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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

4 O que é diversidade? Variabilidade entre microrganismos em nível de espécie, entre espécies e nos ecossistemas. (Convenção biológica da Biodiversidade, 1992). Níveis hierárquicos Organismo Ecológica Genética

5 Elementos da diversidade Diversidade Diversidade Diversidade Ecológica Genética Organismal 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 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 especifica 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 especifica 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

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 Algas Fungos Nematóides Micro artrópodes

21 Protozoários ~ espécies?

22 Nematóides ~ espécies

23 ~ espécies? Algas

24 Fungos ~ spécies

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

26 Fatores que controlam a diversidade Balanço entre: Especiação Taxas de extinção Como a abundância afeta este balanço? Elevada diversidade genética no solo e em sedimentos resulta da presença de elevadas populações que tem capacidade de sofrer elevadas taxas de mutações

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

28 Microrganismos Elevado número de espécies Os seres mais antigos no planeta milhões de anos de evolução Elevado número de nichos a serem ocupados Baixo número de espécies Elevada taxa de dispersão (cosmopolitas) Baixas taxas de extinção Baixas taxas de especiação Transferência lateral

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

30 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

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

32 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 A ecologia microbiana é uma disciplina jovem

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

40

41

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

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


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