Colonna di Vinogradskij

Colonna di Vinogradskij

La colonna di Vinogradskij è un semplice dispositivo per la cultura di una grande diversità di microrganismi. Inventato da Sergej Vinogradskij il dispositivo è costituito da una colonna di fango e acqua di stagno, con l'aggiunta di una fonte di carbonio come carta da giornale (contenente cellulosa), o gusci d'uovo (contenenti carbonato di calcio) e una fonte di zolfo come il gesso (solfato di calcio) o rosso d'uovo.

Esponendo la colonna alla luce del sole per parecchi mesi, si producono in seno alla colonna un gradiente di aerobiosi/anaerobiosi e un gradiente di concentrazione di zolfo. Questi due gradienti causano la crescita di una notevole diversità di microrganismi come clostridium, desulfovibrio, chlorobium, chromatium, rhodomicrobium, beggiatoa, e molte altre specie di batteri, cianobatteri, e alghe.

Nella colonna si formano numerosi gradienti di concentrazione, a seconda delle sostanze nutritive aggiunte, che comportano la crescita di una varietà di organismi di cui sopra. Possiamo distinguere due fasi, la fase aerobica acqua e fango e la fase anaerobica costituita dal fondo. A causa della bassa solubilità dell'ossigeno in acqua rapidamente l'acqua diventa anossica verso l'interfaccia del fango e acqua.

Realizzazione

La colonna è costituita da una miscela di ingredienti di massima. Un cilindro di vetro o un tubo di plastica (30 centimetri di lunghezza e 5 centimetri di diametro, le misure esatte non sono critiche) è riempito per un terzo di fango di stagno, rimuovendo legnetti, detriti e/o bolle d'aria. Il fango è addizionato di circa lo 0,25% w/w di carbonato di calcio e di circa lo 0,50% w/w di solfato di calcio o di solfato di sodio, gusci d'uovo e tuorlo d'uovo, rispettivamente, sono ricchi di questi minerali e sono generalmente utilizzati allo scopo. Si mescola il tutto con pezzi di carta da giornale tagliuzzata o fieno (per la cellulosa). Un ulteriore livello anaerobico si realizza con l'aggiunta di solo fango, portando il contenitore a essere pieno per due terzi. L'ultimo terzo è costituito per metà da acqua di stagno e per metà da aria. La colonna è sigillata ermeticamente per evitare l'evaporazione di acqua e lasciata ad incubare per diversi mesi a temperatura ambiente in forte luce naturale.

Tre differenti colonne di Vinogradskij nello stato iniziale. Contengono acqua e fango presi da un fiume, le ultime due colonne sulla destra sono state modificate con l'aggiunta di fosfato, nitrato e zolfo. Queste aggiunte promuovono la crescita di una varietà di batteri dalle regioni anaerobiche a quelle aerobiche della colonna.

Le stesse colonne dopo 7 settimane. Si nota la crescita di alghe, cianobatteri e altre colonie batteriche. Di notevole interesse sono le zone di color rosso della colonna centrale, indicative della crescita di batteri porpora non-sulfurei (cioè Rhodospirillaceae). Nella terza colonna, la zona rossa indica la crescita di colonie di batteri sulfurei porpora (Chromatium).

La colonna di Vinogradskij rimane un'affascinante dimostrazione di fototrofia, chemioautotrofia ed ecologia dei microrganismi, come dimostrato dalle conferenze di microbiologia in tutto il mondo.

Tabella riepilogativa

Microrganismi e ordine di comparsa (dall'alto verso il basso della colonna)	Principali generi rappresentativi	Fonte di energia	Fonte di Carbonio	Reazioni principali correlate	Trofismo	Condizioni ambientali
Protisti, Diatomee, Cianobatteri	Vari				Fotosintesi o Eterotrofia, Fotosintesi, Fotosintesi	Aerobiosi
Batteri zolfo ossidanti	Thiobacillus	H2S		H2S → Zolfo e composti ossidati dello zolfo (Ossidazione)	Chemiolitotrofo	Aerobico
Batteri zolfo ossidanti	Beggiatoa	H2S	CO2 in anaerobiosi, carbonio organico in aerobiosi	H2S → Zolfo (Ossidazione)	Chemiolitotrofo	Anaerobico facoltativo
Batteri porpora non-sulfurei	Rhodospirillum	Luce e Carbonio organico	Carbonio organico	Fotosintesi	Fotoorganotrofo	Anaerobico facoltativo
Batteri sulfurei porpora	Chromatium	H2S e luce	Co2 (dal Carbonato di calcio)	H2S → Zolfo insolubile e solfati	Fotolitotrofo	Anaerobico
Batteri sulfurei verdi	Chlorobium	H2S e luce	CO2 (dal Carbonato di calcio)	H2S → Zolfo insolubile e solfati	Fotolitotrofo	Anaerobico
Batteri solforiduttori	Desulfovibrio	Idrogeno solfato		Solfati → H2S (riduzione solfati)	Chemiolitotrofo	Anaerobico aerotollerante
Batteri anaerobi obbligati non-sulfurei	Clostridium	Fermentazione anaerobica del Glucosio (ottenuto dalla degradazione della Cellulosa)	Cellulosa (dalla carta)	Cellulosa → Glucosio (Ossidazione)	Eterotrofo	Anaerobico obbligato

Bibliografia

• (EN) L. B. Taras, Promoting student involvement with environmental laboratory experiments in a general microbiology (PDF) , in Microbiology Education, vol. 4, 2003, pp. 23-29.
• (EN) G. A. Zavarzin, Winogradsky and modern microbiology, in Winogradsky and modern microbiology, vol. 75, n. 5, 2006, pp. 501-511, DOI:10.1134/S0026261706050018.
• (EN) B. Rogan, M. Lemke, M. Levandowsky, T. Gorrel, Exploring the Sulfur Nutrient Cycle Using the Winogradsky Column (PDF), in The American Biology Teacher, vol. 67, n. 6, 2005, pp. 348-356 (archiviato dall'url originale il 4 marzo 2016).
• (EN) Lloyd Ackert Jr. (2006) The Role of Microbes in Agriculture: Sergei Vinogradskii’s Discovery and Investigation of Chemosynthesis, 1880–1910. Journal of the History of Biology, su springerlink.com. URL consultato il 12 giugno 2021 (archiviato dall'url originale l'11 aprile 2013).
• (EN) Lloyd Ackert Jr. (2007) The “Cycle of Life” in Ecology: Sergei Vinogradskii’s Soil Microbiology, 1885–1940. Journal of the History of Biology, su springerlink.com. URL consultato il 12 giugno 2021 (archiviato dall'url originale il 29 aprile 2016).

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Collegamenti esterni

• (EN) Animated tutorial by Science Education Resource Center - Carleton College
• (EN) Winogradsky column: perpetual life in a tube - Edinburgh University
• (EN) Experiment: The Winogradsky Column, su woodrow.org. URL consultato il 9 dicembre 2009 (archiviato dall'url originale il 9 ottobre 2010).
• (EN) Winogradsky research group [1]
• (EN) How to Build a Winogradsky Column, su YouTube. by NASA Quest
• (EN) Construction of a Winogradsky Column, su biofilmbook.hypertextbookshop.com.
• (EN) The Winogradsky Column, su sumanasinc.com.