ČO JE TO WINOGRADSKY STĹP A NA ČO JE URČENÝ? - BIOLÓGIE - 2026

Stĺpec Winogradsky je zariadenie používané na pestovanie rôznych typov mikroorganizmov. Vytvoril ho ruský mikrobiológ Sergej Winogradský. Rast mikroorganizmov sa stratifikuje v celom stĺpci.

Stratifikácia sa uskutočňuje na základe výživových a environmentálnych požiadaviek každej skupiny organizmov. Z tohto dôvodu sa do zariadenia dodávajú rôzne druhy živín a zdrojov energie.

Winogradsky stĺp. Prevzaté a upravené: UPVD-BioEcoL3-2010, z Wikimedia Commons.

Stĺpec je obohatené kultivačné médium, v ktorom budú rásť mikroorganizmy rôznych skupín. Po období dozrievania, ktoré môže trvať niekoľko týždňov až niekoľko mesiacov, sa tieto mikroorganizmy stanú dostupnými v konkrétnych mikrohabitatoch.

Vytvorené mikro biotopy budú závisieť od použitého materiálu a vzájomných vzťahov medzi vyvíjajúcimi sa organizmami.

Kto bol Sergei Winogradsky?

Sergey Winogradsky (1856-1953), tvorca stĺpca, ktorý nesie jeho meno, bol ruským mikrobiológom narodeným v Kyjeve, súčasnom hlavnom meste Ukrajiny. Okrem mikrobiológa bol aj odborníkom na ekológiu a štúdium pôdy.

Jeho práca s mikroorganizmami závislými od síry a biogeochemickými procesmi dusíka mu dala veľkú renomé. Opísal množstvo nových mikroorganizmov vrátane rodov Nitrosomona a Nitrobacter. Bol tiež objaviteľom chemosyntézy.

Medzi mnohými oceneniami získanými od tohto mikrobiológa sú menovaní čestným členom Moskovskej spoločnosti prírodných vied.

Bol tiež členom Francúzskej akadémie vied. V roku 1935 dostal medailu Leeuwenhoek, ocenenie udelené Kráľovskou holandskou akadémiou umení a vied. Louis Pasteur ho sám pozval, aby bol vedúcim mikrobiológie v Pasteurovom inštitúte.

Čo je Winogradsky stĺp?

Toto zariadenie nie je nič iné ako sklenený alebo plastový valec obsahujúci rôzne materiály. Valec je naplnený na jednu tretinu svojej kapacity kalom alebo bahnom bohatým na organické látky.

Následne sa pridá celulóza a akékoľvek ďalšie organické látky, ktoré budú slúžiť ako zdroj organického uhlíka. Ako zdroj síry sa pridá síran vápenatý a uhličitan vápenatý na udržanie rovnováhy pH. Stĺpec je doplnený vodou z rieky, jazera, studne atď.

Zariadenie sa potom musí dozrievať alebo inkubovať na slnečnom alebo umelom svetle po dobu niekoľkých týždňov až niekoľkých mesiacov. Po tejto dobe sa chrbtica stabilizuje a sú stanovené dobre definované mikrohabitaty. V každom mikrohabitáte sa vyvinú špecifické mikroorganizmy podľa ich konkrétnych požiadaviek.

Čo sa stane v chrbtici?

Prvé mikroorganizmy, ktoré kolonizujú kolónu, začnú používať prvky kolóny a uvoľňujú plyny a ďalšie látky, ktoré budú inhibovať alebo uprednostňovať vývoj iných druhov.

Postupom času bude aktivita mikroorganizmov a abiotických procesov produkovať chemické a environmentálne gradienty pozdĺž kolóny. Vďaka tomu vzniknú rôzne miesta pre mikrobiálny rast.

Umožnením tejto kolóny dozrieť alebo inkubovať za slnečného svetla alebo umelého svetla počas týždňov alebo mesiacov sa vytvárajú gradienty kyslíka a sulfidov.

To umožňuje rozvoj štruktúrovaného mikrobiálneho ekosystému so širokou škálou mikrohabitatov. Týmto spôsobom sa v stĺpci uskutočňujú všetky procesy, ktoré umožňujú udržiavanie výživných cyklov.

Horná plocha kolóny bude v styku so vzduchom najbohatšia na kyslík, ktorý sa bude pomaly rozptyľovať smerom nadol.

Paralelne sa produkty vytvárané v spodnej časti kolóny, produkt degradácie celulózy a sírovodíka, rozptyľujú vertikálne smerom nahor.

Územné členenie Winogradského stĺpu

Anaeróbna zóna

Vytváranie a rozširovanie mikrobiálnych metabolitov v dôsledku rôznych chemických gradientov vedie k distribúcii skupín organizmov podľa ich požiadaviek.

Toto rozdelenie je podobné ako v prírode. Týmto spôsobom Winogradský stĺp simuluje vertikálne mikrobiálne rozdelenie nachádzajúce sa okrem iného v jazerách, lagúnach.

Spodná časť kolóny je úplne bez kyslíka a namiesto toho je bohatá na sírovodík. V tejto oblasti anaeróbne baktérie, ako je napríklad Clostridium, degradujú celulózu. Získajú sa produkty tejto degradácie organických kyselín, alkoholov a vodíka.

Metabolity produkované Clostridiom slúžia ako substrát pre druhy redukujúce sulfáty, napr. Desulfovibrio. Tieto zase používajú sírany alebo iné formy čiastočne oxidovanej síry.

Ako konečný produkt uvoľňujú sírovodík a sú zodpovedné za vysoké koncentrácie tohto plynu na spodku kolóny.

Prítomnosť baktérií redukujúcich sírany na kolóne je znázornená ako tmavé oblasti na spodku kolóny. Nad bazálnym pásmom sa objavujú dva plytké pásy, pričom druhy využívajúce sírovodík produkovaný v spodnom pásme. V týchto dvoch pásmach dominujú anaeróbne fotosyntetické baktérie.

Najzákladnejší z týchto pásov obsahuje baktérie zelenej síry (Chlorobium). V nasledujúcom pásme dominujú fialové sírne baktérie rodu Chromatium. V blízkosti týchto pásov sa objavujú baktérie, ktoré redukujú železo, ako napríklad Gallionella, Bacillus alebo Pseudomonas.

Sírne zelené baktérie (Chlorobiaceae) na dne Winogradského stĺpca. Fotografia od: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Odfotografované a upravené: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Aeróbna zóna

O niečo ďalej v kolóne sa začína objavovať kyslík, ale vo veľmi nízkych koncentráciách. Táto oblasť sa nazýva mikroaerofilná.

Baktérie ako Rhodospirillum a Rhodopseudomonas tu využívajú nedostatok vzácneho kyslíka. Sirovodík inhibuje rast týchto mikroaerofilných baktérií.

Aeróbna zóna je rozdelená do dvoch vrstiev:

• Najzákladnejšie z nich predstavuje rozhranie bahno-voda.
• Najkrajnejšia oblasť je tvorená vodným stĺpcom.

Na rozhraní bahna a vody sa vyvíjajú baktérie rodu Beggiatoa a Thiothrix. Tieto baktérie môžu oxidovať síru prichádzajúcu z dolných vrstiev.

Vodný stĺpec je kolonizovaný veľkou rozmanitosťou organizmov vrátane cyanobaktérií, húb a rozsievok.

aplikácia

-Vinogradský stĺp má rôzne použitia, medzi najčastejšie patria:

- Preskúmajte mikrobiálnu metabolickú diverzitu.

- Vynikajúce ekologické dedičstvo.

- Obohatenie alebo izolácia nových baktérií.

-Bioremediačné testy.

- Generácia biohydrogénu.

- Štúdium vplyvov environmentálnych faktorov na štruktúru a dynamiku mikrobiálnych spoločenstiev a súvisiace bakteriofágy.

Referencie

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradský stĺp a biofilmy: modely pre výučbu cyklovania živín a sukcesie v ekosystéme. Americký učiteľ biológie.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Časové a priestorové rozloženie mikrobiálnej komunity vo Winogradských stĺpoch. ZADAJTE JEDNO.
3. JP López (2008). Winogradský stĺp. Príklad základnej mikrobiológie v stredoškolskom laboratóriu. Časopis Eureka o vyučovaní prírodných vied a ich šírení.
4. Sergei Winogradsky. Na Wikipédii. Obnovené z en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Textilné farbivo spracované fotoelektrolyticky a monitorované pomocou Winogradského kolóny. Environmentálne inžinierstvo.
6. Winogradsky stĺp. Na Wikipédii. Obnovené z en.wikipedia.org.