ŠTO JE WINOGRADSKI STUPAC I ČEMU SLUŽI? - BIOLOGIJA - 2026

Winogradsky Kolona je uređaj koristi za uzgoj raznih vrsta mikroorganizama. Stvorio ga je ruski mikrobiolog Sergej Winogradsky. Rast mikroorganizama bit će stratificiran u cijeloj koloni.

Stratifikacija se provodi na temelju prehrambenih i okolišnih potreba svake skupine organizama. Za to se uređaju isporučuju različite vrste hranjivih i energetskih izvora.

Winogradsky stup. Preuzeto i uređeno iz: UPVD-BioEcoL3-2010, iz Wikimedia Commons.

Stupac je obogaćen medij kulture u kojem će rasti mikroorganizmi različitih skupina. Nakon razdoblja sazrijevanja koji može trajati od nekoliko tjedana do nekoliko mjeseci, ti će mikroorganizmi postati dostupni u određenim mikrostaništima.

Mikrostanici stvoreni ovisit će o korištenom materijalu i međusobnim vezama između organizama koji se razvijaju.

Tko je bio Sergej Winogradsky?

Sergej Winogradsky (1856. - 1953.), tvorac kolumne koja nosi njegovo ime, bio je ruski mikrobiolog rođen u Kijevu, današnjoj prijestolnici Ukrajine. Osim što je bio mikrobiolog, bio je i stručnjak za ekologiju i istraživanje tla.

Njegov rad sa mikroorganizmima ovisnim o sumporu i biogeokemijski procesi dušika dali su mu veliko priznanje. Opisao je brojne nove mikroorganizme, uključujući rodove Nitrosomona i Nitrobacter. Bio je i otkrivač kemosinteze.

Među brojnim priznanjima koja je ovaj mikrobiolog imenovao počasnim članom Moskovskog društva prirodnih znanosti.

Bio je i član Francuske akademije znanosti. 1935. dobio je Leeuwenhoek medalju, priznanje koje mu je dodijelila Kraljevska nizozemska akademija umjetnosti i znanosti. Sam Louis Pasteur pozvao ga je da bude šef mikrobiologije na Pasterovom institutu.

Što je Winogradsky stup?

Ovaj uređaj nije ništa drugo nego stakleni ili plastični cilindar koji sadrži različite materijale. Cilindar napuni trećinu svog kapaciteta muljem ili blatom bogatom organskom tvari.

Nakon toga dodaje se celuloza i bilo koja druga organska tvar koja će poslužiti kao izvor organskog ugljika. Kao izvor sumpora dodaje se kalcijev sulfat i dodaje se kalcijev karbonat za održavanje pH ravnoteže. Stupac je upotpunjen vodom iz rijeke, jezera, bunara itd.

Uređaj tada mora sazrijevati ili inkubirati pod sunčevom ili umjetnom svjetlošću u razdoblju od nekoliko tjedana do nekoliko mjeseci. Nakon toga se kralježnica stabilizira i uspostavljaju se dobro definirani mikrostanici. U svakom se staništu razvijaju specifični mikroorganizmi u skladu s njihovim posebnim zahtjevima.

Što se događa u kralježnici?

Prvi mikroorganizmi koji će kolonizirati kolonu počet će koristiti elemente kolone i oslobađati plinove i druge tvari koje će inhibirati ili pogodovati razvoju drugih vrsta.

Kako vrijeme prolazi, aktivnost mikroorganizama i abiotski procesi proizvode kemijske i okolišne gradijente duž stupca. Zahvaljujući tome stvorit će se razne niše za rast mikroba.

Dopuštanjem ovog stupca da sazrijeva ili se inkubira pod sunčevom ili umjetnom svjetlošću nekoliko tjedana ili mjeseci, stvaraju se gradijenti kisika i sulfida.

To omogućava razvoj strukturiranog mikrobnog ekosustava s širokim rasponom mikrohabitata. Na taj se način svi procesi koji omogućuju održavanje ciklusa hranjivih tvari odvijaju u stupcu.

Gornje područje stupca, u kontaktu sa zrakom, bit će najbogatije kisikom, koji će polako difundirati prema dolje.

Paralelno s tim, produkti nastali u donjem dijelu kolone, produkt razgradnje celuloze i hidrogen sulfida, difuznoće vertikalno prema gore.

Zoniranje Winogradskog stupca

Anaerobna zona

Stvaranje i difuzija mikrobnih metabolita, zbog različitih kemijskih gradijenata, potiče raspodjelu skupina organizama prema njihovim potrebama.

Ova je distribucija slična onoj uspostavljenoj u prirodi. Na ovaj način stupac Winogradskog simulira vertikalnu mikrobnu raspodjelu koja se, između ostalog, nalazi u jezerima, lagunama.

Donji dio stupca potpuno je bez kisika i umjesto toga bogat je vodikovim sulfidom. U tom području anaerobne bakterije poput Clostridium razgrađuju celulozu. Dobivaju se produkti ove razgradne organske kiseline, alkoholi i vodik.

Metaboliti koje proizvodi Clostridium služe kao supstrat za reduciranje sulfata, npr. Desulfovibrio. Oni pak služe sulfatima ili drugim oblicima djelomično oksidiranog sumpora.

Kao konačni proizvod oslobađaju se sumporovodik i odgovorni su za visoke koncentracije ovog plina u dnu kolone.

Prisutnost bakterija koje smanjuju sulfat na stupcu prikazano je kao tamna područja na dnu kolone. Iznad bazalnog pojasa pojavljuju se dva plitka pojasa, u kojima se koristi hidrogen sulfid proizveden u donjem pojasu. U ta dva pojasa dominiraju anaerobne fotosintetske bakterije.

Većina bazalnih sastava sadrži bakterije zelenog sumpora (Chlorobium). Sljedećim trakom dominiraju ljubičaste sumporne bakterije roda Chromatium. U blizini ovih pojasa pojavljuju se bakterije koje smanjuju željezo poput Gallionella, Bacillus ili Pseudomonas.

Sumporno zelene bakterije (Chlorobiaceae) na dnu Winogradskog stupca. Fotografija s: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Preuzeto i uređeno iz:

Aerobna zona

Malo dalje prema koloni, počinje se pojavljivati ​​kisik, ali u vrlo malim koncentracijama. To se područje naziva mikroaerofilno.

Ovdje bakterije poput Rhodospirillum i Rhodopseudomonas iskorištavaju oskudni dostupni kisik. Vodikov sulfid inhibira rast ovih mikroaerofilnih bakterija.

Aerobna zona podijeljena je u dva sloja:

• Najosnovnije od njih, predstavljeno sučeljem blato-voda.
• Vanjsko područje čini vodeni stup.

Bakterije rodova kao što su Beggiatoa i Thiothrix razvijaju se na granici blato-voda. Te bakterije mogu oksidirati sumpor koji dolazi iz donjih slojeva.

Vodni stup sa svoje strane kolonizira velika raznolikost organizama, uključujući cijanobakterije, gljivice i dijatome.

Prijave

-Winogradskyjev stupac ima razne namjene, a među najčešćim su:

- Istražiti raznolikost metabolizma mikroba.

-Studirajte ekološke sukcesije.

-Obogaćivanje ili izolacija novih bakterija.

-Bioremedijacijski testovi.

-Proizvodnja biohidrogena.

- Ispitati utjecaje čimbenika okoliša na strukturu i dinamiku mikrobne zajednice i povezane bakteriofage.

Reference

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradsky stupac i biofilmi: modeli za podučavanje ciklusa hranjivih tvari i sukcesije u ekosustavu. Američki učitelj biologije.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Vremenska i prostorna raspodjela mikrobne zajednice Winogradskog stupa. PLOS JEDAN.
3. JP López (2008). Winogradski stup. Primjer osnovne mikrobiologije u srednjoškolskom laboratoriju. Eureka magazin o podučavanju i širenju znanosti.
4. Sergej Winogradsky. Na Wikipediji. Oporavilo s en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Tekstilna boja tretirana je fotoelektrotski i praćena Winogradskim stupcima. Znanost o inženjerstvu okoliša.
6. Winogradsky stup. Na Wikipediji. Oporavilo s en.wikipedia.org.