INTERPRETAÇÃO DA COLUNA DA COLUNA DE WINOGRADSKI

Aula Prática: COLUNA DE WINOGRADSKY

Interpretação da coluna da coluna de Winogradski

[pic 1]

Inicialmente, na amostra de solo ou sedimento, todos os microrganismos estão presentes, mas em número baixo. Os anaeróbios estritos estão na forma de esporos.

A celulose adicionada promove rápido crescimento microbiano eliminando o oxigênio do sedimento e da coluna d’água. Somente uma fina camada no topo permanece aerada. Assim, somente os microrganismos que podem crescer em condições anaeróbias passam a se desenvolver. Eles são os fermentadores de matéria orgânica e os que fazem a respiração anaeróbia.

Quando o oxigênio for consumido, algumas espécies celulolíticas de Clostridium degradam a celulose em glicose e depois a fermentam para obtenção de energia, produzindo etanol, ácido acético, ácido succínico etc.

[pic 2] Clostridium sp.

Bactérias redutoras de enxofre, como as do gênero Desulfovíbrio, podem utilizar esses produtos da fermentação utilizando sulfato (ou outra forma parcialmente oxidada do enxofre) como aceptor de elétrons, produzindo grande quantidade de H2S por esse processo. O H2S reage com qualquer ferro no sedimento produzindo sulfito ferroso, que é preto. Entretanto, algum H2S difunde para cima da coluna e pode ser utilizado por outros microrganismos.

[pic 3] Desulfovibrio sp.

A difusão do H2S do sedimento para a água permite o crescimento de bactérias fotossintetizantes. Essas bactérias podem ser notadas como duas bandas coloridas na parte superior do sedimento (bactérias sulfurosas verdes e púrpuras). Essas bactérias obtêm energia da luz e produzem seus materiais celulares a partir do CO2 (Eq 1), como as plantas (Eq 2). Contudo, há uma diferença essencial: elas não produzem O2 durante a fotossíntese porque não utilizam a água como redutora, e sim H2S.

[pic 4]   [pic 5] Colônias de bactérias sulfurosas verdes e púrpuras

6CO2 + 12H2S > C6H12O6 + 6H2O + 12S (bactérias)         (Eq. 1) (Equação geral)

6CO2 + 6 H2O > C6H12O6 + 6O2 (plantas)                          (Eq. 2) (Equação geral)

As bactérias sulfurosas púrpuras tem tipicamente células grandes e depositam grânulos de enxofre dentro delas (Ex. Thiocapsa)

[pic 6]Thiocapsa roseopersicina

As bactérias sulfurosas verdes são células menores e tipicamente depositam o enxofre externamente.

[pic 7]

 Chlorobium limicola       Prosthecochloris aestuarii   Pelodictyon clathratiforme

O enxofre (ou sulfato) produzido por essas bactérias retornam ao sedimento e é reciclado pelas bactérias como as Desulfovibrios (parte do ciclo do enxofre em águas naturais). Essas bactérias são consideradas como anaeróbicas obrigatórias, porém isso não é estritamente correto: quando o crescimento for limitado, essas bactérias podem sobreviver em ambientes ricos em oxigênio. Recentemente, algumas espécies de Dessulfovibrio  mostraram potencial para biorremediação de radionuclídeos como o urânio.

A maior parte da coluna d’água acima das bactérias fotossintetizantes pode estar colorida em vermelho pela grande população de bactérias púrpuras não-sulfurosas, como as dos gêneros Rhodopseudomonas, Rhodospirillum e Rhodomicrobium. Essas bactérias crescem em condições anaeróbias, utilizando a energia da luz e ácidos orgânicos (são fotoeterotróficas). Os ácidos são produtos da fermentação de outras espécies anaeróbias (ex. Clostridium). Entretanto, não toleram altas concentrações de H2S, ocorrendo, então, acima das bactérias sulfurosas verdes e púrpuras. Dependendo da fase, essas bactérias podem não serem vistas, pois a água pode estar oxigenada pelas cianobactérias.

[pic 8]                                                Rhodospirillum rubrum[pic 9]

Muitos microrganismos podem crescer na zona oxigenada no topo da coluna d’água. Existem três tipos distintos de interesse:

1. Qualquer H2S que difunde para a zona aeróbia pode ser oxidado pelas bactérias sulfurosas oxidantes. Essas bactérias tiram energia da oxidação do H2S e utilizam o carbono do CO2 (quimiosintetizantes/quimioautotróficas) (Eq. 3). Essa reação pode ocorrer em algumas bactérias e em algumas cianobactérias:

(H2S + 2O2 ---> H2SO4)

CO2 + 2 H2S ----> C6H12O6 + 2S + H2O                (Eq. 3) (Equação geral)

As bactérias sulfurosas despigmentadas (Beggiatoa, Thiothrix e Thiobacillus) são as responsáveis pela oxidação microbiana do enxofre. A energia obtida pela oxidação do H2S é, a seguir, utilizada para fixar o CO2 (quimiotrofia). Thiobacillus é obrigatoriamente quimiolitotrófica enquanto que as outras bactérias citadas podem utilizar opcionalmente moléculas orgânicas como fonte de carbono (bactérias heterotróficas). Quando o aporte de O2 e de H2S é suficientemente alto, ou seja, na interface entre as zonas aeróbicas e anaeróbicas na coluna d'água, estas bactérias podem se multiplicar de modo maciço formando extensas camadas de microrganismos nos corpos d'água.