Diversidade microbiana

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

Diversidade Microbiana

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

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

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

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)

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

Cursos de Água Exemplos Amplitude Solo COMPLEXIDADE Solo (rizosférico): 109 /g Cursos de Água Doce: 106 - 107/mL Oceanos: 105 - 106 /mL Solo COMPLEXIDADE 105-106 diferentes genomas do tamanho de E. coli por grama

Número de espécies descritas (x1 Número de espécies descritas (x1.000) e estimadas da riqueza especifica para alguns grupos de organismos vivos Hawksworth & Kalin-Arroyo, 1995 organismo Espécie descrita Número estimado Precisão   superior inferior trabalho Vírus 4 1000 50 400 Fraca Bactérias 3000 Fungos 72 2700 200 1500 Moderada Protozoários 40 60 Fraco Algas 150 Plantas 270 500 300 320 Bom Insetos 950 100000 2000 8000 Moderado  

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

2. Questões taxonômicas Dificuldades 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

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....

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

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

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

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

5. Erosão da própria diversidade Dificuldades 5. Erosão da própria diversidade

Documentação Bergey´s Manual Bactérias 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

Diversidade eucariontes Protozoários Algas Fungos Nematóides Micro artrópodes

Protozoários ~200.000 espécies?

Nematóides ~400.000 espécies

Algas ~400.000 espécies?

Fungos ~1.500.000 spécies

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

Teorias sobre diversidade Especiação Fatores que controlam a diversidade Balanço entre: 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

Outros fatores 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

Microrganismos Elevado número de espécies Os seres mais antigos no planeta 3.500 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

Importância da diversidade Hipótese rebite Cada espécie é crítica para a integridade de um ecossistema Hipótese redundante Existem espécies extras no ecossistema para épocas de estresse

Heterogeneidade de habitats Teoria dos nichos Heterogeneidade de habitats 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

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

A ecologia microbiana é uma disciplina jovem Apenas há poucos anos descobrimos a importância dos microrganismos no ecossistema como heterotróficos Brock, 1988 indicou que os microrganismos desempenham papéis mais importantes do que as suas diminutas dimensões sugerem A ecologia microbiana é uma disciplina jovem

DIVERSIDADE MORFOLÓGICA

Ampla diversidade genética

Ampla diversidade metabólica

Microrganismos são eficientes produtores primários

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

Podemos contar ou detectar seus efeitos

Diversidade habitats

Microrganismos 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

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

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

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