ЧТО ТАКОЕ ВИНОГРАДСКАЯ КОЛОННА И ДЛЯ ЧЕГО ОНА НУЖНА? - БИОЛОГИЯ - 2025

Колонна Виноградская представляет собой устройство , используемое для выращивания различных видов микроорганизмов. Его создал российский микробиолог Сергей Виноградский. Рост микроорганизмов будет расслаиваться по всей колонке.

Стратификация проводится на основе требований к питанию и окружающей среде каждой группы организмов. Для этого в устройство подаются различные виды питательных веществ и источников энергии.

Виноградский столбец. Взято и отредактировано из: UPVD-BioEcoL3-2010, из Wikimedia Commons.

Колонка представляет собой обогащенную питательную среду, на которой будут расти микроорганизмы разных групп. По прошествии периода созревания, который может длиться от нескольких недель до нескольких месяцев, эти микроорганизмы станут доступными в определенных микроместообитаниях.

Создаваемые микробытовые среды будут зависеть от используемого материала и взаимоотношений между развивающимися организмами.

Кем был Сергей Виноградский?

Сергей Виноградский (1856–1953), создатель колонки, носящей его имя, был российским микробиологом, родившимся в Киеве, современной столице Украины. Помимо того, что он был микробиологом, он также был экспертом в области экологии и изучения почвы.

Его работа с серозависимыми микроорганизмами и азотными биогеохимическими процессами принесла ему большую известность. Он описал множество новых микроорганизмов, включая роды Nitrosomona и Nitrobacter. Он также был первооткрывателем хемосинтеза.

Среди множества наград, полученных этим микробиологом, есть звание почетного члена Московского общества естественных наук.

Он также был членом Французской академии наук. В 1935 году он получил медаль Левенгука - награду Королевской Нидерландской академии искусств и наук. Сам Луи Пастер пригласил его возглавить микробиологию в Институте Пастера.

Что такое колонка Виноградского?

Это устройство представляет собой не что иное, как стеклянный или пластиковый цилиндр, содержащий разные материалы. Цилиндр на треть заполнен илом или грязью, богатой органическими веществами.

Впоследствии добавляется целлюлоза и любые другие органические вещества, которые служат источником органического углерода. В качестве источника серы добавляют сульфат кальция и карбонат кальция для поддержания баланса pH. Колонна укомплектована водой из реки, озера, колодца и др.

Затем устройство необходимо выдержать или инкубировать под солнечным или искусственным светом в течение периода от нескольких недель до нескольких месяцев. По истечении этого времени позвоночник стабилизируется, и устанавливается четко определенная среда обитания. В каждом микромобласте будут развиваться определенные микроорганизмы в соответствии с их особыми потребностями.

Что происходит в позвоночнике?

Первые микроорганизмы, заселяющие колонку, начнут использовать элементы колонки и выделять газы и другие вещества, которые будут тормозить или способствовать развитию других видов.

По прошествии времени активность микроорганизмов и абиотических процессов вызовет химические и экологические градиенты вдоль колонки. Благодаря этому будут созданы различные ниши для роста микробов.

Если дать этой колонке созреть или инкубировать под солнечным или искусственным светом в течение недель или месяцев, образуются градиенты кислорода и сульфидов.

Это позволяет развивать структурированную микробную экосистему с широким разнообразием микробиологических сред. Таким образом, все процессы, которые позволяют поддерживать круговорот питательных веществ, происходят в колонке.

Верхняя часть колонны, контактирующая с воздухом, будет наиболее богата кислородом, который будет медленно диффундировать вниз.

Параллельно с этим продукты, образующиеся в нижней части колонны, продукт разложения целлюлозы и сероводорода, будут диффундировать вертикально вверх.

Зонирование Виноградской колонны

Анаэробная зона

Образование и распространение метаболитов микробов из-за различных химических градиентов порождает распределение групп организмов в соответствии с их потребностями.

Это распределение аналогично установленному в природе. Таким образом, колонка Виноградского имитирует вертикальное распределение микробов в озерах, лагунах и других.

Нижняя часть колонны полностью лишена кислорода и вместо этого богата сероводородом. В этой области анаэробные бактерии, такие как Clostridium, разлагают целлюлозу. Продуктом этой деградации являются органические кислоты, спирты и водород.

Метаболиты, продуцируемые Clostridium, служат субстратом для сульфатредуцирующих веществ, например Desulfovibrio. Они, в свою очередь, используют сульфаты или другие формы частично окисленной серы.

В качестве конечного продукта они выделяют сероводород и являются причиной высоких концентраций этого газа в основании колонны.

Присутствие сульфатредуцирующих бактерий на колонке показано темными участками в основании колонки. Выше основной полосы появляются две неглубокие полосы с частицами, которые используют сероводород, образующийся в нижней полосе. В этих двух полосах преобладают анаэробные фотосинтезирующие бактерии.

Самый базальный из этих полос содержит зеленые серные бактерии (Chlorobium). В следующей полосе преобладают пурпурные серные бактерии рода Chromatium. Рядом с этими полосами появляются бактерии, восстанавливающие железо, такие как Gallionella, Bacillus или Pseudomonas.

Серные зеленые бактерии (Chlorobiaceae) внизу колонны Виноградского. Фотография взята из: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Взято и отредактировано по адресу: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Аэробная зона

Немного выше по колонке начинает появляться кислород, но в очень низких концентрациях. Эта зона называется микроаэрофильной.

Здесь бактерии, такие как Rhodospirillum и Rhodopseudomonas, используют недостаток доступного кислорода. Сероводород подавляет рост этих микроаэрофильных бактерий.

Аэробная зона разделена на два слоя:

• Самый базальный из них, представленный границей грязевой воды.
• Внешняя часть состоит из водяного столба.

Бактерии таких родов, как Beggiatoa и Thiothrix, развиваются на границе раздела ил-вода. Эти бактерии могут окислять серу, поступающую из нижних слоев.

Толщина воды, в свою очередь, заселена большим разнообразием организмов, включая цианобактерии, грибы и диатомовые водоросли.

Приложения

-Колонка Виноградского имеет различное использование, среди наиболее частых:

-Исследуйте метаболическое разнообразие микробов.

-Изучение экологических сукцессий.

-Обогащение или выделение новых бактерий.

-Биоремедиационные тесты.

-Генерация биоводорода.

-Изучение влияния факторов окружающей среды на структуру и динамику микробного сообщества и связанных с ними бактериофагов.

Ссылки

1. Д.К. Андерсон, Р.В. Хейрстон (1999). Колонка Виноградского и биопленки: модели для обучения круговороту питательных веществ и преемственности в экосистеме. Американский учитель биологии.
2. DJ Эстебан, Б. Хайса, К. Бартоу-Маккенни (2015). Временное и пространственное распределение микробного сообщества колонок Виноградского. PLOS ONE.
3. JP López (2008). Колонна Виноградского. Пример базовой микробиологии в лаборатории среднего образования. Журнал Eureka о преподавании и распространении научных знаний.
4. Сергей Виноградский. В Википедии. Восстановлено с en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Текстильный краситель подвергался фотоэлектролитической обработке и контролировался колонками Виноградского. Инженерная экология.
6. Виноградский столбец. В Википедии. Восстановлено с en.wikipedia.org.