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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