Name: winogradsky column microbial layers and gradients
Uploaded: 2023-04-30T07:09:27.000Z
Duration: 8 min 8 s
Channel: JoVE

1. Configuración
<ol><li>Para configurar una columna Winogradsky, necesitará algunos suministros básicos:<ul>
<li>Una pala, un cubo y una botella para recoger las muestras en el campo</li>
		<li>Un recipiente vertical y transparente, como un cilindro graduado o una botella de agua de plástico de aproximadamente 1L</li>
		<li>Envoltura de plástico y bandas de goma</li>
		<li>cuencos grandes y cuchara grande para remover</li>
		<li>Una fuente de azufre (yema de huevo o sulfato de calcio)</li>
		<li>Una fuente de carbono orgánico (celulosa, en forma de periódico rallado)</li>
		<li>Una fuente de luz (ventana soleada o lámpara de escritorio)</li>
		<li>Suelo o barro recogido de un pantano, humedal, estanque o arroyo</li>
		<li>Agua del mismo hábitat</li>
		<li>OPCIONAL Lo siguiente será necesario para algunos de los experimentos opcionales descritos en este protocolo:<ul>
<li>Sal de mesa</li>
			<li>Celofán de color diferente</li>
			<li>Una fuente de hierro (como una uña o lana de acero)</li>
			<li>Un refrigerador con fuente de luz</li>
			<li>Un radiador cerca de una fuente de luz</li>
		</ul>
</li>
	</ul>
</li>
	<li>Si utiliza una botella de agua de plástico, corte el área del cuello para que la columna tenga forma cilíndrica. Retire los envoltorios para que la luz pueda penetrar a través del plástico.</li>
	<li>Los huevos crudos pueden contener Salmonella y deben manipularse con cuidado. Se deben seguir las técnicas adecuadas de lavado de manos. Alternativamente, se puede utilizar huevo hervido. Además, no hay manera de saber con certeza si el barro o el sedimento están contaminados con aguas residuales u otra sustancia dañina. Se deben usar guantes al mezclar el barro y configurar la columna.</li>
</ol>2. Montaje de una columna Winogradsky
<ol><li>Con la pala, desenterrar y recoger barro en el cubo. Los sedimentos deben estar cerca del borde del agua y completamente saturados de agua. Necesitará suficiente barro para llenar cada columna de Winogradsky. Recoger un poco de agua de la misma fuente en la botella de muestra (se necesitan aproximadamente 3000 ml por columna).</li>
	<li>En el laboratorio, transfiera suficiente barro al primer tazón de mezcla para llenar el 75% de su columna de volumen de 1 litro. A continuación, tamquée a través para eliminar grandes rocas, ramas u hojas mientras usa la cuchara para romper los grumos.</li>
	<li>Agregue un poco de agua que recogió al tazón de mezcla mientras revolvía. Añadir hasta que la consistencia de la mezcla de agua y lodo sea como un batido. Continúe asegurándose de que no haya grumos.</li>
	<li>Transfiera alrededor de 1/3 del batido de lodo de agua al segundo tazón. Agregue la yema de huevo y un puñado de periódicos rallados y mezcle.</li>
	<li>Agregue la mezcla de barro, yema de huevo y periódico a la columna hasta que la columna esté llena de 1/4.</li>
	<li>Agregue la mezcla regular de agua y lodo en la columna hasta que la columna esté llena de 3 a 4.</li>
	<li>Agregue el agua adicional a la columna, dejando sólo un pequeño espacio (1/2 pulgada) de aire en la parte superior.</li>
	<li>Cubra la columna con una envoltura de plástico y asegúrela con una banda de goma.</li>
	<li>Incubar la columna en la luz a temperatura ambiente.</li>
	<li>Durante las próximas 4 a 8 semanas, monitoree los cambios en la columna Winogradsky para el desarrollo de diferentes capas de colores y la formación de burbujas, como se describe en la Tabla 1. Además, debe registrar el tiempo que tardan en desarrollarse las diferentes capas.</li>
</ol>3. Modificaciones opcionales a la columna clásica de Winogradsky
<ol><li>Añadir 25-50g de sal por columna Winogradsky a la columna de barro recogido antes de añadir agua y agitar (paso 2.3). La adición de sal selecciona para las bacterias halófilas (amantes de la sal).</li>
	<li>Sustratos alternativos, como el hierro, en forma de una uña o lana de acero, se pueden añadir a la columna junto con la yema de huevo y el periódico rallado (paso 2.4). Esto enriquecerá las bacterias oxidantes del hierro, como Gallionella,y aparecerá como una capa de color óxido.</li>
	<li>En lugar de la temperatura ambiente (paso 2.9), la columna se puede incubar cerca de un radiador para seleccionar para las bacterias termofílicas (amantes del calor) o en un refrigerador con una fuente de luz para seleccionar para las bacterias psicófilas (amantes del frío).</li>
	<li>La cantidad de luz que recibe una columna a medida que incuba (paso 2.9) también se puede variar colocando diferentes columnas en luz alta, poca luz u oscuridad.</li>
	<li>La longitud de onda de la luz entrante se puede limitar cubriendo la columna con celofán sombreadas de manera diferente a medida que se incuba (paso 2.9) para determinar qué colores seleccionan para diferentes grupos bacterianos.</li>
</ol>4. Análisis de datos
<ol><li>Después de 1-3 semanas, un poco de color verde en la parte superior de la capa de barro de la columna clásica Denogradsky debe ser visible (Fig. 2A). Estos son los primeros signos de crecimiento de la capa cianobacteriana.</li>
	<li>Con el tiempo, seguir monitoreando la apariencia y evolución de las diferentes capas, cada una indicativa de los diferentes tipos de bacterias. SUGERENCIA: Consulte los Conceptos y la Tabla 1 para entender qué bacterias contribuyen a las diferentes capas.</li>
</ol><img alt="Figure 2A" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig2a.jpg"> Figura 2A: Una foto de una columna clásica de Winogradsky que ha incubado a temperatura ambiente durante 21 días. Observe el sedimento verde, indicativo de cianobacterias, en la parte superior de la columna.
<ol start="3"><li>Si también se prepararon modificaciones en la columna clásica de Winogradsky, compare los resultados de cada columna.<ol>
<li>Observe las capas de cada una de las columnas Winogradsky modificadas. Tome nota de lo siguiente:<ul>
<li>¿Las columnas muestran el mismo número de capas?</li>
			<li>¿Las capas tienen el mismo color y grosor?</li>
			<li>¿Las capas se producen a las mismas profundidades?</li>
			<li>¿Cuánto tiempo tarda se desarrolló cada columna?</li>
			<li>¿Una columna se desarrolló más lentamente que las otras?</li>
		</ul>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

La columna Winogradsky es un ejemplo de un ecosistema microbiano interdependiente. Después de mezclar el barro, el agua y los sustratos adicionales de carbono y azufre en una columna vertical, el ecosistema estratificado debe estabilizarse en zonas separadas y estables durante varias semanas. Estas zonas están ocupadas por diferentes microorganismos que florecen en un lugar particular a lo largo del gradiente entre el sedimento rico en sulfuro en el fondo y el sedimento rico en oxígeno en la parte superior. Mediante la m...

creación de la columna de winogradsky: un método que sirve para enriquecer las especies microbianas en una muestra de sedimento

Creating a Winogradsky Column: A Method to Enrich the Microbial Species in a Sediment Sample

Fuente: Elizabeth Suter1, Christopher Corbo1, Jonathan Blaize1 1 Departamento de Ciencias Biológicas, Wagner College, 1 Campus Road, Staten Island NY, 10301
La columna Winogradsky es un ecosistema en miniatura y cerrado utilizado para enriquecer las comunidades microbianas de sedimentos, especialmente las que participan en el ciclismo de azufre. La columna fue utilizada por primera vez por Sergei Winogradsky en la década de 1880 y desde entonces se ha aplicado en el estudio de muchos microorganismos diversos involucrados en la biogeoquímica, tales como fotocontautorátesis, oxidantes de azufre, reductores de sulfato, metanogenos, oxidantes de hierro, nitrógeno ciclistas, y más (1,2).
La mayoría de los microorganismos en la Tierra se consideran inculturables,lo que significa que no pueden aislarse en un tubo de ensayo o en una placa de petri (3). Esto es debido a muchos factores, incluyendo que los microorganismos dependen de otros para ciertos productos metabólicos. Las condiciones en una columna de Winogradsky imitan de cerca el hábitat natural de un microorganismo, incluyendo sus interacciones con otros organismos, y permite que se cultivan en un laboratorio. Por lo cual, esta técnica permite a los científicos estudiar estos organismos y entender cómo son importantes para los ciclos biogeoquímicos de la Tierra sin tener que cultivarlos de forma aislada.
Los ambientes de la Tierra están llenos de microorganismos que prosperan en todo tipo de hábitats, como suelos,agua oceánica, nubes y sedimentos de aguas profundas. En todos los hábitats, los microorganismos dependen unos de otros. A medida que un microorganismo crece, consume sustratos particulares,incluyendo combustibles ricos en carbono como azúcares, así como nutrientes, vitaminas y gases respiratorios como el oxígeno. Cuando estos recursos importantes se agotan, diferentes microorganismos con diferentes necesidades metabólicas pueden entonces florecer y prosperar. Por ejemplo, en la columna Winogradsky, los microbios consumen primero el material orgánico añadido mientras agotan el oxígeno en las capas inferiores de la columna. Una vez que se agota el oxígeno, los organismos anaeróbicos pueden tomar el control y consumir diferentes materiales orgánicos. Este desarrollo consecutivo de diferentes comunidades microbianas a lo largo del tiempo se denomina sucesión (4). La sucesión microbiana es importante en una columna de Winogradsky, donde la actividad microbiana cambia la química del sedimento, que luego afecta la actividad de otros microbios y así sucesivamente. Muchos microorganismos en suelos y sedimentos también viven a lo largo de gradientes,que son zonas de transición entre dos tipos diferentes de hábitats basados en las concentraciones de sustratos (5). En el punto correcto en el gradiente, un microbio puede recibir cantidades óptimas de diferentes sustratos. A medida que se desarrolla una columna Winogradsky, comienza a imitar estos gradientes naturales, particularmente en oxígeno y sulfuro (Fig. 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig1.jpg"> Figura 1: Representación de los gradientes de oxígeno (O2)y sulfuro (H2S) que se desarrollan en una columna Winogradsky.
En una columna de Winogradsky, el barro y el agua de un estanque o humedal se mezclan en una columna transparente y se les permite incubar, normalmente en la luz. Se añaden sustratos adicionales a la columna para dar a la comunidad fuentes de carbono, generalmente en forma de celulosa, y azufre. Los fotosintetizadores suelen comenzar a crecer en las capas superiores del sedimento. Estos microorganismos fotosintéticos se componen en gran medida de cianobacterias,que producen oxígeno y aparecen como una capa verde o marrón-marrón (Fig. 2, Tabla 1). Mientras que la fotosíntesis produce oxígeno, el oxígeno no es muy soluble en agua y disminuye por debajo de esta capa (Fig. 1). Esto crea un gradiente de oxígeno, que va desde altas concentraciones de oxígeno en las capas superiores hasta cero oxígeno en las capas inferiores. La capa oxigenada se llama la capa aeróbica y la capa sin oxígeno se llama la capa anaeróbica.
En la capa anaeróbica, muchas comunidades microbianas diferentes pueden proliferar dependiendo del tipo y la cantidad de sustratos disponibles, la fuente de los microbios iniciales y la porosidad del sedimento. En la parte inferior de la columna, los organismos que descomponen anaeróbicamente la materia orgánica pueden prosperar. La fermentación microbiana produce ácidos orgánicos a partir de la descomposición de la celulosa. Estos ácidos orgánicos pueden ser utilizados por reductoresde sulfato, que oxidan esos orgánicos usando sulfato, y producen sulfuro como subproducto. La actividad de los reductores de sulfato se indica si el sedimento se vuelve negro, porque el hierro y el sulfuro reaccionan para formar minerales de sulfuro de hierro negro (Fig. 2, Tabla 1). El sulfuro también se difunde hacia arriba, creando otro gradiente en el que las concentraciones de sulfuro son altas en la parte inferior de la columna y bajas en la parte superior de la columna (Fig. 1).
Cerca del centro de la columna, los oxidantes de azufre aprovechan el suministro de oxígeno desde arriba y sulfuro desde abajo. Con la cantidad correcta de luz, los oxidantes fotosintéticos de azufre pueden desarrollarse en estas capas. Estos organismos se conocen como bacterias de azufre verde y púrpura,y a menudo aparecen como filamentos y manchas verdes, púrpuras o púrpura-rojos (Fig. 2, Tabla 1). Las bacterias de azufre verde tienen una mayor tolerancia al sulfuro y generalmente se desarrollan en la capa directamente debajo de las bacterias de azufre púrpura. Por encima de las bacterias de azufre púrpura, también se pueden desarrollar bacterias de nonsulfurpúrpura. Estos organismos fotosintetizan utilizando ácidos orgánicos como donantes de electrones en lugar de sulfuro y a menudo aparecen como una capa roja, púrpura, naranja o marrón. Los oxidantes de azufre no fotosintéticos pueden desarrollarse por encima de las bacterias púrpuras nonsulfur, y estos generalmente aparecen como filamentos blancos (Fig. 2, Tabla 1). Además, también se pueden formar burbujas en la columna Winogradsky. Las burbujas en las capas aeróbicas indican la producción de oxígeno por las cianobacterias. Las burbujas en las capas anaeróbicas son probablemente debido a la actividad de los metanogenos, organismosque descomponen anaeróbicamente la materia orgánica y forman metano como subproducto.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Posición en la columna</td>
			<td>Grupo funcional</td>
			<td>Ejemplos de organismos</td>
			<td>Indicador visual</td>
		</tr>
<tr>
<td>Arriba</td>
			<td>Fotosíntesis</td>
			<td>Cianobacterias</td>
			<td>Capa verde o marrón rojizo. A veces burbujas de oxígeno.</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="5"></td>
			<td>Oxidantes de azufre no fotosintéticos</td>
			<td>Beggiatoa, Thiobacilus</td>
			<td>Capa blanca.</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bacterias púrpuras sin azufre</td>
			<td>Rhodomicrobium, Rhodospirilum, Rhodopseuodmonas</td>
			<td>Capa roja, púrpura, naranja o marrón.</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bacterias de azufre púrpura</td>
			<td>Chromatium</td>
			<td>Capa púrpura, o púrpura-roja.</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bacterias de azufre verde</td>
			<td>Clorobio</td>
			<td>Capa verde.</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bacterias reductoras de sulfato</td>
			<td>Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobacter, Desulfuromonas</td>
			<td>Capa negra.</td>
		</tr>
<tr>
<td>Parte inferior</td>
			<td>Metanógenos</td>
			<td>Methanococcus, Methanosarcina</td>
			<td>A veces burbujas de metano.</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabla 1: Los principales grupos de bacterias que pueden aparecer en una columna clásica de Winogradsky, de arriba abajo. Se dan ejemplos de organismos de cada grupo, y se enumeran los indicadores visuales de cada capa de organismos. (2002) y Rogan et al. (2005).

En este experimento, el agua y los sedimentos fueron recogidos de un hábitat de agua dulce. Dos columnas Winogradsky fueron construidas y autorizadas para desarrollar: una columna clásica de Winogradsky incubada en la luz a temperatura ambiente (Fig. 2A) y una columna Winogradsky incubada en la oscuridad a temperatura ambiente (Fig. 2B).
<img alt="Figure 2B" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10506/10506fig2b.jpg"> Figura 2B: Una foto de la columna clásica de Winogradsk...

Creación de la columna de Winogradsky: Un método que sirve para enriquecer las especies microbianas en una muestra de sedimento

Source: Elizabeth Suter1, Christopher Corbo1, Jonathan Blaize1
1 Department of Biological Sciences, Wagner College, 1 Campus Road, Staten Island NY, 
...

La mayoría de los microorganismos de la Tierra no se pueden cultivar en un laboratorio, a menudo porque dependen de otros microbios dentro de sus comunidades nativas. Una columna de Winogradsky, llamada así por su inventor Sergei Winogradsky, es un ecosistema cerrado en miniatura que enriquece las comunidades microbianas dentro de una muestra de sedimento, lo que permite a los científicos estudiar muchos de los microbios que desempeñan un papel vital en los procesos biogeoquímicos de la Tierra, sin necesidad de aislarlos y cultivarlos individualmente. Por lo general, el barro y el agua de un ecosistema, como un estanque o un pantano, se mezclan. Como experimento opcional, se puede agregar sal a esta mezcla para enriquecer varias especies halófilas. A continuación, una pequeña porción de la mezcla se complementa con carbono, generalmente en forma de celulosa de papel de periódico, y azufre, generalmente de una yema de huevo. Para otro experimento opcional, se puede agregar un clavo a esta mezcla para enriquecer ciertas especies de Gallionella. A continuación, esta nueva mezcla se añade a una columna transparente, de modo que la columna esté llena en un cuarto. Finalmente, el resto de la mezcla de barro y más agua se agrega a la columna hasta que esté casi llena. La sucesión, que se refiere al desarrollo consecutivo de diferentes comunidades microbianas a lo largo del tiempo, se puede observar en tiempo real con una columna de Winogradsky. A medida que los microbios crecen dentro de la columna, consumen sustratos específicos y cambian la química de su entorno. Cuando sus sustratos se agotan, los microbios originales mueren y los microbios con diferentes necesidades metabólicas pueden prosperar en el entorno alterado. Con el tiempo, comienzan a formarse capas visiblemente distintas, cada una de las cuales contiene partes de una comunidad bacteriana con diferentes necesidades microambientales. Por ejemplo, los microbios fotosintéticos, compuestos en gran parte por cianobacterias, forman capas verdes o de color marrón rojizo cerca de la parte superior de la columna. Dado que la fotosíntesis produce oxígeno, a menudo visto como burbujas en la parte superior de la columna, se forma un gradiente con las concentraciones más altas de oxígeno cerca de la parte superior y las más bajas hacia la parte inferior. Dependiendo de los sustratos disponibles, diferentes comunidades microbianas pueden crecer en la capa inferior anaeróbica. Las burbujas en esta capa pueden indicar la presencia de metanógenos, que crean gas metano a través de la fermentación. Aquí, la fermentación microbiana de la celulosa da como resultado ácidos orgánicos. Los reductores de sulfato oxidan esos ácidos para producir sulfuro, y su actividad está indicada por el sedimento negro. El sulfuro se difunde hacia arriba en la columna, creando otro gradiente donde las concentraciones de sulfuro son más altas hacia la parte inferior de la columna y más bajas cerca de la parte superior. Hacia el centro de la columna, los oxidantes de azufre utilizan el oxígeno de arriba y el sulfuro de abajo. Con la luz adecuada, se desarrollan oxidantes de azufre fotosintéticos, como las bacterias de azufre verdes y moradas. Las bacterias verdes del azufre toleran concentraciones más altas de sulfuro. Por lo tanto, crecen directamente debajo de las bacterias púrpuras del azufre. Directamente encima de esta capa, las bacterias púrpuras sin azufre forman una capa de color rojo anaranjado. Los oxidantes de azufre no fotosintéticos se indican por la presencia de filamentos blancos. Condiciones como la luz y la temperatura también se pueden variar para enriquecer a otras comunidades. En este video, aprenderá cómo construir una columna de Winogradsky y variar las condiciones de crecimiento y los sustratos para enriquecer comunidades microbianas específicas. En primer lugar, localice un ecosistema acuático adecuado, como un estanque o una marisma. Las muestras de sedimentos deben provenir del área cercana a la orilla del agua y estar completamente saturadas de agua. Luego, use una pala y un balde para recolectar uno o dos litros del lodo saturado. A continuación, obtenga aproximadamente tres litros de agua dulce de la misma fuente y regrese al laboratorio con las muestras de campo. En el laboratorio, póngase el equipo de protección personal adecuado, que incluye una bata de laboratorio y guantes. Ahora, transfiera aproximadamente 750 mililitros de barro a un tazón para mezclar. Luego, tamice el barro para quitar las rocas grandes, ramitas u hojas y use una cuchara para separar los grumos. A continuación, agregue un poco de agua fresca al tazón y revuelva con una cuchara grande. Agregue agua hasta que la consistencia de la mezcla de agua y barro sea similar a la de un batido. Continúe asegurándose de que no haya grumos. Como experimento opcional, seleccione bacterias halófilas agregando de 25 a 50 miligramos de sal a la mezcla de lodo. Luego, transfiera aproximadamente 1/3 de la mezcla de agua y lodo a un segundo tazón para mezclar. Agregue una yema de huevo y un puñado de periódico rallado al tazón. A continuación, agregue esta mezcla a la columna, hasta que esté aproximadamente 1/4 de su capacidad. A continuación, agregue la mezcla de agua y barro sin el huevo y el periódico a la columna, hasta que esté aproximadamente 3/4 llena. Luego, agregue más agua a la columna, dejando un espacio de 1/2 pulgada en la parte superior. Cubra la columna con una envoltura de plástico y asegúrela con una banda elástica. Incube la columna a la luz cerca de una ventana a temperatura ambiente durante las próximas cuatro a ocho semanas. A lo largo del período de incubación, controle los cambios en la columna de Winogradsky al menos una vez a la semana para el desarrollo de capas de diferentes colores y la formación de burbujas. Además, registre el tiempo que tardan en desarrollarse las diferentes capas. Otra modificación que se puede hacer es incubar la columna cerca de un radiador para seleccionar bacterias termófilas, o en un refrigerador para seleccionar bacterias psicrófilas. Varíe las condiciones de luz colocando diferentes columnas en luz alta, poca luz u oscuridad para incubar. Alternativamente, limite la longitud de onda de la luz entrante cubriendo la columna con diferentes tonos de celofán para determinar qué colores seleccionan para diferentes grupos bacterianos. Para otro experimento opcional, para enriquecer las bacterias oxidantes del hierro, agregue un clavo a la mezcla de lodo y agua antes de agregar papel de periódico y una yema de huevo. Después de una o dos semanas, el crecimiento de la capa de cianobacterias se indica mediante una película verde o marrón rojiza en la parte superior de la capa de lodo de la columna clásica de Winogradsky. Con el tiempo, se monitoriza el aspecto y la evolución de las diferentes capas, cada una indicativa de los diferentes tipos de bacterias presentes. Al comparar una columna cultivada en la oscuridad con una columna Winogradsky tradicional, vemos que el tratamiento oscuro produce la capa negra en la parte inferior de la columna, indicativa de bacterias reductoras de sulfato. La columna oscura también puede producir otras capas, dependiendo de otras condiciones de incubación. Además, la columna oscura no produce la capa verde de cianobacterias, ni las capas rojas, moradas o verdes indicativas de bacterias púrpuras sin azufre, púrpuras y verdes sin azufre, respectivamente. Estos grupos dependen de la luz para crecer.

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Educación

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Biología Avanzada

Microbiology

Microbiología

winogradsky column microbial layers and gradients

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles.

The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon, usually cellulose, and sulfur are added, and the column is incubated in light. As microbes use these resources, they go through succession, which means one community replaces another as conditions change. This activity also creates gradients, or zones with changing chemical levels, especially for oxygen and sulfide.

At the top of the column, photosynthesizers grow first. These are mostly cyanobacteria, which make oxygen and often appear as a green or reddish-brown layer. Because oxygen is not very soluble in water, its concentration drops quickly below this zone. That creates an aerobic layer with oxygen at the top and an anaerobic layer with no oxygen below.

Deeper in the column, microbes that do not need oxygen can become active. At the bottom, organisms break down organic matter without oxygen, and fermentation of cellulose produces organic acids. Sulfate reducers then use these organics with sulfate and release sulfide. When iron reacts with sulfide, the sediment turns black and forms iron-sulfide minerals.

Sulfide also moves upward, so the middle of the column becomes a place where oxygen from above and sulfide from below meet. With enough light, sulfur-using photosynthesizers grow here. Green sulfur bacteria and purple sulfur bacteria often form green, purple, or purple-red layers. Green sulfur bacteria usually sit below purple sulfur bacteria because they tolerate more sulfide.

Above the purple sulfur bacteria, purple nonsulfur bacteria may form red, purple, orange, or brown layers. These microbes use organic acids as electron donors instead of sulfide. Higher up, nonphotosynthetic sulfur oxidizers can appear as white filaments. Bubbles may also form in the column. Oxygen bubbles in the aerobic layers come from cyanobacteria, while methane bubbles in the anaerobic layers are likely made by methanogens.

A mature Winogradsky column can show several microbial groups from top to bottom. Cyanobacteria are at the top, followed by nonphotosynthetic sulfur oxidizers, purple nonsulfur bacteria, purple sulfur bacteria, green sulfur bacteria, sulfate-reducing bacteria, and methanogens near the bottom. The visible colors, filaments, black sediment, and bubbles make the column a useful model for studying how microbes depend on one another in layered environments.

Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

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creating a winogradsky column: a method to enrich the microbial species in a sediment sample

A Winogradsky column shows how microbial layers form in mud and water over time. It is a clear, enclosed ecosystem that helps scientists grow sediment microbes that are hard to culture in a test tube or on a petri dish. By keeping conditions close to a microbe’s natural habitat, the column makes it possible to study organisms that help drive Earth’s biogeochemical cycles. The column is built from pond or wetland sediment mixed with water in a transparent container. Extra sources of carbon,...

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Explore how a Winogradsky column forms microbial layers, oxygen and sulfide gradients, and visible signs of cyanobacteria, sulfur bacteria, and methanogens.

Winogradsky Column Microbial Layers and Gradients

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