K ČEMU JE SLOUPEC WINOGRADSKY A K ČEMU JE? - BIOLOGIE - 2025

Sloupec Winogradsky je zařízení používané pro pěstování různých typů mikroorganismů. Vytvořil jej ruský mikrobiolog Sergej Winogradský. Růst mikroorganismů bude rozvrstven v celém sloupci.

Stratifikace se provádí na základě nutričních a environmentálních požadavků každé skupiny organismů. K tomu jsou do zařízení dodávány různé druhy živin a zdrojů energie.

Winogradský sloup. Převzato a upraveno z: UPVD-BioEcoL3-2010, z Wikimedia Commons.

Sloupec je obohacené kultivační médium, kde budou růst mikroorganismy různých skupin. Po období zrání, které může trvat několik týdnů až několik měsíců, se tyto mikroorganismy stanou dostupnými v konkrétních mikrohabitatech.

Vytvořené mikrohabitaty budou záviset na použitém materiálu a vzájemných vztazích mezi vyvíjenými organismy.

Kdo byl Sergei Winogradsky?

Sergei Winogradsky (1856-1953), tvůrce sloupce, který nese jeho jméno, byl ruským mikrobiologem narozeným v Kyjevě, nyní hlavním městě Ukrajiny. Kromě toho, že byl mikrobiologem, byl také odborníkem na ekologii a studium půdy.

Jeho práce s mikroorganismy závislými na síře a biogeochemickými procesy v dusíku mu dala velkou pověst. Popsal řadu nových mikroorganismů, včetně rodů Nitrosomona a Nitrobacter. Byl také objevitelem chemosyntézy.

Mezi mnohé uznání, které tento mikrobiolog získal, jsou jmenováni čestným členem Moskevské společnosti přírodních věd.

Byl také členem Francouzské akademie věd. V roce 1935 obdržel medaili Leeuwenhoek, uznání udělené Královskou nizozemskou akademií umění a věd. Louis Pasteur ho sám pozval, aby byl vedoucím mikrobiologie v Pasteurově institutu.

Co je Winogradsky sloup?

Toto zařízení není nic jiného než skleněný nebo plastový válec obsahující různé materiály. Válec je naplněn na jednu třetinu své kapacity kalem nebo bahnem bohatým na organickou hmotu.

Následně se přidají celulóza a další organické látky, které budou sloužit jako zdroj organického uhlíku. Jako zdroj síry se přidá síran vápenatý a přidá se uhličitan vápenatý pro udržení rovnováhy pH. Sloupec je doplněn vodou z řeky, jezera, studny atd.

Zařízení musí být potom zráno nebo inkubováno za slunečního nebo umělého světla po dobu několika týdnů až několika měsíců. Po této době se páteř stabilizuje a vytvoří se dobře definované mikrohabitaty. V každém mikrohabitatu se budou mikroorganismy vyvíjet podle svých konkrétních požadavků.

Co se stane v páteři?

První mikroorganismy, které kolonizují kolonu, začnou používat prvky kolony a uvolňovat plyny a další látky, které budou inhibovat nebo podporovat vývoj jiných druhů.

Jak plyne čas, aktivita mikroorganismů a abiotických procesů povede podél sloupce k chemickým a environmentálním gradientům. Díky tomu budou generovány různé výklenky pro mikrobiální růst.

Umožněním této kolony dozrávat nebo inkubovat za slunečního světla nebo umělého světla po týdny nebo měsíce se vytvářejí gradienty kyslíku a sulfidů.

To umožňuje rozvoj strukturovaného mikrobiálního ekosystému s celou řadou mikrohabitatů. Tímto způsobem se ve sloupci provádějí všechny procesy, které umožňují udržování nutričních cyklů.

Horní část kolony bude ve styku se vzduchem nejbohatší na kyslík, který se bude pomalu rozptylovat dolů.

Paralelně se produkty vytvořené ve spodní části kolony, produkt degradace celulózy a sirovodíku, budou šířit svisle nahoru.

Územní členění Winogradského sloupu

Anaerobní zóna

Vytváření a šíření mikrobiálních metabolitů v důsledku různých chemických gradientů vede k distribuci skupin organismů podle jejich požadavků.

Tato distribuce je podobná distribuci zavedené v přírodě. Tímto způsobem Winogradský sloup simuluje vertikální mikrobiální rozšíření, které se nachází mimo jiné v jezerech, lagunách.

Spodní část kolony je zcela bez kyslíku a místo toho je bohatá na sirovodík. V této oblasti anaerobní bakterie, jako je například Clostridium, degradují celulózu. Získá se produkt této degradace organických kyselin, alkoholů a vodíku.

Metabolity produkované Clostridiem slouží jako substrát pro druhy redukující sírany, např. Desulfovibrio. Tyto zase používají sírany nebo jiné formy částečně oxidované síry.

Jako konečný produkt uvolňují sirovodík a jsou zodpovědné za vysoké koncentrace tohoto plynu na bázi kolony.

Přítomnost bakterií redukujících sírany na koloně je zobrazena jako tmavé oblasti na dně kolony. Nad bazálním pásmem se objevují dva mělké pásy s druhy, které používají sirovodík produkovaný ve spodním pásmu. V těchto dvou pásmech dominují anaerobní fotosyntetické bakterie.

Nejzákladnější z těchto pásů obsahuje bakterie zelené síry (Chlorobium). Další skupině dominují fialové sírové bakterie rodu Chromatium. V blízkosti těchto pásem se objevují bakterie, které redukují železo, jako je Gallionella, Bacillus nebo Pseudomonas.

Sírové zelené bakterie (Chlorobiaceae) na dně Winogradského sloupce. Fotografie od: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Převzato a upraveno z:

Aerobní zóna

Trochu dále ve sloupci se začíná objevovat kyslík, ale ve velmi nízkých koncentracích. Tato oblast se nazývá mikroaerofilní.

Bakterie jako Rhodospirillum a Rhodopseudomonas zde využívají vzácného dostupného kyslíku. Sirovodík inhibuje růst těchto mikroaerofilních bakterií.

Aerobní zóna je rozdělena do dvou vrstev:

• Nejzákladnější z nich, představované rozhraním bahno-voda.
• Nejvzdálenější oblast je tvořena vodním sloupcem.

Na rozhraní bahenní vody se vyvíjejí bakterie rodu Beggiatoa a Thiothrix. Tyto bakterie mohou oxidovat síru přicházející ze spodních vrstev.

Vodní sloupec je kolonizován velkou rozmanitostí organismů, včetně sinic, hub a rozsivek.

Aplikace

-Vinogradský sloup má různé využití, mezi nejčastější patří:

-Zkoumejte mikrobiální metabolickou rozmanitost.

- Skvělé ekologické posloupnosti.

- Obohacování nebo izolace nových bakterií.

-Bioremediační testy.

- Generování biohydrogenu.

- Studium vlivů faktorů prostředí na strukturu mikrobiální komunity a dynamiku a související bakteriofágy.

Reference

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradsky sloupec a biofilmy: modely pro výuku cyklování živin a následnictví v ekosystému. Americký učitel biologie.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Časové a prostorové rozložení mikrobiální komunity Winogradských sloupů. ZADAT JEDNU.
3. JP López (2008). Winogradský sloup. Příklad základní mikrobiologie ve středoškolské laboratoři. Časopis Eureka o výuce a šíření přírodních věd.
4. Sergei Winogradsky. Na Wikipedii. Obnoveno z en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Textilní barvivo ošetřené fotoelektrolyticky a sledováno Winogradského kolonami. Věda o environmentálním inženýrství.
6. Winogradský sloup. Na Wikipedii. Obnoveno z en.wikipedia.org.