Diversidade microbiana

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Diversidade microbiana
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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
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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.
2001183(12)3770-3783.
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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

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Elementos da diversidade
Heywood Baste, 1995
Diversidade Diversidade
Diversidade Ecológica Organismal
Genética
Hierarquias
Biomas Bio-regiões Paisagem Ecossistema Habitat Ni
chos Populações
Populações Indivíduos Cromossomos Genes Nucleotíde
os
Reino Filo Família Gênero Espécie População Indivi
duo
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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

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Importância da diversidade
Na produtividade dos ecossistemas É possível
avaliar a produtividade de um solo avaliando a
sua diversidade microbiana
Na sustentabilidade dos ecossistemas A
diversidade tem um enorme impacto 1. Na
dinâmica do ecossistema 2. Na conservação
do solo (evita erosão)
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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

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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

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

• lt 5 das espécies foram isoladas em cultura pura
  (baseada em análises de DNA do ecossistema).

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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

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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....
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Dificuldades

• 3. Questões metodológicas

Uso de técnicas clássicas de cultura pura
Culturabilidade Viáveis mas não cultiváveis

Distribuição não homogênea no ambiente. Amostrag
em
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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
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Culturabilidade - diversidade de habitats e
metodologias
PCR

• Archaea ocorrem em ambientes extremos

• Técnicas moleculares
• indicam sua presença em
• águas marinhas e doces

Salinas, vulcões e fontes termais
Não tendo ainda sido isoladas
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Dificuldades

• 4. A diversidade envolve dois componentes
• Variedade
• Abundância relativa

• Quem são
• Quantos são
• O que acontece

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Dificuldades
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.

• 5. Erosão da própria diversidade

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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

• Bergeys Manual
• Bactérias

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Diversidade eucariontes
Protozoários Nematóides Algas Fungos Micro
artrópodes
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Protozoários
200.000 espécies?
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Nematóides
400.000 espécies
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Algas
400.000 espécies
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Fungos
1.500.000 espécies
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Inesperada diversidade recentemente descoberta do
picoplâncton (lt 2µm) nos oceanos. Elevou de
forma surpreendente as estimativas de diversidade
entre os eucariontes.
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Teorias sobre diversidade
Especiação
Balanço entre
Fatores que controlam a diversidade
Taxas de extinção
Como a abundância afeta este balanço? Elevada
diversidade genética resulta da presença de
elevadas populações que tem capacidade de sofrer
elevadas taxas de mutações.
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Outros fatores
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
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Hipótese rebite
Cada espécie é crítica para a integridade de um
ecossistema.
Hipótese redundante
Existem espécies extras no ecossistema para
épocas de estresse.
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Teoria dos nichos
Heterogeneidade de habitats
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.
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Catalogamos e contamos os planetas que existem no
Universo mas não conseguimos ainda saber quantos
seres vivos existem na Terra.
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Apenas há poucos anos descobrimos a importância
dos microrganismos no ecossistema como
heterotróficos
Brock, 1988 indicou que os microrganismos
desempenham papéis mais importantes do que as
suas diminutas dimensões sugerem
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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
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Diversidade morfológica
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Ampla diversidade genética
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Ampla diversidade metabólica
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Microrganismos são eficientes produtores primários
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Microrganismos são pequenos ....
Mas ....
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Podemos contar ou detectar seus efeitos
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... Podemos vê-los a 800 Km de distância
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Salinas Santa Pola - Espanha
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Minas Rio Tinto - Espanha
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Diversidade habitats
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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.
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Diversidade microbiana menos estudada
Maior parte dos trabalhos provem de estudos com
insetos, plantas e aves (seres terrestres)
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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

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