HVAD ER WINOGRADSKY-SØJLEN, OG HVAD ER DEN TIL? - BIOLOGI - 2025

Den Winogradsky søjle er et apparat, der anvendes til dyrkning af forskellige typer mikroorganismer. Det blev skabt af den russiske mikrobiolog Sergei Winogradsky. Væksten af ​​mikroorganismerne stratificeres gennem hele søjlen.

Stratificering udføres på baggrund af ernærings- og miljøkrav fra hver gruppe af organismer. Til dette leveres forskellige typer næringsstoffer og energikilder til enheden.

Winogradsky-søjle. Taget og redigeret fra: UPVD-BioEcoL3-2010, fra Wikimedia Commons.

Søjlen er et beriget kulturmedium, hvor mikroorganismer fra forskellige grupper vil vokse. Efter en modningstid, der kan vare fra flere uger til flere måneder, bliver disse mikroorganismer tilgængelige i specifikke mikrohabitats.

Mikrohabitaterne, der oprettes, vil afhænge af det anvendte materiale og indbyrdes forhold mellem organismerne, der udvikler sig.

Hvem var Sergei Winogradsky?

Sergei Winogradsky (1856-1953), skaberen af ​​søjlen, der bærer hans navn, var en russisk mikrobiolog født i Kiev, nu Ukraines hovedstad. Udover at være mikrobiolog var han også ekspert i økologi og jordundersøgelse.

Hans arbejde med svovlafhængige mikroorganismer og nitrogenbiogeokemiske processer gav ham stor anseelse. Han beskrev adskillige nye mikroorganismer, herunder slægterne Nitrosomona og Nitrobacter. Han var også opdageren af ​​kemosyntesen.

Blandt de mange anerkendelser, som denne mikrobiolog har modtaget, udnævnes det til æresmedlem i Moskva-naturvidenskabsselskabet.

Han var også medlem af det franske akademi for videnskaber. I 1935 modtog han Leeuwenhoek-medaljen, en anerkendelse tildelt af Royal Dutch Academy of Arts and Sciences. Han blev inviteret af Louis Pasteur selv til at være chef for mikrobiologi ved Pasteur Institute.

Hvad er Winogradsky-søjlen?

Denne enhed er ikke andet end en glas- eller plastcylinder, der indeholder forskellige materialer. Cylinderen fyldes til en tredjedel af sin kapacitet med slam eller mudder, der er rig på organisk stof.

Derefter tilsættes cellulose og ethvert andet organisk stof, der vil tjene som en kilde til organisk kulstof. Som en kilde til svovl tilsættes calciumsulfat, og calciumcarbonat tilsættes for at opretholde pH-balancen. Søjlen afsluttes med vand fra en flod, sø, brønd osv.

Enheden skal derefter modnes eller inkuberes i sollys eller kunstigt lys i et par uger til et par måneder. Efter denne tid stabiliseres rygsøjlen, og der defineres veldefinerede mikrohabitats. I hver mikrohabitat udvikler specifikke mikroorganismer sig efter deres særlige krav.

Hvad sker der i rygsøjlen?

De første mikroorganismer, der koloniserer søjlen, begynder at bruge elementerne i søjlen og frigive gasser og andre stoffer, der vil hæmme eller favorisere udviklingen af ​​andre arter.

Efterhånden som tiden går vil aktiviteten af ​​mikroorganismer og abiotiske processer producere kemiske og miljømæssige gradienter langs søjlen. Takket være dette genereres forskellige nicher til mikrobiel vækst.

Ved at lade denne søjle modne eller inkuberes under sollys eller kunstigt lys i uger eller måneder, dannes gradienter af ilt og sulfider.

Dette tillader udvikling af et struktureret mikrobielt økosystem med en lang række mikrobhabater. På denne måde foregår alle processer, der tillader vedligeholdelse af næringscyklusser i søjlen.

Det øverste område af søjlen, i kontakt med luft, vil være det rigeste med ilt, som langsomt diffunderer nedad.

Parallelt vil de produkter, der genereres i den nedre del af søjlen, et produkt af nedbrydningen af ​​cellulose og hydrogensulfid, diffundere lodret opad.

Zoning af Winogradsky-søjlen

Anaerob zone

Generering og diffusion af mikrobielle metabolitter på grund af de forskellige kemiske gradienter stammer fra en fordeling af grupper af organismer i henhold til deres behov.

Denne fordeling ligner den, der er etableret i naturen. På denne måde simulerer Winogradsky-søjlen den lodrette mikrobielle fordeling, der findes i blandt andet søer, laguner.

Den nederste del af søjlen er helt uden ilt og er i stedet rig på hydrogensulfid. I dette område nedbryder anaerobe bakterier såsom Clostridium cellulose. Produkt fra denne nedbrydning organiske syrer, alkoholer og brint opnås.

Metabolitterne produceret af Clostridium tjener som et substrat til sulfatreducerende arter, fx Desulfovibrio. Disse bruger igen sulfater eller andre former for delvist oxideret svovl.

Som et slutprodukt frigiver de hydrogensulfid og er ansvarlige for de høje koncentrationer af denne gas ved bunden af ​​søjlen.

Tilstedeværelsen af ​​sulfatreducerende bakterier på søjlen er vist som mørke områder ved bunden af ​​søjlen. Over basalbåndet vises to lavvandede bånd med arter, der bruger hydrogensulfid produceret i det nedre bånd. Disse to bånd domineres af anaerobe fotosyntetiske bakterier.

Det mest basale af disse bånd indeholder de grønne svovlbakterier (Chlorobium). Det næste bånd domineres af de lilla svovlbakterier i slægten Chromatium. I nærheden af ​​disse bånd vises bakterier, der reducerer jern, såsom Gallionella, Bacillus eller Pseudomonas.

Svovlgrønne bakterier (Chlorobiaceae) i bunden af ​​en Winogradsky-søjle. Foto fra: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Taget og redigeret fra:

Aerob zone

Lidt længere op i søjlen begynder ilt at vises, men i meget lave koncentrationer. Dette område kaldes mikroaerofil.

Her drager bakterier som Rhodospirillum og Rhodopseudomonas fordel af det knappe tilgængelige ilt. Hydrogensulfid hæmmer væksten af ​​disse mikroaerofile bakterier.

Den aerobe zone er delt i to lag:

• Den mest basale af dem repræsenteret af mudder-vand-grænsefladen.
• Det yderste område består af vandsøjlen.

Bakterier af slægter såsom Beggiatoa og Thiothrix udvikler sig ved mudder-vand-grænsefladen. Disse bakterier kan oxidere svovlet, der kommer fra de nedre lag.

Vandsøjlen er på sin side koloniseret af en stor mangfoldighed af organismer, herunder cyanobakterier, svampe og kiselalter.

Applikationer

-Winogradskys søjle har forskellige anvendelser, blandt de hyppigste er:

-Undersøg mikrobiel metabolisk mangfoldighed.

-Studierede økologiske successioner.

- Berigelse eller isolering af nye bakterier.

-Bioremediation tests.

-Generering af biohydrogen.

-Studier påvirkningerne af miljøfaktorer på mikrobiel samfundsstruktur og dynamik og tilhørende bakteriofager.

Referencer

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradsky-søjlen & biofilmene: modeller til undervisning i næringscykling og succession i et økosystem. Den amerikanske biologiologilærer.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Midlertidig og rumlig fordeling af det mikrobielle samfund i Winogradsky-søjler. PLOS ÉN.
3. JP López (2008). Winogradsky-søjlen. Et eksempel på grundlæggende mikrobiologi i et laboratorium for videregående uddannelser. Eureka Magazine om videnskabsundervisning og formidling.
4. Sergei Winogradsky. På Wikipedia. Gendannet fra en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Tekstilfarvestof behandlet fotoelektrolytisk og overvåget af Winogradsky-søjler. Miljøteknisk videnskab.
6. Winogradsky-søjle. På Wikipedia. Gendannet fra en.wikipedia.org.