- Wer war Sergei Winogradsky?
- Was ist die Winogradsky-Kolumne?
- Was passiert in der Wirbelsäule?
- Zonierung der Winogradsky-Säule
- Anaerobe Zone
- Aerobe Zone
- Anwendungen
- Verweise
Die Winogradsky-Säule ist eine Vorrichtung zur Kultivierung verschiedener Arten von Mikroorganismen. Es wurde vom russischen Mikrobiologen Sergei Winogradsky erstellt. Das Wachstum der Mikroorganismen wird in der gesamten Säule geschichtet.
Die Schichtung erfolgt auf der Grundlage der Ernährungs- und Umweltanforderungen jeder Gruppe von Organismen. Hierzu werden dem Gerät verschiedene Arten von Nährstoffen und Energiequellen zugeführt.
Winogradsky-Säule. Entnommen und bearbeitet von: UPVD-BioEcoL3-2010, von Wikimedia Commons.
Die Säule ist ein angereichertes Kulturmedium, in dem Mikroorganismen verschiedener Gruppen wachsen. Nach einer Reifezeit von mehreren Wochen bis zu mehreren Monaten werden diese Mikroorganismen in bestimmten Mikrohabitaten verfügbar sein.
Die entstandenen Mikrohabitate hängen vom verwendeten Material und den Wechselbeziehungen zwischen den sich entwickelnden Organismen ab.
Wer war Sergei Winogradsky?
Sergei Winogradsky (1856-1953), der Schöpfer der Kolumne, die seinen Namen trägt, war ein russischer Mikrobiologe, der in Kiew, der heutigen Hauptstadt der Ukraine, geboren wurde. Er war nicht nur Mikrobiologe, sondern auch Experte für Ökologie und Bodenforschung.
Seine Arbeit mit schwefelabhängigen Mikroorganismen und biogeochemischen Stickstoffprozessen machte ihn bekannt. Er beschrieb zahlreiche neue Mikroorganismen, darunter die Gattungen Nitrosomona und Nitrobacter. Er war auch der Entdecker der Chemosynthese.
Unter den vielen Anerkennungen, die dieser Mikrobiologe erhalten hat, ist die Ernennung zum Ehrenmitglied der Moskauer Gesellschaft für Naturwissenschaften.
Er war auch Mitglied der französischen Akademie der Wissenschaften. 1935 erhielt er die Leeuwenhoek-Medaille, eine Anerkennung der Königlich Niederländischen Akademie der Künste und Wissenschaften. Er wurde von Louis Pasteur selbst eingeladen, Leiter der Mikrobiologie am Pasteur-Institut zu sein.
Was ist die Winogradsky-Kolumne?
Dieses Gerät ist nichts anderes als ein Glas- oder Kunststoffzylinder, der verschiedene Materialien enthält. Der Zylinder ist zu einem Drittel seiner Kapazität mit Schlamm oder Schlamm gefüllt, der reich an organischer Substanz ist.
Anschließend werden Cellulose und andere organische Stoffe zugesetzt, die als Quelle für organischen Kohlenstoff dienen. Als Schwefelquelle wird Calciumsulfat und Calciumcarbonat zugesetzt, um das pH-Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Die Säule wird mit Wasser aus einem Fluss, See, Brunnen usw. vervollständigt.
Das Gerät muss dann einige Wochen bis einige Monate unter Sonnenlicht oder künstlichem Licht gereift oder inkubiert werden. Nach dieser Zeit stabilisiert sich die Wirbelsäule und es werden gut definierte Mikrohabitate eingerichtet. In jedem Mikrohabitat entwickeln sich spezifische Mikroorganismen entsprechend ihren besonderen Anforderungen.
Was passiert in der Wirbelsäule?
Die ersten Mikroorganismen, die die Säule besiedeln, beginnen, die Elemente der Säule zu verwenden und Gase und andere Substanzen freizusetzen, die die Entwicklung anderer Spezies hemmen oder begünstigen.
Im Laufe der Zeit erzeugt die Aktivität von Mikroorganismen und abiotischen Prozessen chemische und Umweltgradienten entlang der Säule. Dank dessen werden verschiedene Nischen für das mikrobielle Wachstum geschaffen.
Indem diese Säule wochen- oder monatelang unter Sonnenlicht oder künstlichem Licht reifen oder inkubiert wird, werden Gradienten von Sauerstoff und Sulfiden gebildet.
Dies ermöglicht die Entwicklung eines strukturierten mikrobiellen Ökosystems mit einer Vielzahl von Mikrohabitaten. Auf diese Weise finden alle Prozesse in der Säule statt, die die Aufrechterhaltung von Nährstoffkreisläufen ermöglichen.
Der obere Bereich der Säule ist in Kontakt mit Luft am sauerstoffreichsten, der langsam nach unten diffundiert.
Parallel dazu diffundieren die im unteren Teil der Säule erzeugten Produkte, ein Produkt des Abbaus von Cellulose und Schwefelwasserstoff, vertikal nach oben.
Zonierung der Winogradsky-Säule
Anaerobe Zone
Die Erzeugung und Diffusion von mikrobiellen Metaboliten aufgrund der verschiedenen chemischen Gradienten führt zu einer Verteilung der Gruppen von Organismen gemäß ihren Anforderungen.
Diese Verteilung ähnelt der in der Natur festgelegten. Auf diese Weise simuliert die Winogradsky-Säule die vertikale mikrobielle Verteilung, die unter anderem in Seen und Lagunen zu finden ist.
Der untere Teil der Säule ist völlig sauerstofffrei und stattdessen reich an Schwefelwasserstoff. In diesem Bereich bauen anaerobe Bakterien wie Clostridium Cellulose ab. Produkt dieses Abbaus werden organische Säuren, Alkohole und Wasserstoff erhalten.
Die von Clostridium produzierten Metaboliten dienen als Substrat für sulfatreduzierende Spezies, z. B. Desulfovibrio. Diese verwenden wiederum Sulfate oder andere Formen von teilweise oxidiertem Schwefel.
Als Endprodukt setzen sie Schwefelwasserstoff frei und sind für die hohen Konzentrationen dieses Gases am Boden der Säule verantwortlich.
Das Vorhandensein sulfatreduzierender Bakterien auf der Säule ist als dunkle Bereiche am Boden der Säule dargestellt. Oberhalb des Basalbandes erscheinen zwei flache Banden mit Arten, die den im unteren Band erzeugten Schwefelwasserstoff verwenden. Diese beiden Banden werden von anaeroben photosynthetischen Bakterien dominiert.
Die basalste dieser Banden enthält die grünen Schwefelbakterien (Chlorbium). Die nächste Bande wird von den lila Schwefelbakterien der Gattung Chromatium dominiert. In der Nähe dieser Banden treten bakterienreduzierende Bakterien wie Gallionella, Bacillus oder Pseudomonas auf.
Schwefelgrüne Bakterien (Chlorobiaceae) am Boden einer Winogradsky-Säule. Foto von: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Aufgenommen und bearbeitet von: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.
Aerobe Zone
Etwas weiter oben in der Säule beginnt Sauerstoff zu erscheinen, jedoch in sehr geringen Konzentrationen. Dieser Bereich wird als mikroaerophil bezeichnet.
Hier nutzen Bakterien wie Rhodospirillum und Rhodopseudomonas den knappen verfügbaren Sauerstoff. Schwefelwasserstoff hemmt das Wachstum dieser mikroaerophilen Bakterien.
Die aerobe Zone ist in zwei Schichten unterteilt:
- Die grundlegendste von ihnen, dargestellt durch die Schlamm-Wasser-Grenzfläche.
- Der äußerste Bereich besteht aus der Wassersäule.
Bakterien von Gattungen wie Beggiatoa und Thiothrix entwickeln sich an der Schlamm-Wasser-Grenzfläche. Diese Bakterien können den Schwefel aus den unteren Schichten oxidieren.
Die Wassersäule ist ihrerseits von einer Vielzahl von Organismen besiedelt, darunter Cyanobakterien, Pilze und Kieselalgen.
Anwendungen
-Winogradskys Kolumne hat verschiedene Verwendungszwecke, unter den häufigsten sind:
-Untersuchung der mikrobiellen Stoffwechselvielfalt.
-Studie ökologische Folgen.
-Anreicherung oder Isolierung neuer Bakterien.
-Bioremediationstests.
-Generierung von Biowasserstoff.
-Studieren Sie die Einflüsse von Umweltfaktoren auf die Struktur und Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft und die damit verbundenen Bakteriophagen.
Verweise
- DC Anderson, RV Hairston (1999). Die Winogradsky-Kolumne und Biofilme: Modelle zur Vermittlung des Nährstoffkreislaufs und der Nährstoffnachfolge in einem Ökosystem. Der amerikanische Biologielehrer.
- DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Zeitliche und räumliche Verteilung der mikrobiellen Gemeinschaft der Winogradsky-Säulen. PLUS EINS.
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- Sergei Winogradsky. Auf Wikipedia. Von en.wikipedia.org wiederhergestellt.
- ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Textilfarbstoff photoelektrolytisch behandelt und durch Winogradsky-Säulen überwacht. Umweltingenieurwissenschaften.
- Winogradsky-Säule. Auf Wikipedia. Von en.wikipedia.org wiederhergestellt.