRÍPRAVA NA BIOMONITORING S VYUŽITÍM SINÍC A RIAS Rastliny sa netešia takému spontánnemu záujmu žiakov ako živočíchy. Riasy ich neupútajú ani kvitnutím a zdajú sa im všetky rovnaké. Motiváciou môže byť aj to, ak im pred terénnou prácou zameranou na túto skupinu živých organizmov ukážete v mikroskope niekoľko natívnych preparátov rias a upozorníte ich na ich zaujímavé, rôznorodé tvary. Môžete ich motivovať krátkym videom, ktoré demonštruje tvary rias alebo ekologický význam siníc, rias či vodného kvetu – napr. vzdelávacím videom Biopalivo z vodných rias? vo virtuálnom laboratóriu EFFUSE, dostupnom na effuse.science.upjs.sk. Po krátkej motivácii prejdite so žiakmi k samotnej aktivite. Zámer: Získať zručnosti pre biomonitoring vôd v prírode a údaje, s ktorými budú žiaci v škole ďalej pracovať. Žiaci postupne riešia úlohy v pracovnom liste. Priebežne s nimi veďte dialóg o riešenej otázke. Návod na postup pri odbere a príprave vzoriek na pozorovanie majú žiaci priamo v pracovnom liste. Pozorovať riasy pod mikroskopom v teréne je možné, ak máte prenosné malé mikroskopy; inak si vzorku pozrú v škole. Vzorku môžete do druhého dňa uskladniť v chladničke. Na konci sa žiaci vrátia k svojim predpokladom v prvej tabuľke a prehodnotia ich z pohľadu nových poznatkov a zistení. 70 Prvou aktivitou „Pripravujem sa na pozorovanie prítomnosti siníc a rias vo vode“ sa žiaci naučia odlišovať riasy od živočíchov a siníc. Súčasťou planktónu je okrem fytoplanktónu (drobné rastlinné organizmy) aj zooplanktón (drobné živočíšne organizmy). Ako odlíšime drobné organizmy so schopnosťou fotosyntézy (autotrofné) od živočíšnych (heterotrofné)? Pre obe je typické, že ich základnou stavebnou jednotkou je bunka. Žiak má v pracovnom liste napísať a vyznačiť rozdiely medzi rastlinnou a živočíšnou bunkou na obrázku, zamyslieť sa nad stavbou organizmov na ďalších ilustráciách a vybrať ten, o ktorom si myslí, že predstavuje sinice. Treba diskutovať v tom zmysle, že sinice sú vlastne baktérie a od rias ich rozpoznáme podľa ich modrozelenej farby. Nasleduje pozorovanie vzorky vody voľným okom. Vzorka č. Priehľadnosť/ sfarbenie Predpoklad prítomnosti rias áno/nie Predpoklad prítomnosti siníc áno/nie *Odhad miesta odberu vzorky 1 Pozn. *pri odhade miesta odberu zohľadni viacero faktorov, uvažuj či ide o stojatú voda, tečúcu vodu, odber vody z vodného stĺpca, odber vody z blízkosti dna a pod. Ak je to možné, uskutočnite aj meranie základných vlastností vody na odberovom mieste a použite rozšírenú tabuľku: Vzorku hodnotil (meno a priezvisko): Názov lokality: Dátum a čas odberu vzorky: Počasie: Vzorka č. Priehľadnosť /sfarbenie Prítomnosť organizmov Kyslosť pH O2 Tvrdosť Teplota vody 1 Sinice: Riasy: Iné: 71 Kľúč na určovanie niektorých nápadných skupín sladkovodných rias a siníc je založený na porovnávaní nájdenej riasy s fotografiami a na jednoduchom dichotomickom kľúči. Zaradenie na úroveň druhu nie je adekvátnou úlohou pre začiatočníka, preto postupujte na základe podobnosti nájdenej riasy s niektorou fotografiou – rovnako k tomu usmernite aj žiakov. Pri pozorovaní rias mikroskopom žiaci zaraďujú pozorované organizmy do kategórií pomocou jednoduchého kľúča, a to na základe podobnosti s fotografiami rias. Pozorované riasy zakreslia formou schematického náčrtu do pracovných zošitov. Jednoduché determinačné kľúče sú dostupné vo virtuálnom laboratóriu EFFUSE v sekcii pre vysokoškolských študentov na stránke effuse.science.upjs.sk//urcovaciekluce. Na základe prítomnosti rias a siníc, ktoré ste pozorovali pod mikroskopom, prehodnoťte tabuľku, ktorú ste vyplnili v úvode (pri pozorovaní voľným okom), a ak je to potrebné, zmeňte svoje záznamy. Vzorka č. Priehľadnosť/ sfarbenie Predpoklad prítomnosti rias áno/nie Predpoklad prítomnosti siníc áno/nie *Odhad miesta odberu vzorky 1 Veďte so žiakmi riadený rozhovor: „ Určite ste už počuli o zákaze kúpania v horúcich letných mesiacoch, keď sa neodporúča kúpať pri premnožení siníc. Zamyslite sa nad nasledujúcimi otázkami: Čo je príčinou premnoženia? Čo je príčinou zákazu kúpania?“ 72 2. ZISŤOVANIE PRÍTOMNOSTI SINÍC A RIAS NA LOKALITE Zámer: Zisťovanie prítomnosti siníc a rias vo vode v teréne. Na prítomnosť fotosyntetizujúcich organizmov vo vode možno poukázať na základe zisteného množstva chlorofylu. Ide o jednu z úloh v pracovnom liste žiakov. Aké je množstvo chlorofylu vo vzorkách planktónu v závislosti od hĺbky odberu vzorky smerom ku dnu? V teréne odoberte rovnaké množstvo vzorky (s mikroorganizmami alebo zeleným povlakom) z vody do zaváraninových pohárov. Poháre by mali byť rovnakej veľkosti a, ideálne, aj rovnakého tvaru, aby ste mohli čo najpresnejšie odhadnúť rovnaký objem vody vo všetkých vzorkách. Na navštívenej odbernej lokalite odoberte vzorku z vodného stĺpca, vzorku z vody v blízkosti dna (ak to ráz lokality umožňuje), a vzorku z povrchu kameňov alebo dreva, ktoré sú ponorené vo vode. Pri odbere vzorky pracujte bezpečne a dodržiavajte pokyny učiteľa! Vzorky si v zaváraninových pohároch označte nasledovne: Vzorka č.1 (S – stĺpec) - vzorka z vodného stĺpca, Vzorka č.2 (D – dno) - vzorka z vody v blízkosti dna (ak to ráz lokality umožňuje) Vzorka č.3 (P – povrch) - vzorka z povrchu kameňov alebo dreva, ktoré sú ponorené vo vode. Každú vzorku vody prefiltruj s použitím filtračného papiera alebo gázy. Filtračné papiere (alebo gázy) si dôkladne označ, aby nedošlo k zámene vzoriek – napríklad písmenami S (stĺpec), P (povrch), D (dno). Ak sa rozhodnete odobrať aj vzorku z vodnej hladiny, označte ju písmenom H. Filtračné papiere (gázy) po filtrácii vzoriek vodných mikroorganizmov vyhodnoť voľným okom. Pozoruj množstvo chlorofylu vo vzorkách vody – teda charakteristické zelené sfarbenie. Množstvo zachytenej biomasy predstavuje množstvo mikroorganizmov vo vzorke. Intenzita zeleného sfarbenia reprezentuje množstvo rias vo vzorke. Poznámka: Aj keď možno vo svojej vzorke objavíte živočíchy, sústreďte sa teraz výlučne na prítomnosť zástupcov z ríše rastlín. 79 Téma Ciele aktivity Lišajníky Poznať základné druhy lišajníkov. Identifikovať nájdené druhy pomocou určovacieho kľúča. Výskumná otázka Vstupné vedomosti žiaka Aká je druhová skladba lišajníkov na skúmaných lokalitách? Pozná význam pojmov: bioindikátor, biomonitoring, lišajník, stielka, ťažké kovy, kvalita ovzdušia, zdroje znečistenia, akumulácia Materiálne pomôcky - GPS navigácia, fotoaparát - zápisník+ písacie potreby - jednoduchý kľúč na určovanie lišajníkov - papierové vrecká na odber materiálu, pinzeta alebo iný tenký nástroj na odobratie lišajníka zo substrátu (kôra stromu), fľaša s vodou, lupa 80 1. ZOZNAMUJEME SA S LIŠAJNÍKMI - PRÍPRAVA PRED PRÁCOU V TERÉNE Pýtajte sa žiakov: „Rozoznáš lišajník od machu? Čo si predstavuješ pod pojmom lišajník? Je to mach alebo lišajník? Čo myslíš, koľko druhov lišajníkov môžeme v znečistenom prostredí očakávať?“ Na základe akých znakov vieme odlíšiť, či ide o lišajník alebo mach? Máte pred sebou dve vzorky – jedna predstavuje lišajník a druhá mach. Pozorujte ich pod lupou. Viete na základe ich vzhľadu a morfológie rozhodnúť, o ktorý organizmus ide? Pomocou kľúča na identifikáciu makrolišajníkov, ktoré sú ukazovateľmi kvality ovzdušia, sa oboznám so stavbou stielky (tela) machov a lišajníkov. Svoje pozorovania a zistenia zapíš do tabuľky. Jednoduchý kľúč na určovanie lišajníkov je dostupný vo virtuálnom laboratóriu v sekcii pre vysokoškolských študentov: effuse.science.upjs.sk//urcovacie-kluce. Pred samotným použitím kľúča vyzvite žiakov, aby vyslovili svoj predpoklad, ktorý organizmus na obrázku predstavuje lišajník. Obrázky sú súčasťou edukačného materiálu pre žiakov, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.7 na strane 89). 81 2. ZISŤOVANIE PRÍTOMNOSTI LIŠAJNÍKOV V TERÉNE Zisťovanie početnosti lišajníkov Na určenie znečistenia životného prostredia použijeme priestorové siete, v ktorých stanovíme početnosť lišajníkov v pozorovaných lokalitách. Návrh na vytvorenie siete: 1. Vezmite si starú plachtu, šatku, prípadne výkres, ktorý má minimálne rozmery 50 × 50 cm. 2. Zakreslite si do vnútra plochy tejto siete štvorce 10 × 10 cm. 3. Tieto štvorce vystrihnite, aby vám tam ostal prázdny priestor. Pomôcka: Výsledok ako by mala sieť a ako postupovať pri počítaní lišajníkov na stromoch: Žiaci pracujú v 3-4 členných skupinách. Odber a fotodokumentácia lišajníkov Tvojou úlohou je pokúsiť sa nájsť 5 odlišných lišajníkov (minimálne 3), odfotografovať ich a zapísať si o nich údaje do tabuľky. Sústreď sa na ich farbu, veľkosť a povrch (substrát), na ktorom rastú. Úlohou žiakov je nájdený lišajník odfotiť, napr. pomocou zapnutej aplikácie GPS MAP Camera. https://play.google.com/store/apps/details?id=com.jkfantasy.gpsmapcamera&hl=sk&gl=US 82 3. VYHODNOTENIE POZOROVANÍ V ŠKOLE Ak ste náhodou priniesli organizmy, o ktorých ešte neviete s určitosťou rozhodnúť, či ide o lišajník alebo mach, pozrite sa na informácie uvedené v určovacom kľúči. Z terénu určite druh lišajníka pomocou určovacieho kľúča. Všetky tieto informácie zaznamenajte do tabuľky. Vychádzajte z údajov získaných v teréne, ktoré ste si zapísali do predchádzajúcich tabuliek. Spolu so žiakmi formulujte záver o druhovom zložení lišajníkov vo vzťahu k znečisteniu prostredia: Stupeň znečistenia v závislosti od počtu lišajníkov v danej lokalite Stupeň znečistenia budeme zisťovať frekvenčnou metódou. Frekvenčná metóda je metóda, ktorá nám hovorí o frekvencii (početnosti) druhov lišajníkov v testovanej oblasti, použitím vzorca: Ukázalo sa, že frekvenčná metóda umožňuje predpovedať úrovne znečistenia s istotou nad 97 %. Pomocou tabuľky určte, aký je stupeň znečistenia v danej lokalite. Stupeň Rozmedzie znečistenia Znečistenie životného prostredia Stupeň A 0≤IČP≤5 Vysoký stupeň znečistenia Stupeň B 5<IČP≤10 Stredný stupeň znečistenia Stupeň C IČP>15 Nízky stupeň znečistenia Formulujte spoločne záver o stupni znečistenia na základe početnosti lišajníkov a údajov o jednotlivých lokalitách. Rozhodnite, ktorá lokalita je podľa zistení najmenej znečistená a ktorá najviac. IČP =∑F IČP index čistoty prostredia ∑ Suma - súčet F je frekvencia každého druhu lišajníka, ktorá sa vypočíta ako počet lišajníkov prítomných v štvorcovej mriežke (štvorec s rozmermi 10x 10 cm) v celkovej oblasti s rozmermi 50x50cm. 83 Výslednú tabuľku a záver odkopírujte do textového editora WORD, vložte tam aj jednu vami zhotovenú fotografiu lokality pre projekt. Ak niektorý druh neviete určiť, môžete nám poslať nákres alebo fotografiu. Radi vám s tým pomôžeme. Bližšie pokyny nájdete v kapitole Záverečné slovo. 84 DOLŇUJÚCE INFORMÁCIE Študijný text pre žiakov je súčasťou edukačného materiálu, dostupného na effuse.science.upjs.sk v sekcii pre žiakov (podkapitola 5.7 na strane 97) a zaoberá sa pojmom lišajník. Lišajník je organizmus, ktorý predstavuje symbiotickú asociáciu medzi hubou (mykobiont) a fotosyntetizujúcim partnerom (fotobiont). Spolužitie fotobionta s mykobiontom prináša lišajníku mnoho výhod, ktoré ani jeden z organizmov sám o sebe nedokáže dosiahnuť. Mykobiont zaisťuje pre stielku lišajníka predovšetkým príjem vody a minerálnych látok. Tvorí morfológiu stielky (tela lišajníka) a vytvára štruktúry, ktoré sa podieľajú na pohlavnom aj nepohlavnom rozmnožovaní. Keďže nie je schopný tvorby organických látok potrebných pre svoj rast, musí ich získavať z ekologicky obligátnej symbiózy. Heterotrofný mykobiont získava v tomto type symbiózy fixovaný uhlík z autotrofných zelených rias alebo siníc – ide o produkty fotosyntézy, ako sú ribitol, sorbitol a glukóza. Presnejšie: výraz „riasa“ označuje buď cyanobaktérie, alebo zelené riasy (Chlorophyceae); huba je zvyčajne z oddelenia Ascomycetes (vreckaté huby), hoci v zriedkavých prípadoch to môže byť aj Basidiomycetes (bazídiové huby). Lišajníky vo všeobecnosti tvoria podstatnú časť biomasy, sú dekompozítormi organického materiálu v pôde a participujú na mineralizačnom procese. Obohacujú ekosystém o plynný dusík a ovplyvňujú tak klímu. Vzťahy medzi mykobiontom a fotobiontom študujeme prostredníctvom opisných taxonomických znakov, akými sú morfológia (tvar stielky lišajníka a jej častí), anatómia (vnútorná stavba stielky, výtrusy), chemotyp. Anatomická stavba stielky lišajníka Rozlišujeme: kôrovú vrstvu, nachádzajúcu sa na povrchu, niekedy aj na spodnej strane stielky. Pozostáva z buniek mykobionta (hubového partnera), predstavujúceho pseudoparenchymatické pletivo. Riasová vrstva pozostáva okrem buniek fotobionta aj z buniek mykobionta, ktoré sa v podobe intracelulárnych haustórií snažia narušiť bunkové steny fotosyntetizujúceho partnera v stielke lišajníka. Dreňovú alebo medulárnu vrstvu tvoria dlhé a vzájomne poprepletané hýfy mykobionta. Morfológia Vo všeobecnosti lišajníky môžeme rozdeliť na dve skupiny, a to makrolišajníky, ktoré sú pozorovateľné voľným okom a mikrolišajníky, ktoré pozorujeme pod lupou. Pri makrolišajníkoch sa stretávame najčastejšie s lupeňovitým a 85 kríčkovitým typom stielky. Mikrolišajníky majú prevažne kôrovitú stielku. Sú prichytené k pôde, skale alebo kôre stromov hýfami mykobionta tak pevne, že sú len ťažko oddeliteľné od substrátu. Lišajníky s lupeňovitým typom stielky sú buď v kontakte s podkladom celým spodným povrchom, alebo môžu byť prichytené len v niekoľkých bodoch, pričom ich laloky sa ohýbajú smerom hore. Na spodnej strane majú lokalizované úchytné vlákna – rizíny. Pri tomto type stielky sa môžeme stretnúť aj s takými lišajníkmi, ktoré sú špecifické tým, že prirastajú k podkladu len v jedinom bode (napr. Umbilicaria). Lišajníky, ktoré vystupujú k povrchu a prirastajú k podkladu len malou časťou, označujeme ako kríčkovité. Patria sem aj lišajníky, ktoré od podkladu istým spôsobom odstávajú (napr. Usnea, Bryoria). Lišajníky a biomonitoring išajníky rastú pomaly, sú vo veľkej miere závislé od prostredia a na rozdiel od cievnatých rastlín nemajú kutikulu. To znamená, že rôzne kontaminanty sú absorbované celým povrchom organizmu – stielky lišajníka. Počas posledných rokov mnohé štúdie zdôrazňovali možnosť využitia lišajníkov ako bioindikátorov vzhľadom na ich citlivosť na rôzne environmentálne faktory, ktoré môžu vyvolať zmeny niektorých ich zložiek a/alebo špecifických parametrov. Lišajníky majú veľký biologický význam pri formovaní životného prostredia a podieľajú sa na udržiavaní rovnováhy našej planéty. Uplatňujú sa v pôdotvorných procesoch, prispievajú k biodiverzite mikroa makroorganizmov, sú súčasťou 86 potravinových reťazcov. Sú prírodnými senzormi zmien životného prostredia. Jednotlivé druhy sa vyznačujú vysokou citlivosťou voči znečisteniu životného prostredia. Sú schopné absorbovať a udržať znečisťujúce chemické látky vo vnútri stielky, preto sa využívajú na biomonitoring polutantov v ovzduší. Avšak len niektoré látky negatívne pôsobia na lišajníky a môžu byť týmto spôsobom monitorované. Patria sem hlavne polutanty vznikajúce pri priemyselnom spaľovaní a automobilovej doprave. Medzi škodlivé plynné látky patrí oxid siričitý, fluorovodík, ozón a oxidy dusíka. Medzi kovy, ktoré možno monitorovať pomocou lišajníkov, patria napríklad olovo, meď, zinok a kobalt. Lišajníky možno použiť ako bioindikátory dvoma rôznymi spôsobmi: Metóda (a) mapovaním všetkých druhov prítomných v konkrétnej oblasti a individuálny odber vzoriek druhov lišajníkov s následným meraním znečisťujúcich látok, ktoré sa hromadia v stielke lišajníka. Metóda (b) prenesením lišajníkov z nekontaminovanej oblasti do kontaminovanej oblasti a následné meranie morfologických zmien v stielke lišajníka, hodnotenie fyziologických parametrov alebo hodnotenie bioakumulácie znečisťujúcich látok. Rôzne druhy lišajníkov reagujú na rôzne znečisťujúce látky rôznymi spôsobmi a rôzni autori uvádzajú zoznamy, ktoré ich klasifikujú podľa citlivosti. Najmä citlivosť na SO₂ (oxid siričitý) a oxidy dusíka je základným faktorom pre väčšinu klasifikácií. V mestskom prostredí alebo v kultivovaných oblastiach je možné nájsť druhy tolerantné voči toxínom, ktoré patria – z fytosociologického hľadiska – do kategórie odolných druhov lišajníkov, napríklad Xanthoria parietina. Druhy tolerantnejšie voči toxínom zahŕňajú aj Phaeophyscia orbicularis a Candelaria concolor. 87 5.8 Určovanie kvality vody – mikrobiologická analýza Pri odbere vzoriek vody za účelom analýzy obsahu mikroorganizmov v nej prítomných musíme brať do úvahy to, čo chceme dosiahnuť, a prekážky, ktoré by nám v tom mohli brániť. Veľmi dôležitými a rozhodujúcimi krokmi predchádzajúcimi samotnej mikrobiologickej analýze sú spôsob odberu vzorky a jej transport do laboratória. Najdôležitejšie je vylúčiť alebo aspoň minimalizovať možnosť kontaminácie odoberanej vzorky mikroorganizmami, ktoré v samotnej vzorke prítomné neboli. Najčastejšími zdrojmi takejto kontaminácie sú nesterilné odberné nástroje, nádobky na uskladnenie vzoriek, prípadne nesprávna manipulácia a kontakt vzorky s pokožkou, ktorá je osídlená prirodzenou mikroflórou (mikrobiotou). Pokiaľ plánujeme stanovovať obsah mikroorganizmov vo vzorkách aj kvantitatívne, je potrebné zabezpečiť pri transporte chladenie (termoska s ľadom a pod.), aby nedošlo k pomnoženiu mikroorganizmov a tým ku skresleniu výsledkov, a vzorky spracovať čo najskôr od ich odobratia. Okrem zamedzenia kontaminácie vzorky je, samozrejme, dôležité vyhnúť sa aj kontaktu pokožky a slizníc s vodou, ktorej kvalitu nepoznáme – predovšetkým ak predpokladáme, že zdroj tejto vody môže byť nejakým spôsobom znečistený (chemickými látkami, splaškami a pod.). 88 ČASŤ A „Odber vzorky vody na mikrobiologickú analýzu“ Téma Ciele aktivity Odber vzorky vody na mikrobiologickú analýzu Odobrať a uskladniť vzorky vody tak, aby sa čo najviac znížila možnosť ich kontaminácie, vo vhodných podmienkach ich dopraviť do laboratória. Výskumné otázky Vstupné vedomosti žiaka 1. Ako môže dôjsť ku mikrobiálnej kontaminácii odoberanej vzorky? 2. Ako sa môžeme čo najlepšie kontaminácii vyhnúť? Pozná význam pojmov: mikroorganizmus, baktéria, prvok, kontaminácia, dezinfekcia, sterilizácia Materiálne pomôcky 1. Nástroje na odoberanie vzoriek vody – jednorazové sterilné pipety alebo vysterilizované sklenené pipety, balónik, prípadne jednorazové sterilné Pasteurove pipety. 2. Uzatvoriteľné sterilné nádoby na odber vody – napr. jednorazové plastové skúmavky alebo vysterilizované malé sklenené zaváracie poháre. 3. Primerane veľká nádoba na transport vzoriek umožňujúca ich chladenie – široká termoska s ľadom, chladiaca taška, prenosná chladnička s chladiacimi vložkami a pod. 4. Fixa a lepiace štítky na označenie vzoriek. 5. Ochranné rukavice. 6. Dezinfekčný sprej alebo gél a papierové utierky. 7. Hrniec, čajové vrecúško, cukor – na žiacky pokus v triede. 95 1. PRÍPRAVA NA PRÁCU V TERÉNE Zapojenie Zámer: Motivovať žiakov uvedením otázok, na ktoré budú hľadať odpoveď: • Aj mikroorganizmy majú životné prejavy ako iné organizmy. Ktoré sú to? • Spomeňte si na váš pokus s čajom. Prečo sa v niektorých nádobkách čaj zakalil? • Predstavte si, že máte dve uzatvárateľné nádobky s čistým čajom. Do jednej prenesiete trošku zo zakaleného čaju z predchádzajúceho pokusu a do druhej trošku z nezakaleného čaju. Čo sa stane po pár dňoch? Cieľom je v diskusii dospieť k pochopeniu skutočnosti, že mikroorganizmy nevznikajú samé od seba, ale pomnožením už existujúcich mikroorganizmov, a že vznik zákalu čaju (tzv. média) je dôsledkom prítomnosti mikroorganizmov v prenesenej vzorke. Skúmanie Zámer: Overiť, či prenesenie zakaleného/nezakaleného čaju do čerstvého, čistého čaju spôsobí jeho zakalenie. Poskytnite žiakom sterilné nádobky s čerstvým, prevareným osladeným čajom. Vyzvite žiakov, aby pomocou sterilného nástroja (pipeta, Pasteurova pipeta, prípadne nerezová lyžička vyvarená vo vode) preniesli do jednotlivých nádobiek malé množstvo nezakaleného a zakaleného čaju z predošlého experimentu, uzavreli ich a uskladnili na teplé miesto. Žiaci každú nádobku označia podľa toho, aký čaj do nej preniesli. Jednu nádobku s čerstvým čajom použite ako kontrolu (nepridávajte do nej nič). Po 1 týždni žiaci vyhodnotia, či v jednotlivých nádobkách došlo k vzniku zákalu, čo je dôsledok pomnoženia mikroorganizmov. Vysvetlenie Zámer: Formulovať odpoveď na výskumnú otázku: Ako sa do zakaleného čaju dostali mikroorganizmy? Diskutujte so žiakmi o výsledku ich experimentu. Svoje závery nech zdôvodnia argumentáciou: • V ktorých nádobkách sa čaj zakalil? • Mohol by sa zakaliť aj čerstvý prevarený čaj v uzavretej nádobke? Zdôvodni. Cieľom je porozumieť súvislosti medzi vznikom zákalu a prítomnosťou životaschopných mikroorganizmov v čaji (médiu). 96 2. STANOVENIE POČTU MIKROORGANIZMOV VO VODE METÓDOU MPN Aplikácia nadobudnutých poznatkov v školskom pokuse Zámer: Stanoviť počet mikroorganizmov v odobratých vzorkách vody pomocou zjednodušenej metódy MPN. Pripravte tekuté kultivačné médium uvarením kocky hovädzieho bujónu a 2 čajových lyžičiek cukru v 250 ml vody (varte 20 minút v zakrytom hrnci). Zároveň v inej uzatvárateľnej nádobe (alebo rýchlovarnej kanvici) prevarte pitnú vodu. Médium aj vodu nechajte prikryté vychladnúť na izbovú teplotu. Poskytnite žiakom sterilné nástroje umožňujúce prenesenie vzorky o objeme 1 ml (napr. sterilné Pasteurove pipety, sterilné striekačky) a sterilné uzatvárateľné skúmavky. Rozdeľte žiakov do skupín podľa množstva vzoriek vody, ktoré budete skúmať. Pre každú skúmanú vzorku si žiaci vezmú dve skúmavky na prípravu riedení a deväť skúmaviek na stanovenie počtu mikroorganizmov. Príprava riedení: Keďže vopred nevieme, koľko mikroorganizmov v našich vzorkách vody žije (môže ich byť veľmi veľa, ale aj veľmi málo), pripravíme si z každej vzorky dve riedenia – 10-násobné a 100-násobné. Pred prácou si nasaďte ochranné rukavice. Vezmite si dve skúmavky, označte si ich značkou skupiny a stupňom riedenia (R10 pre 10-násobné a R100 pre 100-násobné riedenie). Pomocou sterilných nástrojov preneste do skúmaviek 9 ml prevarenej vody. Pomocou ďalšieho sterilného nástroja preneste 1 ml vašej vzorky do skúmavky označenej R10, uzavrite ju a poriadne pretrepte. Potom pomocou ďalšieho sterilného nástroja preneste 1 ml zo skúmavky R10 do skúmavky R100, uzavrite ju a poriadne pretrepte.“ 97 Príprava testu: „Deväť skúmaviek určených na stanovenie počtu mikroorganizmov si označte značkou skupiny. Tri z nich si ďalej označte číslom 0 (pre nezriedenú vzorku), ďalšie tri číslom 10 (pre 10-násobne zriedenú vzorku R10) a posledné tri skúmavky číslom 100 (pre 100-násobne zriedenú vzorku R100). Pomocou sterilného nástroja preneste do všetkých 9 skúmaviek 10 ml uvareného kultivačného média. Pomocou samostatných sterilných nástrojov preneste: • 1 ml neriedenej vzorky (vzorky vody z nádobky, do ktorej bola odobratá v teréne) do troch skúmaviek s médiom označených číslom 0, • 1 ml 10-násobne zriedenej vzorky (R10) do troch skúmaviek s médiom označených číslom 10, • 1 ml 100-násobne zriedenej vzorky (R100) do troch skúmaviek s médiom označených číslom 100. Skúmavky uzavrite, pretrepte a nechajte stáť pri laboratórnej teplote najmenej 2 dni (resp. do vzniku pozorovateľného zákalu v niektorej zo skúmaviek).“ 98 Vyhodnotenie Zámer: Reflexia z prípravného testu, sumarizácia výsledkov a uvažovanie o riešeniach. 99 3. VYHODNOTENIE POČTU MIKROORGANIZMOV VO VODE METÓDOU Vyhodnotenie testu: „Keď zbadáte zreteľný zákal v niektorej zo skúmaviek, možno test vyhodnotiť. Spočítajte skúmavky v každej trojici, v ktorých pozorujete zákal. Podľa počtu zakalených skúmaviek vytvoríte trojčíselný kód, ktorý použijete na stanovenie počtu mikroorganizmov vo vzorke porovnaním s tabuľkou.“ Príklad: Trojčíselný kód Pravdepodobný počet mikroorganizmov v 1ml vzorky Trojčíselný kód Pravdepodobný počet mikroorganizmov v 1ml vzorky 0 0 0 < 0,30 2 2 1 2,80 0 0 1 0,30 2 2 2 3,50 0 1 0 0,30 2 3 0 2,90 0 1 1 0,61 2 3 1 3,60 0 2 0 0,62 3 0 0 2,30 0 3 0 0,94 3 0 1 3,80 1 0 0 0,36 3 0 2 6,40 1 0 1 0,72 3 1 0 4,30 1 0 2 1,10 3 1 1 7,50 1 1 0 0,74 3 1 2 12,00 1 1 1 1,10 3 1 3 16,00 1 2 0 1,10 3 2 0 9,30 1 2 1 1,50 3 2 1 15,00 1 3 0 1,60 3 2 2 21,00 2 0 0 0,92 3 2 3 29,00 2 0 1 1,40 3 3 0 24,00 2 0 2 2,00 3 3 1 46,00 2 1 2 2,70 3 3 2 110,00 2 2 0 2,10 3 3 3 > 110 100 Po porovnaní výsledku z príkladu na obrázku (trojčíselný kód 231) s tabuľkou môžeme zhodnotiť, že v 1 ml testovanej vzorky bolo pravdepodobne 3,60 mikroorganizmu (v tomto prípade môžeme povedať 3 až 4 mikroorganizmy). Ak vaša vzorka vody obsahuje príliš veľké množstvo mikroorganizmov, môže sa stať, že budete zákal pozorovať vo všetkých skúmavkách (trojčíselný kód by bol v takom prípade 333 a porovnaním s tabuľkou by ste zistili len to, že v 1 ml vzorky bolo viac ako 110 mikroorganizmov). Ak by ste počet mikroorganizmov v takejto vzorke predsa len chceli stanoviť presnejšie, bude potrebné vzorku ešte viac zriediť (1000-násobné, prípadne 10000-násobné riedenie; označenie skúmaviek analogicky R1000, R10000...). V tomto prípade na MPN test (a na zistenie trojčíselného kódu) zvoľte tri posledné stupne riedenia (napr. R100, R1000, R10000), z ktorých 1 ml prenesiete do trojíc skúmaviek označených 100, 1000, 10000. Pri odčítaní výsledku z tabuľky však bude potrebné zohľadniť, že výsledné množstvo mikroorganizmov zodpovedá 1 ml 100-násobne riedenej vzorky (t. j. prvému riedeniu použitému v teste). 101 DOLŇUJÚCE INFORMÁCIE Stanovenie počtu mikroorganizmov vo vode je bežnou praxou v akreditovaných laboratóriách vyhodnocujúcich kvalitu pitnej vody. Využívajú na to viaceré metódy (napr. membránovú filtráciu, kultivačné metódy, ale aj automatizované systémy založené na tzv. „metóde stanovenia najpravdepodobnejšieho počtu mikroorganizmov“ – MPN, z angl. Most Probable Number). Aj keď naším zámerom nie je sledovať kvalitu pitnej vody, ale spracovať a vyhodnotiť environmentálne vzorky z vodných tokov, metóda MPN v jej pôvodnej skúmavkovej verzii je pomerne jednoduchá a realizovateľná aj v školskom laboratóriu. Princíp metódy MPN je založený na odhade koncentrácie živých mikroorganizmov v skúmaných vzorkách (napr. pôda, voda, poľnohospodárske výrobky), a jej výhodou je, že dokáže odlíšiť živé mikroorganizmy od rôznych neživých čiastočiek, ktoré by mohli skresľovať výsledky, napríklad pri mikroskopickom pozorovaní. Zvlášť použiteľná je hlavne u vzoriek, v ktorých očakávame menej ako 10 mikroorganizmov v 1 ml tekutej alebo menej ako 100 v 1 g pevnej vzorky. Pri realizácii metódy MPN sa používajú skúmavky obsahujúce sterilné tekuté kultivačné médium. Vzorky sa v určených objemoch napipetujú do jednotlivých skúmaviek a nechajú sa inkubovať pri vhodnej teplote (v školských podmienkach ich necháme stáť pri izbovej teplote). Ak sa v časti vzorky, ktorú sme napipetovali do kultivačného média, nachádzajú živé mikroorganizmy, po niekoľkých dňoch sa v danej skúmavke médium zakalí v dôsledku ich pomnoženia. Najpravdepodobnejší počet mikroorganizmov (MPN) sa následne zistí z tabuliek, kde sú uvedené štatisticky vypočítané najpravdepodobnejšie hodnoty odpovedajúce počtu zakalených skúmaviek po inkubácii. Je dôležité poznamenať, že ide o zjednodušenú verziu MPN metódy pre podmienky školského laboratória. Vo vodách totiž žijú mikroorganizmy, ktorým vyhovuje rôzna teplota alebo rôzna koncentrácia živín. Pri kultivácii v jednom type média a pri izbovej teplote nemusíme zachytiť všetky prítomné mikroorganizmy. Okrem toho je prevažná väčšina mikroorganizmov v prírode nekultivovateľná v laboratórnych podmienkach. Experiment môže byť ale vhodným nástrojom pre porovnanie počtu mikroorganizmov vo viacerých vzorkách z rôznych prostredí alebo odobratých v rôznom čase z toho istého prostredia. 102 6. Záverečné slovo Táto príručka poskytuje súbor aktivít outdoorovej výučby v oblasti skúmania vodných tokov. Súčasťou príručky je prepojenie na počítačom podporované vzdelávanie prostredníctvom virtuálneho laboratória EFFUSE. Na tejto platforme nájdete sekciu pre žiakov, pre vás učiteľov, pre vysokoškolských študentov a expertov. Jednotlivé sekcie sú navzájom prepojené a ponúkajú rôznorodý vzdelávací obsah – od samotných edukačných materiálov, cez vzdelávacie videá, karty či určovacie kľúče. Súčasťou virtuálneho laboratória je diskusné fórum, ktoré môžete využívať vo svojej výučbe na aktívne zapojenie žiakov vo fáze motivácie, v priebehu riešenia úloh alebo ako priestor na realizáciu spätnej väzby. Prostredníctvom diskusného fóra môžete zasielať otázky nám, odborníkom z praxe, a my sa budeme snažiť nachádzať odpovede a riešenia úloh, s ktorými ste mali počas práce v teréne so žiakmi ťažkosti. Poradíme vám v oblasti praktickej výučby v teréne, a ak nájdete druhy organizmov, ktoré neviete identifikovať, vložte do príspevku v diskusnom fóre kvalitné fotografie, prípadne krátke video a popis lokality, na ktorej ste realizovali pozorovania. Radi vám s identifikáciou pomôžeme a nasmerujeme vás v realizácii vašich outdoorových aktivít. Ak sa pre outdoorovú prácu so žiakmi nadchnete a získate zaujímavé dáta z okolia vodných tokov vo vašom okolí, ktoré budú dokumentovať vaše vedecké vzdelávanie, môžete nám zaslať podklady do virtuálneho laboratória a byť tak inšpiráciou pre ďalších. Svoje nápady nám posielajte na [email protected] a sledujte naše sociálne siete. tím riešiteľov projektu EFFUSE EFFUSE – príručka pre učiteľov Učebný text Autori: RNDr. Ivana Slepáková, PhD., RNDr. Lenka Maliničová,PhD., RNDr. Mariana Kolesárová, PhD., RNDr. Natália Pipová, PhD., RNDr. Monika Balogová, PhD., doc. RNDr. Andrej Mock, PhD., RNDr. Peter Ľuptáčik, PhD., prof. RNDr. Martin Bačkor, DrSc., doc. RNDr. Michal Goga, PhD., RNDr. Dajana Kecsey PhD., RNDr. Andrea Lešková, PhD., RNDr. Anna Mišianiková, PhD., doc. RNDr. Vladyslav Mirutenko. PhD., doc. RNDr. Yaroslava Hasynets, PhD., prof. RNDr. Marianna Kryvtsova, PhD., doc. RNDr. Roman Kish, PhD., Mgr. Helena Bačová, RNDr. Andrea Ivanová, Mgr. Svetlana Murínová 5,09 AH Vydavateľ: Rok vydania: Počet strán: Rozsah: Vydanie: prvé DOI: https://doi.org/10.33542/EFF-0447-7 ISBN 978-80-574-0447-7 (e-publikácia) Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach Vydavateľstvo ŠafárikPress 2025 103