KAS IR WINOGRADSKY KOLONNA UN KAM TĀ PAREDZĒTA? - BIOLOĢIJA - 2025

Winogradsky kolonna ir aparātiem, ko izmanto, lai audzētu dažāda veida mikroorganismiem. To izveidoja krievu mikrobiologs Sergejs Vinogradskis. Mikroorganismu augšana tiks stratificēta visā kolonnā.

Stratifikācija tiek veikta, pamatojoties uz katras organismu grupas uztura un vides prasībām. Šim nolūkam ierīcei tiek piegādāti dažāda veida barības vielas un enerģijas avoti.

Kolonna Winogradsky. Uzņemts un rediģēts no: UPVD-BioEcoL3-2010, no Wikimedia Commons.

Kolonna ir bagātināta barotne, kurā augs dažādu grupu mikroorganismi. Pēc nogatavināšanas perioda, kas var ilgt no vairākām nedēļām līdz vairākiem mēnešiem, šie mikroorganismi kļūs pieejami īpašos mikrobiotātos.

Izveidotie mikrobiotāti būs atkarīgi no izmantotā materiāla un attīstīto organismu savstarpējām attiecībām.

Kas bija Sergejs Winogradskis?

Sergejs Winogradskis (1856-1953), kolonnas, uz kuras ir viņa vārds, veidotājs bija krievu mikrobiologs, dzimis Kijevā, mūsdienu Ukrainas galvaspilsētā. Papildus mikrobiologam viņš bija arī ekoloģijas un augsnes pētījumu eksperts.

Viņa darbs ar no sēra atkarīgiem mikroorganismiem un slāpekļa bioģeoķīmiskie procesi viņam deva lielu slavu. Viņš aprakstīja daudzus jaunus mikroorganismus, ieskaitot Nitrosomona un Nitrobacter ģints. Viņš bija arī ķīmiskās sintēzes atklājējs.

Starp daudzajiem atzinumiem, ko saņēma šis mikrobiologs, tiek nosaukti par Maskavas Dabaszinātņu biedrības goda locekli.

Viņš bija arī Francijas Zinātņu akadēmijas loceklis. 1935. gadā viņš saņēma Leeuwenhoek medaļu - Nīderlandes Karaliskās Mākslas un zinātnes akadēmijas piešķirto atzinību. Pats Luiss Pasteurs viņu uzaicināja par Pasteura institūta mikrobioloģijas vadītāju.

Kas ir Winogradsky kolonna?

Šī ierīce ir nekas cits kā stikla vai plastmasas cilindrs, kas satur dažādus materiālus. Balonu līdz vienai trešdaļai no tā tilpuma piepilda ar organiskām vielām bagātām dūņām vai dubļiem.

Pēc tam tiek pievienota celuloze un citas organiskas vielas, kas kalpos par organiskā oglekļa avotu. Kā sēra avotu pievieno kalcija sulfātu un kalcija karbonātu, lai uzturētu pH līdzsvaru. Kolonna ir pabeigta ar ūdeni no upes, ezera, akas utt.

Pēc tam ierīcei jābūt nogatavinātai vai inkubētai saules gaismas vai mākslīgā apgaismojuma laikā no dažām nedēļām līdz dažiem mēnešiem. Pēc šī laika mugurkauls stabilizējas un tiek izveidoti precīzi definēti mikrobiotāti. Katrā mikrorajonā specifiski mikroorganismi attīstīsies atbilstoši to īpašajām prasībām.

Kas notiek mugurkaulā?

Pirmie kolonnas kolonizējošie mikroorganismi sāks izmantot kolonnas elementus un izdalīs gāzes un citas vielas, kas kavē vai veicina citu sugu attīstību.

Laikam ejot, mikroorganismu aktivitāte un abiotiskie procesi rada kolonnas ķīmiskos un vides gradientus. Pateicoties tam, tiks izveidotas dažādas nišas mikrobu augšanai.

Ļaujot šai kolonnai nogatavoties vai inkubēt saules vai mākslīgā apgaismojumā nedēļām vai mēnešiem, veidojas skābekļa un sulfīdu gradienti.

Tas ļauj attīstīt strukturētu mikrobu ekosistēmu ar visdažādākajiem mikrobiotopiem. Tādā veidā visi procesi, kas ļauj uzturēt barības vielu ciklus, notiek kolonnā.

Kolonnas augšējais laukums, nonākot saskarē ar gaisu, būs bagātākais ar skābekli, kas lēnām izkliedēsies lejup.

Paralēli produkti, kas veidojas kolonnas apakšējā daļā, celulozes un sērūdeņraža noārdīšanās produkts, izkliedēsies vertikāli uz augšu.

Kolonnas Winogradsky zonēšana

Anaerobā zona

Mikrobu metabolītu veidošanās un difūzija dažādu ķīmisko gradientu dēļ rada organismu grupu sadalījumu atbilstoši to vajadzībām.

Šis sadalījums ir līdzīgs tam, kas noteikts dabā. Tādā veidā Winogradsky kolonna imitē vertikālo mikrobu izplatību, kas cita starpā atrodama ezeros, lagūnās.

Kolonnas apakšējā daļā nav pilnīgi skābekļa, un tā vietā ir bagāta ar sērūdeņradi. Šajā apgabalā tādas anaerobās baktērijas kā Clostridium noārda celulozi. Tiek iegūts šīs sadalīšanās organisko skābju, spirtu un ūdeņraža produkts.

Metabolīti, ko ražo Clostridium, kalpo par substrātu sulfātus reducējošām sugām, piemēram, Desulfovibrio. Tie, savukārt, izmanto sulfātus vai cita veida daļēji oksidētu sēru.

Kā galaprodukts tie izdala sērūdeņradi un ir atbildīgi par augstām šīs gāzes koncentrācijām kolonnas pamatnē.

Sulfātu reducējošo baktēriju klātbūtne kolonnā tiek parādīta kā tumši laukumi kolonnas pamatnē. Virs bazālās joslas parādās divas seklas joslas ar sugām, kurās izmanto sērūdeņradi, kas ražots apakšējā joslā. Šajās divās joslās dominē anaerobās fotosintēzes baktērijas.

Visvienkāršākā no šīm joslām satur zaļās sēra baktērijas (Chlorobium). Nākamajā joslā dominē purpura sēra baktērijas no Chromatium ģints. Blakus šīm joslām parādās baktērijas, kas samazina dzelzi, piemēram, Gallionella, Bacillus vai Pseudomonas.

Sēra zaļās baktērijas (Chlorobiaceae) Winogradsky kolonnas apakšā. Fotoattēls no: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Takenēts un rediģēts no: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Aerobā zona

Nedaudz tālāk kolonnā sāk parādīties skābeklis, bet ļoti zemās koncentrācijās. Šo zonu sauc par mikroaerofīlo.

Šeit tādas baktērijas kā Rhodospirillum un Rhodopseudomonas izmanto ierobežotā pieejamā skābekļa priekšrocības. Sērūdeņradis kavē šo mikroaerofilo baktēriju augšanu.

Aerobā zona ir sadalīta divos slāņos:

• Visvienkāršākais no tiem, ko attēlo dubļu-ūdens saskarne.
• Attālāko apgabalu veido ūdens stabs.

Tādu ģinšu baktērijas kā Beggiatoa un Thiothrix attīstās dūņu un ūdens saskarnē. Šīs baktērijas var oksidēt sēru, kas nāk no apakšējiem slāņiem.

Savukārt ūdens stabu kolonizē liela organismu daudzveidība, ieskaitot zilaļģes, sēnītes un diatomītes.

Lietojumprogrammas

-Vinogradskas slejai ir dažādas izmantošanas iespējas, no kurām biežākās ir:

- Izpētiet mikrobu metabolisma daudzveidību.

-Pētīt ekoloģiskās pēctecības.

-Uz jaunu baktēriju bagātināšana vai izolēšana.

-Bioremediācijas testi.

-Biogūdeņraža iegūšana.

-Pētīt vides faktoru ietekmi uz mikrobu kopienas struktūru un dinamiku, kā arī saistītajām bakteriofāgām.

Atsauces

1. DC Andersons, RV Hairstons (1999). Kolonna Winogradsky un bioplēves: barības vielu aprites un pēctecības mācīšanas modeļi ekosistēmā. Amerikas bioloģijas skolotājs.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Winogradsky kolonnu mikrobu kopienas laika un telpiskais sadalījums. VIENA VIENA.
3. JP López (2008). Kolonna Winogradsky. Pamata mikrobioloģijas piemērs vidējās izglītības laboratorijā. Žurnāls Eureka par zinātnes mācīšanu un izplatīšanu.
4. Sergejs Vinogradskis. Vietnē Wikipedia. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Ar tekstilizstrādājumiem, kas apstrādāti ar fotoelektrolītiskiem parametriem, un tos uzrauga Winogradsky kolonnas. Vides inženierzinātne.
6. Kolonna Winogradsky. Vietnē Wikipedia. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.