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Diversidade microbiana. Maior diversidade da vida é microbiana Microrganismos vem se diversificando há cerca de 3,8 bilhões de anos, ao contrário dos.

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1 Diversidade microbiana

2 Maior diversidade da vida é microbiana Microrganismos vem se diversificando há cerca de 3,8 bilhões de anos, ao contrário dos macro- organismos que se diversificam há apenas 600 milhões anos. A maior parte da diversidade microbiana ainda está para ser descoberta Atlas e Bartha,1998

3 Diversidade Microbiana Bacterial diversity in human subgingival plaque. Estimate of the total species diversity in the oral cavity is approximately 500 species. Based on16S ribosomal DNA (rDNA) J. Bacteriol. 2001;183(12):

4 O que é diversidade? Variabilidade entre microrganismos em nível de espécie, entre espécies e nos ecossistemas. (Convenção biológica da Biodiversidade, 1992 – Rio-92). Pode ser entendida como uma associação de vários componentes hierárquicos: Ecológico Organismo Genético

5 Elementos da diversidade Diversidade Diversidade Diversidade Ecológica Organismal Genética Biomas Bio-regiões Paisagem Ecossistema Habitat Nichos Populações Indivíduos Cromossomos Genes Nucleotídeos Reino Filo Família Gênero Espécie População Individuo Heywood & Baste, 1995 Hierarquias

6 Efeitos de escala Whittaker, 1972 Diversidade alfa Dentro de uma comunidade ou de um habitat (local) Diversidade beta Ao longo de um gradiente, de um habitat para outro Diversidade gama Ao longo de diversos habitats em uma região geográfica

7 Importância da diversidade Na produtividade dos ecossistemas É possível avaliar a produtividade de um solo avaliando a sua diversidade microbiana Na sustentabilidade dos ecossistemas A diversidade tem um enorme impacto: 1. Na dinâmica do ecossistema 2. Na conservação do solo (evita erosão)

8 Dificuldades na avaliação 1. Amplitude da diversidade Áreas de mega diversidade - hot spots Carência de metodologias A diversidade microbiana é pouco conhecida, mas é maior do que a das plantas e animais

9 Exemplos Amplitude Solo (rizosférico): 10 9 /g Cursos de Água Doce: /mL Oceanos: /mL Solo COMPLEXIDADE diferentes genomas do tamanho de E. coli por grama

10 Número de espécies descritas (x1.000) e estimadas da riqueza específica para alguns grupos de organismos vivos Hawksworth & Kalin-Arroyo, 1995 organismoEspécie descritaNúmero estimadoPrecisão superiorinferiortrabalho Vírus Fraca Bactérias Fraca Fungos Moderada Protozoários Fraco Algas Fraco Plantas Bom Insetos Moderado

11 Amplitude (cont.) < 5% das espécies foram isoladas em cultura pura (baseada em análises de DNA do ecossistema).

12 Dificuldades 2. Questões taxonômicas Conceito de espécie em bactérias? Discrepâncias entre espécies antigas e atuais Falta de taxonomistas particularmente em países com elevada diversidade. Países tropicais cobrem apenas 6 % da área do globo e incluem 50 % das espécies

13 Conceitos de espécie Espécie biológica - grupo de populações naturais que trocam material genético Espécie evolucionária - linhagem de populações que tem uma relação específica com antecessor e que dispõem de tendências evolutivas e históricas próprias. Espécie filogenética - menor grupo que dispõe do mesmo padrão de descendência e ancestralidade. Espécie de reconhecimento - menor grupo que se reconhece entre si para finalidade de cruzamento e fertilização. Morfológica, Coesão....

14 Dificuldades 3. Questões metodológicas Uso de técnicas clássicas de cultura pura *Culturabilidade *Viáveis mas não cultiváveis Distribuição não homogênea no ambiente. Amostragem

15 Culturabilidade Ambiente Culturabilidade (%) Oceanos e mares 0,001-0,1 Águas continentais 0,25 Lagos mesotróficos 0,1-1 Estuários 0,1-3 Lodos ativados 1-15 Sedimentos 0,25 Solo 0,3

16 Culturabilidade - diversidade de habitats e metodologias Archaea ocorrem em ambientes extremos Salinas, vulcões e fontes termais Técnicas moleculares indicam sua presença em águas marinhas e doces Não tendo ainda sido isoladas PCR

17 Dificuldades 4. A diversidade envolve dois componentes: Variedade Abundância relativa Quem são Quantos são O que acontece

18 Dificuldades 5. Erosão da própria diversidade A biodiversidade não é estática. É um sistema em constante evolução tanto do ponto de vista das espécies como também de um só organismo. A meia-vida média de uma espécie é de um milhão de anos e 99% das espécies que já viveram na Terra estão hoje extintas.

19 Documentação Cada grupo tem uma referência que inclui todas as espécies isoladas em cultura pura. Cada espécie tem um tipo que determina o padrão. A maioria das espécies tem variabilidade (estirpes) Ex: Escherichia coli Bergey´s Manual Bactérias

20 Diversidade eucariontes Protozoários Nematóides Algas Fungos Micro artrópodes

21 Protozoários ~ espécies?

22 Nematóides ~ espécies

23 Algas

24 Fungos ~ espécies

25 Inesperada diversidade recentemente descoberta do picoplâncton (< 2µm) nos oceanos. Elevou de forma surpreendente as estimativas de diversidade entre os eucariontes.

26 Como a abundância afeta este balanço? Elevada diversidade genética resulta da presença de elevadas populações que tem capacidade de sofrer elevadas taxas de mutações. Fatores que controlam a diversidade Balanço entre: Especiação Taxas de extinção

27 Competição por recursos limitados (C, N,P): apenas melhores competidores persistem Solos/sedimentos versus marinhos/aquáticos Parasitismo e predação reduzem a diversidade: a medida que os melhores competidores aumentam suas populações, são mais influenciados pelos predadores e parasitas Protozoários e vírus

28 Cada espécie é crítica para a integridade de um ecossistema. Existem espécies extras no ecossistema para épocas de estresse.

29 De acordo com Gause, 2 espécies não podem coexistir se ocupam o mesmo habitat. O melhor competidor levará o pior à extinção. Habitats heterogêneos tem maior número de nichos do que habitats homogêneos.

30 Catalogamos e contamos os planetas que existem no Universo mas não conseguimos ainda saber quantos seres vivos existem na Terra.

31 Brock, 1988 indicou que os microrganismos desempenham papéis mais importantes do que as suas diminutas dimensões sugerem Apenas há poucos anos descobrimos a importância dos microrganismos no ecossistema como heterotróficos

32 Microrganismos Elevado número de espécies Os seres mais antigos no planeta 3,5 bilhões de anos de evolução Elevado número de nichos ocupados Elevada taxa de dispersão (cosmopolitas) Baixas taxas de extinção Transferência lateral

33 Diversidade morfológica

34 Ampla diversidade genética

35 Ampla diversidade metabólica

36 Microrganismos são eficientes produtores primários

37 Microrganismos são pequenos.... Mas....

38 Podemos contar ou detectar seus efeitos

39 ... Podemos vê-los a 800 Km de distância

40 Salinas Santa Pola - Espanha

41 Minas Rio Tinto - Espanha

42 Diversidade habitats

43 Compreender a distribuição e ecologia básica de um dos grupos mais abundantes e diversos de organismos na Terra é ainda um item crucial e não resolvido na pesquisa ambiental. Microrganismos

44 Diversidade microbiana menos estudada Maior parte dos trabalhos provem de estudos com insetos, plantas e aves (seres terrestres)

45 Importância da diversidade para o homem Valor Utilitário Uso direto Alimentos e medicinais Agentes de controle biológico Insumos industriais Ecoturismo Uso indireto Regulação atmosférica Regulação climática Ciclagem dos nutrientes Fotossíntese Formação e conservação do solo Valor não utilitário Manutenção para o futuro Valor intrínseco – questão de ética

46 Avaliação da diversidade Não existe uma única forma, porém diversas medidas com diferentes facetas Próxima aula


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