Microbial Biology II Módulo: Protozoários

TEÓRICAS 1 & 2
DOCENTES:
DOCENTE:
Prof. David Montagnes
University of Liverpool, U.K.
Prof. Helena Galvão
Profª Helena Galvão
F.C.M.A., Universidade do Algarve
Ciclo de Matéria Orgânica no Mar
 DOM: Matéria Orgânica Dissolvida
 POM: Matéria Orgânica Particulada
Diferenciam-se metodológicamente por filtração através de membranas com porosidade de
0.2 µm ou 0.45 µm
 Alguns valores encontrados nos oceanos:
DOC ca. 700 µg/L na zona pelágica oceânica
Ca. 1000 a 2000 µg/L na zona costeira
POC ca. 3% do DOC, ca. 20 µg/L nos oceanos
 Composição do DOM no mar: mistura complexa de compostos orgânicos dificeis de
quantificar e analisar. Existe um espectro contínuo no peso molecular do DOM
DOM
coloides
POM
Fontes & Processos de Matéria Orgânica no Mar
Principais Fontes:
1. “sloppy feeding” de protozoários (desperdícios do “grazing”) 10 a 30% da m.o.
contida nas presas, equivalente quantitativamente ao PER do fitoplancton
2. exsudações do fitoplancton (PER: Percentage Extracellular Release)
valor médio: 14.5 % da produção primária, valor máximo 80% durante o declínio de
blooms de fitoplancton; PER mais elevado à superfície com radiação mais elevada
devido a danos celulares ou foto-respiração
Principais Processos no ciclo de m.o.:
1. exsudações do fitoplancton (PER)
2. absorção de DOM (fracção lábil) pelas bactérias e hidrólise através da AEE
(actividade exoenzimática) da fracção refractária
3. “grazing” (predação) de bactérias e fitoplancton por protozoários
4. produção de POM detrítico por morte de micro- e macrorganismos & excreção de
pelotas fecais por zooplancton
5. sedimentação de agregados/ partículas corresponde a perda permanente de POM
da camada acima do termoclina
Composição química de DOM no mar
Exemplos de macromoléculas
complexas ramificadas (A, C & D:
compostos húmicos de
sedimentos; B: ácidos fulvicos de
solos) exibindo conjuntos de
grupos carboxílicos – COOH
reactivos que formam ligações
quelantes com metais.
Importância da Actividade Exoenzimática (AEE) no Mar
 Actividade hidrolítica de exoenzimas bactérias aderidas a partículas solubiliza
POM em DOM (teia alimentar detrítica);
 AEE de bactérias planctónicas hidrolisa DOM refractário (polímeros ou HMW OC High Molecular Weight Organic Carbon) em DOM lábil (monómeros ou LMW OC Low Molecular Weight Organic Carbon);
 Portanto, AEE bacteriana regula fraccionamento das várias classes-tamanho de
moléculas orgânicas no mar.
POC
AEE
DOC (HMW)
AEE
DOC (LMW)
1% mat. viva
T O C (Carbono Orgânico Total)
5-10% POC
80 - 90 % DOC (HMW)
10-20 % DOC (LMW)
Exemplos de Exoenzimas Bacterianas
Determinação de AEE usando substratos fluorescentes
Acção hidrolítica de exoenzimas
liberta “etiqueta” fluorescente
(tipos diferentes MUF, MCA ou βnaftilamina. Fluorescência
emitida proporcional à
actividade exoenzimática.
Exemplos de substratos fluorescentes e
respectivas enzimas
Diferenças qualitativas em compostos orgânicos no mar
Variação nas concentrações (µmol C L-1 ) de
compostos orgânicos dissolvidos, detritos e
populações planctónicas na zona pelágica
oceânica. Escala logarítmica. Barras: valores
típicos.
N.B. Moléculas simples (glucose, aminoácidos,
monossacarídeos) constituem fracção pequena
do DOC total. Matéria Particulada ou POM
(detritos, plancton) têm concentrações
inferiores aos compostos dissolvidos.
Comparação entre energia livre de Gibbs,
labilidade microbiológica e solubilidade.
N.B. Moléculas simples/monoméricas (glucose)
têm elevada labilidade e solubilidade mas
fornecem menos energia. Moléculas mais
complexas (ácidos húmicos, compostos
aromáticos) fornecem mais energia, mas são
menos lábeis e solúveis. Celulose e amido são
polimeros contendo pouca energia com baixa
labilidade e solubilidade.
Papel da teia alimentar no ciclo da matéria orgânica
Fluxos de carbono na teia alimentar
microbiana. Bactérias regulam
várias fracções de DOM (LMW &
HMW) e solubilizam POM em DOM
através da AEE hidrolítica (setas
tracejadas). POM que sedimenta
constitui única fonte de C para
bentos oceânico (ca. 1% do C
fornecido/fixado pela produção
primária)
Balanço anual de fluxos de C no “microbial
loop” no Mar do Norte. Estimativa de 57% do
C fixado pela Produção Primária canalizado
através das bactérias. Este fluxo de 110 g C
m-2 ano-1 é constituido maioritáriamente por
macromoléculas hidrolisadas a LMW DOC
pela AEE bacteriana.
Microbial loop (Azam et al. 1983) vs Microbial food web
Microbial food web
Setas tracejadas
indicam fluxos de m.o.
& setas contínuas
fluxos de DIN (Sherr,
1988)
A
Setas tracejadas indicam fluxos de
matéria inorgânica & setas contínuas
fluxos de DOM e POM (Ducklow, 1983)
Microbial food
web com inclusão
de virus. Setas
indicam fluxos de
matéria (Gobler,
1997)
Produção & Consumo de DOC na Teia Alimentar Microbiana
Contribuição relativa de microrganismos
planctónicos para a produção total de DOC
(% Produção Primária).
N.B. Bactérias não são consideradas como
produtoras de DOC. Maior produção pelos
protozoários via “sloppy feeding” e pelo
fitoplancton via exsudação. Virus
“produzem” DOC via lise de células
hospedeiras.
Consumo relativo de C orgânico pelos
vários microrganismos (% PP).
N.B. Principais consumidores de POC
são protozoários e de DOC são
bactérias. Virus ao se multiplicarem
“consomem” C de células hospedeiras.
O total de C consumido ultrapassa 100%
devido à reciclagem dentro da teia
alimentar microbiana.
Fluxos de Carbono nos Oceanos
Esquema global de
fluxos de carbono/
energia nos oceanos
ilustrando função
reminaralizadora da
teia alimentar
microbiana na
camada de mistura
acima do termoclina e
a importâncias dos
fluxos de
sedimentação que
removem C do ciclo
biológico.
Balanço de Carbono na zona costeira e zona oceânica
N.B. Fluxos em Tera Moles (1012)
de C por Ano.
P: fotossintese; R: respiração
Na zona costeira 10X mais C
atinge o fundo do que o fundo
oceânico sendo enterrado e
retirado do ciclo biológico.
A zona costeira liberta 2X mais
CO2 para a atmosfera do que a
zona oceânica.
No balanço final, os processos
heterotróficos excedem os
processos autotróficos por 1.4 %
na costa e 0.4% no oceano.
Reservatórios, fluxos e datagem de DOC nos oceanos
N.B.
TM: Tera Molar (1012 moles L-1)
Concentração de DOC na
camada de mistura ca. 80 µM C e
na camada funda 34 a 48 µM C
(Pacifico vs Atlântico) .
A idade de DOC na camada funda
varia entre 4000 a 6000 anos
implicando taxas de
decomposição muito lentas ou
quase nulas. Isto será verdade ?
Hipótese de decomposição
intermitente de DOC na camada
funda com sedimentação de
partículas e bactérias aderidas.