ЩО ТАКЕ ВИНОГРАДСЬКИЙ СТОВПЧИК І ДЛЯ ЧОГО ВІН ПРИЗНАЧЕНИЙ? - БІОЛОГІЯ - 2025

Колона Виноградська являє собою пристрій , що використовується для вирощування різних видів мікроорганізмів. Його створив російський мікробіолог Сергій Виноградський. Зростання мікроорганізмів буде стратифіковано по всій колонці.

Стратифікація здійснюється на основі харчових та екологічних потреб кожної групи організмів. Для цього в прилад подаються різні види поживних речовин та джерел енергії.

Виноградський стовпчик. Знято та відредаговано з: UPVD-BioEcoL3-2010, з Вікісховища.

Колонка є збагаченим культуральним середовищем, де будуть рости мікроорганізми різних груп. Після періоду дозрівання, який може тривати від декількох тижнів до декількох місяців, ці мікроорганізми стануть доступними у конкретних мікроселищах.

Створені мікрожиття залежатимуть від використовуваного матеріалу та взаємозв'язків між організмами, що розвиваються.

Ким був Сергій Виноградський?

Сергій Виноградський (1856-1953), творець колони, яка носить його ім'я, був російським мікробіологом, що народився в Києві, нинішній столиці України. Крім мікробіолога, він також був експертом з екології та ґрунтових досліджень.

Його робота з сіркозалежними мікроорганізмами та біогеохімічними процесами азоту дали йому велику популярність. Він описав численні нові мікроорганізми, включаючи пологи Nitrosomona та Nitrobacter. Він також був відкривачем хіміосинтезу.

Серед безлічі визнань, отриманих цим мікробіологом, названо почесним членом Московського товариства природничих наук.

Він також був членом Французької академії наук. У 1935 році він отримав медаль Леввенхука, визнання, яке отримала Королівська Нідерландська академія мистецтв і наук. Сам Луї Пастер його запросив завідувати мікробіологією Інституту Пастера.

Що таке колона Виноградського?

Цей пристрій - це не що інше, як скляний або пластиковий циліндр, що містить різні матеріали. Балон заповнюється на третину своєї ємності мулом або грязями, багатими органічними речовинами.

Згодом додають целюлозу та будь-які інші органічні речовини, які будуть служити джерелом органічного вуглецю. В якості джерела сірки додають сульфат кальцію і додають карбонат кальцію для підтримки балансу pH. Стовп завершується водою з річки, озера, колодязя тощо.

Потім пристрій повинен дозрівати або інкубувати під сонячним світлом або штучним світлом протягом декількох тижнів до кількох місяців. Після закінчення цього часу хребет стабілізується і встановлюються чітко визначені мікроселища. У кожному мікроселищі специфічні мікроорганізми будуть розвиватися відповідно до їх особливих вимог.

Що відбувається в хребті?

Перші мікроорганізми, що колонізують колонку, почнуть використовувати елементи колони і виділяти гази та інші речовини, які будуть гальмувати або сприяти розвитку інших видів.

З плином часу активність мікроорганізмів та абіотичних процесів утворюватимуть хімічні та екологічні градієнти вздовж колони. Завдяки цьому будуть створені різні ніші для росту мікробів.

Дозволяючи цій колоні дозрівати або інкубувати під сонячним світлом або штучним світлом протягом тижнів або місяців, утворюються градієнти кисню і сульфідів.

Це дозволяє розвивати структуровану мікробну екосистему з найрізноманітнішими мікроселищами. Таким чином, у колонці відбуваються всі процеси, що дозволяють підтримувати цикли живильних речовин.

Верхня частина колони, що контактує з повітрям, буде найбагатшою на кисень, який повільно буде дифундувати вниз.

Паралельно продукти, що утворюються в нижній частині колонки, продукт деградації целюлози та сірководню, будуть дифундувати вертикально вгору.

Зонування колони Виноградського

Анаеробна зона

Утворення та дифузія мікробних метаболітів, завдяки різним хімічним градієнтам, породжує розподіл груп організмів відповідно до їх потреб.

Цей розподіл схожий на встановлений у природі. Таким чином колона Виноградського моделює вертикальний розподіл мікробів, що зустрічається серед озер, лагун, серед інших.

Нижня частина колони повністю позбавлена ​​кисню і натомість багата сірководнем. У цій області анаеробні бактерії, такі як Clostridium, деградують целюлозу. Одержують продукт цієї деградації органічні кислоти, спирти та водень.

Метаболіти, що утворюються Clostridium, служать субстратом для відновлення сульфатів, наприклад, Desulfovibrio. Вони, у свою чергу, використовують сульфати або інші форми частково окисленої сірки.

Як кінцевий продукт, вони виділяють сірководень і відповідають за високі концентрації цього газу в основі колони.

Наявність сульфат-відновних бактерій на колонці показано як темні ділянки біля основи колони. Над базальною смугою з'являються дві неглибокі смуги, види яких використовують сірководень, що утворюється в нижній смузі. У цих двох смугах переважають анаеробні фотосинтетичні бактерії.

Найбільш базальна з цих смуг містить бактерії зеленої сірки (хлоробій). У наступній смузі переважають фіолетові сірчані бактерії роду Chromatium. Поруч з цими смугами з’являються бактерії, що зменшують залізо, такі як галліонела, бацила або псевдомонас.

Сірчані зелені бактерії (Chlorobiaceae) на дні колони Виноградського. Фотографія з: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Знято та відредаговано з: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Аеробна зона

Трохи далі вгору колона починає з’являтися кисень, але в дуже низьких концентраціях. Ця область називається мікроаерофільною.

Тут такі бактерії, як Rhodospirillum і Rhodopseudomonas, користуються дефіцитом доступного кисню. Сірководень гальмує ріст цих мікроаерофільних бактерій.

Аеробна зона розділена на два шари:

• Найбільш базальна з них, представлена ​​грязево-водною поверхнею.
• Найбільш зовнішня область складається з товщі води.

Бактерії родів, такі як Beggiatoa та Thiothrix, розвиваються на межі грязі-води. Ці бактерії можуть окислювати сірку, що надходить з нижніх шарів.

Водяний стовп, зі свого боку, колонізується великою різноманітністю організмів, включаючи ціанобактерії, гриби та діатоми.

Програми

-Стовпчик Виноградського має різноманітне використання, серед найбільш частих:

-Дослідити мікробну різноманітність метаболізму.

-Дослідження екологічних спадкоємностей.

-Збагачення або виділення нових бактерій.

-Біоремедіаційні тести.

-Вироблення біоводню.

-Вивчити вплив факторів навколишнього середовища на структуру та динаміку мікробної спільноти та пов'язані з ними бактеріофаги.

Список літератури

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Стовпчик Виноградського та біоплівки: моделі навчання їзді на велосипеді та спадкоємності в екосистемі. Американський вчитель біології.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Тимчасовий та просторовий розподіл мікробної спільноти Виноградських колон. ПЛОС ОДИН.
3. JP López (2008). Виноградський стовпчик. Приклад базової мікробіології в лабораторії середньої освіти. Журнал Eureka про викладання та поширення науки.
4. Сергій Виноградський. У Вікіпедії. Відновлено з сайту en.wikipedia.org
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Текстильний барвник обробляли фотоелектролітично та контролювали колонами Виноградського. Наука про екологічну інженерію.
6. Виноградський стовпчик. У Вікіпедії. Відновлено з сайту en.wikipedia.org