- Kim był Siergiej Winogradsky?
- Co to jest kolumna Winogradsky?
- Co dzieje się w kręgosłupie?
- Zagospodarowanie przestrzenne kolumny Winogradsky
- Strefa beztlenowa
- Strefa aerobowa
- Aplikacje
- Bibliografia
Kolumna Winogradsky urządzenie stosowane do hodowli różnych rodzajów mikroorganizmów. Został stworzony przez rosyjskiego mikrobiologa Siergieja Winogradskiego. Wzrost mikroorganizmów będzie rozwarstwiony w całej kolumnie.
Stratyfikacja jest przeprowadzana w oparciu o wymagania żywieniowe i środowiskowe każdej grupy organizmów. W tym celu do urządzenia dostarczane są różne rodzaje składników odżywczych i źródła energii.
Kolumna Winogradsky. Zrobione i zredagowane z: UPVD-BioEcoL3-2010, z Wikimedia Commons.
Kolumna jest wzbogaconą pożywką hodowlaną, na której będą rosły mikroorganizmy z różnych grup. Po okresie dojrzewania, który może trwać od kilku tygodni do kilku miesięcy, mikroorganizmy te staną się dostępne w określonych mikrosiedliskach.
Utworzone mikrosiedliska będą zależeć od użytego materiału i wzajemnych relacji między rozwijającymi się organizmami.
Kim był Siergiej Winogradsky?
Sergey Winogradsky (1856-1953), twórca kolumny noszącej jego imię, był rosyjskim mikrobiologiem urodzonym w Kijowie, dzisiejszej stolicy Ukrainy. Poza tym, że był mikrobiologiem, był także ekspertem w dziedzinie ekologii i badań gleby.
Jego praca nad mikroorganizmami zależnymi od siarki i procesami biogeochemicznymi azotu przyniosła mu wielką renomę. Opisał wiele nowych mikroorganizmów, w tym rodzaje Nitrosomona i Nitrobacter. Był także odkrywcą chemosyntezy.
Wśród wielu wyróżnień, jakie otrzymał ten mikrobiolog, znajdują się między innymi honorowy członek Moskiewskiego Towarzystwa Nauk Przyrodniczych.
Był także członkiem Francuskiej Akademii Nauk. W 1935 roku otrzymał Medal Leeuwenhoek, uznanie przyznane przez Królewską Holenderską Akademię Sztuki i Nauki. Został zaproszony przez samego Louisa Pasteura na stanowisko szefa mikrobiologii w Instytucie Pasteura.
Co to jest kolumna Winogradsky?
To urządzenie to nic innego jak szklany lub plastikowy cylinder zawierający różne materiały. Cylinder jest wypełniony do jednej trzeciej pojemności szlamem lub mułem bogatym w materię organiczną.
Następnie dodaje się celulozę i każdą inną materię organiczną, która będzie służyć jako źródło węgla organicznego. Jako źródło siarki dodaje się siarczan wapnia i węglan wapnia w celu utrzymania równowagi pH. Kolumnę uzupełnia woda z rzeki, jeziora, studni itp.
Następnie urządzenie należy poddawać dojrzewaniu lub inkubować w świetle słonecznym lub sztucznym świetle przez okres od kilku tygodni do kilku miesięcy. Po tym czasie kręgosłup stabilizuje się i powstają dobrze zdefiniowane mikrosiedliska. W każdym mikrosiedlisku specyficzne mikroorganizmy będą się rozwijać zgodnie z ich określonymi wymaganiami.
Co dzieje się w kręgosłupie?
Pierwsze mikroorganizmy, które skolonizują kolumnę, zaczną wykorzystywać elementy kolumny i uwalniać gazy i inne substancje, które będą hamować lub sprzyjać rozwojowi innych gatunków.
W miarę upływu czasu aktywność mikroorganizmów i procesy abiotyczne będą wytwarzać gradienty chemiczne i środowiskowe wzdłuż kolumny. Dzięki temu zostaną wygenerowane różne nisze dla rozwoju drobnoustrojów.
Pozwalając tej kolumnie na dojrzewanie lub inkubację w świetle słonecznym lub sztucznym świetle przez tygodnie lub miesiące, tworzą się gradienty tlenu i siarczków.
Pozwala to na rozwój zorganizowanego ekosystemu mikrobiologicznego z szeroką gamą mikrosiedlisk. W ten sposób wszystkie procesy, które pozwalają na utrzymanie cykli odżywczych, zachodzą w kolumnie.
Górna część kolumny w kontakcie z powietrzem będzie najbogatsza w tlen, który będzie powoli dyfundował w dół.
Równolegle produkty powstające w dolnej części kolumny, produkt degradacji celulozy i siarkowodoru, będą dyfundować pionowo w górę.
Zagospodarowanie przestrzenne kolumny Winogradsky
Strefa beztlenowa
Wytwarzanie i dyfuzja metabolitów drobnoustrojów, dzięki różnym gradientom chemicznym, powoduje rozmieszczenie grup organizmów zgodnie z ich wymaganiami.
Ta dystrybucja jest podobna do tej ustalonej w naturze. W ten sposób kolumna Winogradsky symuluje pionowy rozkład drobnoustrojów występujący między innymi w jeziorach i lagunach.
Dolna część kolumny jest całkowicie pozbawiona tlenu, a zamiast tego jest bogata w siarkowodór. Na tym obszarze bakterie beztlenowe, takie jak Clostridium, rozkładają celulozę. Produkt tej degradacji otrzymuje się kwasy organiczne, alkohole i wodór.
Metabolity wytwarzane przez Clostridium służą jako substrat dla gatunków redukujących siarczany, np. Desulfovibrio. Te z kolei wykorzystują siarczany lub inne formy częściowo utlenionej siarki.
Jako produkt końcowy uwalniają siarkowodór i są odpowiedzialne za wysokie stężenia tego gazu u podstawy kolumny.
Obecność bakterii redukujących siarczany na kolumnie jest pokazana jako ciemne obszary u podstawy kolumny. Powyżej pasma podstawowego pojawiają się dwa płytkie pasma z gatunkami wykorzystującymi siarkowodór wytwarzany w dolnym paśmie. Te dwa pasma są zdominowane przez bakterie fotosyntetyczne beztlenowe.
Najbardziej podstawowy z tych pasm zawiera zielone bakterie siarkowe (Chlorob). Kolejne pasmo jest zdominowane przez fioletowe bakterie siarkowe z rodzaju Chromatium. W pobliżu tych pasm pojawiają się bakterie redukujące żelazo, takie jak Gallionella, Bacillus czy Pseudomonas.
Bakterie zielone siarkowe (Chlorobiaceae) na dole kolumny Winogradsky'ego. Zdjęcie: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Zrobione i zredagowane z: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.
Strefa aerobowa
Nieco dalej w górę kolumny zaczyna pojawiać się tlen, ale w bardzo małych stężeniach. Obszar ten nazywany jest mikroaerofilnym.
Tutaj bakterie, takie jak Rhodospirillum i Rhodopseudomonas, wykorzystują niedobór dostępnego tlenu. Siarkowodór hamuje wzrost tych mikroaerofilnych bakterii.
Strefa tlenowa podzielona jest na dwie warstwy:
- Najbardziej podstawowy z nich, reprezentowany przez połączenie błota z wodą.
- Najbardziej wysunięty obszar składa się ze słupa wody.
Bakterie z rodzajów, takie jak Beggiatoa i Thiothrix, rozwijają się na granicy błota i wody. Bakterie te mogą utleniać siarkę pochodzącą z niższych warstw.
Z kolei słup wody jest kolonizowany przez bardzo różnorodne organizmy, w tym cyjanobakterie, grzyby i okrzemki.
Aplikacje
-Kolumna Winogradsky'ego ma różne zastosowania, do najczęstszych należą:
-Badaj różnorodność metaboliczną drobnoustrojów.
-Study ekologiczne sukcesje.
-Wzbogacanie lub izolacja nowych bakterii.
-Testy bioremediacyjne.
-Generacja biowodoru.
-Badanie wpływu czynników środowiskowych na strukturę i dynamikę społeczności drobnoustrojów oraz związanych z nimi bakteriofagów.
Bibliografia
- DC Anderson, RV Hairston (1999). Kolumna Winogradsky'ego i biofilmy: modele do nauczania cyklu i sukcesji składników odżywczych w ekosystemie. Amerykański nauczyciel biologii.
- DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Czasowe i przestrzenne rozmieszczenie zbiorowisk drobnoustrojów kolumn Winogradskiego. PLOS ONE.
- JP López (2008). Kolumna Winogradskiego. Przykład podstawowej mikrobiologii w laboratorium szkoły średniej. Magazyn Eureka na temat nauczania i upowszechniania nauk ścisłych.
- Siergiej Winogradsky. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.
- ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Barwnik do tekstyliów poddany obróbce fotoelektrolitycznej i monitorowany przez kolumny Winogradskiego. Inżynieria środowiska.
- Kolumna Winogradsky. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.