Если вам надоело тупеть и смотреть на отупение своих детей, то предоставляю вам возможность сделать научный эксперимент - создать колонку Виноградского. Этот эксперимент проводят в школах по всему миру. Изобрел колонку русский ученый Сергей Николаевич Виноградский еще в 1880-х годах. С помощью этой колонки можно создать свою микроскопическую экологическую систему!
Что такое эта колонка?
Живые существа можно разделить на два вида: те кто кушают органический углерод (это мы) и те, кто кушает неорганический углерод. И до Виноградского считалось, что углекислый газ - единственный такой источник неорганического углерода. Но в 1887 году он обнаружил, что некоторые бактерии могут использовать и другие органические молекулы. Он открыл целый класс существ - хемоавтотроф. Эти бактерии участвуют в круговороте азота и могут преобразовывать токсичный аммиак в нитрат. Почва является самой густонаселенной средой обитания, где живет огромное количество разнообразных видов микробов, среди которых можно найти как и тех кто употребляет солнечный свет, и азот, так и тех кто употребляет фотоавтотрофов и хемоавтотрофов в пищу.
Колонка Виноградского — это замкнутое прозрачное место обитания, внутри которой живут разнообразные микробы. Для разведения своих микробов нужны: почва с бактериями (например пруда или водноболотного угодья ил), вода, органический источник углерода (например, измельченная черно-белая газета), кальций (например, из измельченной яичной скорлупы), сера (например гипс) и солнечный свет. Различные области в колонне получают разное количество света, кислорода и питательных веществ. После того как вы дадите микробам вырасти, они образуют различные сообщества.
Невооруженным глазом это выглядит как (живая) мозаика цветов. Живой мини зоопарк. Некоторые микробы нельзя вырастить в лаборатории или же в чашке петри, из-за того что определенные продукты метаболизма микроорганизмов зависят от других микробов. И не зная, что именно нужно микробу, его нельзя вырастить. Колонка Виноградского имитирует естественную среду обитания, где микробы взаимодействуют друг с другом. Поэтому ученые могут их изучать и выращивать в таких колбах.
Почему колонка разноцветная?
Микробы при росте потребляют кислород и другие питательные вещества. Запасы кислорода на дне колонки истощаются, и там образуется бескислородная среда. Те микробы, которые не могут жить без кислорода, умирают. А те бактерии, для которых кислород это яд, начинают расти и размножаться. Такое последовательное развитие различных микробных сообществ с течением времени называется сукцессией. В почве, в земле микробы тоже живут в таких разделенных зонах: кислородная и бескислородная. По мере развития колонки Виноградского она начинает имитировать эти природные увеличенные или уменьшенные концентрации веществ, особенно кислорода и сульфида.
Фотосинтезирующие микробы: цианобактерии и микроскопические водоросли начинает расти в верхних слоях колонки, где производят кислород. Часть колонки, окрашенной в зеленый и красно-коричневый слой содержит такие микробы. Производимый кислород плохо растворим в воде, поэтом по мере продвижения вглубь колонки, кислород исчезает, образуется градиент кислорода от максимума к нулю.
Газета, которую мы добавили в колонку, это источник целлюлозы - органического углерода, который бактерии превращают в органические кислоты. А с помощью этих кислот десульфатирующие бактерии из сульфатов в почве получают сильфиды. При контакте с железом сульфид образует черные желез сульфидные минералы. Так как сульфидов образуется много, то они начинают распространяться туда, где их количество меньше. Образуется встречный градиент кислороду. То есть количество кислорода уменьшается при движении ко дну, а количество сульфида уменьшается при движении к поверхности колонки.
Там где кислород и сульфиды в достаточном количестве, и где колонка освещается светом живут фотосинтезирующие сероокисляющие бактерии. На этой золотой середине живут зеленые и пурпурные серные бактерии. Они окрашивают колонку в зеленые, пурпурные или пурпурно-красные пятна, или видны как нити. Над пурпурными серными бактериями могут также развиваться пурпурные несерные бактерии, а под ними зеленые серные бактерии. Пурпурные несерные бактерии фотосинтезируют, используя органические кислоты в качестве отдавателей электронов вместо сульфидов, и часто появляются в виде красного, фиолетового, оранжевого или коричневого слоя. Над пурпурными несерными бактериями могут развиваться нефотосинтезирующие окислители серы, которые обычно выглядят как белые нити. Если вы видите пузырьки, то они будут содержать разный газ в зависимости от того, где они образовались. Наверху колонки цианобактерии вырабатывают кислородные пузырьки, а на дне метаногены - археи, вырабатывают метаногенные пузырьки.
Как сделать колонку Виноградского дома
Нужные материалы:
Ведро или тазик, чтобы собрать грязь
Лопата
Ложка
Миски
Прозрачная высокая банка или пластиковая бутылка
Ножницы
Пластиковая пленка
Резиновая лента
Основные ингредиенты:
Грязь (источник микробов)
Вода (источник микробов)
Яичный желток (источник серы)
Газета или бумага (источник углерода)
Солнечный свет или лампа (источник света)
Другие ингредиенты, которые можно попробовать:
Солома
Листья
Кора
Металл
Ракушки
Части насекомых
Соль столовая
Соли с разным содержанием минералов
Источник кислоты (уксус)
Источник щелочи (известь)
Что делать то?
-> Нарисуйте на бутылке линию на расстоянии 1⁄4 от верха, а затем еще одну линию на расстоянии 1⁄4 от дна.
-> Выйдите на улицу и наберите немного грязи и воды. Можно попробовать грязь у реки, пруда, болота.
-> Разрежьте газету на мелкие кусочки.
-> Для базовой колонки в небольшую миску для смешивания добавьте яичный желток (сырой или вареный), газету и небольшое количество грязи, по крайней мере столько, чтобы заполнить бутылку на 1⁄4. Если хотите поэкспериментировать, то здесь можно добавлять и другие ингредиенты: листья, известь и т.д. Например в одну банку листья, в другую уксус, и т. д.
-> Заполните бутылку на 1⁄4 части смесью из грязи, яичного желтка и газеты.
-> Добавьте грязь до верхней линии.
-> Добавьте воду почти до самого верха (постарайтесь не использовать воду из-под крана), но оставьте небольшое пространство с воздухом между поверхностью воды и краем банки.
-> Накройте колонну полиэтиленовой пленкой и завяжите резинкой. Или же неплотно закройте крышкой. Не в коем случае не закрывайте слишком плотно крышку, так как банка может взорваться из-за газов, выделяемых микробами. В колбу должен проникать воздух и из колбы должны выходить газы.
-> Поставьте ее на солнечный свет или под лампу. Не ставьте под прямые солнечные лучи, а то все может свариться.
-> Бактерии будут лучше расти при комнатной температуре.
-> Оставьте колонку в покое и наблюдайте за изменениями в течение следующих 6-8 недель.
-> Сфотографируйте изменения и поделитесь ими! Не забудьте отметить Mикробы внутри!
NB!
Через одну-две недели на колонке должна появиться зеленая окраска. Возможно, вам придется внимательно присмотреться. Если вы не видите зеленой окраски, возможно, колонны не получают достаточно света. Попробуйте переставить их ближе к источнику света.
Уборка
Обязательно вымойте руки и все остальное, что соприкасалось с сырым яйцом, потому что на них может быть сальмонелла. Также мойте руки после работы с грязью. Когда вы закончите наблюдать за колонками Виноградского, их можно выбросить например, в компостер или обратно в то место, где брали грязь.
Источники:
micropiaточкаnl/en/discover/microbiology/sergei-winogradsky/
Esteban, David J., Bledi Hysa, and Casey Bartow-McKenney. "Temporal and spatial distribution of the microbial community of Winogradsky columns." PLoS One 10.8 (2015): e0134588.
joveточкаcom/v/10506/winogradsky-column-to-enrich-microbial-species-in-a-sample
joyfulmicrobeточкаcom/winogradsky-column/
scientificamericanточкаcom/article/bring-science-home-soil-column/
Ставя любо и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Последний писк моды