КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВА КОЛОНАТА WINOGRADSKY И ЗА КАКВО Е ТЯ? - БИОЛОГИЯ - 2026

В колоната Winogradsky е апарат се използва за отглеждане на различни видове микроорганизми. Той е създаден от руския микробиолог Сергей Виноградски. Растежът на микроорганизмите ще бъде стратифициран в цялата колона.

Стратификацията се извършва въз основа на хранителните и екологичните изисквания на всяка група организми. За това към устройството се доставят различни видове хранителни вещества и източници на енергия.

Колона Виноградски. Взето и редактирано от: UPVD-BioEcoL3-2010, от Wikimedia Commons.

Колоната е обогатена културна среда, в която ще растат микроорганизми от различни групи. След период на зреене, който може да продължи от няколко седмици до няколко месеца, тези микроорганизми ще станат достъпни в специфични микрохабитати.

Създадените микрообитания ще зависят от използвания материал и от взаимовръзките между организмите, които се развиват.

Кой беше Сергей Виноградски?

Сергей Виноградски (1856-1953), създателят на колоната, която носи неговото име, е руски микробиолог, роден в Киев, днешна столица на Украйна. Освен микробиолог, той беше и експерт по екология и проучване на почвата.

Работата му със серозависимите микроорганизми и азотните биогеохимични процеси му дават голяма известност. Той описа множество нови микроорганизми, включително родовете Nitrosomona и Nitrobacter. Той беше и откривателят на химиосинтезата.

Сред многото признания, получени от този микробиолог, са посочени почетен член на Московското дружество за природни науки.

Той беше и член на Френската академия на науките. През 1935 г. той получава медал „Левенгук“, признание, дадено от Кралската нидерландска академия на изкуствата и науките. Той бе поканен от самия Луи Пастьор за ръководител на микробиологията в Пастьорския институт.

Какво представлява колоната на Виноградски?

Това устройство не е нищо повече от стъклен или пластмасов цилиндър, съдържащ различни материали. Цилиндърът е запълнен до една трета от капацитета си с утайка или кал, богата на органична материя.

Впоследствие се добавят целулоза и всякакви други органични вещества, които ще служат като източник на органичен въглерод. Като източник на сяра се добавя калциев сулфат и се добавя калциев карбонат за поддържане на pH баланса. Колоната е завършена с вода от река, езеро, кладенец и т.н.

След това устройството трябва да бъде отлежало или инкубирано под слънчева светлина или изкуствена светлина за период от няколко седмици до няколко месеца. След това гръбначният стълб се стабилизира и се установяват добре дефинирани микробиотати. Във всеки микробиостат специфични микроорганизми ще се развиват според техните специфични изисквания.

Какво се случва в гръбначния стълб?

Първите микроорганизми, които колонизират колоната, ще започнат да използват елементите на колоната и да отделят газове и други вещества, които ще потискат или благоприятстват развитието на други видове.

С течение на времето активността на микроорганизмите и абиотичните процеси ще произвежда химически и екологични градиенти по протежение на колоната. Благодарение на това ще се създават различни ниши за растеж на микробите.

Позволявайки на тази колона да узрява или инкубира под слънчева светлина или изкуствена светлина в продължение на седмици или месеци, се образуват градиенти на кислород и сулфиди.

Това позволява развитието на структурирана микробна екосистема с голямо разнообразие от микробибитати. По този начин всички процеси, които позволяват поддържането на цикли на хранителни вещества, протичат в колоната.

Горната зона на колоната, в контакт с въздуха, ще бъде най-богата на кислород, който бавно ще се дифундира надолу.

Успоредно с това продуктите, генерирани в долната част на колоната, продукт на разграждането на целулозата и сероводорода, ще се разпространяват вертикално нагоре.

Зониране на колоната на Виноградски

Анаеробна зона

Генерирането и дифузията на микробни метаболити, поради различните химични градиенти, води началото на разпределение на групи организми според техните изисквания.

Това разпределение е подобно на установеното в природата. По този начин колоната Winogradsky симулира вертикалното разпределение на микробите, намиращо се в езера, лагуни, между другото.

Долната част на колоната е напълно лишена от кислород и вместо това е богата на сероводород. В тази област анаеробните бактерии като Clostridium разграждат целулозата. Получават се органични разграждащи органични киселини, алкохоли и водород.

Метаболитите, произведени от Clostridium, служат като субстрат за редуциращи сулфати видове, например Desulfovibrio. Те от своя страна използват сулфати или други форми на частично окислена сяра.

Като краен продукт те отделят сероводород и са отговорни за високите концентрации на този газ в основата на колоната.

Наличието на редуциращи сулфат бактерии в колоната е показано като тъмни участъци в основата на колоната. Над базалната лента се появяват две плитки ивици, с видове, които използват сероводорода, произведен в долната лента. Тези две ленти са доминирани от анаеробни фотосинтетични бактерии.

Най-базалната от тези групи съдържа зелените серни бактерии (хлоробиум). Следващата лента е доминирана от лилавите серни бактерии от рода Chromatium. В близост до тези ленти се появяват бактерии, които намаляват желязото, като Gallionella, Bacillus или Pseudomonas.

Сярнозелени бактерии (Chlorobiaceae) в дъното на колона на Виноградски. Снимка от: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Взета и редактирана от:

Аеробна зона

Малко по-нагоре по колоната започва да се появява кислород, но в много ниски концентрации. Тази област се нарича микроаерофилна.

Тук бактерии като Rhodospirillum и Rhodopseudomonas се възползват от наличния оскъден кислород. Сероводородът инхибира растежа на тези микроаерофилни бактерии.

Аеробната зона е разделена на два слоя:

• Най-базалните от тях, представени от интерфейса кал-вода.
• Най-външната зона е съставена от водния стълб.

Бактериите от родове като Beggiatoa и Thiothrix се развиват на границата на калта-вода. Тези бактерии могат да окисляват сярата, идваща от долните слоеве.

Водната колона от своя страна е колонизирана от голямо разнообразие от организми, включително цианобактерии, гъбички и диатоми.

Приложения

-В колоната на Виноградски има различни приложения, сред най-честите са:

-Изследване на микробното метаболитно разнообразие.

- Проучване на екологичните наследства.

-Обогатяване или изолиране на нови бактерии.

-Биоремедиационни тестове.

-Производство на биохидроген.

-Изучете влиянието на факторите на околната среда върху структурата и динамиката на микробната общност и свързаните с тях бактериофаги.

Препратки

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Колоната и биофилмите на Виноградски: модели за преподаване на цикъл и приемственост на хранителни вещества в екосистема. Американският учител по биология.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Временно и пространствено разпределение на микробната общност на колоните на Виноградски. ПЛОС ЕДИН.
3. JP López (2008). Колоната на Виноградски. Пример за основна микробиология в лаборатория за средно образование Списание Eureka за преподаване и разпространение на науката.
4. Сергей Виноградски. В Уикипедия. Възстановено от en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Текстилното багрило се обработва фотоелектролитно и се следи от колони на Виноградски. Наука за екологично инженерство.
6. Колона Виноградски. В Уикипедия. Възстановено от en.wikipedia.org.