Estudio de las comunidades microbianas asociadas a un ecosistema acuático, a partir de la construcción de la columna de Winogradsky

in #spanish5 years ago

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Columna de Winogradsky (Fotografía propia)

Resumen

La dinámica de una comunidad microbiana estará determinada por las condiciones del ambiente, la cantidad de recursos disponibles para el desarrollo de dichos microorganismos, así como la coexistencia entre sí en un determinado tiempo y espacio. Con el fin de visualizar dicha dinámica en un ambiente que asemeje un ecosistema acuático, se construyó la columna de Winogradsky, la cual una de ellas fue sometida a oscuridad y otra a exposición de luz solar, evidenciando los cambios que se producen en la estructura de la comunidad así como la estratificación en el tiempo, debido a que se generan gradientes de oxigeno y H2S a lo largo de la misma. Entre los resultados destacan la variación de colores dentro de la columna, producto de los microorganismos que van colonizando cada estrato, así como la sucesión de las comunidades dentro de la misma.

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Introducción.

El estudio de las comunidades microbianas y su interacción con el medio que le rodea definen ciertos procesos naturales de ciclaje de nutrientes que mantienen la dinámica dentro de un ecosistema y controlan la evolución de la biosfera (Madigan y Col 1997). De ahí conlleva la importancia de los estudios ecológicos de las comunidades microbianas, los cuales tienen el fin de evidenciar el papel de dichos microorganismos y sus interacciones en el ambiente.

Esta columna fue desarrollada por el científico ruso Sergei Winogradsky (1853-1956), y representa la dinámica de las diversas interacciones de una comunidad microbiana asociada a un cuerpo de agua o ecosistema acuático natural (López J, 2008), dicha columna permite conocer cómo se desarrollan los ciclos de estas comunidades y la constitución de estos tapetes microbianos formados principalmente por diferentes clases de microorganismos, los cuales cada uno cumple una función dentro de este microecosistema.

En esta columna se pueden evidenciar dos grandes procesos naturales los cuales son el ciclo del azufre y la fotosíntesis, la sucesión de las comunidades, así como también se evidencian zonaciones debido al gradiente de concentración de oxígeno y la de otros compuestos químicos, los cuales son utilizados en el metabolismo de los diversos microorganismos que coexisten (López J, 2008).

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Materiales y Metodología.

-2 cilindros de vidrio o plástico transparente.

  • 2 hojas de papel filtro (fuente de carbono y energía para la cadena trófica microbiana)
  • Sulfato de calcio
  • Carbonato de calcio (agente tamponador del pH)
  • Muestra de sedimento, agua proveniente de la muestra de sedimento (Parque los Chorros).
    -Arena (color claro)
  • Restos de hojas, plantas, ramas, etc.
  • Papel parafilm
  • Papel aluminio
  1. Se tomó una muestra de sedimento o suelo.

  2. Se cortaron trozos pequeños de papel filtro.

  3. Se mezcló la muestra de sedimento con 1 g de sulfato de calcio, y 1 g de carbonato de calcio, restos de hojas, plantas, ramas, y los trozos de papel filtro.

  4. Se agregó la mezcla al fondo de la columna.

  5. Se adicionó la arena de playa.

  6. Se agregó el agua del lugar de donde proviene la muestra hasta casi al borde.

  7. Finalmente se cubrió con papel parafilm la parte superior de la columna e se incubó en presencia de la luz.

  8. Se realizó el mismo procedimiento desde el punto 1 a 7 con una segunda columna envuelta en papel aluminio la cual se incubó en condiciones de oscuridad.

  9. Se realizaron observaciones de la columna diariamente durante una semana y cada tercer día durante tres semanas.
    Experimento realizado desde el 1/11/18 hasta el 11/12/18.

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Resultados

Las figuras a observar pertenecen a los cambios de la columna evidenciados en el periodo de un mes y 5 días a exposición de luz constante.

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Fig. 1.Columna de Winogradsky 7/11/18

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Fig. 2. Columna de Winogradsky 15/11/18

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Fig. 3. Columna de Winogradsky 19/11/18

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Fig.4. Columna de Winogradsky 24/11/18

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Fig.5. Columna de Winogradsky 11/12/18

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Discusión

En la columna de Winogradsky se pueden evidenciar distintos estratos debido al gradiente de O2, el cual es mayor en la superficie y desciende con la profundidad a lo largo de la columna y la producción de H2S, el cual su concentración es mayor en el fondo y asciende a la superficie, estos cambios generan un microambiente el cual puede favorecer o perjudicar el desarrollo o crecimiento de ciertas comunidades de microorganismos (López J, 2008).

El tapete de color verdoso visualizado en la zona 1 (Fig.1A) se debe a que desde el primer día del montaje, la columna fue expuesta al sol y a suficiente concentración de oxígeno, estas condiciones fueron adecuadas para el desarrollo de microorganismos fotoautótrofos, los cuales utilizan la luz solar como fuente de energía y pueden fijar el CO2 como fuente de carbono, desprendiendo oxigeno dentro de la columna, dentro de esta comunidad pueden encontrarse las algas, cianobacterias, y bacterias verdes y purpuras ( Gerard J, y Col 2007).

Nótese que esta comunidad varía en el tiempo, a los 15 días de haber realizado el montaje de la columna (Fig.2) se observa mayor concentración del tapete verdoso, sin embargo en la (Fig.5) al pasar un mes y once día se presenta ausencia de la coloración verdosa, es posible que disminuyera la concentración de O2 en la columna y aumentara la concentración de H2S, cambiando las condiciones para la proliferación de esta comunidad fotoautotrofa y da el paso a la colonización de bacterias incoloras del azufre entre la zona 1 y 2 en el área microaerofila donde se encuentra una interface lodo-agua y una concentración parcial de oxígeno(López J, 2008). Según Madigan y Col 1997, la estructura de la comunidad en cada uno de los estratos será determinada por los cambios fisicoquímicos y por los cambios en la disponibilidad de los recursos.

En la zona 2 al aumentar la profundidad en el sistema, comienza a disminuir las concentraciones de oxígeno cambiando en este estrato la comunidad de microorganismos (López J, 2008). Los microorganismos asociados a esta zona son los fotoheterótrofos, los cuales utilizan la luz como fuente de energía y compuestos complejos como fuente de carbono ya que no tienen la capacidad de utilizar fuentes sencillas como CO2 (Gerard J, y Col 2007). Este se trata de una comunidad de bacterias muy versátil que obtiene energía por fotosíntesis anoxigénica, dentro de este grupo se encuentran bacterias rojas y verdes no dependientes del azufre, las cuales se visualizan dentro de la columna con una coloración rojiza, esta se empezó a visualizar a los 15 días del montaje (Fig.2), a pesar de ser sensibles a la concentración de H2S la cual aumentó con el tiempo, se observa mayor concentración del color rojizo en la Fig.5 al mes y once días, lo que puede inferir que estas bacterias pueden tener una alta tolerancia al H2S .

Analizando la zona 3 (Anaerobia media), se encuentra un ambiente de lodo rico en H2S, por eso al visualizar la Fig.5. Se observa un color negro-purpura intenso. En esta zona se encuentran microorganismos fotolitoautótrofos, los cuales absorben energía lumínica y fotosintetizan utilizando H2S como fuente de H2, estos microorganismos a diferencia de los encontrados en la zona 1 no producen oxígeno. (López J, 2008). Esta comunidad puede estar conformada por bacterias verdes y purpuras dependientes del azufre. Esta comunidad también ha variado en el tiempo ya que depende de las concentraciones de H2S, visualizándose una diferencia desde los primeros días del montaje Fig. 1 a los últimos días Fig.5.

Finalmente la zona 4 al ser la más profunda de la columna disminuye la cantidad de oxigeno, siendo esta la de mayor anaerobiosis, en este estrato se desarrollaran microorganismos anaerobios estrictos y facultativos así como los que posean mayor tolerancia al H2S (López J, 2008). El lodo está compuesto por diversos compuestos orgánicos, los cuales sufren procesos de descomposición y reducción del sulfato en condiciones anóxicas generando un gradiente de sulfuro de hidrógeno.
La zona inferior de color negro intenso (Fig.5), denota la presencia de microorganismos reductores de sulfato (SO4-2) (Desulfovibrio) los cuales participan en el proceso del ciclaje del azufre (López J, 2008). Estos microorganismos son quimioheterotrofos, los cuales tienen la capacidad de obtener energía por anaerobiosis a través de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos utilizando el sulfato (o azufre) como aceptor alternativo de electrones y produciendo H2S el cual difunde en dirección a las capas superiores. La fuente de carbono proviene de la fermentación producida por comunidades bacterianas superiores (Malajovich M, 2007). También pueden aparecer bacterias metano génicas que generan CH4, que se observa en la columna como burbujas de gas en el fondo.

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Referencias Bibliográficas

  • Gerard J. Tortora, ‎Berdell R. Funke, ‎Christine L. Case. 2007. Introducción a la Microbiología, 9a edición. Editorial Panamericana . p 144-146

  • López J, 2008. La Columna de Winogradsky. Un ejemplo de Microbiología básica en un laboratorio de educación Secundaria. Universidad de Murcia. Rev. Eureka pp. 373-376 . España.

  • Madigan, M.T., J.M. Martinko y J. Parker. 1997. La Herencia de Winogradsky. En “Brock: Biología de los microorganismos”. 8ª edición. Prentice Hall. p. 493.

Todas las imagenes y fotografías son de mi autoría.

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@ylich muchisimas gracias

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@desireeart muchisimas gracias, me alegra muchisimo eso :D Saludos.

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