מֵידָע

טור וינוגרדסקי ומימן גופרתי

טור וינוגרדסקי ומימן גופרתי


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

לניסוי מדעי לבית הספר, הקמתי 15 עמודים של וינוגרדסקי, ואבחן את הגידול החיידקים בתוך העמודים במשך 25 ימים.

קראתי שבגלל גז המיוצר מהחיידקים, טוב להשאיר את המכסה סגור באופן רופף כדי למנוע פיצוץ מהצטברות גז. עם זאת, קראתי גם שחיידקים מפחיתי סולפט שגדלים בעמוד יכולים לייצר גז מימן גופרתי רעיל. האם המימן הגופרתי לא יברח גם בכמויות קטנות ויהווה סיכון בריאותי? מה יהיה הפרוטוקול הנכון לבצע כאן?


מימן גופרתי יכול להיות רעיל בריכוזים גבוהים, עם זאת, הכמות שהעמודים שלך יפיקו היא כנראה נמוכה מאוד, וכמעט בוודאי תתדרדר/תחמצן למשהו בטוח יותר לפני שהוא יפגע במישהו (שאינו אורגניזם קטן בטור!) . הוא יריח בצורה ניכרת ברמות הרבה מתחת למסוכן. אז אולי פשוט וודא שהעמודים נמצאים בחלל מאוורר.

זכרו, מה שקורה בעמוד הוא בעצם רק חומר אורגני נרקב, כמו השארת חבורה של פסולת מזון בסביבה דחוסה מאוד ואטומה. זה סוג של גס ביסודו, אבל זה לא יותר מסוכן לבריאות שלך מאשר לשכוח להוציא את האשפה למשך חודש (למעשה, זה כנראה הרבה פחות מסוכן מזה!).

לדוגמה, מדריך זה אומר את הדברים הבאים (לאחר בניית עמודות עם תשומות שונות כגון ביצים למשל):

אולי ראית במים תולעים, חלזונות, שרימפס או אורגניזמים קטנים אחרים, אבל כנראה שלא הרבה (אם בכלל) בבקבוק עם החלמון, כי מימן גופרתי רעיל לרוב האורגניזמים!

לכן, בהתאם למה שאתה מכניס לשם, סביר להניח שמדיום יצרני מסוג H2S מאוד יצור מספיק H2S כדי להרוג בעלי חיים זעירים שנלכדים בתוך הטור. אבל כנראה שזה לא מספיק כדי לפגוע בבעלי חיים גדולים כמוך, כל עוד אתה לא דוחף את הטור.


טור וינוגרדסקי

טור וינוגרדסקי הוא מכשיר פשוט לגידול מגוון גדול של מיקרואורגניזמים. המכשיר הומצא בשנות ה -80 של המאה ה -19 על ידי סרגיי וינוגרדסקי, והוא עמוד של בוץ של בריכה ומים מעורבבים עם מקור פחמן כגון עיתון (המכיל תאית), מרשמלו מושחר או קליפות ביצה (המכילות סידן פחמתי), ומקור גופרית כגון גבס. (סידן סולפט) או חלמון ביצה.

דגירה של העמוד באור השמש במשך חודשים מביאה ל- שיפוע אירובי/אנאירובי וכן א שיפוע גופרתי. שני שיפועים אלה מקדמים את צמיחתם של מיקרואורגניזמים שונים כגון Clostridium, Desulfovibrio, Chlorobium, Chromatium, Rhodomicrobium, ו Beggiato, כמו גם מינים רבים אחרים של חיידקים, ציאנובקטריה ואצות.

הטור מספק שיפועים רבים, בהתאם לחומרים מזינים תוספים, שממנו יכולים לצמוח מגוון האורגניזמים הנ"ל. שלב המים האירוביים ושלב הבוץ האנאירובי או הקרקע הם הבחנה כזו.

  • בגלל המסיסות הנמוכה של החמצן במים, המים הופכים במהירות לאנוקסית (דלדול מוחלט של רמת החמצן) לעבר ממשק הבוץ והמים.
  • פוטוטרופים אנאירוביים עדיין קיימים במידה רבה בשלב הבוץ, ועדיין קיימת יכולת ליצירת ביופילמים והרחבת המושבה.
  • אצות ופוטוטרופים אירוביים אחרים נמצאים לאורך החצי העליון של העמודים ומשטח ומים. גידול ירוק מיוחס לעתים קרובות לאורגניזמים אלה.

איך יוצרים טור של וינוגרדסקי?

מקור כאן.

העמוד הוא תערובת גסה של מרכיבים ומדידות מדויקות אינן קריטיות.

  • צינור זכוכית או פלסטיק גבוה (אורך 30 ס"מ, רוחב של 5 ס"מ) מלא בשליש בבוץ של בריכה, תוך השמטת מקלות, פסולת ובועות אוויר.
  • תוספת של -0.25% w/w סידן פחמתי ו- -0.50% w/w סידן סולפט או נתרן סולפט נדרשת (קליפת ביצה טחונה וחלמון ביצה בהתאמה עשירים במינרלים אלה), מעורבבים עם עיתון או חציר מגורדים (לתאית) .
  • שכבה אנאירובית נוספת, הפעם של בוץ ללא תוספת, מביאה את המיכל לשני שלישים מלאים.
  • לאחר מכן מגיעים מים מהבריכה כדי להרוות את הבוץ ולתפוס חצי מהנפח הנותר.
  • העמוד אטום היטב למניעת אידוי מים ומודגרת במשך מספר חודשים באור טבעי חזק.

מושבות ראו בטור וינוגרדסקי

לאחר שהעמוד אטום היטב,

  • החיידקים האנאירוביים יתפתחו תחילה, כולל קלוסטרידיום spp. חיידקים אנאירוביים אלה יצרכו תאית כמקור אנרגיה. ברגע שזה מתחיל הם יוצרים CO2 שמשמש חיידקים אחרים וכך המחזור מתחיל.
  • בסופו של דבר, יופיעו בעמודה שכבות צבע של חיידקים שונים.
  • בתחתית העמוד יהיו חיידקים אנאירוביים גופרית פוטוסינתטית גופרית.
  • השכבה שלמעלה תהיה סגולה שהיא חיידק אנאירובי גופרית.
  • אחריו עמוד נוסף של חיידקים אנאירוביים שאינם גופרית סגולים.
  • ובחלק העליון תהיה שכבה של ציאנובקטריה שהיא חיידק מחמצן גופרית. השכבה העליונה הזו של חיידקים אירוביים מייצרת CO2, שנכנסת חזרה אל העמוד ויוצרת תגובה נוספת.

מגבלות הטור של וינוגרדסקי

בעוד שעמודת וינוגרדסקי היא כלי מצוין לראות קהילות שלמות של חיידקים, היא אינה מאפשרת לראות את הצפיפות או מושבות חיידקים בודדות. זה גם לוקח הרבה זמן כדי להשלים את המחזור שלו. עם זאת, אין להתעלם מחשיבותו במיקרוביולוגיה סביבתית והוא עדיין כלי מצוין לקביעת קהילות החיידקים העיקריות בדגימה.

איזו ביומולקולה תורמים העיתון, קליפות הביצים והגבס לטור וינוגרדסקי?

  • עיתונות: מקור הפחמן (תאית).
  • קליפת ביצה: מקור לסידן פחמתי
  • גבס: מקור הגופרית (סידן גופרתי)

חשיבות טור וינוגרדסקי

אפשר לגלות כמה דברים מעניינים בטורים.

  • עמודי וינוגרדסקי הם מודלים של מערכות אקולוגיות מיקרוביאליות.
  • החיידקים יוצרים שני שיפועים, האחד של חמצן, והשני של מימן גופרתי. החמצן הוא הגבוה ביותר בחלקו העליון והנמוך ביותר בתחתית, גז המימן הגופרתי הוא הגבוה ביותר בתחתית והנמוך ביותר בחלקו העליון.
  • כאשר גדלים באור, לחיידקים שונים יש פיגמנטים שונים הגדלים בשכבות רבות ושונות, ומעניקים לשכבות השונות צבעים שונים.

(i) חיידקים ואצות פוטוסינתטיים ירוקים נמצאים למעלה,

(ii) מפרקים עליונים (באמצעות נשימה אירובית) עוקבים,

(iii) בדרך כלל יש שכבה של בוץ בצבע אדום וגם חלודה, כולל חיידקים פוטוסינתטיים שאינם מייצרים חמצן. (למעט בחלק העליון, החיידקים הפוטוסינתטיים נמצאים רק מתחת לזכוכית או הפלסטיק, לא עמוק בתוך הבוץ).

(iv) מפרקים תחתונים (באמצעות נשימה אנאירובית) וחיידקים כימוסינתטיים המשתמשים בגופרית נמצאים בשכבות הנמוכות ביותר.

(ט) גם מספר מיני החיידקים במערכת האקולוגית מצטמצם, ישנם בעיקר מפרקים עליונים המשתמשים בנשימה אירובית ומפרקים תחתונים בנשימה אנאירובית, ואורגניזמים כימוסינתטיים תחתונים המשתמשים בגופרית.


טור וינוגרדסקי

"בריכה" בסביבה מבוקרת המכילה מגוון פרוקריוטים
הטור יאפשר לתלמידים ללמוד חלק
של האורגניזמים הרבים שעשויים להתקבל מדגימה של טבע
משקעי בריכה ומים (או סביבת מים מלוחים או בלישים).

החל מדגימת אדמה ומים מהסביבה, אתה אמור להיות מסוגל לרכוש א

מבחר גדול של פרוקריוטים שיפרחו במגוון רחב של
סביבות שניתן לספק על ידי הצבת העמוד במגוון
סביבות חיצוניות. פנימית, אם העמודה מוגדרת
נכון, אתה אמור לקבל שכבה אירובית בבוץ בתחתית, אם כן
אזור מיקרו-אירופילי, אזור אירובי במים, ושכבה של
אוויר פני השטח בחלק העליון. ריכוז החמצן יהיה
ירידה כאשר אתה יורד בעמודה וריכוז המימן הגופרתי ירד
ירידה ככל שאתה עולה בעמודה. אם הגזים נשמרים בתוך
מיכל, מימן גופרתי צריך להישאר בשכבת הגז ולא
בריחה.

חמצן יוחלף עם שכבת הגז העליונה ב
העמוד, ויתקבל מהסביבה החיצונית אם המכסה הוא
הוסר (או אם העמוד אינו אטום לאוויר!). גזים אחרים כגון
CO2, מתאן ומימן גופרתי יעלו גם לשכבת האוויר העליונה,
עם פוטנציאל להיות ממוחזר חזרה לתוך הנוזל/מוצק
חלקים של העמודה אם יש חיידקים שיכולים לנצל אותם
תרכובות.

אדמת עציצים מתוצרת עשויה לספק כמה פרוקריוטים אבל כנראה לא את המגוון שיכול
להתקבל מהטבע. כמה תערובות אדמה מרעהות כמעט
כולם אינם מכילים שום "אדמה" כלל פרט למוצרים אחרים של
פירוק (קליפת עץ שפורסמה, פסולת של בעלי חיים מאופקים).
תהליך הקומפוסט מייצר חימום משמעותי.
למרות שהחום שלו אינו מספיק כדי לעקר את אדמת העציצים,
זה בדרך כלל מספיק חום כדי להפחית ברצינות את המספרים והמגוון
של מיקרואורגניזמים קיימים. אם הניסוי בוצע
עם אדמת עציץ, העמוד יכיל מיקרואורגניזמים אבל היה
כנראה שייקח יותר זמן להראות שכבות מובחנות. אדמת עציצים
סביר להניח שלא יכילו סוגים רבים אחרים של חיידקים כמו טבעיים
אדמה, אבל סביר להניח שיסתיים בעמודה מספיק כדי להתחיל את
שכבה אנרובית.

מקור כלשהו של פחמן מתווסף לאדמה כדי לספק מזון עבור
חיידקים, למרות שמקור האדמה שלי בהחלט היה כבר פחמן
נוסף בצורת עלים שלא הוסרו לגמרי.
בהתחשב בכך שניתן ליצור קומפוסט משביע רצון החל רק מעיתון מגורר, מים, קצת אדמה למקור חיידקי, חום והרבה זמן תוסף תאית גבוה כמו עיתון או נסורת אמור לעבוד כמקור מזון אם אתה סבלני.


רוב מקורות הפחמן האחרים מכילים חומרים מלבד פחמן שיש להם פוטנציאל להאכיל חיידקים שמעדיפים חלק מהחומרים הללו כגון סוכרים, עמילנים וחלבונים. היתרון של תוסף תאים גבוה הוא שהוא מכיל הרבה פחמן, אם כי בצורה לעיכול לאט.

סביבה חיצונית יכולה לספק אור שמש או לא, שינויים בטווח הטווח, ובתיאוריה מופחתת חמצן למרות שרוב המצבים הלא מעבדים יתקשו לספק את הסביבה האחרונה.

    איזשהו משקעים ומים מאותה סביבה. בוץ חורף זה בסדר.


יום שני, 16 בפברואר, 2009

טור וינוגרסקי

עמודי וינוגרדסקי הם פרויקט אקולוגיה/מיקרוביולוגיה קלאסי. הרעיון הוא ליצור מודל

"בריכה" בסביבה מבוקרת המכילה מגוון פרוקריוטים
הטור יאפשר לתלמידים ללמוד חלק
של האורגניזמים הרבים שאפשר להשיג ממדגם של טבע
משקעי בריכה ומים (או סביבת מלח או מי מלח).

החל מדגימת אדמה ומים מהסביבה, אתה אמור להיות מסוגל לרכוש א

מבחר גדול של פרוקריוטים אשר יפרח במגוון הרחב של
סביבות שניתן לספק על ידי הצבת העמודה במגוון סוגים
סביבות חיצוניות. פנימית, אם העמודה מוגדרת
אז אתה צריך לקבל שכבה אנאנרובית בבוץ שבתחתית
אזור מיקרואירופילי, אזור אירובי במים, ושכבה של
אוויר פני השטח בחלק העליון. ריכוז החמצן יהיה
ירידה כאשר אתה יורד בעמודה וריכוז המימן הגופרתי ירד
ירידה ככל שאתה עולה בעמודה. אם גזים נשמרים בתוך
מיכל, הגופרית של הידרגן צריכה להישאר בשכבת הגז ולא
בריחה.

חמצן יוחלף עם שכבת הגז העליונה ב
העמוד, ויתקבל מהסביבה החיצונית אם המכסה הוא
הוסר (או אם העמוד אינו אטום לאוויר!). גזים אחרים כגון
CO2, מתאן ומימן גופרתי יעלו גם לשכבת האוויר העליונה,
עם פוטנציאל להיות ממוחזר חזרה לתוך הנוזל/מוצק
חלקים של העמוד אם יש חיידקים שיכולים לנצל אותם
תרכובות.

אדמת עציצים מתוצרת עשויה לספק כמה פרוקריוטים אבל כנראה לא את המגוון שיכול
להתקבל מהטבע. כמה תערובות אדמה מרעהות כמעט
כולם אינם מכילים שום "אדמה" כלל פרט למוצרים אחרים של
פירוק (קליפת עץ שפורסמה, פסולת של בעלי חיים מאופקים).
תהליך הקומפוסט מייצר חימום משמעותי.
למרות שהחום שלו לא מספיק כדי לעקר את אדמת העציצים,
בדרך כלל זה מספיק חום כדי להפחית ברצינות את המספרים והמגוון
של מיקרואורגניזמים קיימים. אם הניסוי בוצע
עם אדמת עציץ, העמוד יכיל מיקרואורגניזמים אבל היה
כנראה ייקח יותר זמן להציג שכבות ברורות. אדמת עציצים
סביר להניח שלא יכילו סוגים רבים אחרים של חיידקים כמו טבעיים
אדמה, אבל סביר להניח שיסתיים בעמודה מספיק כדי להתחיל את
שכבה אנרובית.

מקור פחמן כלשהו מתווסף לאדמה כדי לספק מזון ל
חיידקים, אם כי למקור האדמה שלי בהחלט היה כבר פחמן
נוסף בצורת עלים שלא הוסרו לחלוטין.
בהתחשב בכך שניתן ליצור קומפוסט משביע רצון החל רק מעיתון מגורר, מים, קצת אדמה למקור חיידקי, חום והרבה זמן תוסף תאית גבוה כמו עיתון או נסורת אמור לעבוד כמקור מזון אם אתה סבלני.


רוב מקורות הפחמן האחרים מכילים חומרים מלבד פחמן שיש להם פוטנציאל להאכיל חיידקים שמעדיפים חלק מהחומרים הללו כגון סוכרים, עמילנים וחלבונים. היתרון של תוסף צלולוז גבוה הוא שהוא מכיל הרבה פחמן, אם כי בצורה מתעכלת לאט.

סביבה חיצונית יכולה לספק אור שמש או לא, שינויים בטווח הטווח, ובתיאוריה מופחתת חמצן למרות שרוב המצבים הלא מעבדים יתקשו לספק את הסביבה האחרונה.

    סוג של משקעים ומים מאותה סביבה. בוץ חורפי זה בסדר.


סרגיי ניקולייביץ' וינוגרדסקי

העורכים שלנו יסקרו את מה ששלחת ויקבעו אם לשנות את המאמר.

סרגיי ניקולאביץ 'ווינוגרדסקי, כתב וינוגרדסקי גם כן וינוגרדסקי, (נולד ב -1 בספטמבר 1856, קייב, האימפריה הרוסית [כיום באוקראינה]-מת ב -25 בפברואר 1953, ברי-קום-רוברט, צרפת), מיקרוביולוג רוסי שתגליותיו נוגעות לפיזיולוגיה של תהליכי ניטריפיקציה וקיבוע חנקן. על ידי חיידקי קרקע סייעו לבסס בקטריולוגיה כמדע ביולוגי מרכזי.

לאחר לימודי מדעי הטבע באוניברסיטת סנט פטרבורג בשנת 1881, נסע וינוגרדסקי (1885) לשטראסבורג, גר. בשנת 1887 הוא ביסס את הפיזיולוגיה הספציפית של חיידקי גופרית, והוכיח שצורתם חסרת הצבע של חיידקים אלה יכולה להשיג אנרגיה על ידי חמצון מימן גופרתי לגופרית ולאחר מכן לחומצה גופרתית בהיעדר אור.

בשנת 1888 הלך וינוגרדסקי לאוניברסיטת ציריך, שם גילה (1889–90) את הגורמים המיקרוביאליים האחראים על ניטריפיקציה (חמצון מלחי אמוניום לניטריטים וניטריטים לניטרטים). הוא הקים שני סוגים חדשים -Nitrosomonas (יוצרי ניטריט) ו ניטרוסוקוקוס ([ניטרובקטר] יוצרי חנקות) - לשני הסוגים החדשים של מיקרואורגניזמים הנוגעים בתהליך. הוא חזר לסנט פטרסבורג ועבד במכון הקיסרי לרפואה ניסויית עד לפרישתו הראשונה בשנת 1905. נאלץ לצאת מרוסיה על ידי מהפכת אוקטובר של 1917, הוא חידש את הקריירה שלו בשנת 1922 במכון פסטר בפריז, שם שהה עד הוא פרש שוב בשנת 1940.


וינוגרדסקי נולד בקייב (אז באימפריה הרוסית). בשלב מוקדם זה של חייו, ווינוגרדסקי "היה מסור בהחלט לאמונה האורתודוכסית", אם כי מאוחר יותר הפך ללא דתי.

הוא נכנס לקונסרבטוריון האימפריאלי למוזיקה בסנט פטרסבורג בשנת 1875 כדי ללמוד פסנתר. עם זאת, לאחר שנתיים של הכשרה מוזיקלית, הוא נכנס לאוניברסיטת סנט פטרסבורג בשנת 1877 כדי ללמוד כימיה אצל ניקולאי מנשצ'וטקין ובוטניקה אצל אנדריי סרגייביץ' פמינצין.

הוא קיבל תעודה בשנת 1881 ושהה באוניברסיטת סנט פטרסבורג לתואר שני במדעים בבוטניקה בשנת 1884. בשנת 1885, הוא החל לעבוד באוניברסיטת שטרסבורג תחת הבוטנאי הנודע אנטון דה בארי וינוגרדסקי התפרסם בזכות עבודתו על חיידקי גופרית.

בשנת 1888, עבר להתגורר בציריך, שם החל לחקור את תהליך הניטריפיקציה וזיהה את הסוגים. Nitrosomonas ו ניטרוסוקוקוס, אשר מחמצן אמוניום לניטריט, ו ניטרובקטר, אשר מחמצן ניטריט לחנקתי.

הוא חזר לסנט פטרבורג לתקופה 1891-1905, ועמד בראש חטיבת המיקרוביולוגיה הכללית של המכון לרפואה ניסויית בתקופה זו, הוא זיהה את האנאירוב החובה. Clostridium pasteurianum, המסוגל לקבע חנקן אטמוספרי.

ב-1901 נבחר לחבר כבוד באגודת חוקרי הטבע במוסקבה וב-1902 כחבר מקביל באקדמיה הצרפתית למדעים.

הוא פרש מעבודה מדעית פעילה בשנת 1905, וחילק את זמנו בין אחוזתו הפרטית לשווייץ. בשנת 1922, הוא נענה להזמנה לעמוד בראש החטיבה של בקטריולוגיה חקלאית במכון פסטר בתחנת ניסוי בברי-קומט-רוברט, צרפת, כ-30  ק"מ מפריז. במהלך תקופה זו עסק במספר נושאים, ביניהם חיידקי ברזל, חיידקים מחנקים, קיבוע חנקן על ידי אזוטובקטר, חיידקים מתפרקים תאית ושיטות תרבית למיקרואורגניזמים בקרקע. וינוגרדסקי פרש מהחיים הפעילים ב-1940 ומת ב-Brie-Comte-Robert ב-1953.


תַקצִיר

זיהום פלסטיק בתרחיש הנוכחי דורש תהליך טיפול בר קיימא וידידותי לסביבה. פלסטיק חד פעמי צובר יותר מפסולת פלסטיק הניתנת למחזור. פוליאתילן בעל צפיפות נמוכה (LDPE) הוא אחד ממשפחת הפלסטיק בעל מאפיינים אינרטיים. השיטה המסורתית, כמו הטמנה, מפתחת מיקרואורגניזמים עמידים לזיהום. הוא מעורב בניצול החיידקים המקומיים במלואם. נעשה שימוש באדמת אתר Kodungaiyur, חקלאות ומחסן Otteri, מה שהביא לכמעט 22.97 ± 2.7115%, 15.91667 ± 2.73775%ו- 10.74 ± 0.502925%מההשפלה של LDPE תוך 30 ימים ללא תוספי מזון. העשרת העמוד על ידי חומרים מזינים אורגניים הגבירה את הפירוק של LDPE. העשרת העמודה אושרה על ידי החיידקים המחמצנים גופרית (SOB) Escherichia coli ו- Pseudomonas stutzeri, אשר ייצר 195 מ"ג/מ"ל של יוני סולפט. ה-FTIR של פירוק LDPE הראה את החמצן של הפולימר, בעוד שהתמונות המיקרוסקופיות של האלקטרונים חשפו סדקים. בנוסף, נעשה ניסיון להתאים את נתוני סדרות הזמן הניסיוניים למודלים מתמטיים מתאימים כדי להסתכל על חיזוי וחיזוי יסודי. שלושה מודלים מתמטיים, כלומר מודל הממוצעים הנעים המותאמים אישית (CMAM), מודל רגרסיה לינארית פשוטה (SLRM) ומודל רגרסיה לינארית שונה (MLRM) עם השהיה, הצליחו לייצג את נתוני הניסוי האמיתיים באופן משלים.


5. מסקנה

מחקר זה מגלה כי שני גורמי שינוי סביבתיים (קרי, טמפרטורה וזמינות מזינים) גרמו לשינוי גדול ולא תוסף בהרכב קהילות החיידקים הימיים והתנאים האביוטיים של המערכת האקולוגית. היתרונות של מערכת זו כוללים הקבלה ושכפול גבוהים, דגימה קלה ולא הרסנית, הרבגוניות של תנאים הניתנים לבדיקה ומניפולציות, והם בעלי עניין נוסף מלבד מחקרי מערכות אקולוגיות באתר. אנו מאמינים שהתובנות הללו הן רק קצה הקרחון של מה שניתן ללמוד ממודל כזה של מיקרו-מערכות אקולוגיות עם שיפועים סביבתיים מרחביים חזקים ואפילו מרובעים. אפילו במחקר המתואר, יכולנו לכלול אלמנטים רבים נוספים, כמו אפיון התנאים באתר הדגימה, מדידות של הרכב תרכובות אורגניות בעמודת המים ובקרה ללא תאית. מחקר נוסף עם מערכת ניסויית חדשה זו יכול לקחת דרכים רבות, כולל חקר היציבות של הקהילות להפרעות לחץ ודופק, וכיצד יציבות זו עשויה להיות תלויה בהיבטים של הרכב הקהילה, כגון הרכב תפקודי וגיוון תוך-ספציפי, היקף ומשמעות האבולוציה. תהליכים כמו מוטציה וברירה לתיווך השפעות של שינוי סביבתי ותצפית על הרכב הקהילה באמצעות שיטות מטאנומיות, כדי ללכוד לא רק את המרכיב החיידקי של המיקרו-מערכות האקולוגיות, אלא גם לחקור את המשמעות התפקודית של תושבים סבירים אחרים, כגון וירוסים. לבסוף, אפשר היה לחקור מדוע מערכות מיקרו-אקולוגיות אלה לא הפכו להיות חמצניות לחלוטין או לגמרי חמצניות, ומדוע לא היו עדויות מועטות לתגובות הבלתי פוסקות לשינוי סביבתי הצפויות למערכות עם פידבקים חיוביים חזקים, כמו זו.


חיידקים פוטטרופיים

החיידקים הפוטטרופיים הם קטגוריה גדולה ומגוונת של חיידקים שאינם מייצגים טקסון אלא, קבוצה של חיידקים המשתמשים באור השמש כמקור האנרגיה העיקרי שלהם. קבוצה זו מכילה הן פרוטובקטריה והן אי -פרוטובקטריה. הם משתמשים באנרגיה סולארית כדי לסנתז ATP באמצעות פוטוסינתזה. כשהם מייצרים חמצן הם מבצעים פוטוסינתזה חמצנית. כאשר הם אינם מייצרים חמצן, הם מבצעים פוטוסינתזה אנוקסיגנית. למעט כמה ציאנובקטריות, רוב החיידקים הפוטוטרופיים מבצעים פוטוסינתזה אנוקסיגנית.

קבוצה אחת גדולה של חיידקים פוטוטרופיים כוללת את החיידקים הסגולים או הירוקים המבצעים פוטוסינתזה בעזרת בקטריוכלורופילים, שהם פיגמנטים ירוקים, סגולים או כחולים הדומים לכלורופיל בצמחים. לחלק מהחיידקים הללו יש כמות משתנה של פיגמנטים אדומים או כתומים הנקראים קרוטנואידים. צבעם משתנה כתום לאדום לסגול לירוק (איור ( PageIndex <2> )), והם מסוגלים לספוג אור באורכי גל שונים. כמה חיידקי גופרית ירוקה מסוגלים לבצע פוטוסינתזה בקרקעית האוקיינוס ​​באמצעות אורכי גל האור הנפלטים מסלעים מחוממים גיאותרמית סביב פתחי אוורור הידרותרמיים! 1 באופן מסורתי, חיידקים פוטוסינתטיים מסווגים לחיידקי גופרית וחוסר גופרית הם מובחנים יותר על ידי צבע (למשל חיידקי גופרית סגולים).

איור ( PageIndex <2> ): חיידקי הגופרית הסגולים והירוקים המוצגים בעמודה זו של וינוגרדסקי משתמשים בקטריו -כלורופילים לביצוע פוטוסינתזה.

חיידקי הגופרית מבצעים פוטוסינתזה אנוקסיגנית, באמצעות סולפיטים כתורמים אלקטרונים ומשחררים גופרית יסודית חופשית. חיידקים שאינם גופרית משתמשים במצעים אורגניים, כגון סוקסינאט ומלאט, כתורמים של אלקטרונים.

חיידקי הגופרית הסגולים מחמצנים מימן גופרתי לגופרית יסודית ולחומצה גופרית ומקבלים את צבעם הסגול מהפיגמנטים חיידק -כלורופיל וקרוטנואידים. חיידקים מהסוג כרומטיום הם גופרית סגול Gammaproteobacteria. מיקרואורגניזמים אלה הם אנאירובים קפדניים וחיים במים. הם משתמשים בפחמן דו חמצני כמקור הפחמן היחיד שלהם, אך הישרדותם וצמיחתם אפשריים רק בנוכחות סולפיטים, בהם הם משתמשים כתורמי אלקטרונים. כרומטיום שימש כמודל ללימוד פוטוסינתזה חיידקית מאז שנות החמישים.

חיידקי הגופרית הירוקה משתמשים בגופרית לחמצון ומייצרים כמויות גדולות של בקטריוקלורופיל ירוק. הסוג כלורוביום הוא חיידק גופרית ירוקה המעורב בשינויי האקלים מכיוון שהוא מייצר מתאן, גז חממה. חיידקים אלה משתמשים לפחות בארבעה סוגים של כלורופיל לצורך פוטוסינתזה. הנפוץ שבהם, בקטריוכלורופיל, מאוחסן באברונים דמויי שלפוחית ​​מיוחדים הנקראים כלורוזומים.

חיידקים סגולים שאינם גופרית דומים לחיידקי גופרית סגולים, אלא שהם משתמשים במימן ולא במימן גופרתי לצורך חמצון. בין החיידקים הלא גופריתיים הסגולים נמצא הסוג Rhodospirillum. מיקרואורגניזמים אלו הם אנאירובים פקולטטיביים, שהם למעשה ורודים ולא סגולים, ויכולים לבצע חילוף חומרים (&ldquofix&rdquo) חנקן. הם עשויים להיות בעלי ערך בתחום הביוטכנולוגיה בגלל יכולתם הפוטנציאלית לייצר פלסטיק ביולוגי ודלק מימן.

החיידקים הלא גופריתיים הירוקים דומים לחיידקי הגופרית הירוקים אך הם משתמשים במצעים אחרים מלבד גופרית לצורך חמצון. כלורופלקסוס הוא דוגמה לחיידק לא גופרית ירוק. לרוב הוא בעל צבע כתום כשהוא גדל בחושך, אך הוא הופך לירוק כאשר הוא גדל באור השמש. הוא מאחסן בקטריוכורופיל בכלורוזומים, בדומה ל כלורוביום, ומבצע פוטוסינתזה אנאוקסגנינית, באמצעות סולפיטים אורגניים (ריכוזים נמוכים) או מימן מולקולרי כתורמי אלקטרונים, כך שהוא יכול לשרוד בחושך אם חמצן זמין. כלורופלקסוס אין לו flagella אבל יכול לגלוש, כמו ציטופאגה. הוא גדל בטווח רחב של טמפרטורות, מ-35 &°C עד 70 &°C, ולכן יכול להיות תרמופילי.

קבוצה גדולה ומגוונת נוספת של חיידקים פוטוטרופיים מרכיבים את ה Cyanobacteria הקנה שהם מקבלים את צבעם הכחול-ירוק מהכלורופיל שבתאיהם (איור ( PageIndex <3> )). מינים מקבוצה זו מבצעים פוטוסינתזה חמצנית, ומייצרים מגה-טון של חמצן גזי. מדענים משערים שלציאנובקטריה היה תפקיד קריטי בשינוי האטמוספירה האנוקסית של הפלנטה שלנו לפני 1 ו-2 מיליארד שנים לסביבה העשירה בחמצן שיש לנו היום. קבוצה זו נדונה עוד ב 3.1.3.1.

איור (PageIndex<3>): (א) Microcystis aeruginosa הוא סוג של ציאנובקטריה הנפוצה בסביבות מים מתוקים. (ב) בטמפרטורות חמות, מ 'aeruginosa וציאנובקטריות אחרות יכולות להתרבות במהירות ולייצר רעלנים עצביים, וכתוצאה מכך פריחה מזיקה לדגים ולבעלי חיים אחרים במים. (קרדיט א: שינוי עבודות על ידי ד"ר בארי ה. רוזן/ארה"ב. המחקר הגיאולוגי ב ': שינוי עבודות על ידי NOAA)

טבלה ( PageIndex <2> ) מסכמת את המאפיינים של כמה קבוצות חשובות של חיידקים פוטוטרופיים.

טבלה (PageIndex<2>): מאפיינים של חיידקים פוטוטרופיים.
מַעֲרָכָה מעמד סוג או מינים לדוגמה שם נפוץ חמצן או אנוקסגני הפקדת גופרית
ציאנובקטריה Cyanophyceae מיקרוציטיסaeruginosa חיידקים כחולים-ירוקים חמצן אף אחד
כלורובי כלורוביה כלורוביום חיידקי גופרית ירוקה חמצן מחוץ לתא
Chloroflexi (חטיבה) כלורופלקסי כלורופלקסוס חיידקים ירוקים שאינם גופרית אנוקסגני אף אחד
פרוטאובקטריה Alphaproteobacteria Rhodospirillum חיידקים לא גופרית סגולים אנוקסגני אף אחד
Betaproteobacteria רודוציקלוס חיידקים לא גופרית סגולים חמצן אף אחד
Gammaproteobacteria כרומטיום חיידקי גופרית סגולים אנוקסגני בתוך התא


דִיוּן

מבנה קהילת טור וינוגרדסקי

אוכלוסיות חיידקים בעמודה וינוגרדסקי יכולות להיות מגוונות במיוחד. בעמודה בודדת נכחו 30 סוגים ו-323 סוגים, ובין כל העמודות זוהו 31 סוגים ו-414 סוגים. באופן דומה נצפתה גיוון גבוה בקבוצות הטקסונומיות במחקרים קודמים על משקעים, כולל למעלה מ -40 פילות שזוהו במחקר על משקעי ביצת מלח, ו -18 פילות שזוהו בבריכת מים מתוקים תת -רעילים [29], [30]. מדד שאנון הצביע גם על קהילה מגוונת במיוחד, שנפלה בין 6 ל -7 עבור SWI ושכבות עמוקות יותר. רמת גיוון זו אינה חסרת תקדים, אך ראויה לציון מחקר קודם על קהילות מיקרוביאליות של משקעי ביצות המלח, הצביע על ערכי מדד שאנון של מעל 7 [31]. יתר על כן, מכיוון שעקומות ההסתרה מגיעות לרמה, מאמץ הרצף שלנו היה מספיק כדי ללכוד ביעילות את מגוון הדגימות אפילו בעומק דגימה נמוך.

התוצאות שלנו מראות שקהילות טור וינוגרדסקי אלה מכילות מעט טקסות בשפע ומספר רב של חיידקים נדירים יותר. רוב הזנים שזוהו בעמודי וינוגרדסקי היו נוכחים בכמות יחסית של פחות מ-1%, בעוד שבין 19 ל-30 סוגים נמצאו בשכיחות יחסית של יותר מ-1%. מדד ברגר-פארקר הראה כי הדומיננטיות הקהילתית הייתה דומה בין כל הדגימות התת-קרקעיות, ועקומות הנדירות של עושר OTU המשיכו לעלות עם רצפים נוספים לכל מדגם (איור 3). תפוצה זו של מעט חיידקים נדירים בשפע ורבים אופיינית לקרקע ולקהילות מיקרוביאליות אחרות שנחקרו באמצעות טכניקות תפוקה גבוהה [32]–[36]. במקרים מסוימים, חיידקים נדירים תופחו או הוכחו כחשובים מבחינה תפקודית במערכת האקולוגית [37], [38]. עם זאת, התפיסה שקהילות מיקרוביאליות מכילות "ביוספרה נדירה" שנויה במחלוקת, שכן מספר מחקרים העלו כי מדידות של הביוספרה הנדירה, ולפיכך הגיוון, מתנפחות על ידי שגיאות רצף [39]–[43]. ואכן, עם עומק הדגימה הגובר ותדירות קבועה של שגיאות רצף, אפשר היה לצפות שהעושר וה- OTU של סינגלטון ימשיכו לגדול ללא הגבלת זמן עקב טעות בלבד. לכן ניתן להסביר את המגוון של OTUs בשפע נמוך מאוד באותה מידה על ידי חיידקים נדירים, חפצי רצף או שילוב של שניהם. ניסינו למזער את ההשפעה של טעויות רצף על הנתונים שלנו על ידי קיבוץ OTUs ב -97% זהות (ולא 100%), וסינון איכות הרצפים שלנו הן באמצעות זיהוי כימרה והן הסרה של רצפים נדירים ביותר. שאר ה- OTUs התרחשו בשתי דגימות לפחות ויוצגו על ידי 50 רצפים לפחות, מה שהופך את הסיכוי שפחות OTU אלה היו תוצר של טעויות רצף בודדות או חפצי רצף.

השפעת משתנים סביבתיים על הקהילה החיידקים של וינוגרדסקי

התוצאות שלנו מצביעות על כך שהרכב הקהילה בעמוד וינוגרדסקי מעוצב על ידי אפקט מייסד ואחריו גיוון בנישות מרובדות. כאשר נאספים משקעים מאתר הבריכה, נלכדת אוכלוסיית מייסדים ונשפכת אל העמוד. המגוון הרב של קהילות הקרקע והמשקעים מבטיח שישנם חיידקים שיכולים לשגשג במגוון הגומחות שמביאות לעמוד, כולל שיפועים של חמצן ומימן גופרתי לאורך עומק העמוד. סביר שהמאפיינים הכימיים והפיזיקליים של המשקעים תורמים גם להקמת נישות אלה. קולוניזציה של המיקרוביום האנושי נתון גם לאפקט מייסד דומה ואחריו גיוון. אופן הלידה (ניתוח נרתיקי לעומת ניתוח קיסרי) משפיע על מבנה האוכלוסייה המייסדת המיישבת את התינוק [44], ועם הזמן מתפתחות קהילות ספציפיות לאתר על העור, המעיים ונישות אחרות בגוף האדם או בגוף האדם [45].

במחקר שלנו, מצאנו עדויות להשפעה המייסדת על קהילות וינוגרדסקי, שכן מקור המשקעים היה מניע חשוב להרכב הקהילה שנוצרה. מדדי גיוון בטא הראו כי ללא קשר לעומק או למקור פחמן אורגני, עמודים העשויים מאותו מקור משקעים היו דומים יותר זה לזה מאשר עמודים העשויים ממקורות משקעים שונים (איורים 3 ו -4). סמנים ביולוגיים של מקור משקעים הצביעו על כך שאותן גומחות בעמודות וינוגרדסקי עשויות להתמלא על ידי חיידקים מרוחקים מבחינה פילוגנטית לפי אפקט מייסד. בסך הכל, היו יותר סמנים ביולוגיים עבור בריכת אפ 'מאשר לעמודים של בריכת בוקסטון (איור 5 ב'), התואמים את תוצאות הגיוון האלפא שלנו, שהראו כי עמודי הבריכה של אפ 'מכילים קהילות מיקרוביאליות מגוונות ועשירות יותר. החברים האנאירוביים של הפרוטובקטריה, כולל אנאירובים של מחזור גופרית בתוך הדלטפרוטובקטריה, היו גבוהים יותר בשפע בעמודי הבריכה של אף בכל השכבות מאשר באותן השכבות של עמודי בריכת בוקסטון. לעומת זאת, Firmicutes הפיל אנאירובי (כולל מפחיתים סולפטיים בתוך פילה זה) היה גבוה יותר בשפע בעמודי בריכת בוקסטון מאשר עמודי בריכת Eph. דפוסים אלו מצביעים על כך ששני העמודים הכילו גומחות מחזוריות אנאירובית וגופרית שנשלטות על ידי חיידקים שונים לפי אפקט מייסד.

ברגע שאותה אוכלוסייה מייסדת מתווספת לטור, עומק, ובמידה פחותה, מקור פחמן אורגני, מאפשר גידול של חיידקים ספציפיים בנישות השונות שנוצרות. At the very top of the columns, the community, dominated by Cyanobacteria, was the least diverse and least rich (Figure 2). Samples collected by drilling into the SWI were the most variable but were no more diverse or rich than samples from greater depth. This indicates that, despite depth-based shifts in environmental conditions in Winogradsky columns, microbial diversity at all subsurface points remains high. Because we don't have information on the structure of the pond microbial community or the organic matter content of the sediments, we are unable to explain why supplementation caused only a minor shift in the population. The added leaf litter or vegetable scraps may have provided too little supplemental carbon to make a sufficient difference, or both sources may have provided similar supplements, changing the population from the founding pond sediments but not from eachother.

Using beta diversity analyses, we found separation of the phylogenetic and taxonomic composition of the communities by depth (upper layers: top surfaces and SWI, and lower layers: 4 cm, 8 cm, 12 cm). The separation of surface and SWI samples from deeper samples was more pronounced in weighted UNIFRAC, where relative abundance is taken into account. Weighted UNIFRAC has been suggested to be more appropriate in highlighting community differences based on shifts in abundance, such as those associated with differences in metabolite concentration [24]. We therefore propose that the differences seen between upper-level and lower-level samples reflect the major shifts in microbial community composition and structure that occur as conditions shift from oxic to anoxic. Similar patterns have seen in ponds receiving abundant organic matter and in flooded paddy soils, in which anoxic conditions rapidly develop close below the surface and anaerobic microbes produce methane and H2S [3], [29]. It will be interesting to determine if similarly high diversity as well as depth and sediment source effects are seen in Winogradsky columns prepared with materials from more distinct environments.

Composition of Winogradsky column communities

Proteobacteria, Firmicutes and Bacteroidetes made up more than 75% of the community of each sample. Proteobacteria were highest in abundance at the tops of columns and decreased in abundance with increasing depth. Proteobacteria are frequently identified as an abundant member of sediment microbial populations, and Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria have been linked to oxic zones of vertical oxygen gradients in previous studies [3], [29], [46]–[48]. Our work shows that this association of members of the Proteobacteria with oxic zones is duplicated in Winogradsky columns. Interestingly, in both Eph's and Buxton Pond columns, in lower-depth samples, the communities were either abundant in Proteobacteria or Firmicutes, but not both, suggesting that local conditions favor growth of one or the other.

Firmicutes and Bacteroidetes were low in abundance at the tops of columns and increased in abundance with depth. Firmicutes, mainly Clostridium Cluster one, has previously been associated with anoxic zones in vertical oxygen gradients [3], [46] and the genus קלוסטרידיום has long been described as an abundant member of the bottom layers of Winogradsky columns. The high abundance of the class Clostridia at lower layers supports past culture-based associations between Clostridia and anoxic zones of sediment.

Bacteroidetes is another anaerobic phylum and its increasing abundance with depth is likely a reflection of decreasing oxygen concentration with depth. Certain members of the Phylum Bacteroidetes are capable of degrading complex organic compounds like cellulose [49] and chitin and are likely key to the carbon cycle in the Winogradsky column. The simpler carbon compounds produced by these decomposers can be utilized by other fermenting organisms. Overall the distribution of aerobic and anaerobic groups at different depths reinforces the implications of beta diversity analyses and strongly suggests a major impact of oxygen concentration on microbial communities in Winogradsky columns.

The sulfur cycle is a key biogeochemical cycle that is driven primarily by microbial processes. The Winogradsky column has been used to enrich for sulfur cycle organisms, and used as a teaching tool for demonstrating the sulfur cycle. High-throughput sequencing of Winogradksy columns allows for detailed analysis of the ecology and spatial distribution of sulfur cycle microbes and provides an example of taxonomically distant microbes filling the same niches in microbial communities. Dissimilative reduction of sulfur compounds is carried out by sulfur reducing bacteria for energy conservation. Anaerobic respiration of sulfate (SO4 2− ) generates hydrogen sulfide (H2S), which has a distinctive odor and spontaneously forms ferrous sulfide with iron, visible as a black coloration of the soil. The sulfur reducing bacteria are not a monophyletic group, but rather are defined physiologically. Many sulfur reducers are in the class Deltaproteobacteria, but some Firmicutes and Archaea are also capable of sulfate reduction [50]. In these columns, the particular sulfur/sulfate reducers found differed by sediment source used. The sulfate reducing Firmicutes in the family Peptococcaceae were identified as a biomarker for Buxton Pond columns while other sulfur/sulfate reducers were rare or absent (Figure 7). In Eph's Pond columns, sulfur/sulfate reducing organisms were more diverse and abundant and were almost exclusively Deltaproteobacteria, most of which were biomarkers for Eph's Pond columns (Figure 7). Deltaproteobacteria are commonly found in sediment communities and have been identified as an abundant member of black layer communities in wetlands [29], [51], [52]. The family Desulfobacteraceae was the most abundant sulfate reducer and was distributed throughout Eph's Pond columns. In the family Syntrophaceae about one third of the sequences classifiable to a genus belonged to Syntrophus, which cannot reduce sulfate however other sequences may belong to sulfate reducing members of this family. ה Syntrophobacteraceae family is also comprised of a mix of sulfur reducers and non-sulfur reducers. The differences in sulfur/sulfate reducing communities between the two sediment sources demonstrate the functional overlap between highly divergent microbial groups.

Sulfur oxidizers complete the cycle by oxidizing H2S to elemental sulfur (S 0 ) and SO4 2− through phototrophy or chemolithotrophy. The Purple Sulfur Bacteria (PSB) use H2S, and sometimes other reduced sulfur compounds, as an electron donor in photosynthesis. They have red, orange, blue and yellow pigments, resulting in the red-violet zone of the Winogradsky column, in the upper-middle portion of the column. The process generates elemental sulfur that is stored in intracellular globules and can be later oxidized to SO4 2−. The PSB are all members of the class Gammaproteobacteria. Like the PSB, the Purple Non-sulfur Bacteria (PNSB) use H2S in photosynthesis, but generally have lower H2S concentration optima than the PSB. These are members of the Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria. The Green Sulfur Bacteria (GSB) use H2S as an electron donor in photosynthesis, generating S 0 and SO4 2−. They are strict anaerobes, and are typically found in the “green zone” located in the lower-middle of the Winogradsky column. Neither the PSB nor the PNSB were found to be abundant in these columns (Figure 7). Although the GSB were more abundant, they were distributed unevenly in samples throughout the column rather than in the expected lower-middle zone. This is not surprising given that distinct green and red-violet zones were not apparent in these columns, although patches of color were present throughout at different intensities. Further, our sampling technique (drilling into the side of the column) may have excluded or destroyed surface-attached members of the microbial community.

Sulfur oxidation can also occur through chemolithotrophy, the use of a reduced sulfur compound as an electron donor in aerobic or anaerobic respiration. The chemolithotrophic sulfur oxidizer Thiobacillus was fairly abundant in the column, but especially in the upper-middle zones. They are shown in Figure 8 as Hydrogenophilaceae the vast majority of the sequences identified in this family belong to the genus Thiobacillus. Another important chemolithotrophic sulfur oxidizer is the filamentous non-photosynthetic Beggiatoa, [53]. This species is strongly associated with Sergei Winogradsky, as its isolation and characterization by Winogradsky led to the concept of lithoautotrophy [54]. לא Beggiatoa sequences were found in these columns.

We also identified a collection of microorganisms in the 4 cm and 8 cm layers involved in methane cycling. The phylum Euryarchaeota, one of the two Archaeal phyla detected in the columns, was a biomarker for samples at 8 cm. A prior study of microbial community composition in suboxic freshwater ponds identified Euryarchaeota as the only archaeal phylum in the sediment [29]. Euryarchaeota includes methanogenic microbes. Interestingly, the methanotrophic Methylococcales (a Gammaproteobacteria) was a biomarker for 4 cm samples, suggesting that methane produced in deeper layers is being used by methanotrophs above. The detection of Methylococcales in this layer is interesting, given that the black coloration of the sediment (indicative of metal sulfide precipitation) suggests an anoxic environment.

Natural history of Eph's and Buxton Ponds

Both Buxton Pond and Eph's Ponds are located near Williams College, Willamstown, MA. Buxton Pond is entirely shaded and receives a substantial amount of leaf litter, while Eph's pond receives more direct sunlight. Buxton Pond is also closer to small roads. Both ponds have in the past experienced exposure to human waste. A sewer rupture in 1994 allowed raw sewage to flow into Eph's Pond for several days no remediation was performed. Until the mid-1990s Buxton Pond was the receiving water body for one of the Buxton boarding prep school's cesspools. Several fecal microbiome microbes were biomarkers for Buxton Pond (Bacteroides, Enterobacteriales, and רומינוקוקוס), perhaps reflecting past fecal contamination. However, these are also cellulose degraders, and may be present in greater abundance than in Eph's Pond due to the differences in the amount of leaf litter that falls on the ponds. Columns from both ponds have microbes associated with contamination with aromatic organic compounds (Dehalobacter, Desulfomonile, and Dechloromonas), consistent with their history and location in a lightly developed municipality.

Winogradsky columns as model communities

Microbial communities contribute critically to biogeochemical cycles, bioremediation, alternate fuel production, primary productivity, and numerous other processes critical in supporting ecosystems. They are also extraordinarily diverse and complex, containing numerous rare microbes, and are shaped by an enormous variety of factors including the presence or absence of other microbes, metabolic conditions, temperature, and pH. Studies of microbial communities in natural sediments are difficult to control for the impact of such variables. Here, we demonstrate the potential of Winogradsky columns for applying 16 s rRNA sequencing to the study of complex microbial communities. Winogradsky columns are easy to create, replicate, and manipulate, which allows for a degree of control not possible in field studies. We have demonstrated that Winogradsky column communities can be exceptionally diverse and display consistent patterns in microbial abundance based on depth, similar to natural ecosystems. Columns could also be manipulated to mimic the effects of changing temperatures, pollution, drought, or other effects relevant to current environmental challenges. Supplementing columns with different metabolites would offer a simple method for elucidating the effects of individual metabolites on stratified microbial communities. Time-course studies would offer insights in to the dynamics of communities over time as well as questions of succession and competition in sediment microbial communities. Winogradsky columns are self-contained and manipulatible ecosystems of diverse microbes and in combination with high-throughput sequencing could become a powerful tool for studies of microbial ecology.

Winogradsky columns in undergraduate education

Winogradsky columns are commonly used in undergraduate microbiology courses, for example as tools to teach principles of nutrient cycling [55]. Metagenomics is an increasingly important part of microbiology, and together, the two present a unique opportunity to introduce students to ground-breaking technology, laboratory techniques such as extraction of DNA and PCR, and analysis of large, complex datasets. Several successful programs have already integrated education and genomics research [56]. Some of the work presented in this paper was performed within introductory microbiology courses at Vassar College and Williams College, and we envision that short or more extensive units on Winogradsky metagenomics could be an effective component of undergraduate microbiology courses, or could be the focus of an advanced undergraduate course on microbial ecology or metagenomics. We have developed teaching materials to guide teachers on using wet-lab and bioinformatic techniques for Winogradsky metagenomics in their courses [57], and emphasize that the data generated in these studies are a publicly available resource that can be used to supplement laboratory instruction.


צפו בסרטון: QUALCHE CARATTERISTICA e USI dellACQUA IDROGENATA mp4 (נוֹבֶמבֶּר 2022).