Microbiologia do Ambiente Microbiologia do Ambiente Capítulo I - Introdução http://correio.cc.fc.ul.pt/~maloucao MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 1 de ? Microbiologia do Ambiente Capt I Introdução • • • • • • • • • • • O que são microorganismos e qual o ambiente que os rodeia Microbiologia e ambiente - continuum de interacções. Tipos de ambientes a estudar “No microbes is an island” Evolução dos microrganismos no meio líquido e suas adaptações Fluxos de energia no ecossistema. Cadeias tróficas e reciclagem de nutrientes Problemas na caracterização das comunidades de microrganismos Diversidade e seu significado. Noção de grupos funcionais Terminologias no estudo da microbiologia do ambiente Noção de ecossistema Adaptações evolutivas Ocupação de novos espaços - sucessão ecológica MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 2 de ? Microbiologia do Ambiente Introdução Microbiologia Ambiente 2 Domínios 2 Reinos Akamara MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 3 de ? Microbiologia do Ambiente Introdução Microorganismos c Base da Vida Classificação Nutrição Heterotróficos Autotróficos Energia Quimiotróficos Fototróficos MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 4 de ? Microbiologia do Ambiente Introdução Variam com o ambiente e o tempo Microorganismos Sucessão ecológica ciclos biogeoquímicos “Ferramentas” úteis ao homem: antibióticos, vitaminas, energia (biogás e etanol), GMO MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 5 de ? Microbiologia do Ambiente Microbiologia do Ambiente Interacções Negativas Neutras Mutualismo Sinergismo Parasitismo Competição MA Martins-Loução, 2006 Positivas Riftia pachyptila Galápagos Microbiologia do Ambiente, 2006 6 de ? Microbiologia do Ambiente Microbiologia do Ambiente Solo Solo Plantas Água Água como veículo Habitats aquáticos Atmosfera MA Martins-Loução, 2006 Atmosfera como veículo Microbiologia do Ambiente, 2006 7 de ? Microbiologia do Ambiente “No microbe is an island” Martins-Loução (2001) Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 8 de ? Microbiologia do Ambiente Evolução num meio líquido Carga negativa Molécula da água sem carga Carga positiva Biomoléculas hidrofílicas Biomoléculas hidrófobas Ligações de H2 Dissolução de sais de H2 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 9 de ? Microbiologia do Ambiente Evolução da atmosfera MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 10 de ? Microbiologia do Ambiente Fluxos de Energia no Ecossistema Martins-Loução (2001) Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 11 de ? Microbiologia do Ambiente Cadeia trófica no ecossistema Martins-Loução (2001) Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 12 de ? Microbiologia do Ambiente Cadeia trófica no ecossistema Control Investimento Zootrofia Zootrofia Fitotrofia Minerotrofia Martins-Loução (2001) Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 13 de ? Microbiologia do Ambiente Cadeia trófica e reciclagem de nutrientes nos gelos do árctico Melosira arctica MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 14 de ? Microbiologia do Ambiente Caracterização das comunidades microbianas São 3 os problemas com que nos defrontamos 1. Diferentes tipos de microrganismos: 2 Domínios, 2 reinos, Akamara 2. Difícil de avaliar a interacção entre eles, que é contínua mas varia no espaço e no tempo 3. Falta de uniformidade nos critérios de caracterização dessas comunidades MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 15 de ? Microbiologia do Ambiente A perspectiva duma identificação microbiana ? Espécies de Bactérias Na terra (105 - 109) >6000 Espécies de Bactérias identificadas 600 Espécies de Bactérias Importante para a saude 200 outras Espécies de Bactérias Para outros sistemas MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 16 de ? Microbiologia do Ambiente Várias aproximações sobre o nº total de espécies bacterianas Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (Vol. 2) Phenotypic Numerical Taxonomy ~3100 spp. Vitek Database (Biomerieux) Ribosomal Database Project Phenotypic Numerical Taxonomy SSU rRNA ~1000 spp. ~70,000 sequences Torsvik et al. 2002, 1990 MA Martins-Loução, 2006 DNA:DNA Reassociation Microbiologia do Ambiente, 2006 ~4000-10,000 spp per gram of soil . 17 de ? Microbiologia do Ambiente Qual o significado de “Diversidade Microbiana” “For diversity to be a meaningful concept, deserving of all its recent attention, it must somehow reflect the inner workings of and dynamics of co-occurring species in space and time. It must be more than the measurement of this and that….” Drake et al. 1996 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 18 de ? Microbiologia do Ambiente Mas será que a diversidade interessa? Se existem 10,000 especies /g de solo, será que nos interesa qual a quantidade que vai perder a sua função no ecossistema ? Adapted from Naeem et al. 1995 Ecosystem Function redundant species hypothesis rivet hypothesis idiosyncratic response null hypothesis Species Richness MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 19 de ? Microbiologia do Ambiente Como se pode estudar a diversidade microbiana? Quando falamos em diversidade microbiana temos de pensar que, ao contrário do mundo vegetal/animal, existe: • “Hiperdensidade” das comunidades microbianas 107-9 células /g solo impede a existência de base de dados • “Hiperdiversidade” de comunidades microbianas > 104 tipos (ou mais) / g solo o Não existem métodos que possam diferenciar os tipos de microrganismos MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 20 de ? Microbiologia do Ambiente Terminologias no estudo da microbiologia do ambiente Limites - capacidade fisiológica duma espécie Barreiras - são “obstáculos” a vencer, eg, físicas, químicas, biológicas Nicho - noção biológica - “profissão” do organismo na comunidade (Odum), a “chave” para uma fechadura (Blondel), recurso passível de ser utilizado pelas espécies Habitat - noção física - “morada” do organismo (Odum); “fechadura” correspondente aos factores abióticos (Blondel). Comunidade - organismos de todas as espécies (=biocenose). Ocupam um mesmo espaço ou biótopo População - organismos das mesmas espécies Propágulo - “diásporo” que dá origem a um conjunto de organismos MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 21 de ? Microbiologia do Ambiente Noção de ecossistema Martins-Loução (2001) Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 22 de ? Microbiologia do Ambiente Noção de ecossistema Martins-Loução (2001) Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 23 de ? Microbiologia do Ambiente Adaptações evolutivas ao ecossistema Velho Truismo Os microrganismos podem estar presentes em todos os habitats ∉ Potencialmente sim! Selecção e homeostase Necessário conhecer os equilíbrios homeostáticos Interacções Barreiras Modos de dispersão Modelos matemáticos Estudos epidemiológicos MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 24 de ? Microbiologia do Ambiente Possíveis modos de dispersão Microbiologia MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 Ambiente 25 de ? Microbiologia do Ambiente Ocupação de novos espaços Paralelamente ao que se passa numa sucessão ecológica, podemos encontrar 6 processos (MacMahon) de ocupação de novos espaços: 1. Nudação - exposição de uma nova superfície 2. Migração - propágulos que aderem ou formam biofilmes, dispersão passiva ou activa 3. Germinação - crescimento dos propágulos 4. Competição - luta pela sobrevivência, adaptação, fuga no tempo ou no espaço 5. Reacção - efeito da comunidade sobre o habitat 6. Estabilização - combinação das características dos organismos presentes confere uma “assinatura” desse ecossistema, que pode ser definido pelas características químicas, fisiológicas ou morfológicas. MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 26 de ? Microbiologia do Ambiente Referências Martins-Loução, MA (2001). Conceito e terminologias no estudo dos ecossitemas. Cadernos de Ecologia 3: 1-37 Martins-Loução, MA (2002). Fragmentos em Ecologia. FCUL/Escolar Editora Correia, O. (1998). Sucessão Ecológica. Cadernos de Ecologia 1 Naem et al. (1994). Nature 368: 734-736 MA Martins-Loução, 2006 Microbiologia do Ambiente, 2006 27 de ?