KAJ JE STOLPEC WINOGRADSKEGA IN ZA KAJ JE NAMENJEN? - BIOLOGIJA - 2026

Stolpec Winogradsky je naprava uporabljena za gojenje različnih vrst mikroorganizmov. Ustvaril jo je ruski mikrobiolog Sergej Winogradski. Rast mikroorganizmov bo stratificirana v celotnem stolpcu.

Stratifikacija se izvede na podlagi prehranskih in okoljskih potreb vsake skupine organizmov. Za to se v napravo dovajajo različne vrste hranil in virov energije.

Winogradski stolpec. Vzeto in urejeno iz: UPVD-BioEcoL3-2010, iz Wikimedia Commons.

Stolpec je obogateno gojišče, v katerem bodo rasli mikroorganizmi različnih skupin. Po obdobju zorenja, ki lahko traja od nekaj tednov do več mesecev, bodo ti mikroorganizmi na voljo v posebnih mikrohabitatih.

Ustvarjeni mikrohabitati bodo odvisni od uporabljenega materiala in medsebojnih odnosov med organizmi, ki se razvijajo.

Kdo je bil Sergej Winogradski?

Sergej Winogradsky (1856-1953), ustvarjalec kolone, ki nosi njegovo ime, je bil ruski mikrobiolog, rojen v Kijevu, danes prestolnici Ukrajine. Poleg tega, da je mikrobiolog, je bil tudi strokovnjak za ekologijo in proučevanje tal.

Njegovo delo z mikroorganizmi, ki so odvisni od žvepla, in biogeokemični procesi dušika so mu dali velik ugled. Opisal je številne nove mikroorganizme, vključno z rodom Nitrosomona in Nitrobacter. Bil je tudi odkritelj kemosinteze.

Med številnimi priznanji, ki jih je ta mikrobiolog prejel, je imenovan za častnega člana Moskovskega društva za naravoslovje.

Bil je tudi član Francoske akademije znanosti. Leta 1935 je prejel medaljo Leeuwenhoek, priznanje, ki ga je podelila Kraljevska nizozemska akademija znanosti in umetnosti. Sam Louis Pasteur ga je povabil na mesto vodje mikrobiologije na Pasteur Institute.

Kaj je stolpec Winogradskega?

Ta naprava ni nič drugega kot stekleni ali plastični valj, ki vsebuje različne materiale. Jeklenka napolni tretjino svoje prostornine z muljem ali blatom, bogatim z organskimi snovmi.

Nato dodamo celulozo in katero koli drugo organsko snov, ki bo služila kot vir organskega ogljika. Kot vir žvepla se doda kalcijev sulfat in doda kalcijev karbonat, da se ohrani pH ravnovesje. Steber je zaključen z vodo iz reke, jezera, vodnjaka itd.

Napravo je treba nato zoreti ali inkubirati pod sončno ali umetno svetlobo v obdobju od nekaj tednov do nekaj mesecev. Po tem času se hrbtenica stabilizira in vzpostavijo se natančno opredeljeni mikrohabitati. V vsakem mikrohabittu se bodo specifični mikroorganizmi razvijali v skladu s svojimi posebnimi zahtevami.

Kaj se zgodi v hrbtenici?

Prvi mikroorganizmi, ki bodo kolonizirali kolono, bodo začeli uporabljati elemente kolone in sproščali pline in druge snovi, ki bodo zavirale ali favorizirale razvoj drugih vrst.

S časom bo delovanje mikroorganizmov in abiotskih procesov povzročilo kemične in okoljske gradiente vzdolž kolone. Zahvaljujoč temu se bodo ustvarile različne niše za rast mikrobov.

S tem, ko se ta stolpec tedne ali mesece dozoreva ali inkubira pod sončno ali umetno svetlobo, nastajajo gradienti kisika in sulfidov.

To omogoča razvoj strukturiranega mikrobnega ekosistema z najrazličnejšimi mikrohabitati. Na ta način v stolpcu potekajo vsi procesi, ki omogočajo vzdrževanje ciklov hranil.

Zgornje območje kolone v stiku z zrakom bo najbogatejše s kisikom, ki bo počasi difuziral navzdol.

Vzporedno se proizvodi, ustvarjeni v spodnjem delu kolone, produkt razgradnje celuloze in vodikovega sulfida, razpršijo navpično navzgor.

Zoniranje stebra Winogradskega

Anaerobna cona

Nastajanje in difuzija mikrobnih presnovkov zaradi različnih kemičnih gradientov povzroči porazdelitev skupin organizmov glede na njihove potrebe.

Ta porazdelitev je podobna kot v naravi. Na ta način stolpec Winogradsky simulira navpično mikrobno porazdelitev, ki jo med drugim najdemo v jezerih, lagunah.

Spodnji del stolpca je popolnoma brez kisika in je namesto tega bogat z vodikovim sulfidom. Na tem področju anaerobne bakterije, kot je Clostridium, razgradijo celulozo. Pridobivajo se razgradne organske kisline, alkoholi in vodik.

Presnovki, ki jih proizvaja Clostridium, služijo kot substrat za reduciranje sulfatnih vrst, npr. Desulfovibrio. Ti pa uporabljajo sulfate ali druge oblike delno oksidiranega žvepla.

Kot končni izdelek sproščajo vodikov sulfid in so odgovorni za visoke koncentracije tega plina na dnu kolone.

Prisotnost bakterij, ki reducirajo sulfat, na koloni je prikazana kot temna območja na dnu kolone. Nad bazalnim pasom se pojavita dva plitva pasova z vrstami, ki uporabljajo vodikov sulfid, ustvarjen v spodnjem pasu. V teh dveh pasovih prevladujejo anaerobne fotosintetske bakterije.

Najbolj bazalni od teh pasov vsebuje bakterija zelenega žvepla (Chlorobium). Naslednji pas prevladujejo vijolično žveplove bakterije iz roda Chromatium. V bližini teh pasov se pojavijo bakterije, ki zmanjšujejo železo, kot so Gallionella, Bacillus ali Pseudomonas.

Žveplovo zelene bakterije (Chlorobiaceae) na dnu Winogradskega stolpca. Fotografija fotografije: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Vzeta in urejena iz: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Aerobna cona

Nekoliko naprej navzgor po koloni se začne pojavljati kisik, vendar v zelo nizkih koncentracijah. To področje imenujemo mikroaerofilno.

Tu bakterije, kot sta Rhodospirillum in Rhodopseudomonas, izkoristijo malo razpoložljivega kisika. Vodikov sulfid zavira rast teh mikroaerofilnih bakterij.

Aerobna cona je razdeljena na dve plasti:

• Najbolj bazalni od njih, ki ga predstavlja vmesnik blato-voda.
• Zunanje območje je sestavljeno iz vodnega stolpca.

Bakterije rodov, kot sta Beggiatoa in Thiothrix, se razvijejo na vmesniku blato-voda. Te bakterije lahko oksidirajo žveplo, ki prihaja iz spodnjih plasti.

Vodni stolpec je koloniziran z veliko raznolikostjo organizmov, vključno s cianobakterijami, glivami in diatomi.

Prijave

-Vinogradski stolpec ima različne namene uporabe, med najpogostejšimi so:

-Raziskati mikrobno presnovno raznolikost.

- Študijske ekološke nasledke.

-Obogatitev ali izolacija novih bakterij.

-Bioremediacijski testi.

-Proizvodnja biohidrogena

- Preučiti vpliv okoljskih dejavnikov na strukturo in dinamiko mikrobnih skupnosti in z njimi povezanih bakteriofagov.

Reference

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradsky stolpec in biofilmi: modeli za poučevanje kolesarjenja in nasledstva hranil v ekosistemu. Ameriški učitelj biologije.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Časovna in prostorska porazdelitev mikrobne skupnosti Winogradskih stolpcev. PLOS ONE.
3. JP López (2008). Winogradski stolpec. Primer osnovne mikrobiologije v srednješolskem laboratoriju. Revija Eureka o poučevanju in razširjanju znanosti.
4. Sergej Winogradski. Na Wikipediji. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Tekstilno barvilo je bilo fotoelektrološko obdelano in nadzirano s stolpci Winogradsky. Znanost o okoljskem inženiringu.
6. Winogradski stolpec. Na Wikipediji. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org.