Laboratorio virtual de fotosíntesis: luz y velocidad

Este laboratorio virtual de fotosíntesis corresponde a la práctica obligatoria (required practical) de AQA GCSE sobre la intensidad luminosa y la velocidad de la fotosíntesis, y sirve de apoyo a la investigación sobre fotosíntesis de AP Biology. Los estudiantes colocan una rama de planta acuática bajo una lámpara, cuentan las burbujas de oxígeno con siete niveles de luz y representan la velocidad frente a la intensidad luminosa. Después ponen la luz al máximo y suben el CO₂ para encontrar el factor limitante. Terminan con una curva de velocidad y una idea clara de los factores limitantes. Todos los números de esta guía se leyeron en la simulación.

Relación con el currículo

• AQA GCSE Biology: especificación 4.4.1.2, velocidad de la fotosíntesis, y su práctica obligatoria sobre el efecto de la intensidad luminosa en la velocidad de la fotosíntesis con una planta acuática. El paso del CO₂ trata los factores limitantes (nivel superior, higher tier).
• AP Biology: Unit 3 (Cellular Energetics), tema 3.5, fotosíntesis (ENE-1), y la investigación de AP sobre la fotosíntesis. El laboratorio de AP cronometra discos de hoja que flotan; esta simulación cuenta burbujas de oxígeno, con las mismas variables.
• NGSS: HS-LS1-5 (estándar de EE. UU.), cómo la fotosíntesis transforma la energía luminosa en energía química almacenada.
• Simulic no está afiliado al College Board ni a AQA, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pregunta: "El CO₂ se mantiene en 0,04 % y el agua a 25 °C. Si la luz sube de 0 % a 100 %, ¿cómo cambiará el ritmo de burbujas?" Los estudiantes eligen entre una línea recta, una subida rápida que luego se estabiliza, un máximo seguido de una bajada o ningún cambio, y escriben una razón. En un enlace de clase es la pregunta 1; la simulación se desbloquea cuando responden.

Método en la simulación

La luz se muestra como porcentaje del brillo máximo de la lámpara, no como una distancia en cm. Al acercar la lámpara sube la luz, como en la práctica real, y el deslizador Luz la sigue. La simulación no calienta el agua: la temperatura es un deslizador aparte.

1. Ajusta CO₂ = 0,04 % y Temperatura = 25 °C con los deslizadores bajo el dibujo. Elige Gráfica vs. luz.
2. Pon Luz en 10 %. Pulsa Restablecer, espera 30 segundos y lee "Contadas: … burbujas en … s". Multiplica el recuento por dos para obtener burbujas por minuto.
3. Anota la velocidad que aparece junto a los botones: "Velocidad de fotosíntesis ≈ … burbujas/min".
4. Repite con cada nivel de luz de la tabla. Con 0 % no se forman burbujas.
5. Prueba del factor limitante. Pon Luz en 100 %. Cambia el CO₂ a cada valor de la segunda tabla y anota la velocidad.
6. Control de la temperatura. Pon Luz en 60 % y CO₂ en 0,04 %. Anota la velocidad a 20, 25 y 30 °C.
7. Representa las burbujas por minuto frente a la intensidad luminosa.

Luz (%)	0	10	20	40	60	80	100
Burbujas contadas en 30 s
Burbujas por minuto (recuento × 2)
Velocidad mostrada (burbujas/min)

CO₂ con 100 % de luz (%)	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10
Velocidad mostrada (burbujas/min)

Resultados esperados

Con CO₂ al 0,04 % y 25 °C, la velocidad mostrada es 0, 21, 33, 45, 52, 56 y 59 burbujas/min con 0, 10, 20, 40, 60, 80 y 100 % de luz. El primer 10 % de luz añade 21 burbujas/min; el último 20 % solo añade 3. La curva sube deprisa y luego se estabiliza.

Los recuentos varían porque las burbujas se forman al azar. En una prueba de 30 segundos con 60 % de luz, el contador marcó 27 burbujas (54 por minuto) frente a las 52 esperadas. Dos recuentos y su media acercan a los estudiantes a la curva.

Con 100 % de luz, subir el CO₂ da 41, 59, 69, 75 y 80 burbujas/min con 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 y 0,10 %. Así que con mucha luz el factor limitante pasa a ser el CO₂. Con la luz al 60 %, la velocidad es de 33 burbujas/min a 20 °C, 52 a 25 °C y 61 a 30 °C: un pequeño cambio de temperatura tiene un gran efecto.

Preguntas para los estudiantes

1. Predicción: si la luz sube de 0 % a 100 % (CO₂ 0,04 %, 25 °C), ¿cómo cambiará el ritmo de burbujas?
2. En el experimento de intensidad luminosa, ¿cuáles son las variables controladas?
3. CO₂ 0,04 %, 25 °C, luz 40 %. ¿Cuál es la velocidad en burbujas por minuto?
4. Con 100 % de luz y 25 °C, ¿cuánto sube la velocidad cuando el CO₂ pasa de 0,04 % a 0,08 %?
5. Una lámpara real también calienta el agua. Usa la simulación para explicar por qué importa y propón una mejora.

Respuestas para el docente:

1. Sube deprisa al principio y luego se estabiliza.
2. La concentración de CO₂ y la temperatura.
3. 45 burbujas/min (se acepta ± 1).
4. 59 → 75, un aumento de 16 burbujas/min (se acepta ± 1).
5. De 25 °C a 30 °C la velocidad sube de 52 a 61 burbujas/min. Una lámpara que calienta el agua cambia dos variables a la vez. Usa un LED o una pantalla de agua contra el calor, y controla la temperatura con un termómetro.

Ideas erróneas frecuentes

• "Más luz siempre da proporcionalmente más burbujas." Duplicar la luz de 40 % a 80 % solo sube la velocidad de 45 a 56.
• "Las burbujas son dióxido de carbono." Son oxígeno, un producto de la fotosíntesis.
• "Cuando la curva se estabiliza, la planta está en su máximo." Con 100 % de luz, más CO₂ sube la velocidad de 59 a 80.

Ampliación

• Curva de temperatura. Elige Gráfica vs. temperatura y dibuja la curva con la luz al máximo. La velocidad tiene su máximo cerca de 30 °C y se detiene por encima de 45 °C. Pregunta por qué la forma es distinta de la curva de la luz.
• Ley del inverso del cuadrado (GCSE). En el laboratorio real, alejar la lámpara al doble de distancia reduce la intensidad luminosa a la cuarta parte. Los estudiantes usan su curva para predecir la velocidad con un cuarto de la luz máxima y luego ponen Luz en 25 % para comprobarlo: la velocidad mostrada es de 37 burbujas/min.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la simulación da la luz como porcentaje y no como distancia?

Las lámparas reales son distintas, así que una distancia en cm no coincidiría con un luxómetro real. El porcentaje es la luz que llega a la planta. Los estudiantes pueden acercar o alejar la lámpara igual que en el laboratorio real.

¿Los estudiantes deben contar burbujas o usar la velocidad mostrada?

Las dos cosas. Contar entrena la destreza práctica y muestra por qué importan las repeticiones. Las preguntas usan la velocidad mostrada, para que todos los estudiantes obtengan el mismo valor.

¿Puedo fijar los valores iniciales para mi clase?

Sí. En la página Compartir, crea un enlace y fija la luz, el CO₂ y la temperatura en los valores iniciales. Los estudiantes pueden seguir moviendo los deslizadores, así que repite los ajustes en tus instrucciones.

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