Aula 12 - Mutualismo - Prof. Daniel Oliveira Mesquita

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA
Me.StéphanieMenezesRocha
Prof.Dr.DanielOliveiraMesquita
MUTUALISMO
Oculina arbuscula
Mithrax forceps
NoCrab
Crab
1
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Crescimentodemacroalgas
Espéciemaiscomumdemacroalganão
palatávelaoscaranguejos
Stachowicz, J. J. & Hay, M. E. 1999. Mutualism and coral persistence: The role
of herbivore resistance to algal chemical defense. Ecology, 80: 2085-2101.
MUTUALISMO
Relaçãounidirecional(Caranguejo->Coral)
???
Mutualismonãoéumarelaçãosemconflitos!
“Éumainteraçãopositivaentreduasespécies,naqualcadauma
recebebenefíciosqueapenasaoutrapodeproporcionar”
(Ricklefs,2016)
Exploração
recíproca
DEFESA
Cadaparceiroéum
benificiáriolíquido
DISPERSÃO DE SEMENTES
2
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Mutualismo,porvezes,nãoéaúnicarelaçãoenvolvida!
Espéciedeacácia
Acacia drepanolobium
Mutualistas
Generalistas
4espéciesdeformigas
Crematogaster sjostedti →C.mimosae
→C.nigriceps →Tetraponera penzigi
sp5
sp4
sp1
Mutualistas
Especialistas
sp1
sp2
sp1
sp2
sp2
sp3
Sp2
sp2.1
.1
Palmer,T.M.etal.2000.
Short-termdynamicsofan
acaciaantcommunityin
Laikipia,Kenya.Oecologia,
123:425-435.
Mutualismo Obrigatório
Mutualismo Facultativo ou Protocooperação
Quandoduasespéciesproporcionambenefíciosdeaptidãoumaà
outra,enecessitamumadaoutraparasobreviver
Mutualismo entre
corais e zooxantelas
Coral
Açúcares
e O2
digestão
fotossíntese
Quandoasespécies
proporcionambenefícios
deaptidãoumaaoutra,
masainteraçãonãoé
críticaparaasobrevivência
dequalquerumadelas
formigasXpulgões
CO2
Algas
crocodiloXpássaropalito
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Formigadasequóia(Formicayessensis)
Yao,I.etal. 2000.
Costs and benefits of
ant attendance to the
drepanosiphid aphid
Tuberculatus
quercicola.Oikos,89:
3-10.
MutualismoXObtençãodeRecursos(alimentareespacial)
LIQUENS
Fungos
nutrientes
H2O
ColôniadoafídeoTuberculatus quercicola
CO2
carboidratos
Cianobactérias
Salamandrapintada(Ambystoma maculatum)XAlga(Oophila amblystomatis)
Lesmadomar
(Elysia chlorotica)
X
Cloroplastosdasalgas
EMBRIÃO
Oxigênio
I
Altataxadesobrevivênciapois
podemeclodirmaioresemais
cedo
ALGA
Lugarparavivere
fotossintetizar
I
Podemviveratéentreascélulas
doembrião
4
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Obtençãodosrecursosemplantas
Plantas
X
Fungos micorrizais
Minerais
Açucares
Comoosfungospodemelevar
aquantidadedeminerais
obtidapelasplantas,elessão
capazesdeaumentara
tolerânciadelasaoestresseda
secaedosal.Tambémpode
ajudá-lasnocombatede
patógenos
Obtençãodosrecursosemplantas
Plantas
X
Bactérias
(nitrogênio
efosforo)
Obtençãodosrecursosemanimais
Animais
X
Protozoários
• Cupim come madeira, mas não digere celulose.
• Protozoário Trychonympha vive no intestino do
cupim. Digere a celulose e disponibiliza glicose.
Ex.: o grupo de bactérias do gênero Rhizobium,
que vivem em uma relação mutualista com
diversas espécies de leguminosas, incluindo
plantações importantes, como feijões, ervilhas
(Pisum sativum) e alfafa (Medicago sativa).
Abrigo
Produtos
fotossíntese
Convertem
nitrogênio
atmosféricoem
amônia
Trichonympha sp.
v Outro exemplo são os seres humanos que abrigam centenas de espécies
de microrganismos (10x mais células bacterinas do que células do corpo).
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Obtençãodosrecursosemanimais
Animais
X
Fungos
BesourosdogrupoScolytidae
Obtençãodosrecursosemanimais
Animais
X
Fungos
basidiomicetos
•
Formigascortadeiras
Acromyrmex (quenquéns)
Atta(saúvas)
• Formigueiros podem ser atacados por pragas:
•
•
• Formigas possuem outra associação mutualística:
Actinobactéria filomentosa
associadaàsuasuperfície
Fungosdogênero
Escovopsis são
especializados(só
encontradosem
cultivosdefungos)e
virulentos
•
Fungos são cultivados sobre os pedaços de
folhas
Operárias retiram pequenos pedaços de
fungos para as larvas
Fungos não são encontrados fora dos ninhos
Rainha transporta-os para novos locais
Podemelaborarprodutos
químicosparapromoverseu
crescimento
Fungoproduzantibióticos
comefeitosinibidoresde
Escovopsis equepromovem
ocrescimentodofungo
cultivado
Attacolombica
9+7colônias
EsporosdeEscovopsis
Perderamoseucultivoem3semanas
Escovopsis enfrentouummutualismodetrêsespécies:formigas,fungos
cultivadoseactinomicetos
Currie,C.R.2001.Acommunity of ants,fungi,and bacteria:amultilateralapproachto studying symbiosis.Annual
Review of Microbiology,55:357-380.
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Obtençãodosrecursosemanimais
Isack,H.A.&Reyer,H.U.1989.Honeyguides and
honey gatherers:interspecific communicationina
symbiotic relationship. Science,243:1343-1346.
Obtençãodosrecursosemanimais
Animal X Animal
Animal X Animal
Alpheus randalli
CAMARÕES ALFEÍDEOS
visão ruim, cedem tocas
X
PEIXES GOOBIES
Indonésia
protegem e ganham abrigo
MutualismoXDefesacontrainimigos
Acacia collinsii
Defesadasplantas– plantasXformigas
América Central
Pés de acácias e
Formigas do gênero
Pseudomymex
Janzen,D.H.1966.Coevolution of
mutualism between ants and
acacias inCentral
America. Evolution,20:249-275.
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González,M.&Heil,M.2010. Pseudomyrmex antsand Acacia hostplantsjoineffortsto
protecttheirmutualismfrommicrobialthreats. PlantSignalingandBehavior, 5:890-892.
Defesadasplantas– plantasXfungosendofíticos
Redman,R.S.etal.2002.Thermotolerance
generatedbyplant/fungalsymbiosis.
Science,298:1581.
Acacia cornigera
Comoasformigas
defendemasplantas
dasbactériasqueagem
comopatógenos??
Gramínea
Dichanthelium lanuginosum
Distribuiçãode
substânciasquímicas
(proteínascomação
antibacteriana
presentesnonectários)
Espéciemutualista
Caatinga:
Fungoproduz
melaninae,com
isso,conferiu
tolerânciatérmica
àgramínea
Fungoendofítico
Curvularia sp.
Nãomutualista
A
Defesaanimal
p=0.02
Plectorhinchus vittatus
Bali- Indonésia
Labroides dimidiatus
B
p=0.21
Hemigymnus melapterus
Sealimentamde
ectoparasitos,
bactériasetecidos
necróticosda
superfíciedo
corpodeumpeixe
“cliente”
Marvermelho
Bodião-limpador:
Labroides dimidiatus
Peixe-cabra-rosado:
Umúnico
Parupeneus rubescens
peixinhoé
capazdeingerir
cerca de1.200parasitaspordia
AUSTRÁLIA
a) Experimentode“longoprazo”– 12dias
b) Experimentonoturnode“curtoprazo”–
12horas
c) Experimentodiurnode“curtoprazo”
C
p=0.04
Grutter,A.S.1999.Cleaner fish really doclean.
Nature,398:672-673.
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Savanaafricana
Avesbúfagas,comoabúfaga-de-bicovermelho,removemoscarrapatosde
diversosmamíferospastadores,oque
ocorre,porexemplo,comessaimpala
(Aepyceros melampus).
Crustáceo(Pagurus sp.)eAnêmonas
Preferências das búfagas em relação as
abundâncias de carrapatos individuais
Nunn,C.L. etal.2011.Mutualism or parasitism?Using aphylogenetic approachto characterize the oxpecker-ungulate
relationship. Evolution, 65:1297-1304.
MutualismoXReprodução
Semdúvida,osinsetossãoospolinizadoresporexcelência
Polinização
Apis mellifera
Sem essa relação muitas espécies não poderiam reproduzir-se ou colonizar
áreas por toda a sua abrangência geográfica
Oacessoaessesrecursos,porvezes,nãoétãosimplesassim!!!
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•
Nas mais simples os nectários são desprotegidos, mas, com crescente
especialização, eles são envolvidos por estruturas que restringem o
acesso ao néctar a apenas poucas espécies de visitadores (família
Ranunculacae).
Nectáriolongo,somentevisitantescom
probóscide longaspodemalcançaronéctar
Floressimples– nectáriosexpostos
Ranunculus ficaria
Florestruturadademodoa
permitiroacessoapenasa
insetoscomformaetamanho
determinados,osquaissão
forçadosarasparasanterase
apanharopólen.
É a evolução interdependente de espécies que interagem ecologicamente
ANTAGONISTA
COEVOLUÇÃO
Aquilegia sp.
Aconitumsp.
1
Muitas plantas parecem ter
desenvolvido flores que são
especializadas em atrair um tipo de
polinizador em particular
Ensifera ensifera
Morcegodenarizlongo(Leptonycteris curasoae)
Cactosaguaro (Carnegiea gigantea)
COEVOLUÇÃO
• Competição / Predador – Presa
• Interação de aptidões inversa
• Sucesso de uma espécie é o fracasso
da outra
COEVOLUÇÃO
2
PARASITÁRIA
• 1859– Introduçãodos
coelhosemVictoria,
Austrália
• 1950– Vírusmixoma
• Primeiraepidemia:99,8%
• Segundaepidemia:90%
• Terceiraepidemia:40-60%
Bufomarinus
Austrália,
1935
Pseudechis porphyriacus
Phillips, B. L. & Shine, R. 2006. An invasive species induces rapid change in a native predator: Cane toads and black
snakes in Australia. Proceedings of the Royal Society B, 273: 1545-1550.
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3
Pellmyr,O.&Huth,C.
J.1994.Evolutionary
stability of mutualism
between yuccas and
yucca moths.Nature,
372:257-260.
• Simbiosee/oumutualismo
• Interaçãodeaptidõesdireta
• Sucessodeumaespécieéosucesso
daoutra
COEVOLUÇÃO
COOPERATIVA
Plantasiúcas (Yucca) X
Mariposasiúcas dogênero
Tegeticula
MutualismoXReprodução
Ficus citrifolia
Dispersãodesementes
A ave Nucifraga columbiana
pode coletar até 32.000 pinhos
(Pinus albicaulis) em uma
única estação, número muito
superior às suas necessidades
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• Algumas espécies de plantas atraem os animais para dispersarem suas
sementes quando as circundam com um fruto que contém nutrientes
substanciais.
Ervas florestais, incluindo a raiz-vermelha (Sanguinaria canadensis), produzem
sementes que têm um envoltório rico em lipídios e proteínas – conhecido
como elaiossomo – unido à semente, o que atrai formigas.
Frutoscarnososcomorecompensa
Elemento chave:
fruto permanecer não comestível
ou escondido até que as sementes
estejam totalmente desenvolvidas
Mutualismopodeseralteradoquandoascondiçõesmudam
Algumassementes
necessitampassarpelo
tratodigestivoanimal
paragerminar
Deinteraçõespositivasparanegativas
Fungosmicorrizais X
Terrenosférteis
Fruto umbigo - Omphalocarpum procerum
Sp1
- Herbivoria
- Predação
- Parasitismo
Sp2
Quandoeliminadoofungoasplantas
cresceram17%maisrápido
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Goby limpador-do-caribe
(Elacatinus evelynae) e peixedonzela-de-nadadeira-longa
(Stegastes diencaeus)
Lidandocomostrapaçeiros
Iúcas
Mutualista ou predador?
Sp1
Sp2
Aplantapodeabortaraflorcasoa
mariposacoloquemuitosovos,pois
aslarvascomeriamtodasassuas
sementes
Cheney, K. L. & Côté, I. M. 2005. Mutualism or
parasitism? The variable outcome of cleaning
symbioses. Biology Letters, 1: 162-165.
Cebolaselvagem(Allium vineale)XFungosmicorrizais
- Marcação com 14C
Mutualismopodeafetarcomunidades
Efeitossobreasdistribuiçõesdasespécies
Expansãonadistribuiçãodeespéciesmutualistas
Seleçãonatural
Declínionadistribuiçãodeespéciesque
romperamomutualismo
Planta pode distinguir os fungos mutualistas mais benéficos?
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Erva-alheira(Alliaria petiolata)
•
Nativa da Europa e Ásia foi
introduzida na América do Norte
•
Lá impede o desenvolvimento de
plantas nativas
Mutualismosdecriação
HomemXpecuária
Homem
X
agricultura
Produzemsubstâncias
químicasqueinibemo
crescimentodefungos
micorrizais
Stinson,K.A.etal. 2006.
Invasive plant suppresses the
growth of native tree seedlings
by disrupting belowground
mutualisms.PLOSBiology,4:
727-731.
Egito:Marvermelho
Alteraçãodadiversidadedasespécies
Espéciemutualista
generalista
SP1
9+9recifespor18meses
Importânciadotamanhoda
comunidadenessasinterações
Exclusãodopeixelimpador
SP3
Baixasignificativanadiversidadeentre4
e20meses(nãoentre2a4semanas)
SP2
Grutter,A.S.etal.2003.
Cleaner fish driveslocal
fish diversity on coral
reefs. Current Biology,
13:64-67.
Imigraçãoouacréscimodelimpador
Aumentonadiversidade
Efeitosparaclientesenão-clientes
Bshary,R.2003.Thecleaner wrasse,Labroides dimidiatus,is akey organism forreef fish diversity at Ras
MohammedNational Park,Egypt.Journal of AnimalEcology,72:169-176.
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Iniciaçãodeumacadeiadeinterações
C.mimosae
Oqueaconteceriaseaherbivoria fosse
removidoeasformigasdeixassemde
proporcionarumbenefício?
§ Constrói ninhos nos espinhos
§ Redução de 30% na proporção
de árvores ocupadas
§ Além disso, a colônia média
de C. mimosae foi 47% menor
do que nas parcelas controle
Savana do Quênia:
6+6 parcelas de 4ha; 10 anos de estudo
Remoção de grandes mamíferos herbívoros
C.sjostedti
Palmer, T. M. et al. 2008.
Breakdown of an ant-plant
mutualism follows the loss
of large herbivores from an
African savanna. Science,
319: 192-195.
C.sjostedti
§ Ninhos são construídos nas
cavidades das árvores que são
escavadas nos pés de acácia
por besouros de chifres longos
§ Duplicou a proporção de
árvores ocupadas
EFEITOSSOBREAFUNÇÃODOECOSSISTEMA
Estudossobreamovimentaçãode
energiaematériaentremuitasfontes,
incluindoosdomíniosbióticoseabióticos
Fungos micorrizais arbusculares:
Ecossistema de campo de 15 espécies x
Diferentes números de espécies de fungos
2x
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LIDANDOCOMAMORTEDEDISPERSORES
Páginas 255-267
IlhanaRepúblicadeMaurício->Árvoresdeébanocriticamenteameaçadas->
IntroduçãodeTartarugasdeAldabra ->aumentonadispersãodesementes
Muito simples!!
Páginas 390-411
16
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Leituras sugeridas
Bonfante, P. & Anca, I. A. 2009. Plants, mycorrhizal fungi, and bacteria: A
network of interactions. Annual Review of Microbiology, 63: 363-383.
Bronstein, J. L. 2009. The evolution of facilitation and mutualism. Journal of
Ecology, 97: 1160-1170.
Egger, K. N. & Hibbett, D. S. 2004. The evolutionary implications of exploitation
in mycorrhizas. Canadian Journal of Botany, 82: 1110-1121.
Fenster, C. B. et al. 2004. Pollination syndromes and floral specialization. Annual
Review of Ecology, Evolution and Systematics, 35: 375-403.
Stachowicz, J. J. 2001. Mutualism, facilitation, and the structure of ecological
communities. BioScience, 51: 235-246.
17