البيضة العارية


البيضة العارية

ضع البيض المقشر في سوائل مختلفة وشاهده ينتفخ وينكمش.

استخدم خلية عملاقة – بيضة دجاجة مقشرة – لتستكشف مجيء المواد الخلوية وذهابها.

الأدوات والخامات

 

  • عدد من بيض الدجاج.
  • حاوية كبيرة، مثل حوض غسيل أو وعاء كبير.
  • خل.
  • ميزان.
  • ورق وقلم (أو ما يشبه ذلك) لتسجيل المعلومات.
  • مواد متعددة لنقع البيض المقشر أو دفنه؛ مثل: الماء المقطر، أو محاليل الملح الجاف أو الماء المالح، أو الماء الملون، أو شراب الذرة، أو الكحول، أو نشا الذرة، أو صودا الخبز.
  • حاويات لحمل البيض المنقوع.
  • غلاف بلاستيكي (غير ظاهر في الصورة).
  • شريط إخفاء وقلم سميك لوضع علامات على الحاويات.
  • اختياري: قفازات النتريل أو اللاتكس للتعامل مع البيض، وبرطمانات زجاجية أو أغراض صغيرة أخرى لدفع البيض الطافي إلى أسفل.

التجميع

 

  1. قشر البيض بوضعه في حاوية كبيرة بحيث يتلامس في أضيق الحدود. أضف الخل لتغطية البيض (انظر الصورة أدناه) وغطِ الحاوية. اترك البيض لمدة 24 ساعة أو 48 ساعة في درجة حرارة الغرفة. ملحوظة: تغيير الخل في منتصف العملية واستبدال خل جديد به يسرع من العملية.

 

 

  1. سيترك قشر البيض مخلفات في حمام الخل (انظر الصورة أدناه). برفقٍ اشطف البيض في الماء لنزع أي آثار للقشر الطري. غطِ البيض المقشر وضعه في الثلاجة حتى يصبح جاهزًا للاستخدام. ملحوظة: احرص على التعامل برفق مع البيض المقشر. ولكن على الرغم من أفضل مجهوداتك فإن بعض البيض سينكسر. فحاول أن تبعده عن المناطق المغطاة بالسجاد، وانقع بيضًا إضافيًّا احتياطيًّا.

 

 

  1. حدد المعالجات التي ستستخدمها على البيض، وجهز المواد التي ستحتاجها. يمكنك عمل محاليل الماء المالح بتذويب كميات مختلفة من ملح المائدة في حاويات بها ماء (مثلًا: 100 جرام و200 جرام و300 جرام من الملح NaCl لكل لتر). ويمكنك عمل محاليل من ألوان الطعام بإضافة بضع قطرات من كل لون في حاويات بها ماء. تذكر أن تضع الملصقات على الحاويات بينما تعمل.

 

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟

 

اليوم الأول

استخدم الميزان لمعرفة كتلة كل بيضة مقشرة قبل المعالجة. سجِّل النتيجة على ورقة.

ضع بيضة واحدة في حاوية مُعَلَّمة وغطها بمعالجتك المختارة. (إذا طفت البيضة، يمكنك استخدام غرض ما لدفعها إلى أسفل، مثل برطمان زجاجي؛ انظر الصورة أدناه.) كرر العملية لكل نوع معالجة متبقٍّ. تأكد من تنحية بيضة «تحكم» غير معالجة. بعد تسجيل كتلتها، غطِ بيضة التحكم بغلاف بلاستيكي وضعها في حاوية إلى جانب البيض المعالج.

ضع حاويات المعالجة في مكان يمكن تركها فيه لمدة يوم على الأقل في درجة حرارة الغرفة. لاحظ أي تغيرات تحدث في البيض أثناء الساعة الأولى من النقع أو ما إلى ذلك، وسجِّل ملاحظاتك.

 

 

اليوم الثاني

لاحظ أي تغيرات في لون البيض التجريبي الخاص بك، أو حجمه، أو شكله. سجِّل ملاحظاتك. من ثم، برفقٍ انزع البيض من المعالجات لقياس كتلة كلٍّ منها وتسجيلها (انظر الصورة أدناه). انزع الغطاء البلاستيكي من بيضة التحكم وقِس كتلتها أيضًا. احسب نسبة التغير في الكتلة لكل بيضة بقسم الكتلة النهائية على الكتلة المبدئية وضربها في مائة بالمائة.

 

 

في وعاء منفصل، برفقٍ شَرِّح البيض بثقب الغشاء. سجِّل ملاحظاتك.

كيف تغيرت كل بيضة؟ هل زادت كتلتها أم قلت؟ هل ترى شيئًا مشتركًا بين المعالجات التي كَبِّرَت البيض؟ ما المعالجات التي جعلت البيض ينكمش، وأيها لم يفعل؟


 

ما الذي يحدث؟

بصفةٍ عامةٍ، ستحدث التغيرات الأكثر دراماتيكية في كتلة البيض ولونه وشكله أثناء الأربع وعشرين ساعة الأولى من التجربة. سيخسر البيض المنقوع في شراب الذرة جزءًا كبيرًا من كتلته وسيشبه الأكياس المترهلة. سيكتسب البيض المنقوع في الماء المقطر كتلةً ويظهر منتفخًا بشكل كبير. سيكتسب البيض في محاليل الملح المخففة كتلةً، وحتى تلك في المحاليل ذات التركيز العالي جدًّا قد تكتسب كتلةً. البيض المدفون في الملح أو أي وسيط جاف آخر يفترض أن يفقد كتلةً.

 

 

البيض المقشر يمثل نموذجًا جيدًا للخلايا البشرية. فبعد إزالة قشرة البيض، يتبقى غشاء رفيع (فعليًّا، غشاءان ملتصقان بعضهما ببعض بشدة). هذا الغشاء، مثل ذلك الموجود في الخلايا البشرية، يتمتع بنفاذية انتقائية؛ فيسمح لمواد معينة بالعبور من خلاله بينما يمنع غيرها من ذلك.

المواد التي يمكنها العبور بسهولة من خلال غشاء البيضة تتبع مبادئ الانتشار. فستتحرك من خلال الغشاء من الجانب الذي تكون فيه بتركيز أعلى إلى الجانب الذي يكون تركيزها فيه أقل (اضغط لتكبير الصورة التوضيحية أدناه). تلك الحركة ستستمر حتى يصبح التركيز على الجانبين متساويًا. وبينما تتسبب الحركة الجزيئية العشوائية في استمرار تحرك جزيئات منفردة ذهابًا وإيابًا عبر الغشاء، فإن التركيز العام في كل جانب سيبقى في توازن، بتركيز متساوٍ على الجانبين.

 

 

غشاء البيضة منفذ للماء. وتسمى حركة المادة المذيبة (مثل الماء) عبر غشاء شبه نافذ من محلول أقل تركيزًا إلى آخر أكثر تركيزًا «التناضح». عندما تنقع بيضة في محلول ذي تركيز أعلى للذائبة (الكمية النسبية للمادة المذابة) من تركيز الذائبة داخل البيضة، يتحرك الماء خارج البيضة إلى المحلول (انظر الرسم التوضيحي أدناه).

 

 

نتيجة ذلك تخسر البيضة كتلة وينتهي بها الأمر بشكل مفرغ. بطبيعتها تحتوي البيضة على كثير من المواد بداخلها، لذلك يجب أن يكون المحلول الخارجي مركزًا جدًّا ليحدث ذلك. يحدث هذا عندما تعالج بيضة بشراب الذرة أو تدفن في الملح. في المقابل، عندما تعالج بيضة بالماء المقطر أو محلول ملحي مخفف، يكون تركيز الذائبة أعلى داخل البيضة عن خارجها، فيتحرك الماء داخل البيضة، ما يزيد من كتلتها. قد يكون أسهل التفكير في التناضح من حيث تركيز الماء عوضًا عن تركيز الذائبة. فإذا كان تركيز الذائبة عاليًا، فإن تركيز الماء سيكون منخفضًا بالمقارنة.

يتكون كحول الأيزوبروبيل من 70% كحول على الأقل، أي أقل من 30% ماء. يفترض أن يتسبب هذا في تحريك الماء من البيضة إلى المحلول، ويجب أن تخسر البيضة كتلةً. بالإضافة إلى ذلك، قد تبدو البيضة بيضاء ومطاطية. يمكن للكحول الذي ينتشر داخل البيضة إفساد البروتينات، فيفكك هيكلها ثلاثي الأبعاد ويتسبب في تخثرها أو ربطها معًا. فتتحول بروتينات البيض من الشفافية إلى الأبيض عندما تفسد. في الطهي، تستخدم الحرارة لإفساد تلك البروتينات، ولكن ربما قد لاحظت أن الكحول «طها» البيض أيضًا وتسبب في أن يبدو مسلوقًا.

تتصرف أغشية البلازما في خلاياك مثلما تفعل أغشية البيض إلى حدٍّ كبيرٍ. فجميع تريليونات الخلايا في جسمك تشبه الموانئ الحافلة بالمواد الآتية والذاهبة. فيجب أن يمر الماء والأكسجين والمغذيات عبر غشاء البلازما إلى داخل خلاياك، ويجب أن تغادر المخلفات. عندما يكون تركيز الأكسجين أعلى في رئتيك عنه في دمك، مثلًا، ينتشر الأكسجين في خلايا الدم الحمراء عبر جدران الشعيرات الدموية. ومن ثم يحمل دمك المتدفق الأكسجين إلى أنسجتك؛ ومن هنا ينتشر الأكسجين في الخلايا الأخرى ليستخدم في التنفس الخلوي. من خلال عملية مشابهة، يتحرك الماء في المعدة إلى مجرى الدم ليُحمَل إلى الخلايا؛ حيث يدعم مجموعة متنوعة من الوظائف الجسدية الحيوية.


 

المضي قُدمًا

توقع ما سيحدث إذا وضعت البيض المنكمش في ماء عاديٍّ لليلة. قم بالتجربة واشرح نتائجك.

في هذا النشاط، لا يمكنك فقط قياس كمية المواد التي تدخل بيضة معالجة أو تخرج منها، بل أيضًا يمكنك كيميائيًّا تحديد ما إذا تحركت الجزيئات عبر الغشاء. إذا كسرت البيضة في طبق، أو ادخرت بعض محلول النقع، يمكنك استخدام اختبارات كيميائية لترى ماذا هناك. على سبيل المثال، يمكنك استخدام محلول بنيديكت لاختبار السكريات البسيطة، أو الأيودين لاختبار النشا، أو محلول بيوريت لتحديد ما إذا خرج البروتين من البيضة أثناء النقع أم لا.


 

نصائح للمعلمين

عند استخدام هذا النشاط مع مجموعات كبيرة من الطلاب أو في دروس متعددة، اطلب من كل مجموعة تطبيق معالجة واحدة فقط، ومن ثم حلل البيانات المجمعة من جميع المجموعات. فإذا صممت كل مجموعة صغيرة تجربة ببيضة واحدة سيسمح لك هذا بإجراء النشاط بعدد أقل من البيض لكل فصل، كما أن جمع مجموعات متعددة من البيانات سيمكن الطلاب من التعرف إلى أية قيم متطرفة.

هذه الوجبة العلمية الخفيفة نشاط ممتاز لتقديم الانتشار والتناضح وشبه نفاذية الأغشية، كما يسمح للمتعلمين بالمشاركة في الممارسات العلمية والهندسية ذات المعايير العلمية للجيل التالي. بجمع البيانات من عدة فصول، يمكنك تيسير نقاش حول نوعية البيانات وكميتها اللازمة لتعد دليلًا. كذلك يمكن للطلاب استخدام دليل نوعية وكمية المادة التي تتحرك داخل وخارج البيضة لصياغة نموذج يمكن مراجعته حول كيفية حدوث التناضح وما يمكن أن يمنع الجزيئات أو يسمح لها بالتحرك عبر الأغشية. بدمج الأنشطة ذات الصلة، مثل وجبة أوبرا الصابون الخلوي الخفيفة، يمكن للطلاب صياغة نموذج مفهومي أكثر اكتمالًا لغشاء الخلية، وكيفية تحرك الجزيئات مرورًا بتدرجات التركيز.

لاحظ أنه من المهم مناقشة فكرة أن النماذج مثل تلك لها حدودها. فهناك اختلافات هيكلية بين أغشية بيض الدجاج والخلايا البشرية، والتي تتسبب في اختلافات في النفاذية. فبعض الجزيئات التي تعبر خلال غشاء البيضة في هذا النشاط لا يمكنها أن تعبر خلال غشاء الخلية البشرية بسبب حجمها (مثل نشا الذرة) أو شحنتها (مثل الصوديوم الإيجابي Na+ والكلورين السلبي Cl- من الملح).


 

Exploratorium, 2020 

by the Exploratorium 2020 ©