Ser o no ser abeja: la biología de las abejas y la bioquímica de la miel Teach article

Un dulce entendimiento: aprende acerca de la ciencia de las abejas melíferas y su dulce producto a través de una serie de actividades manuales.

Las abejas han aparecido frecuentemente en los medios de comunicación durante los últimos años. Documentales como ‘Mucho más que miel’,^[1] y los alarmantes números en mortalidad, han hecho que las abejas melíferas se conviertan en la especie más representativa de la biodiversidad.

En la lista de productos alimenticios que se adulteran con más frecuencia alrededor del mundo, la miel se encuentra en tercer lugar (después del aceite de oliva y la leche). La definición de la miel es simple y muy bonita: es la sustancia que las abejas producen al ingerir néctar o ligamaza, la enriquecen con sus propias sustancias, la transforman dentro de sus cuerpos y la almacenan en colmenas donde la dejan madurar. No le agregan ni le quitan nada.

En el 2021, los estados miembros de la UE importaron 173 400 toneladas de miel natural desde países que no pertenecen a la UE, equivalente a €405,9 millones. Por otro lado, los estados miembros de la UE exportaron 25 500 toneladas, con un valor de €146.6 millones.^[2] La miel es el tipo de endulzante más caro que existe, por lo cual cometer fraude es un negocio muy lucrativo. La miel se considera adulterada cuando se declara su origen incorrectamente; cuando se le agrega jarabe de maíz, de caña de azúcar o de arroz; o cuando se trata de productos completamente artificiales.

En esta serie de experimentos, los/as estudiantes aprenden acerca de las abejas, experimentan con un método biológico para distinguir entre la miel auténtica y la miel artificial, e investigan algunos de sus aspectos biológicos y bioquímicos. Publicaremos un artículo sobre los aspectos químicos de la miel en una de las próximas ediciones de esta revista. 

Estas actividades son adecuadas para estudiantes de secundaria de 14 años en adelante. Las actividades están relacionadas entre sí, por lo cual es buena idea llevarlas a cabo como parte de un proyecto más amplio sobre las abejas y la miel, pero también se pueden realizar por separado.

Actividad 1: El fascinante mundo de las abejas

Antes de empezar la práctica, es aconsejable conocer el contexto de los experimentos que se realizarán con la miel por medio del aprendizaje sobre la fascinante biología de las abejas. Las abejas son un buen ejemplo para ilustrar el tema de la epigenética, debido al papel que esta desempeña en la diferenciación entre las abejas reina y las abejas obreras. Esta actividad es flexible, los/as docentes pueden escoger qué partes hacer según el tiempo del que dispongan.

Materiales

• Hoja de información sobre las abejas y/o las páginas de bee bonanza de la Universidad Estatal de Arizona; este video corto sobre cómo hacen miel las abejas también es muy interesante e informativo.
• Cuestionario sobre las abejas
• Opcional: video sobre la epigenética y la jalea real
• Opcional: algunas abejas muertas (no recolectar abejas vivas para matarlas)

Procedimiento

1. Reparte entre los estudiantes la hoja informativa para que la lean. Las páginas de bee bonanza de la Universidad Estatal de Arizona también son un excelente recurso.
2. Opcional: vean el video sobre la epigenética y la jalea real. Es un buen resumen sobre la expresión de genes y cromosomas, así como una introducción a la epigenética (en la primera mitad) y un ejemplo interesante que muestra su función (segunda mitad). En esta parte también se pueden eliminar o incorporar las lecciones sobre genética.
3. Los estudiantes deben contestar el cuestionario sobre las abejas. No todas las respuestas están en la hoja informativa, por lo que algunas veces tendrán que deducirlas. El objetivo es que aprendan algunas características fascinantes acerca de las abejas; ¡este no es un examen!
4. Opcional: examinen las abejas por medio de lupas o con microscopios de disección e identifiquen sus características externas. ¿Pueden identificar las especies? Quizá también puedes pedir a los estudiantes que dibujen la característica que les parezca más interesante. 

Actividad 2: Análisis del polen en diferentes tipos de miel

Es muy interesante estudiar la miel bajo el microscopio. Solo la miel de abeja auténtica contiene granos de polen, ya que las abejas los recolectan como alimento para las larvas y los transportan a la colmena en sus patas. Normalmente, se almacena en celdas separadas dentro del panal. Sin embargo, en el caso de la miel auténtica, siempre entra un poco de polen en las celdas de miel. Se puede usar un análisis del polen para ver si la miel está etiquetada correctamente, ya que la miel adulterada es un gran problema en algunos lugares. Para este propósito, analizaremos diferentes tipos de miel. Esta actividad durará aproximadamente 45 min.

Materiales

• Guía rápida del polen (puedes encontrar más guías detalladas sobre el polen en línea)
• Hoja de información sobre los antecedentes de las características del polen
• Diferentes tipos de miel, como miel de lavanda o miel de acacia
• Miel artificial (o jarabe de azúcar invertido, que tiene una composición de azúcares similar a la miel)
• Tubos de Eppendorf
• Vaso de precipitado pequeño
• Agitador de vidrio o cuchara
• Centrífuga de Eppendorf
• Balanza
• Agua destilada
• Pipeta (1 ml)
• Pipeta Pasteur
• Mezclador Vortex (si está disponible)
• Portaobjetos
• Cubreobjetos
• Microscopio

Procedimiento

1. Etiqueta un tubo Eppendorf con el tipo de miel que se va a estudiar.
2. Pesa 1 g de miel en el vaso de precipitado.
3. Agrega 1 ml de agua destilada y agita la mezcla con el agitador de vidrio.
4. Con la pipeta, deposita 1 ml de la mezcla en los tubos de Eppendorf previamente preparados y agítalos bien (brevemente en el Vortex).
5. Pon las muestras en la centrífuga. PRECAUCION: Asegurarse de que la centrífuga esté nivelada. Centrifuga las muestras durante 10 min a una velocidad de 5000 rpm.
6. Con una pipeta Pasteur, quita con cuidado el sedimento que se deposita en el fondo del tubo de Eppendorf y pon una gota de este en el portaobjetos. Cubre la gota con un cubreobjetos.
7. Examina la muestra bajo el microscopio.
8. Lee la hoja informativa sobre las características del polen y utiliza la guía rápida del polen para intentar identificar la planta de la que proviene.

Resultados

Se pueden observar diferentes tipos de granos de polen. En la miel de distintas variedades, como la miel de lavanda, se encontrará en su mayor parte el tipo de polen correspondiente. Compara tus resultados con las fotografías de referencia de Pollen Wikis.^[3] No siempre es posible identificar los granos de polen, pero al menos se pueden distinguir las distintas especies entre sí.

La miel falsa o muy procesada no contiene polen. El polen se extrae en parte para evitar la cristalización, y para esconder pistas sobre el origen de la miel. El polen actúa como una huella digital que permite a los científicos detectar de dónde provienen las abejas y comprobar el país de origen.

Discute algunas de las siguientes preguntas con los estudiantes:

• ¿Qué tipo de miel contiene la mayor variedad de polen?
• ¿Encontraron el polen que esperaban en la miel correspondiente?
• ¿En qué miel se encuentra la mayor cantidad de polen?

Actividad 3: El efecto antibacteriano de la miel

Es sabido que la miel contiene compuestos conservadores y propiedades antimicrobianas. Hay un gran número de compuestos que contribuyen a este efecto (dos de ellos se estudian más a fondo en la Actividad 4). En este experimento, empezamos estudiando el efecto antibacteriano de la miel. La actividad dura alrededor de 30 min de práctica (los resultados se evalúan uno o dos días después).

Materiales

• Diferentes tipos de miel
• Miel artificial o jarabe de azúcar invertido
• Cajas de Petri con el nutriente agar del caldo lisogénico (CL)
• Mechero bunsen
• Caja Petri con alcohol
• Cultivo líquido de Escherichia coli (dejarlo crecer durante la noche para que llegue a la fase de crecimiento exponencial)
• Micropipeta (100 microlitros)
• Espátula Drigalski
• Parafilm

Procedimiento

En este experimento, es muy importante trabajar bajo condiciones estériles para evitar la contaminación de las cajas de Petri. Por lo tanto, las cajas no se deben dejar abiertas, y se deben cerrar rápidamente y sellar con parafilm después de la inoculación con bacterias.

1. Coloca 100 microlitros del cultivo líquido de E. coli sobre el agar nutriente.
2. Desinfecta una espátula Drigalski: mójala en alcohol, enciéndela con la flama del mechero bunsen, espera a que la llama se extinga por sí sola y deja que la espátula se enfríe durante un periodo de tiempo breve.  
3. Extiende las bacterias uniformemente sobre el nutriente agar.
4. Agrega una gota de miel y otra de miel artificial sobre el nutriente agar. Se pueden analizar varios tipos de miel en una sola caja de Petri al mismo tiempo.
5. Sella las cajas con Parafilm.
6. Incuba las cajas de Petri por aproximadamente 24-48 h a 37°C en una incubadora (si no se dispone de una, se puede hacer la incubación a temperatura ambiente)
7. Evalúa el experimento al medir y comparar las zonas de inhibición.

Discusión

El uso de la miel como un remedio tradicional para infecciones bacterianas se conoce desde tiempos ancestrales. Se han llevado a cabo estudios científicos enfocados en identificar las llamadas inhibinas, que tienen efectos antibacterianos (aparte del peróxido de hidrógeno). Se pueden usar ensayos microbiológicos para estudiar los efectos antibacterianos de la miel. Los diferentes diámetros de las zonas de inhibición muestran los diferentes potenciales antibacterianos. Como control positivo, puedes incluir un antibiótico convencional, como la penicilina, y como control negativo puedes usar agua sobre un filtro de papel.

Comenta algunas de las siguientes cuestiones con los/as estudiantes:

• ¿Qué miel tuvo el mayor efecto en el crecimiento de las bacterias?
• ¿Qué dificultades debes considerar en este experimento?
• Algunas inhibinas son sensibles a la luz y a la temperatura. ¿Cómo afecta esto al tratamiento tradicional de infecciones bacterianas y al almacenamiento adecuado de la miel?

Actividad 4: La actividad de la glucosa oxidasa

La glucosa oxidasa es una enzima importante en la miel porque cataliza la oxidación de la b-D-glucosa. Esta reacción produce ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. Ambos compuestos tienen propiedades conservadoras. El ácido glucónico reduce el valor de pH. Esto protege a la miel principalmente en contra de los hongos. Los ácaros de abeja (en especial el ácaro Varroa) también se inhiben en un entorno ácido, por lo cual los apicultores tratan sus colmenas con ácido fórmico y ácido oxálico. Por otro lado, el peróxido de hidrógeno se caracteriza por su efecto bacteriostático. Esta actividad durará alrededor de 60 min.

Materiales

• 3 vasos de precipitado
• Termómetro
• Agitador de vidrio
• Espátula
• Miel
• Agua destilada
• Tiras indicadoras para peróxido de hidrógeno
• Agitador magnético con calentador

Procedimiento

1. Calienta 100 ml de agua en un vaso de precipitado hasta llegar a 40°C.
2. Calienta 100 ml de agua en el segundo vaso de precipitado hasta llegar a 80°C.
3. En el tercer vaso de precipitado, deja 100 ml de agua a temperatura ambiente.
4. Cuando se alcancen las temperaturas, agrega dos cucharadas de miel a cada uno y agita suavemente durante 3-4 min.
5. Usa las tiras indicadoras para determinar la concentración de peróxido de hidrógeno en las tres soluciones de miel.

Discusión

• ¿De dónde vienen los dos reactivos (glucosa y oxígeno) y el catalizador (glucosa oxidasa)?
• ¿Qué observas? ¿Qué efecto tiene la temperatura sobre la concentración de peróxido de hidrógeno?
• ¿Cómo explicarías este resultado (pista: piensa sobre aquello que sabes sobre la función de las enzimas)?

Conclusión

La miel es un excelente punto de partida para empezar a explorar varios conceptos en biología y química. Este artículo proporciona algunos ejemplos de biología y se publicará otro artículo con un mayor enfoque en la química. Si se dispone de tiempo, sería muy beneficioso llevar a cabo todas las actividades como parte de un proyecto mayor, para demostrar a los/as estudiantes que dividir la ciencia en biología/química/física no es práctico: la mayor parte de los tópicos de investigación científica tienen múltiples facetas y requieren un enfoque multidisciplinario. El objetivo es que estas actividades sirvan como un punto de partida/inspiración para un proyecto sobre las abejas. Los/as docentes también pueden incorporar otros aspectos, como la ecología de las abejas (por ejemplo, su importancia como polinizadores) y sobre el fascinante mundo del comportamiento social de las abejas.

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Supporting materials

Anatomía de las abejas

Guía sobre polen

Cuestionario sobre las abejas

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