- Chi era Sergei Winogradsky?
- Cos'è la colonna Winogradsky?
- Cosa succede nella colonna vertebrale?
- Zonizzazione della colonna Winogradsky
- Zona anaerobica
- Zona aerobica
- applicazioni
- Riferimenti
La colonna Winogradsky è un apparato utilizzato per la coltivazione di diversi tipi di microrganismi. È stato creato dal microbiologo russo Sergei Winogradsky. La crescita dei microrganismi sarà stratificata in tutta la colonna.
La stratificazione viene effettuata in base alle esigenze nutrizionali e ambientali di ciascun gruppo di organismi. Per questo, al dispositivo vengono forniti diversi tipi di nutrienti e fonti di energia.
Colonna Winogradsky. Tratto e modificato da: UPVD-BioEcoL3-2010, da Wikimedia Commons.
La colonna è un mezzo di coltura arricchito, dove cresceranno microrganismi di diversi gruppi. Dopo un periodo di maturazione che può durare da alcune settimane a diversi mesi, questi microrganismi saranno disponibili in specifici microhabitat.
I microhabitat creati dipenderanno dal materiale utilizzato e dalle interrelazioni tra gli organismi che si sviluppano.
Chi era Sergei Winogradsky?
Sergey Winogradsky (1856-1953), il creatore della colonna che porta il suo nome, era un microbiologo russo nato a Kiev, l'attuale capitale dell'Ucraina. Oltre ad essere un microbiologo, era anche un esperto di ecologia e studio del suolo.
Il suo lavoro con microrganismi dipendenti dallo zolfo e processi biogeochimici dell'azoto gli ha dato grande fama. Ha descritto numerosi nuovi microrganismi, inclusi i generi Nitrosomona e Nitrobacter. Fu anche lo scopritore della chemiosintesi.
Tra i tanti riconoscimenti ricevuti da questo microbiologo c'è la nomina a membro onorario della Società di scienze naturali di Mosca.
Era anche un membro dell'Accademia francese delle scienze. Nel 1935 ricevette la medaglia Leeuwenhoek, un riconoscimento concesso dalla Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences. È stato invitato dallo stesso Louis Pasteur a essere capo di microbiologia presso l'Istituto Pasteur.
Cos'è la colonna Winogradsky?
Questo dispositivo non è altro che un cilindro di vetro o plastica contenente materiali diversi. Il cilindro viene riempito fino a un terzo della sua capacità con fanghi o fanghi ricchi di materia organica.
Successivamente, vengono aggiunti cellulosa e qualsiasi altra materia organica, che servirà come fonte di carbonio organico. Come fonte di zolfo, viene aggiunto solfato di calcio e carbonato di calcio per mantenere l'equilibrio del pH. La colonna è completata con l'acqua di un fiume, un lago, un pozzo, ecc.
Il dispositivo deve quindi essere fatto maturare o incubato alla luce solare o alla luce artificiale per un periodo compreso tra poche settimane e alcuni mesi. Trascorso questo tempo la colonna vertebrale si stabilizza e si stabiliscono microhabitat ben definiti. In ogni microhabitat si svilupperanno microrganismi specifici in base alle loro particolari esigenze.
Cosa succede nella colonna vertebrale?
I primi microrganismi che colonizzeranno la colonna inizieranno ad utilizzare gli elementi della colonna ea rilasciare gas e altre sostanze che inibiranno o favoriranno lo sviluppo di altre specie.
Col passare del tempo, l'attività dei microrganismi e dei processi abiotici produrrà gradienti chimici e ambientali lungo la colonna. Grazie a ciò, verranno generate varie nicchie per la crescita microbica.
Consentendo a questa colonna di maturare o incubare alla luce solare o artificiale per settimane o mesi, si formano gradienti di ossigeno e solfuri.
Ciò consente lo sviluppo di un ecosistema microbico strutturato con un'ampia varietà di microhabitat. In questo modo nella colonna avvengono tutti i processi che consentono il mantenimento dei cicli nutritivi.
La zona superiore della colonna, a contatto con l'aria, sarà la più ricca di ossigeno, che si diffonderà lentamente verso il basso.
Parallelamente, i prodotti generati nella porzione inferiore della colonna, un prodotto della degradazione della cellulosa e dell'idrogeno solforato, si diffonderanno verticalmente verso l'alto.
Zonizzazione della colonna Winogradsky
Zona anaerobica
La generazione e la diffusione dei metaboliti microbici, a causa dei vari gradienti chimici, determina una distribuzione di gruppi di organismi secondo le loro esigenze.
Questa distribuzione è simile a quella stabilita in natura. In questo modo, la colonna Winogradsky simula la distribuzione microbica verticale che si trova in laghi, lagune, tra gli altri.
La porzione inferiore della colonna è completamente priva di ossigeno ed è invece ricca di idrogeno solforato. In quest'area, i batteri anaerobici come il Clostridium degradano la cellulosa. Prodotto di questa degradazione si ottengono acidi organici, alcoli e idrogeno.
I metaboliti prodotti da Clostridium servono come substrato per le specie che riducono i solfati, ad esempio Desulfovibrio. Questi, a loro volta, usano solfati o altre forme di zolfo parzialmente ossidato.
Come prodotto finale, rilasciano idrogeno solforato e sono responsabili delle alte concentrazioni di questo gas alla base della colonna.
La presenza di batteri che riducono i solfati sulla colonna è indicata come aree scure alla base della colonna. Sopra la banda basale compaiono due bande poco profonde, con specie che utilizzano l'idrogeno solforato prodotto nella fascia inferiore. Queste due bande sono dominate da batteri fotosintetici anaerobici.
La più basale di queste bande contiene i batteri dello zolfo verde (Chlorobium). La fascia successiva è dominata dai batteri dello zolfo viola del genere Chromatium. Vicino a queste bande compaiono batteri che riducono il ferro, come Gallionella, Bacillus o Pseudomonas.
Batteri verde zolfo (Chlorobiaceae) nella parte inferiore di una colonna di Winogradsky. Fotografia da: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Tratta e modificata da: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.
Zona aerobica
Un po 'più in alto nella colonna inizia ad apparire l'ossigeno, ma a concentrazioni molto basse. Questa zona è chiamata microaerofila.
Qui batteri come Rhodospirillum e Rhodopseudomonas sfruttano lo scarso ossigeno disponibile. L'idrogeno solforato inibisce la crescita di questi batteri microaerofili.
La zona aerobica è divisa in due strati:
- Il più basale di loro, rappresentato dall'interfaccia fango-acqua.
- La zona più esterna è costituita dalla colonna d'acqua.
Batteri di generi come Beggiatoa e Thiothrix si sviluppano all'interfaccia fango-acqua. Questi batteri possono ossidare lo zolfo proveniente dagli strati inferiori.
La colonna d'acqua, da parte sua, è colonizzata da una grande diversità di organismi, tra cui cianobatteri, funghi e diatomee.
applicazioni
-La colonna di Winogradsky ha vari utilizzi, tra i più frequenti ci sono:
-Indagare la diversità metabolica microbica.
-Studiare successioni ecologiche.
-Arricchimento o isolamento di nuovi batteri.
-Test di biorisanamento.
-Generazione di bioidrogeno.
-Studiare le influenze dei fattori ambientali sulla struttura e dinamica della comunità microbica e sui batteriofagi associati.
Riferimenti
- DC Anderson, RV Hairston (1999). La colonna Winogradsky e i biofilm: modelli per insegnare il ciclo e la successione dei nutrienti in un ecosistema. L'insegnante di biologia americano.
- DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Distribuzione temporale e spaziale della comunità microbica delle colonne Winogradsky. PLOS ONE.
- JP López (2008). La colonna Winogradsky. Un esempio di microbiologia di base in un laboratorio di istruzione secondaria. Eureka Magazine on Science Teaching and Dissemination.
- Sergei Winogradsky. Su Wikipedia. Estratto da en.wikipedia.org.
- ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Colorante per tessuti trattato fotoelettroliticamente e monitorato da colonne Winogradsky. Scienze dell'ingegneria ambientale.
- Colonna Winogradsky. Su Wikipedia. Estratto da en.wikipedia.org.