Diversidade microbiana
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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”

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Diversidade microbiana

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Presentation Transcript


Diversidade microbiana

Diversidade microbiana


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

Diversidade

Microbiana

Diversidadebacterianaemplaca dental humana.

Estimativadadiversidade total nacavidade oral é de aproximadamente 500. Baseado no 16S DNA ribossômico (rDNA)

J. Bacteriol. 2001;183(12):3770-3783.


O que diversidade

O que é diversidade?

É avariabilidadeentre microrganismos em nível de genes, entre espécies e nos ecossistemas.

(Convenção biológica da Biodiversidade, 1992, ECO-92).

Esta definição unifica os três níveis tradicionais de diversidade entre seres vivos:

  • diversidade genética - diversidade dos genes em uma espécie.

  • diversidade de espécies - diversidade entre espécies.

  • diversidade de ecossistemas - diversidade em um nível mais alto de organização, incluindo os outros níveis de variação.


Componentes da diversidade

Componentes da diversidade

Hierarquias

Populações

Nichos

Habitat

Ecossistemas

Paisagem

Biomas

Biosfera

Indivíduo

Espécie

População

Gênero

Família

Filo

Reino

Nucleotídeos

Genes

Cromossomos

Indivíduos

Populações

...


Quantifica o da diversidade efeitos de escala whittaker 1972

Quantificação da diversidade: efeitos de escalaWhittaker, 1972

  • Diversidade alfa

    • Dentro de uma comunidade ou de um habitat (local)

      Número de espécies (riqueza) em uma área delimitada e uniforme.

  • Diversidade gama

    • Número de espécies presentes em todos os habitats em uma região geográfica.

  • Diversidade beta

    • Ao longo de um gradiente, de um habitat para outro

      Relação entre a diversidade gama e alfa


Quantifica o da diversidade efeitos de escala

Quantificação da diversidade: efeitos de escala

Exemplo:

Imaginemos que queremos estudar adiversidade de fungos nas raízes de pínus. Selecionamos 3 exemplares de pínus e isolamos 5 fungos para cada exemplar de pínus:

Pínus 1: espécies A, B, C, D, E

Pínus 2: espécies A, C, G, I, S

Pínus 3: espécies A, B, C H, T

Temos assim uma diversidade alfa média de 5 espécies.

No entanto, o número total de espécies de fungos é de 10 (A, B, C, D ; E, G, I, H, S, T): diversidade gama.

Como se pode observar, em cada exemplar de pínus surgem novas espécies de fungos. A variação da composição de espécies numa região é a diversidade beta.

É usada como uma medida de heterogeneidade.


Como se quantifica a diversidade beta

Como se quantifica a diversidade beta?

Uma modificação da medida originalmente proposta por Whittaker (1972) é:

beta = (gama / alfa ) – 1

Vejamos o exemplo anterior:

beta = (10 / 5 ) – 1 = 1

Se tivermos uma situação de baixa heterogeneidade espacial, com as mesmas espécies ocorrendo em todos os locais:

Pínus 1: espécies A, B, C, D, E

Pínus 2: espécies A, B, C, D, E

Pínus 3: espécies A, B, C, D, E

Temos, alfa = 5; gama = 5 e,

beta = (5 / 5 ) – 1 = 0

ou seja, é necessária uma substituição local de espécies ao longo de um gradiente regional para que tenhamos elevada diversidade beta e consequentemente uma elevada diversidade regional.


Import ncia da diversidade microbiana

Importância da diversidade microbiana

- Na produtividade dos ecossistemas

É possível avaliar a produtividade de um solo avaliando a sua

diversidade microbiana

A diversidade microbiana aumenta a diversidade das plantas

- Na sustentabilidade dos ecossistemas

A diversidade tem um enorme impacto na dinâmica do ecossistema

e na conservação do solo (evita erosão)


Dificuldades na avalia o

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

Dificuldades na avaliação

Hot spot é uma área prioritária para conservação, de alta biodiversidade e ameaçada no mais alto grau. No Brasil são a Mata Atlântica e o Cerrado.


Exemplos

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

Exemplos


Diversidade microbiana

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

Fraca

Algas

40

1000

150

400

Fraca

Plantas

270

500

300

320

Boa

Insetos

950

100000

2000

8000

Moderada

Número de espécies (x1.000) descritas e estimadas da riqueza específica para alguns grupos de organismos vivosHawksworth & Kalin-Arroyo, 1995


Amplitude cont

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

Dificuldades


Conceitos de esp cie

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....


Dificuldades1

3. Questões metodológicas

Dificuldades

  • Uso de técnicas clássicas

  • de cultura pura

  • *Culturabilidade

    • *Viáveis mas não

    • cultiváveis

Distribuição não homogênea

no ambiente.

Amostragem


Culturabilidade

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


Culturabilidade1

Archaea ocorrem em ambientes extremos

Técnicas moleculares

indicam sua presença em

águas marinhas e doces

Culturabilidade

PCR

Salinas, vulcões e fontes termais

Não tendo ainda sido isoladas


Dificuldades2

Dificuldades

  • Quem são?

  • Quantos são?

  • O que acontece?

  • 4. A diversidade envolve dois componentes:

    • Variedade

    • Abundância relativa

Assim, nem sempre o número de espécies em uma comunidade é adequado para descrever diversidade.

Portanto, as espécies não contribuem de maneira igual na estimativa de diversidade total.


Dificuldades3

Dificuldades

  • 5. Erosão da própria diversidade

A biodiversidade não é estática. É um sistema em constante evolução das espécies.

A meia-vida média de uma espécie é de um milhão de anos:

- 99% das espécies que já viveram na Terra estão hoje extintas.


Documenta o

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

Manual de Bergey

Bactérias

www.tolweb.org

Documentação


Diversidade microbiana

Diversidade eucariontes

Protozoários

Nematóides

Algas

Fungos

Micro artrópodes


Diversidade microbiana

Protozoários

~200.000 espécies?


Diversidade microbiana

Nematóides

~400.000 espécies?


Diversidade microbiana

Algas

~400.000 espécies?


Diversidade microbiana

Fungos

~1.500.000 espécies?


Diversidade microbiana

Inesperada diversidade recentemente descoberta do picoplâncton (< 2µm) nos oceanos.

Elevou de forma surpreendente as estimativas de diversidade entre os eucariontes.


Diversidade microbiana

Teorias sobre diversidade

Especiação

Balanço entre:

Fatores que controlam a diversidade

Taxas de extinção

Como a abundância afeta este balanço?

Diversidade genética elevada resulta da presença de populações elevadas que tem capacidade de sofrer elevadas taxas de mutações.


Diversidade microbiana

Outros fatores

Competição por recursos limitados (C, N, P): “apenas melhores competidores persistem”

Solos/sedimentos versus marinhos/aquáticos

Parasitismo epredação reduzem a diversidade:

“a medida que os melhores competidores aumentam suas populações, são mais afetados pelos predadores e parasitas”

Protozoários e vírus


Diversidade microbiana

Teoria dos nichos

(Heterogeneidade de habitats)

Duas espécies não podem coexistir se ocupam o mesmo nicho. O melhor competidor levará o pior à extinção.

Habitats heterogêneos tem maior número de nichos do que habitats homogêneos.


Diversidade microbiana

Importância da diversidade nos ecossistemas

  • Para entender o papel da diversidade no funcionamento dos ecossistemas, realizaram-se experimentos mantendo os fatores abióticos constantes, manipulando-se apenas as espécies utilizadas.

  • Os efeitos positivos da diversidade foram revelados na:

  • Produtividade

  • Decomposição

  • Respiração total da comunidade

  • Ciclagem, absorção e fluxo de nutrientes

  • Resistência à invasão biológica

  • Previsibilidade

  • Estabilidade


Diversidade microbiana

  • Os experimentos demonstram uma variedade complexa de relações.

  • Surgiram várias hipóteses sobre os padrões observados.


Diversidade microbiana

Hipótese rebite:

Certas espécies são críticas para a integridade de um ecossistema.

Hipótese redundante (diversidade funcional)

Existem espécies extras no ecossistema para épocas de estresse, proporcionando estabilidade.

Uma mesma função é executada por diferentes espécies –resultado da diversidade genética.


Diversidade microbiana

Catalogamos e contamos os planetas que existem no Universo mas

não conseguimos ainda saber quantos seres vivos existem na Terra.


Diversidade microbiana

Apenas há poucos anos percebemos a importância dos microrganismos nos ecossistemas.

“Os microrganismos tem um papel ecológico muito mais importante no ambiente natural do que seus tamanhos pequenos sugerem”

(Brock et al., 1988)


Microrganismos

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


Ampla diversidade morfol gica

Ampla diversidade morfológica


Diversidade microbiana

Ampla diversidade genética


Ampla diversidade metab lica

Ampla diversidade metabólica


Diversidade microbiana

Microrganismos são eficientes produtores primários


Diversidade microbiana

Microrganismos são pequenos ....

Mas ....


Podemos contar ou detectar seus efeitos

... podemos contar ou detectar seus efeitos,


Podemos v los a 800 km de dist ncia

... podemos vê-los a 800 Km de distância


Salinas santa pola espanha

Salinas Santa Pola - Espanha


Minas rio tinto espanha

Minas Rio Tinto - Espanha


Diversidade microbiana

Microrganismos

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.


Diversidade microbiana a menos estudada

Diversidade microbiana é a menos estudada

Maior parte dos trabalhos provem de estudos com insetos, plantas e aves (seres terrestres)


Import ncia 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

Importância da diversidade para o homem


Avalia o da diversidade

Avaliação da diversidade

Não existe uma única forma, porém diversas medidas com diferentes facetas

Próxima aula


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