Λήψη δείγματος
Η έναρξη του πειράματος έγινε στις 31/10/2011 στην περιοχή του Περάματος στα Ιωάννινα. Πιο συγκεκριμένα λοιπόν, η μετάβαση στον χώρο της δειγματοληψίας είχε ως σκοπό την συλλογή ιζήματος (λάσπης) και την συμπλήρωση της στήλης με νερό, συστατικά τα οποία περιείχαν την βιοτική συνιστώσα της λίμνης Παμβώτιδας.
Μεθοδολογία
Προκειμένου να δημιουργηθεί η στήλη Winogradsky έπρεπε να προστεθούν υλικά εμπλουτισμού τα οποία θα βοηθούσαν στην ανάπτυξη των μικροοργανισμών κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του πειράματος γι αυτό κρίθηκε απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μια πηγή άνθρακα, αζώτου και θείου καθώς και άλλων θρεπτικών που θα μπορούσαν να δράσουν ευνοϊκά . Τα υλικά εμπλουτισμού που προστέθηκαν ήταν ξερά φύλλα και μικρά κομμάτια εφημερίδας (ως πηγές άνθρακα), υγρό λίπασμα (ως πηγή αζώτου) , τριμμένη κιμωλία, αυγό (πηγή θείου) και ζάχαρη (πηγή γλυκόζης) . Τα υλικά αυτά αναμείχθηκαν με την λάσπη από την οποία είχαν αφαιρεθεί πέτρες, ή άλλα υπολείμματα και έπειτα η ποσότητα αυτή προστέθηκε στο μπουκάλι και καταλάμβανε τα 2/3 αυτού. Έπειτα αναταράξαμε ελαφρά το μπουκάλι έτσι ώστε να διαφύγουν όσες περισσότερες φυσαλίδες οξυγόνου γίνεται, αφού πρώτα είχαμε προσθέσει λίγη ποσότητα νερού από την λίμνη. Ακολούθως προσθέσαμε νερό από την λίμνη και το αφήσαμε να ηρεμήσει και να καθιζάνει μερικώς το φυτοπλαγκτόν και να απομακρυνθούν οι φυσαλίδες που είχαν εγκλωβιστεί στο ίζημα. Η στήλη την ίδια κιόλας μέρα τοποθετήθηκε σε εξωτερικό χώρο ο οποίος είναι πλήρως εκτεθειμένος στην ηλιακή ακτινοβολία σκεπασμένη με διαφανή μεμβράνη.
Η επιστημονική υπόθεση που εξετάζουμε είναι η εξής:
Σχετίζεται ο εμπλουτισμός με θρεπτικά και οι διαφορετικές αβιοτικές συνθήκες που επικρατούν στο μικροπεριβάλλον της στήλης με την διαφορική κατανομή και ανάπτυξη των μικροοργανισμών στα διάφορα βάθη της στήλης Winogradsky ;
Έλεγχος της αρχικής υπόθεσης
Για να γίνει έλεγχος της αρχικής υπόθεσης η στήλη τοποθετήθηκε σε ανάλογο περιβάλλον και εξετάστηκαν τυχόν αλλαγές που παρουσίαζε με την πάροδο του χρόνου.
Για τον έλεγχο της εξέλιξης του πειράματος λοιπόν, ελήφθησαν οι παρακάτω φωτογραφίες:
Φωτογραφία 1.0
Η διπλανή φωτογραφία ελήφθη στις 2/12/2011
Σχόλια
Μετά την έναρξη του πειράματος παρατηρούνται αλλαγές στην στήλη (και αυτές κυρίως αφορούν τα ανώτερα τμήματα αυτής) οι οποίες είναι κυρίως μια μείωση στη διαύγεια του νερού που εμπεριέχεται σε αυτήν γεγονός που ίσως να οφείλεται στην αύξηση των μικροοργανισμών που διαβούν στο στρώμα αυτό. Επιπλέον, η πλειονότητα των οργανισμών εκπίπτει στον κλάδο των φωτοτροφικών βακτηρίων, τα οποία βοηθούν στην οξυγόνωση της ζώνης αυτής.
Η οσμή της στήλης ήταν δυσάρεστη και οφείλεται στην αναερόβια ζύμωση που επιτελείται στο ίζημα από τους αναερόβιους εκπροσώπους.
Φωτογραφία 1.1
Η διπλανή φωτογραφία ελήφθη στις 2/12/2011
Σχόλια
Παρατηρούμε πως δεν έχει μεταβληθεί η εικόνα του ιζήματος σημαντικά από την έναρξη του πειράματος.
Φωτογραφία 1.2
Η διπλανή φωτογραφία ελήφθη στις 6/1/2012
Σχόλια
Παρατηρούμε σε όλη την έκταση της στήλης πως έχει επιτευχθεί μεγάλη αύξηση του πληθυσμού των πορφυρών (ή μη) θειοβακτηρίων
Στην ανάπτυξη αυτή συμβάλλει το γεγονός ότι στα κατώτερα βάθη της στήλης επιτελείται ανοξική αποικοδόμηση και αναγωγή των θειικών μια διαδικασία η οποία τροφοδοτεί με θείο τα ανώτερα στρώματα οπού συναντώνται τα θειοβακτήρια. Επίσης τα θειούχα άλατα που παράγονται από αναγωγείς του θείου συμβάλλουν επίσης στην ανάπτυξη των πορφυρών και πράσινων θειοβακτηρίων.
Η οσμή της στήλης συνεχίζει να είναι δυσάρεστη και η θολερότητα αυξήθηκε ακόμη περισσότερο.
Γενικά συμπεράσματα
Από την γενικότερη εξέταση της πειραματικής πορείας και των αποτελεσμάτων, μπορούμε να συνάγουμε ότι η κλινοβάθμιση των θρεπτικών συστατικών στην στήλη Winogradsky αντικατοπτρίζει τα όρια των μικροπεριβαλλόντων που δημιουργούνται στην πειραματική διάταξη και κατ' επέκταση καθορίζει το μέγεθος και την τοπολογία του κάθε οικολογικού θώκου.
Φαίνεται λοιπόν, πως η αβιοτική συνιστώσα επηρεάζει την ζώνωση στη στήλη αλλά αυτή μπορεί να μην είναι απόλυτα διακριτή καθώς, δεν είναι ξεκάθαρα τα μικροπεριβάλλοντα που δημιουργούνται και επίσης παίζει σημαντικό ρόλο η ''patchy'' παρουσία των θρεπτικών στοιχείων στο μέσο ανάπτυξης.
Πολύ εντυπωσιακό το πορτοκαλί της πρώτης φωτογραφίας και το κόκκινο της τελευταίας. Θα ήταν ωραία να αναρτήσεις και μία φωτογραφία ολόκληρης της στήλης να δούμε πώς είναι. Το πορτοκαλί είναι λόγω φωτισμού ή ήταν πράγματι έτσι; Τι παράγεται από την 'αναερόβια ζύμωση΄και δίνει τη χαρακτηριστική οσμή;
ReplyDeleteΤο χρώμα της στήλης στη φωτογραφία 1.0 ήταν ανοικτό πορτοκαλί και δεν οφειλόταν σε φωτισμό.
ReplyDeleteΌσον αφορά την αναερόβια ζύμωση επιτελείται στην κατώτερη ζώνη της στήλης και γίνεται από τα βακτήρια του γένους Clostridium τα οποία είναι υπεύθυνα για την αναερόβια αναπνοή.
Πιο συγκεκριμένα λοιπόν τα βακτήρια αυτά ζυμώνουν την γλυκόζη(ή γενικότερα οργανικά συστατικά) και παράγουν αιθανόλη και οργανικά οξέα, τυπικά προϊόντα μιας αναερόβιας αναπνοής. Έπειτα, η αιθανόλη και τα οργανικά οξέα χρησιμοποιούνται από τα βακτήρια του γένους Desulfovibrio παράγοντας υδρόθειο το οποίο είναι πτητικό και διαφεύγει από το ίζημα και καταλήγει στην επιφάνεια της στήλης.
Αυτό είναι το αέριο το οποίο προσδίδει τη δυσάρεστη οσμή.
Μην ξεχνάμε και τους Νο 1 ζυμωτές, τους μύκητες!
DeleteΚΚ
'Αναερόβια ζύμωση' και 'αναερόβια αναπνοή' είναι το ίδιο άραγε...;
ReplyDeleteΟι δύο όροι δεν είναι ταυτόσημοι, η αναερόβια ζύμωση δεν απαιτεί την παρουσία κάποιας μεμβράνης ή ηλεκτροχημικής βαθμίδωσης ιόντων υδρογόνου. Αντίθετα, για τη διεξαγωγή της αναερόβιας ή κυτταρικής αναπνοής είναι απαραίτητη η ύπαρξη ηλεκτροχημικού πρανούς ανάμεσα στις δύο πλευρές της κυτταρικής μεμβράνης.
ReplyDeleteΜήπως να μας δώσεις την βιβλιογραφική πηγή απ'όπου πήρες αυτήν την πληροφορία; Μήπως θα βοηθούσε περισσότερο να δούμε ποιος είναι ο δότης και ποιος ο δέκτης ηλεκτρονίων στη μία και την άλλη περίπτωση;
DeleteH αναερόβια αναπνοή δεν χρησιμοποιεί το οξυγόνο ως τελικό δέκτη e- αλλά ενώσεις όπως τα νιτρικά, τα θεϊκά τα οποία εμφανίζουν χαμηλότερο δυναμικό οξειδοαναγωγής από το οξυγόνο με αποτέλεσμα να παρατηρούνται χαμηλότεροι ρυθμοί αύξησης από τους αερόβιους μικροοργανισμούς. Oι δότες e- είναι ενώσεις όπως οργανικά υποστρώματα, το υδρογόνο (στους αυτότροφους), HPO3-.
DeleteΌσον αφορά την ζύμωση ως δότες και δέκτες ηλεκτρονίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν οργανικά υποστρώματα.
-Σχετικές Πηγές-
1.
www.microbialfuelcell.org/www/index.php/Microbiology/3-The-energy-metabolism-of-microorganisms.html
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_respiration#Anaerobic_respiration_as_compared_to_fermentation
3.
http://en.wikipedia.org/wiki/Microbial_metabolism#Anaerobic_respiration
...άρα μπορούμε να έχουμε μύκητες ή όχι στο αναερόβιο αυτό περιβάλλον;
ReplyDeleteΚΚ
Στο αναερόβιο περιβάλλον μπορούν να επιζήσουν οι μικροοργανισμοί οι οποίοι είναι ικανοί να ζυμώνουν την οργανική ύλη και αυτοί που είναι ικανοί να επιτελούν αναερόβια αναπνοή. Έτσι, κάποια στελέχη μυκήτων είναι ικανά να αναπτύσσονται σε ανοξικά μικροπεριβάλλοντα καθώς ζυμώνουν τα σάκχαρα σε αιθανόλη και προσλαμβάνουν ενέργεια. Πρέπει να σημειωθεί πάντως πως οι ρυθμοί αύξησης είναι μικροί σε σχέση με αυτούς που παρατηρούνται στον οξειδωτικό μεταβολισμό.
ReplyDelete** Μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση είναι η εξής: Πρώιμα μιτοχόνδρια που υπάρχουν στον μύκητα Saccharomyces cerevisiae μπορούν να ενεργοποιηθούν αν στο μέσο ανάπτυξης υπάρξει μια πηγή οξυγόνου. Φαίνεται δηλαδή πως η μιτοχονδιακή βιογένεση μπορεί να επαχθεί ως αποτέλεσμα εξελικτικής πίεσης ή ως μια μορφή προσαρμογής σε ένα νέο ενδιαίτημα. Ίσως λοιπόν, μύκητες που πριν ήταν υποχρεωτικά αναερόβιοι να ενεργοποίησαν την αναπνευστική τους αλυσίδα προκειμένου να αντεπεξέλθουν στα νέα δεδομένα. (Promitochondria of Anaerobically Grown Yeast,Conversion into Respiring Mitochondria, H. Plattner)