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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 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
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):3770-3783.
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
Elementos da diversidade
Diversidade Diversidade Diversidade Ecológica “Organismal” Genética
Biomas
Bio-regiões
Paisagem
Ecossistema
Habitat
Nichos
Populações
Populações
Indivíduos
Cromossomos
Genes
Nucleotídeos
Reino
Filo
Família
Gênero
Espécie
População
Individuo
Heywood & Baste, 1995
Hierarquias
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
Importância da diversidade
Na produtividade dos ecossistemas
É possível avaliar a produtividade de um solo avaliando a suadiversidade 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
Exemplos
Amplitude
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 (x1.000) e estimadas da riqueza específica 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 4 3000 50 1000 Fraca
Fungos 72 2700 200 1500 Moderada
Protozoários 40 200 60 200 Fraco
Algas 40 1000 150 400 Fraco
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).
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
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....
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
Archaea ocorrem em ambientes extremos
Salinas, vulcões e fontes termais
Técnicas molecularesindicam sua presença em
águas marinhas e doces
Não tendo ainda sido isoladas
PCR
Dificuldades
4. A diversidade envolve dois componentes:
Variedade Abundância relativa
• Quem são• Quantos são
O que acontece
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.
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
Diversidade eucariontes
ProtozoáriosNematóidesAlgasFungosMicro artrópodes
Protozoários
~200.000 espécies?
Nematóides
~400.000 espécies
~400.000 espécies
Algas
Fungos
~1.500.000 espécies
Inesperada diversidade recentemente descoberta do picoplâncton (< 2µm) nos oceanos.
Elevou de forma surpreendente as estimativas de diversidade entre os eucariontes.
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
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
Cada espécie é crítica para a integridade de um ecossistema.
Existem espécies extras no ecossistema para épocas de estresse.
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 masnão conseguimos ainda saber quantos seres vivos existem na Terra.
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
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
Diversidade morfológica
Ampla diversidade genética
Ampla diversidade metabólica
Microrganismos são eficientes produtores primários
Microrganismos são pequenos ....
Mas ....
Podemos contar ou detectar seus efeitos
... Podemos vê-los a 800 Km de distância
Salinas Santa Pola - Espanha
Minas Rio Tinto - Espanha
Diversidade habitats
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
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 – questão
de ética
Avaliação da diversidade
Não existe uma única forma, porém diversas medidas com diferentes facetas
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