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Ecologia microbiana ESTUDO DOS MICRORGANISMOS E SEUS PROCESSOS IN VIVO.

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Apresentação em tema: "Ecologia microbiana ESTUDO DOS MICRORGANISMOS E SEUS PROCESSOS IN VIVO."— Transcrição da apresentação:

1 Ecologia microbiana ESTUDO DOS MICRORGANISMOS E SEUS PROCESSOS IN VIVO

2 Apresentação da disciplina Objetivos Importância dos microrganismos no planeta Processo evolutivo da vida Sustentabilidade do planeta Técnicas utilizadas Breve histórico

3 Ecologia microbiana Estuda os microrganismos e sua interação com o ambiente biótico e abiótico. Interações: MICRORGANISMOS - MICRORGANISMOS MICRORGANISMOS - MACRORGANISMOS MICRORGANISMOS - AMBIENTE FATORES BIÓTICOS FATORES ABIÓTICOS

4 Objetivos 1. Estudo da diversidade microbiana 2. Manejo da diversidade para melhorar a qualidade de vida (do homem e todos os seres do planeta)

5 Microrganismos e evolução Importância dos microrganismos

6 Origem da vida Existem apenas especulações sobre a origem da vida na Terra. 1.O estudo dos fósseis nos permite indicar de forma aproximada a época do surgimento dos primeiros organismos celulares. 2.Grandes questões: 1.A vida apareceu espontaneamente? 2.Como eram constituídos os primeiros organismos vivos?

7 Origem da vida Evidências sugerem: 1.Vida se originou espontaneamente de uma sopa pré biótica composta por substâncias químicas simples, em ambiente marinho. 2.Um mundo composto por RNA (serviu como molécula hereditária e catalisadora de reações bioquímicas)

8 COMO CHEGAMOS A ESTE PONTO NA EVOLUÇÃO? Estudos sugerem que as primeiras formas de vida foram MICROBIANAS Microrganismos são simples e constituem MODELOS para entendimento de como o processo evolutivo funcionou.

9 FOI REFUTADA A TEORIA DA GERAÇÃO ESPONTÂNEA PORÉM AS PRIMEIRAS FORMAS DE VIDA SE ORIGINARAM DE SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS (NÃO VIVAS)? E agora? PORQUE ESTES MECANISMOS NÃO OPERAM ATUALMENTE? Teorias científicas devem explicar Paradoxo

10 PRINCIPAIS EPISÓDIOS DA HISTÓRIA DA TERRA Origem da Terra Solidificação da crosta Terrestre Origem da vida ? Fóssil procarionte mais antigo Acúmulo de oxigênio na atmosfera devido as cianobactérias Evidência dos primeiros organismos terrestres na África do Sul Fóssil eucarionte mais antigo Fóssil do organismo terrestre mais antigo 500 Plantas colonizam Terra Extinção dos dinossauros Primeiros Humanos Era Paleozóica Era Mesozóica Era Cenozóica

11 UNIVERSO: bilhões de anos SISTEMA SOLAR: 4,5-4,6 bilhões de anos TERRA- 4,1 bilhões de anos

12 Sopa primordial Síntese abiótica Polimerização e formação de moléculas maiores Moléculas simples Estabilidade da sopa na ausência de oxigênio

13 Dados geológicos indicam a terra no inicio como uma bola de fogo e a atmosfera diferente da atual (SEM OXIGÊNIO) Todo o oxigênio foi produzido por microrganismos Portanto ½ do tempo de existência da terra não havia oxigênio MICROGANISMOS SÃO RESPONSÁVEIS PELO AMBIENTE DO PLANETA ATUAL O OXIGÊNIO É VENENOSO GERANDO H 2 O 2 E RADICAIS IVRES... ALGUNS MICROGANISMOS ATÉ HOJE NÃO CONSEGUEM LIDAR COM O 2 VENENOSO E EVITAM-NO!

14 1. Os microrganismos literalmente criaram as condições ambientais atuais na Terra. 2. Eles vem evoluindo e explorando nichos durante um longo período: extrema diversidade e divergência. 3. A velocidade de crescimento microbiana favorece o processo evolutivo.

15 Comparação entre condições na Terra e outros planetas AtmosferaMarteVênusTerra Sem vida Terra Com vida CO 2 (%)9598 0,03 N 2 (%)2,71,9 79 O 2 (%)0,13Traço 21 Temperatura (°C ) Fonte: Lovelock,1979

16 Lovelock,1979 Hipótese de Gaia Terra é um super-organismo que através de suas atividades bioquímicas (sobretudo derivadas dos microrganismos) tem propriedades auto-reguláveis (favoráveis a vida) através de um sistema complexo de controle. - Presença de elevado CO 2 (capacidade retentora de calor) - Abaixamento de CO 2 redução de temperatura As reações do planeta às ações humanas podem ser entendidas como uma resposta auto-reguladora.

17 Fósseis red beds Esta rocha é um fóssil Na Terra primitiva (sem oxigênio) ou em ambientes atuais anóxicos, sedimentos ricos em ferro tem cor preta, na forma reduzida (sulfeto de ferro) oxidaram ferro (cor ferrugem) Somente depois desse processo o oxigênio começou a acumular na atmosfera, pois antes era totalmente consumido. Surgimento das cianobactérias fotossintetizantes

18 A acumulação de oxigénio molecular criou a necessidade de estruturas protetoras contra esse gás altamente agressivo. Os dados geofísicos indicam que o oxigénio molecular surgiu gradualmente na atmosfera há cerca de 2000 M.a. (Red beds) O oxigênio molecular é um veneno para os organismos que não disponham de mecanismos protetores (catalase ou peroxidase, por ex.) O oxigênio teve um papel fundamental no desenvolvimento e complicação das estruturas biológicas: - capacidade de divisão celular depende da formação do complexo actina- miosina, impossível sem oxigênio; - síntese de esteróis, ácidos graxos e colágeno é impossível sem oxigênio; - metabolismo aeróbio fornece mais de 15 vezes mais energia que o anaeróbio; - camada de ozônio permitiu a vida em terra.

19 Bactérias obtiveram inicialmente a capacidade de respiração oxidativa. Eucariontes surgiram tornando as bactérias (mitocôndrias e cloroplastos) seus simbiontes. Alguns eucariontes vivem sem oxigênio (ou sem mitocôndria) Ex: Giardia- protista aquático

20 CIANOBACTÉRIAS Spirulina é comum em habitats aquáticos Biomassa verde na superficie do solo e sedimentos. Quantas células seriam necessárias para mudar a composição da terra como aconteceu há bilhões de anos atrás?

21 Produção de oxigênio ao longo do tempo

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25 Compostagem

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27 EXISTE VIDA EM OUTROS PLANETAS? CASO EXISTA PODERÁ SER MICROBIANA VIDA EM MARTE? CERTAMENTE O CONHECIMENTO DA VIDA MICROBIANA PODERÁ NOS DAR SUBSIDIOS IMPORTANTES SOBRE A VIDA EXTRATERRESTRE.

28 Muitos anos de evolução criaram uma diversidade microbiana enorme. Compreender esta riqueza coloca nossa vidas em perspectiva e atribui respeito pelas restantes formas de vida. Esta diversidade é pouco conhecida. O número estimado de bactérias chega a UM MILHÃO, estando apenas espécies descritas. Apenas recentemente ficaram disponíveis os recursos para estudo da sistemática microbiana. Estimativas indicam que conhecemos hoje MENOS DO QUE 1% DA DIVERSIDADE MICROBIANA.

29 Microrganismos e outros seres Semelhanças Diferenças Níveis

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31 Grécia (300 a.C.) Diversas contribuições para a ciência Primeiro a articular a dicotomia entre os seres vivos classificou-os em: plantas e animais. Mais tarde (1590) o microscópio foi descoberto e verificou-se que a classificação não incluía os animálculos de Leeuwenhoek. Aristóteles

32 Lineu Viveu no século 18 e criou a hierarquia na classificação da vida: REINO, FAMÍLIA, CLASSE, ORDEM,GENERO, ESPÉCIE Baseado no fenótipo Ainda hoje a definição de espécie tal como se refere aos animais é difícil de aplicar.

33 Charles Darwin Séc. 19, pai da seleção natural e evolução Ajudou a visualizar a genealogia da vida através de linhagens e ramificações. Conceito de evolução dos organismos e ramificações. Ernst Haeckel Árvore da vida (contemporâneo de Darwin) Primeiro a usar o termo "protista" onde ele incluiu as bactérias.

34 Haeckel Primeiro a descrever as relações entre os seres vivos usando árvore da vida Definiu 3 reinos: Plantas Animais UM TERCEIRO REINO PARA OS MICRORGANISMOS Protista. Postulou ainda uma origem comum para todos os seres concordando este postulado com as evidências moleculares recentemente descobertas.

35 A Árvore da Vida (The Tree of Life) Haeckel reconheceu que a divisão em plantas e animais era incompleta. Adicionou os protistas (Reino Protista)

36 Copeland em 1938 reconheceu que bactérias deveriam incluir seu próprio reino MONERA Whittaker em 1959 criou os 5 reinos Chatton, em 1938, estabeleceu a dicotomia: PROCARIONTES E EUCARIONTES

37 Cinco reinos: Whittaker (1960) adicionou um reino (Fungi) a visão de Aristóteles (plantas e animais) Mas relegou os microrganismos para: PROTISTA (MICRORGANISMOS EUCARIONTES) MONERA (MICRORGANISMOS PROCARIONTES)

38 A revolução de Woese Baseou sua classificação em moléculas (não no fenótipo) FENÓTIPO GENÓTIPO Descobriram uma enorme diferença genética entre alguns PROCARIONTES WOESE DENOMINOU ESTE GRUPO ARCHAEA (primitivos) MAIS TARDE SE VERIFICOU QUE ESTE GRUPO ERA MAIS PRÓXIMO DOS EUCARIONTES EM MUITOS ASPECTOS DO QUE DAS BACTÉRIAS Taxonomia Filogenia Relações evolutivas DOMÍNIOS

39 Por quê o uso de rRNA? RNA ribossômico (rRNA) é um componente do ribossoma, a máquina celular que traduz o DNA do código genético em aminoácidos e depois em proteínas. Os genes rRNA estão presentes em todas as formas de vida, sendo suficientemente conservados. Mas, contendo variabilidade suficiente para determinar relações evolutivas.

40 Definições básicas sobre relações evolutivas Filogenia = genealogia de um grupo como espécie (se for genealogia dos genes se refere a existência de um gene ancestral comum) Filogenia difere de taxonomia ? Taxonomia = classificação, nomear Obs: Alguns cientistas indicam que taxonomia deve refletir a filogenia

41 Uma árvore filogenética indica hipóteses sobre relações A árvore ilustra a hipótese de que todas as formas de vida estão relacionadas e divididas em TRÊS grupos denominados domínios: Bacteria, Archaea e Eucarya

42 A árvore universal da vida, Woese et al., 1990

43 ABC O que esta árvore indica? 1.B e C são mais semelhantes entre si do que qualquer um deles com A 2. B e C devem dividir alguma característica homóloga que falta em A 3. A divergência entre A e B/C ocorreu antes da divergência entre B e C Homológo = características resultante de um ancestral comum

44 A árvore da vida baseada em filogenia de rRNA indica: 1. Vida bacteriana foi a primeira forma 2. Primeiros 3 bilhões de anos a vida foi de seres unicelulares 3. Eucariontes unicelulares datam de há 2 bilhões de anos

45 A árvore baseada em rRNA provê uma filogenia, mas outras moléculas sugerem outras filogenias. Ex: rRNA sugere que Eucarya seja mais relacionada com Archaea do que com Bacteria. Mas, genomas de mitocôndrias e cloroplastos sugerem a origem a partir das bactérias (não árqueas). Nas bactérias, genes que codificam para a fixação de nitrogênio, sugerem filogenias diferentes daquelas a partir do rRNA.

46 Transferência lateral

47 O arbusto da vida

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49 Instrumentos técnicos

50 Técnicas - Enriquecimento e cultivo - Amostragem do ambiente - Detecção no ambiente Fenotípica, Perfil lipídios - Enumeração de microrg. -Medidas da atividade Tradicionais - Microscopia Eletrônica Confocal - Detecção molecular Sondas, FISH - Análise de comunidades PCR, DGGE Modernas Metaboloma Metagenoma

51 Técnicas tradicionais Isolamento Cultura pura

52 Níveis de informação ambiental Culturas puras - Usam UMA espécie em cultura Informações ambientais restritas porém importantes em estudos básicos Microcosmos - Usa amostra ambiental e permite a manipulação de parâmetros ambientais Permite o monitoramento de respostas Estudos in situ -Comunidades no habitat Requer tecnologias modernas

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54 Sergei Winogradsky Conceito da quimioautotrofismo microbiano Fundador da Microbiologia do solo Martinus Beijerinck Conceito de culturas de enriquecimento Fixação de N simbioticamente e não simbioticamente Mullis, Brock, Bartha, Atlas,..... Alguns nomes


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