PENTRU CE ESTE COLOANA WINOGRADSKY ȘI PENTRU CE ESTE DESTINATĂ? - BIOLOGIE - 2025

Coloana Winogradsky este un aparat folosit pentru cultivarea diferitelor tipuri de microorganisme. A fost creat de microbiologul rus Serghei Winogradsky. Creșterea microorganismelor va fi stratificată pe întreaga coloană.

Stratificarea se realizează pe baza cerințelor nutriționale și de mediu ale fiecărui grup de organisme. Pentru aceasta, dispozitivul furnizează diferite tipuri de nutrienți și surse de energie.

Coloana Winogradsky. Preluat și editat din: UPVD-BioEcoL3-2010, de la Wikimedia Commons.

Coloana este un mediu de cultură îmbogățit, unde vor crește microorganisme din diferite grupuri. După o perioadă de maturizare care poate dura de la câteva săptămâni până la câteva luni, aceste microorganisme vor deveni disponibile în anumite microhabitate.

Microhabitatele create vor depinde de materialul folosit și de relațiile dintre organismele care se dezvoltă.

Cine a fost Serghei Winogradsky?

Serghei Winogradsky (1856-1953), creatorul coloanei care îi poartă numele, a fost un microbiolog rus născut la Kiev, actuala capitală a Ucrainei. Pe lângă faptul că a fost microbiolog, a fost și expert în ecologie și studiul solului.

Lucrările sale cu microorganisme dependente de sulf și procese biogeochimice de azot i-au conferit un renume deosebit. El a descris numeroase microorganisme noi, inclusiv genurile Nitrosomona și Nitrobacter. El a fost, de asemenea, descoperitorul chemosintezei.

Printre numeroasele recunoașteri primite de acest microbiolog se numesc membru de onoare al Societății de Științe Naturale din Moscova.

A fost și membru al Academiei Franceze de Științe. În 1935 a primit Medalia Leeuwenhoek, o recunoaștere acordată de Academia Regală de Artă și Științe a Olandei. El a fost invitat de Louis Pasteur însuși să fie șef de microbiologie la Institutul Pasteur.

Ce este coloana Winogradsky?

Acest dispozitiv nu este altceva decât un cilindru de sticlă sau plastic care conține diferite materiale. Cilindrul este umplut până la o treime din capacitatea sa cu nămol sau noroi bogat în materie organică.

Ulterior, se adaugă celuloză și orice altă materie organică, care va servi drept sursă de carbon organic. Ca sursă de sulf, se adaugă sulfat de calciu și se adaugă carbonat de calciu pentru a menține echilibrul de pH. Coloana este completată cu apă dintr-un râu, lac, fântână etc.

Aparatul trebuie apoi maturizat sau incubat sub lumina soarelui sau lumină artificială pentru o perioadă de la câteva săptămâni până la câteva luni. După acest timp, coloana vertebrală se stabilizează și se stabilesc microhabitate bine definite. În fiecare microhabitat se vor dezvolta microorganisme specifice în funcție de cerințele lor particulare.

Ce se întâmplă în coloana vertebrală?

Primele microorganisme care vor coloniza coloana vor începe să folosească elementele coloanei și să elibereze gaze și alte substanțe care vor inhiba sau favoriza dezvoltarea altor specii.

Pe măsură ce trece timpul, activitatea microorganismelor și a proceselor abiotice va produce degrade chimice și de mediu de-a lungul coloanei. Datorită acestui fapt, se vor genera diverse nișe pentru creșterea microbiană.

Permițând acestei coloane să se maturizeze sau să se incubeze sub lumina soarelui sau lumina artificială săptămâni sau luni, se formează gradienți de oxigen și sulfuri.

Aceasta permite dezvoltarea unui ecosistem microbian structurat, cu o mare varietate de microhabitate. În acest fel, toate procesele care permit menținerea ciclurilor de nutrienți au loc în coloană.

Zona superioară a coloanei, în contact cu aerul, va fi cea mai bogată în oxigen, care se va difuza încet în jos.

În paralel, produsele generate în porțiunea inferioară a coloanei, un produs al degradării celulozei și hidrogenului sulfurat, se difuzează vertical în sus.

Zonarea coloanei Winogradsky

Zona anaerobă

Generarea și difuzarea metaboliților microbieni, datorită diferiților gradienți chimici, generează o distribuție a grupurilor de organisme în funcție de cerințele lor.

Această distribuție este similară cu cea stabilită în natură. În acest fel, coloana Winogradsky simulează distribuția microbiană verticală găsită în lacuri, lagune, printre altele.

Porțiunea inferioară a coloanei este complet lipsită de oxigen și în schimb este bogată în sulfură de hidrogen. În această zonă, bacteriile anaerobe precum Clostridium degradează celuloza. Produsul acestei degradări acizi organici, alcooli și hidrogen sunt obținuți.

Metaboliții produși de Clostridium servesc ca substrat pentru specii reducătoare de sulfat, de exemplu Desulfovibrio. Aceștia, la rândul lor, folosesc sulfați sau alte forme de sulf parțial oxidat.

Ca produs final, acestea eliberează hidrogen sulfurat și sunt responsabile pentru concentrațiile mari ale acestui gaz la baza coloanei.

Prezența bacteriilor reducătoare de sulfat pe coloană este prezentată ca zone întunecate la baza coloanei. Deasupra benzii bazale apar două benzi superficiale, cu specii care folosesc sulfura de hidrogen produsă în banda inferioară. Aceste două benzi sunt dominate de bacterii fotosintetice anaerobe.

Cea mai bazală dintre aceste benzi conține bacteriile cu sulf verde (clorobiu). Următoarea bandă este dominată de bacteriile cu sulf violet din genul Chromatium. În apropierea acestor benzi apar bacterii care reduc fierul, cum ar fi Gallionella, Bacillus sau Pseudomonas.

Bacterii verzi cu sulf (Chlorobiaceae) în partea de jos a unei coloane Winogradsky. Fotografie de la: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Luată și editată de la: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Zona aerobă

Puțin mai departe de coloană, oxigenul începe să apară, dar în concentrații foarte mici. Această zonă se numește microaerofilă.

Aici, bacteriile precum Rhodospirillum și Rhodopseudomonas profită de oxigenul disponibil. Sulfura de hidrogen inhibă creșterea acestor bacterii microaerofile.

Zona aerobă este împărțită în două straturi:

• Cea mai bazală dintre ele, reprezentată de interfața noroi-apă.
• Zona cea mai exterioară este formată din coloana de apă.

Bacteriile genurilor precum Beggiatoa și Thiothrix se dezvoltă la interfața noroi-apă. Aceste bacterii pot oxida sulful provenit din straturile inferioare.

Coloana de apă, la rândul său, este colonizată de o mare diversitate de organisme, inclusiv cianobacterii, ciuperci și diatomee.

Aplicații

-Coloana lui Winogradsky are diverse utilizări, dintre care cele mai frecvente sunt:

-Investigați diversitatea metabolică microbiană.

-Studii ecologice succesive.

-Îmbogățirea sau izolarea bacteriilor noi.

-Testele de intermediere.

-Generarea biohidrogenului.

-Studiază influențele factorilor de mediu asupra structurii și dinamicii comunității microbiene și bacteriofagilor asociați.

Referințe

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Coloana și biofilmele Winogradsky: modele pentru predarea ciclului de nutrienți și succesiunea într-un ecosistem. Profesorul american de biologie.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Distribuția temporală și spațială a comunității microbiene a coloanelor Winogradsky. PLUS UNU.
3. JP López (2008). Coloana Winogradsky. Un exemplu de microbiologie de bază într-un laborator de învățământ secundar. Revista Eureka despre predarea științei și diseminarea.
4. Serghei Winogradsky. Pe Wikipedia. Recuperat de pe en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Colorant textil tratat fotoelectrolitic și monitorizat de coloane Winogradsky. Știința ingineriei mediului.
6. Coloana Winogradsky. Pe Wikipedia. Recuperat de pe en.wikipedia.org.