HVA ER WINOGRADSKY-SPALTEN, OG HVA ER DEN FOR? - BIOLOGI - 2026

Den Winogradsky kolonne er en anordning som brukes for dyrking av forskjellige typer av mikroorganismer. Den ble opprettet av den russiske mikrobiologen Sergej Winogradsky. Veksten av mikroorganismer vil stratifiseres i hele kolonnen.

Stratifisering utføres basert på ernæringsmessige og miljømessige krav til hver gruppe organismer. For dette tilføres forskjellige typer næringsstoffer og energikilder til enheten.

Winogradsky-spalten. Tatt og redigert fra: UPVD-BioEcoL3-2010, fra Wikimedia Commons.

Søylen er et beriket kulturmedium, der mikroorganismer fra forskjellige grupper vil vokse. Etter en modningsperiode som kan vare fra flere uker til flere måneder, vil disse mikroorganismene bli tilgjengelige i spesifikke mikrohabitater.

Mikrohabitatene som er opprettet vil avhenge av materialet som brukes og sammenhengen mellom organismer som utvikler seg.

Hvem var Sergei Winogradsky?

Sergey Winogradsky (1856-1953), skaperen av spalten som bærer navnet hans, var en russisk mikrobiolog født i Kiev, dagens hovedstad i Ukraina. Foruten å være mikrobiolog, var han også ekspert på økologi og jordstudie.

Hans arbeid med svovelavhengige mikroorganismer og biogeokjemiske nitrogenprosesser ga ham stor anerkjennelse. Han beskrev mange nye mikroorganismer, inkludert slektene Nitrosomona og Nitrobacter. Han var også oppdageren av cellegift.

Blant de mange anerkjennelsene som denne mikrobiologen mottok, blir han utnevnt til æresmedlem i Moskva for naturvitenskapelige samfunn.

Han var også medlem av det franske vitenskapsakademiet. I 1935 mottok han Leeuwenhoek-medaljen, en anerkjennelse gitt av Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences. Han ble invitert av Louis Pasteur selv til å være sjef for mikrobiologi ved Pasteur Institute.

Hva er Winogradsky-spalten?

Denne enheten er ikke annet enn en glass- eller plastsylinder som inneholder forskjellige materialer. Sylinderen er fylt til en tredjedel av sin kapasitet med slam eller gjørme rik på organisk materiale.

Deretter tilsettes cellulose og alt annet organisk materiale, som vil tjene som en kilde til organisk karbon. Som en kilde til svovel tilsettes kalsiumsulfat og kalsiumkarbonat tilsettes for å opprettholde pH-balansen. Søylen er ferdig med vann fra en elv, innsjø, brønn osv.

Enheten må deretter modnes eller inkuberes i sollys eller kunstig lys i noen uker til noen måneder. Etter den tid stabiliserer ryggraden og det defineres veldefinerte mikrohabitater. I hver mikrohabitat vil spesifikke mikroorganismer utvikle seg i henhold til deres spesielle krav.

Hva skjer i ryggraden?

De første mikroorganismene som koloniserer kolonnen vil begynne å bruke elementene i kolonnen og frigjøre gasser og andre stoffer som vil hemme eller favorisere utviklingen av andre arter.

Når tiden går vil aktiviteten til mikroorganismer og abiotiske prosesser gi kjemiske og miljømessige gradienter langs kolonnen. Takket være dette vil forskjellige nisjer bli generert for mikrobiell vekst.

Ved å la denne kolonnen modnes eller ruges under sollys eller kunstig lys i uker eller måneder, dannes gradienter av oksygen og sulfider.

Dette gjør det mulig å utvikle et strukturert mikrobielt økosystem med et stort utvalg av mikrohabitater. På denne måten foregår alle prosessene som tillater vedlikehold av næringssykluser i kolonnen.

Det øvre området av kolonnen, i kontakt med luft, vil være det rikeste med oksygen, som sakte vil diffundere nedover.

Parallelt vil produktene som genereres i den nedre delen av kolonnen, et produkt av nedbrytningen av cellulose og hydrogensulfid, diffundere vertikalt oppover.

Sonering av Winogradsky-spalten

Anaerob sone

Generering og diffusjon av mikrobielle metabolitter, på grunn av de forskjellige kjemiske gradientene, har sin opprinnelse i en fordeling av grupper av organismer i henhold til deres behov.

Denne distribusjonen er lik den som er etablert i naturen. På denne måten simulerer Winogradsky-kolonnen den vertikale mikrobielle fordelingen som finnes i blant annet innsjøer, laguner.

Den nedre delen av kolonnen er fullstendig oksygenfri og er i stedet rik på hydrogensulfid. I dette området nedbryter anaerobe bakterier som Clostridium cellulose. Produkt av denne nedbrytningen organiske syrer, alkoholer og hydrogen oppnås.

Metabolittene produsert av Clostridium tjener som et underlag for sulfatreduserende arter, f.eks. Desulfovibrio. Disse bruker på sin side sulfater eller andre former for delvis oksidert svovel.

Som sluttprodukt frigjør de hydrogensulfid og er ansvarlige for de høye konsentrasjonene av denne gassen ved bunnen av kolonnen.

Tilstedeværelsen av sulfatreduserende bakterier på kolonnen er vist som mørke områder ved bunnen av kolonnen. Over basalbåndet dukker det opp to grunne bånd, med arter som bruker hydrogensulfid produsert i nedre bånd. Disse to bandene er dominert av anaerobe fotosyntetiske bakterier.

Det mest basale av disse båndene inneholder de grønne svovelbakteriene (Chlorobium). Det neste båndet er dominert av de lilla svovelbakteriene til slekten Chromatium. I nærheten av disse båndene vises bakterier som reduserer jern, for eksempel Gallionella, Bacillus eller Pseudomonas.

Svovelgrønne bakterier (Chlorobiaceae) i bunnen av en Winogradsky-kolonne. Fotografi fra: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Tatt og redigert fra: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Aerob sone

Litt lenger opp i kolonnen begynner oksygen å vises, men i veldig lave konsentrasjoner. Dette området kalles mikroaerofil.

Her drar bakterier som Rhodospirillum og Rhodopseudomonas fordel av det knappe tilgjengelige oksygenet. Hydrogensulfid hemmer veksten av disse mikroaerofile bakteriene.

Den aerobe sonen er delt i to lag:

• Den mest basale av dem, representert av grus-vann-grensesnittet.
• Det ytterste området består av vannsøylen.

Bakterier av slekter som Beggiatoa og Thiothrix utvikler seg ved slam-vann-grensesnittet. Disse bakteriene kan oksidere svovelet som kommer fra de nedre lag.

Vannsøylen er på sin side kolonisert av et stort mangfold av organismer, inkludert cyanobakterier, sopp og kiselalger.

applikasjoner

-Winogradskys spalte har forskjellige bruksområder, blant de hyppigste er:

-Undersøk mikrobielt metabolskt mangfold.

-Studierte økologiske suksesser.

-Anriking eller isolering av nye bakterier.

-Bioremediation-tester.

-Generering av biohydrogen.

-Studier påvirkningene fra miljøfaktorer på mikrobiell samfunnsstruktur og dynamikk og tilhørende bakteriofager.

referanser

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradsky-spalten & biofilmene: modeller for undervisning i næringssykling og suksess i et økosystem. Den amerikanske biologiologilæreren.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Midlertidig og romlig fordeling av det mikrobielle fellesskapet i Winogradsky-søylene. PLOS ETT.
3. JP López (2008). Winogradsky-søylen. Et eksempel på grunnleggende mikrobiologi i et videregående laboratorium. Eureka Magazine on Science Teaching and Dissemination.
4. Sergei Winogradsky. På Wikipedia. Gjenopprettet fra en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Tekstilfargestoff behandlet fotoelektrolytisk og overvåket av Winogradsky kolonner. Miljøingeniørvitenskap.
6. Winogradsky-spalten. På Wikipedia. Gjenopprettet fra en.wikipedia.org.