Informe Laboratorio #1Maria Camila Parra Santos 1015445313 Universidad Central. Facultad de Ingeniería, Ingeniería Ambiental, Biogeoquímica ___________________________________________________________________________________________________ Columna de Winogradsky Winogradsky column Resumen El propósito de este experimento es la caracterización y seguimiento de la columna de Winogradsky elaborada en el laboratorio Palabras clave con diferentes materiales orgánicos e inorgánicos fundamentales para el óptimo Ecosistema, Aeróbia, Microaerófila, desarrollo durante el tiempo determinado. Anaeróbia, reductor, fermentador, Los desechos orgánicos e inorgánicos fueron metabolismo, microorganismos, fotosíntesis, recolectados en el Rio Soacha. Luego de sulfuros. realizar el montaje, se hicieron diferentes determinaciones del a partir de los factores Keywords de sedimentación, aspecto, colores y olores presentes acorde a la evolución semanal de Ecosystem, Aerobic, Microaerophilic, la columna, donde se encontraron diferencias Anaerobic, reducer, fermentor, metabolism, significativas debido a la actividad microbiana microorganisms, photosynthesis, sulfides. y a las condiciones ambientales generadas en este sistema. Introducción Abstract Todas las formas de vida existentes en la Tierra dependen de reacciones de oxidación The purpose of this experiment is the y reducción characterization and monitoring of the que operan mediante transferencia de Winogradsky column elaborated in the electrones (Fernández M, 2017). En los laboratory with different organic and inorganic sistemas vivos, las reacciones redox materials fundamental for the optimum aparecieron originalmente en development during the determined time. The microorganismos procariotas y forman en la organic and inorganic wastes were collected actualidad un sistema complejo dentro de la in the Rio Soacha. After the assembly, biosfera. Para mantener este sistema vital a different determinations of the sedimentation nivel planetario se necesita que las factors, appearance, colors and odors were sustancias oxidantes y las reductoras estén carried out according to the weekly evolution de algún modo conectadas, permitiendo la of the column, where significant differences continuidad del metabolismo global were found due to the microbial activity and (Fernández M, 2017). the environmental conditions generated in this system. La oxidación de la superficie terrestre es análoga a la ordenada formación de capas microbianas que se forma en una columna de tolerancia al sulfuro de hidrógeno, en el Winogradsky de abajo hacia arriba. En ella medio de esta zona se ubican bacterias rojas se desarrollan estructuras espacialmente y verdes no del azufre. En la zona media, organizadas que representan la evolución Microaerófila, se hallan bacterias oxidado- secuencial del metabolismo microbiano y que reductoras aerobias y bacterias fotosintéticas parecen recapitular los estados de oxidación que usan los compuestos químicos para su biogeoquímica. En este sistema, los metabolismo. Una capa superior, pueden microorganismos de las capas microbianas hallarse organismos aeróbicos como algas se auto-organizan y cada grupo se sitúa en la verdes eucariotas y cianobacterias que columna acuosa a lo largo del potencial liberan oxígeno y mantienen esta zona de la redox y de productos generados, como el columna aeróbica, dichos organismos crecen oxígeno, dióxido de carbono, gases rápidamente en esta capa de la columna nitrogenados y azufrados o el hidrógeno. (Moreno,2012) (Santos, 2009) Mientras que en una columna de Winogradsky el fenómeno ocurre a escala La columna de Winogradsky presenta un local y en poco tiempo, lo mismo ha sucedido enfoque sobretodo, al ciclo del azufre, pero a escala global a lo largo de los tiempos. se podría desarrollar igualmente a la reproducción de otros ciclos biogeoquímicos En el metabolismo microbiano se realizan equivalentes para carbono, hidrogeno y otros una serie de procesos fisicoquímicos al elementos. Es un sistema complejo, y interior de los microorganismos y con su autónomo mantenido por energía lumínica. entorno, permitiendo una regulación de las necesidades biológicas, obteniendo así la Materiales y Métodos energía suficiente para sobrevivir (Álvarez S, 2016). Este experimento se ha realizado en La columna de Winogradsky es un sistema diferentes etapas que consisten en: acuático en el que los microorganismos se establecen en regiones diferenciadas según Primer etapa, montaje: Se recolecto una su metabolismo y constituye un modelo de cantidad de suelo determinada (500g) ecosistema, similar a los tapetes microbianos provenientes del Rio Soacha, calculando una que se hallan en aguas dulces capacidad 1/3 de volumen total para ocupar o saladas, donde proliferan microorganismos un envase plástico, se trituró 1g de cascaras del medio acuático y de los sedimentos de huevo, que fueron adicionados a la (Prada J, 2011). Es un instrumento que sirve cantidad de suelo junto con dos tipos de para estudiar las relaciones entre sales determinadas por el docente (CaSO 4, microorganismos, comunidades mixtas y KHPO4), papel finamente cortado y yema de metabolismos energéticos variables. huevo desmenuzada para luego generar una mezcla homogénea ocupando la capacidad La columna de Winogradsky presenta de 1/3 del envase plástico. Luego, dentro del diferentes estratificaciones. En la zona sustrato homogenizado se enterraron dos inferior, en ausencia de oxígeno, se tornillos de hierro y se añadió agua hasta desarrollan microorganismos anaeróbios de llegar a una altura de 10 cm por debajo del actividades fermentativas produciendo como borde del envase marcando el limite sobre el subproductos de su metabolismo alcohol, envase para luego sellarlo con papel vinipel. ácidos orgánicos, ácido sulfhídrico, metano, Es importante agitar levemente la solución hidrógeno y ácidos grasos que sirven como con una varilla de vidrio para eliminar las sustrato para el desarrollo de bacterias burbujas de aire (Gómez R, 2017). reductoras de sulfato. Los subproductos liberan productos sulfurados que se Segunda etapa, recuento de poblaciones expanden a la capa superior creando microbianas: intercambios de sulfuro de hidrógeno en diferentes concentraciones en cada capa; Se Marcaron diferentes cajas Petri y tubos de luego las bacterias rojas (bacterias rojas del ensayo de NaCl con marcador, indicado las azufre), púrpuras y verdes (bacterias verdes diluciones a cultivar y los demás datos del del azufre), se estratifican de acuerdo a su montaje. Se extrajeron 10 mL de la columna de Winogradsky y fueron diluidos en 90 ml en agar PDA utilizado para el crecimiento de de NaCl (0,85%) en el Erlenmeyer esto fue hongos y levaduras es importante resaltar mezclado. Esta suspensión representa la que el tiempo transcurrido entre la realización dilución 10-1, posteriormente se tomó 1 ml de de las diluciones y la siembra de las la suspensión anterior con el pipeteador y se muestras no excedió los 15 minutos para agregó a uno de los tubos de 9 ml de NaCl. evitar la contaminación de las muestras, Se agitaron los tubos de cada dilución una luego se dejó que la muestra se absorbiera vez realizada. Posteriormente se realizó el con las cajas tapadas durante mismo procedimiento hasta llegar a la aproximadamente 15 minutos a temperatura dilución 10-4 . De las últimas dos diluciones ambiente antes de invertir, finalmente se se tomaron de cada una 100 µl Invirtieron las cajas e incubaron a 37 ± 2 ºC sembrándolos de forma masiva en una caja durante 48 h para las bacterias en el agar Petri agar SPC que se utiliza para el SPC y durante siete días para los hongos en crecimiento de bacterias y se repitió el el agar PDA. (Gómez R, 2017). procedimiento sembrando de forma masiva Resultados y Análisis Tabla 1. Seguimiento de los cambios presentados semanalmente en la columna de Winogradsky Semana Columna Observaciones 1 Durante la primera semana se realizó el montaje con todos los materiales y el orden indicado por la docente. Las características principales que se pueden describir son: En este montaje inicial se observa que la muestra de suelo se sedimento, que al agregar el agua una parte del agua se mezcló con el suelo y por este motivo se veía turbia de lo que estaba principalmente debido a que el agua fue tomada del Rio Soacha, cabe resaltar que ya viene con una carga de microorganismos. Al finalizar el montaje se marcó y almaceno la columna en el laboratorio a temperatura ambiente, y con presencia de luz solar. 2 En la segunda semana, se puede evidenciar poca turbidez en el agua, debido al estado de reposo en este periodo de tiempo. También podemos evidenciar que el nivel del agua supero el límite marcado anteriormente, debido a la actividad de microorganismos fototróficos diferentes procedentes del agua o del barro utilizado. La superficie del barro puede presentar en esta zona un ligero color castaño. Esta es la parte de la columna más rica en oxígeno y más pobre en azufre (UNAM, 2010). Semana Columna Observaciones 3 Durante la tercer semana de evolución, pudimos observar el cambio del color del agua debido a que se torna de un color amarillento, también se evidencia actividad biológica activa. Según la UNAM (2011) la actividad biológica se da debido a la degradación de la celulosa contenida en las tiras de papel, este proceso de fermentación se debe a bacterias del tipo Clostridium, bacterias estrictamente anaerobias. 4 Durante la cuarta semana de evolución se evidencia un cambio muy notorio en la coloración del agua, ya que pasa de un color amarillo claro a color negro intenso, esto se debe a que las bacterias reductoras del azufre utilizan los productos de la fermentación generando grandes cantidades de H2S que reaccionara con el hierro presente en la zona anaerobia para producir sulfuro ferroso (UNAM, 2011). También es importante resaltar que en el borde superior en la columna se presenta una formación colonial de color rojo- naranja, este tipo de característica se atribuye a las bacterias reductoras no del azufre. Semana Columna Observaciones 5 Durante la quinta semana de evolución se evidencia claramente el crecimiento abundante de una capa de color verde, esto se genera debido a la presencia de cianobacterias (organismos fotosintéticos). El olor característico durante esta semana es muy fuerte característico de la presencia de azufre. 6 En la semana 6 de evolución, se puede evidenciar un cambio de la capa aerobia en relación a la estructura que se evidenciada anteriormente en la semana 5, al borde del envase se puede observar la presencia de un color purpura, según Pérez, J (2008) la pigmentación naranja se debe a la presencia de bacterias del genero Rhodospirillum y Rhodopseudonomas que no se desarrollan completamente en presencia de H2S. El olor caracteristico en esta semana no es muy fuerte. 8 Se presenta un mayor desarrollo referente a la composición de la capa verde característica de la actividad biológica de organismos fotosintéticos (cianobacterias) presentes en la zona aerobia de la Columna. Debido al movimiento generado durante la manipulación de la columna para el debido seguimiento, se notó la presencia de un olor fuerte característico del azufre. La presencia de burbujas en la imagen se debe a la presencia de H 2S necesario para las bacterias del genero Amoemobacter (Salazar A, 2014) 9- 10 Durante las semanas 9 y 10, no se presenta un cambio notorio referente a la semana anterior con respecto a la actividad biológica presente en la capa orgánica característica de la zona aerobia. El olor característico del azufre desaparece considerablemente, este fenómeno se debe a la baja concentración de H2S elemental para el metabolismo de las bacterias de genero beggiotoa y Thiobacillus(Salazar A, 2014). 11 En esta semana, se presenta una capa orgánica más sólida y de mayor grosor la actividad biológica presente en la zona Microaerofila y anaerobia es muy escasa debido a la ausencia de colores característicos de los géneros bacterianos presentes en cada una de las fases presentes en las zonas mencionadas, el olor presente en la columna es característico del agua estancada. La presencia de olores fuertes es nula. 12- 14 Durante estas semanas de finalización experimental, se pueden presenciar un cambio drástico en la capa orgánica de la columna, esta condición puede ser factor de movimiento generado por la manipulación del experimento. Aunque, se puede resaltar que este sistema tiende a estabilizar su actividad biológica en presencia de los elementos químicos esenciales para el metabolismo de los microorganismos, en este caso a la presencia de O 2 para organismos fotosintéticos presentes en la zona aerobia. No se percibieron olores al retirar el plástico protector del envase y el nivel del agua permanece en su punto de origen sin presentar cambios en su coloración y en la sedimentación de la columna. Evidencia de microorganismos Tabla 2. Cultivo y seguimiento de poblaciones microbianas presentes en la columna de Winogradsky SPC CONCENTRACION 10^-4 OBSERVACIONES Forma circular, puntiforme Borde elevado Presenta elevación plana SPC CONCENTRACION 10^-3 OBSERVACIONES Se presenta crecimiento abundante (forma de la colonia). Borde ondulado Elevación plana PDA CONCENTRACION 10^-3 OBSERVACIONES Forma circular, puntiforme Borde filamentoso Colonias aterciopeladas, color verde, blanco(hongos) Colonias color crema y color rojo en menor cantidad PDA CONCENTRACION 10^-4 OBSERVACIONES Forma puntiforme No presenta borde Presencia de hongos aterciopelados( verde, blanco) Colonias de color rojo( organismos unicelulares ggggggggg Conclusiones La ausencia de luz es un factor depende directamente de las indispensable en la evolución condiciones ambientales presentes durante la fase de experimentación, en cada una de las zonas, estas por este motivo los procesos condiciones son fundamentales en el presentes en cada una de las zonas metabolismo y desarrollo de cada de la columna eran más lentos y la uno de los géneros bacterianos por ende, la actividad de existentes en el sistema, ya que el microorganismos fotosintéticos no ciclaje de los elementos presentes fue de gran desarrollo. serán el producto para la aparición de nuevas especies de La manipulación generada en el microorganismos y por consiguiente, proceso de experimentación pudo el sistema seguirá evolucionando. alterar algunas fases durante la evolución, pero el sistema demostró que a lo largo del tiempo puede llegar a estabilizarse nuevamente. La columna de Winogradsky es una demostración que explica la La estratificación en la columna de adaptación de microorganismos en Winogradsky es un factor que espacios altamente específicos de acuerdo con interacción con el medio ambiente y sus necesidades para la supervivencia de las diferentes especies. Bibliografia Gacto M (2017), la Columna de Winogradsky- http://www.um.es/acc/la-columna-de- winogradsky/ Prada J (2011), informe columna de Winogradsky- https://es.scribd.com/doc/211319139/ COLUMNA-DE-WINOGRADSKY- INFORME-docx Alvares R (2016), análisis del metabolismo presente en microorganismos de la columna de Winogradsky- http://www.colmayor.edu.co/archivos/ 110anlisis_del_metabolismo_de__pe 30g.pdf UNAM, Practica 9. Estudio de la diversidad microbiana en un ambiente- http://depa.fquim.unam.mx/amyd/arc hivero/DiversidadMicrobianaColumna Winogradsky_21554.pdf Mecias N (2011), Columna de Winogradsky- https://es.slideshare.net/nelson1704/ columna-de-winogradsky? next_slideshow=1 Salazar A ( 2014), Columna de Winogradsky- http://www.academia.edu/8201405/C OLUMNA_DE_WINOGRADSKY_1 Malajovich A (2009), Analisis de la columna de Winogradsky- https://bteduc.com/guias_es/28_Anali sis_de_la_columna_de_Winogradsky .pdf