- Qui va ser Serguei Winogradsky?
- En què consisteix la columna de Winogradsky?
- Què passa a la columna?
- Zonació de la columna d'Winogradsky
- zona anaeròbica
- zona aeròbica
- usos
- referències
La columna d'Winogradsky és un aparell utilitzat per al cultiu de diferents tipus de microorganismes. Va ser creat pel microbiòleg rus Serguei Winogradsky. El creixement dels microorganismes va ser en forma estratificada al llarg de la columna.
L'estratificació es realitza amb base en els requeriments nutricionals i ambientals de cada grup d'organismes. Per a això es subministra a el dispositiu diferents tipus de nutrients i de fonts d'energia.
Columna de Winogradsky. Pres i editat de: UPVD-BioEcoL3-2010, from Wikimedia Commons.
La columna és un mitjà de cultiu enriquit, on creixeran microorganismes de diferents grups. Després d'un període de maduració que pot durar entre diverses setmanes i diversos mesos, aquests microorganismes es disposaran en microhàbitats específics.
Els microhàbitats creats dependran de el material emprat i de les interrelacions entre els organismes que es desenvolupen.
Qui va ser Serguei Winogradsky?
Serguei Winogradsky (1856-1953), el creador de la columna que porta el seu nom, va anar un microbiòleg rus nascut a Kíev, actual capital d'Ucraïna. A més de microbiòleg, també era expert en ecologia i en estudi de sòls.
Els seus treballs amb microorganismes dependents de l'sofre i dels processos biogeoquímics de l'nitrogen li van donar gran renom. Va descriure nombrosos microorganismes nous, entre ells, els gèneres nitrosomonas i Nitrobacter. Va ser també el descobridor de la quimiosíntesi.
Entre els nombrosos reconeixements rebuts per aquest microbiòleg estan a l'ésser nomenat membre honorari de la Societat de Ciències Naturals de Moscou.
També va ser membre de l'Acadèmia Francesa de Ciències. Va rebre en 1935 la Medalla Leeuwenhoek, reconeixement que atorga la Reial Acadèmia Neerlandesa de les Arts i les Ciències. Va ser convidat pel mateix Louis Pasteur perquè fos Cap de Microbiologia de l'Institut Pasteur.
En què consisteix la columna de Winogradsky?
Aquest dispositiu no és més que un cilindre de vidre o plàstic contentivo de diferents materials. El cilindre s'omple a un terç de la seva capacitat amb fang o llot ric en matèria orgànica.
Posteriorment s'afegeix cel·lulosa i qualsevol altra matèria orgànica, que serviran com a font de carboni orgànic. Com a font de sofre s'afegeix sulfat de calci i per mantenir l'equilibri de pH s'afegeix carbonat de calci. La columna s'acaba d'omplir amb aigua provinent d'un riu, llac, pou, etc.
El dispositiu ha de llavors posar-se a madurar o incubar sota llum solar o artificial durant un lapse d'unes setmanes a uns mesos. Després d'aquest temps la columna s'estabilitza i s'estableixen microhàbitats ben definits. A cada microhàbitat es desenvoluparan microorganismes específics segons els seus requeriments particulars.
Què passa a la columna?
Els primers microorganismes en colonitzar la columna començaran a usar els elements de la columna ia alliberar gasos i altres substàncies que inhibir o afavoriran el desenvolupament d'altres espècies.
A mesura que transcorri el temps, l'activitat dels microorganismes i els processos abiòtics produiran gradients químics i ambientals al llarg de la columna. Gràcies a això es generaran diversos nínxols per al creixement microbià.
Deixant madurar o covar aquesta columna sota llum solar o artificial durant setmanes o mesos, es formen gradients d'oxigen i sulfurs.
Això permet el desenvolupament d'un ecosistema microbià estructurat amb una àmplia varietat de microhàbitats. D'aquesta manera, a la columna es produeixen tots els processos que permeten el manteniment dels cicles dels nutrients.
La zona superior de la columna, en contacte amb l'aire serà la més rica en oxigen, que va difondre lentament cap avall.
Paral·lelament, els productes generats en la porció inferior de la columna, producte de la degradació de la cel·lulosa i de el sulfur d'hidrogen, es difondran verticalment cap amunt.
Zonació de la columna d'Winogradsky
zona anaeròbica
La generació i difusió de metabòlits microbians, a causa dels diversos gradients químics, origina una distribució de grups d'organismes d'acord amb els seus requeriments.
Aquesta distribució és similar a l'establerta en la naturalesa. D'aquesta manera, la columna de Winogradsky simula la distribució microbiana vertical trobada en llacs, llacunes, entre d'altres.
La porció inferior de la columna manca per complet d'oxigen i, en canvi, és rica en àcid sulfhídric. En aquesta zona, bacteris anaerobis com Clostridium degraden la cel·lulosa. Producte d'aquesta degradació s'obtenen àcids orgànics, alcohols i hidrogen.
Els metabòlits produïts per Clostridium serveixen de substrat per a espècies reductors de sulfat, per exemple Desulfovibrio. Aquestes, al seu torn, usen sulfats o altres formes de sofre parcialment oxidada.
Com a producte final alliberen sulfur d'hidrogen i són els responsables de les elevades concentracions d'aquest gas a la base de la columna.
La presència de bacteris reductors de sulfat a la columna es mostra com a àrees fosques en la base d'aquesta. Per sobre de la banda basal semblen dues bandes d'escassa profunditat, amb espècies que empren el sulfur d'hidrogen produït a la banda inferior. Aquestes dues bandes estan dominades per bacteris fotosintètics anaeròbiques.
La més basal d'aquestes bandes conté als bacteris verds de l'azufre (Chlorobium). La següent banda està dominada pels bacteris porpra de l'sofre de l'gènere Cromatium. A prop d'aquestes bandes, apareixen els bacteris que redueixen el ferro, com ara Gallionella, Bacillus o Pseudomonas.
Bacteris de verds de l'azufre (Chlorobiaceae) a la part inferior d'una columna Winogradsky. Fotografia de: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Pres i editat de:
zona aeròbica
Una mica més amunt a la columna, comença a aparèixer l'oxigen, però en molt baixes concentracions. Aquesta zona s'anomena microaerófila.
Aquí, bacteris com Rhodospirillum i Rhodopseudomonas aprofiten l'escàs oxigen disponible. El sulfur d'hidrogen inhibeix el desenvolupament d'aquests bacteris microaerófilas.
La zona aeròbica es divideix en dues capes:
- La més basal d'elles, representada per la interfase fang-aigua.
- La zona més externa està conformada per la columna d'aigua.
A la interfase fang-aigua es desenvolupen bacteris de gèneres com Beggiatoa i Thiothrix. Aquests bacteris poden oxidar el sulfur provinent de les capes inferiors.
La columna d'aigua, per la seva banda, és colonitzada per gran diversitat d'organismes, incloent cianobacteris, fongs i diatomees.
usos
-La columna de Winogradsky té diversos usos, entre els més freqüents són:
Investigar la diversitat metabòlica microbiana.
-Estudiar successions ecològiques.
: L'enriquiment o l'aïllament de noves bacteris.
-Assajos de bioremediació.
-Generació de biohidrogen.
Estudiar les influències dels factors ambientals en l'estructura i dinàmica comunitària microbiana i dels bacteriòfags associats.
referències
- DC Anderson, RV Hairston (1999). The Winogradsky column & biofilms: models for teaching nutrient cycling & Succession in an ecosystem. The American Biology Teacher.
- DJ Esteve, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Temporal and spatial distribution of the microbial community of Winogradsky columns. PLOS ONE.
- JP López (2008). La Columna de Winogradsky. Un exemple de microbiologia bàsica en un laboratori d'educació secundària. Revista Eureka sobre Ensenyament i Divulgació de les Ciències.
- Sergei Winogradsky. En Wikipedia. Recuperat de en.wikipedia.org.
- ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Textile die treated photoelectrolytically and monitored by Winogradsky columns. Environmental Engineering Science.
- Winogradsky column. En Wikipedia. Recuperat de en.wikipedia.org.