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O que os olhos não veem, o ecossistema sente

30 de julho de 2015

Texto escrito por: 

Flávia Mól Lanna, Felipe Araújo de Oliveira & Emanuel Masiero da Fonseca (alunos do curso de Ecologia de Ecossistemas [2015-1] do PPGEco-UFRN)

O que o sapo-cururu na Austrália e a água-viva-australiana-manchada no Brasil têm em comum? Se você conferir nos links indicados, verá que se tratam de exemplos de organismos exóticos que se estabeleceram na Austrália e no litoral do Brasil, respectivamente. Mas você sabia que microrganismos também podem ser considerados exóticos em determinados locais? No quadro 1 você pode ler uma breve descrição sobre o que são microrganismos, e depois, ao longo do texto, explicaremos mais sobre os microrganismos exóticos.

 

 
Caixa 1 - O que os olhos não veem o ecossistema sente

 

 

Agora, vamos definir o que estamos tratando como microrganismo exótico. Segundo Litchman (2010) uma espécie de microrganismo exótica é aquela que prolifera em uma nova área, anteriormente não ocupada, e que tem um impacto negativo sobre a comunidade local ou o ecossistema. A introdução de espécies exóticas é uma das ações antrópicas que têm imposto desafios à conservação da biodiversidade, ao lado da intensificação do aquecimento global, do desmatamento e da facilitação da propagação de doenças. Especificamente, quais seriam os impactos negativos dos microrganismos exóticos sobre um ecossistema?

Para entendermos de que maneira uma espécie exótica de microrganismo afeta o ambiente, precisamos dar um passo atrás e recordar qual é a importância dos microrganismos em um ecossistema. Muitos desses organismos tem uma participação fundamental na ciclagem de nutrientes no planeta, pois estão diretamente envolvidos nos ciclos dos nutrientes entre o meio físico e os organismos vivos e vice-versa. Através de processos realizados em aerobiose (presença de oxigênio) e em anaerobiose (ausência de oxigênio), microrganismos participam do ciclo do carbono, nitrogênio, enxofre e de outros tantos elementos que estão presentes na biosfera. Muitos desses seres invisíveis atuam na decomposição da matéria morta, realizando a tarefa de degradar os compostos orgânicos e (re)disponibilizá-los em sua forma inorgânica no meio biótico. Outros detalhes podem ser lidos num post anterior aqui do blog (veja aqui).

Assim, por que esperaríamos que uma espécie exótica tenha um impacto negativo sobre um ecossistema? Por exemplo, imagine a introdução de microrganismos exóticos que apresentam capacidades metabólicas distintas daquelas previamente presentes no ecossistema. Uma vez introduzidos no novo ambiente, tais micróbios poderiam alterar o balanço entre as diferentes formas dos elementos, como nitrogênio, fósforo e micronutrientes. Desta forma, poderiam alterar os padrões dos principais ciclos biogeoquímicos, pelo menos localmente.

Um exemplo mais específico: microrganismos exóticos fixadores de nitrogênio, como algumas cianobactérias, podem alterar significativamente o balanço do nitrogênio em ecossistemas aquáticos onde são introduzidos, alterando padrões de produtividade primária e processos dependentes. Além disso, uma vez invadida, as populações nativas de uma comunidade podem sofrer declínios ou até mesmo serem extintas localmente. Como resultado, a abundância e composição de espécies pode mudar drasticamente e isso pode direta ou indiretamente alterar o funcionamento do ecossistema (como a produtividade mencionada acima).

Agora, podemos nos perguntar: a introdução de microrganismos exóticos pode ser intensificada ainda mais? Imagine o panorama atual de mudanças climáticas globais, o aumento de nutrientes no solo devido ao seu uso para a agricultura, além de diversos outros estressores de origem humana. Todo esse cenário de estresse no ambiente, aliado à ausências de muitas barreiras geográficas* ou à facilitação da dispersão dos microrganismos, podem tornar os eventos de invasão mais comuns. Por exemplo, atualmente aumentamos a probabilidade de dispersão de um microrganismo, através da água de lastro* despejada dos navios, de plantas e animais trazidos de outros locais e até mesmo do fluxo de pessoas ao redor do mundo (Figura 2).

Figura 2. Esquema ilustrando como uma barreira geográfica pode limitar a dispersão de uma espécie, enquanto alguns eventos podem facilitar o acesso a um ecossistema. Legenda: EE = espécie exótica.

Figura 2. Esquema ilustrando como uma barreira geográfica pode limitar a dispersão de uma espécie, enquanto alguns eventos podem facilitar o acesso a um ecossistema. Legenda: EE = espécie exótica.

Um ecossistema pode ser reconhecido em um ambiente natural, como uma bela paisagem em um parque ecológico ou uma floresta. Entretanto, podemos criar uma analogia com o corpo humano. Por exemplo, o interior do corpo humano pode ser visto como ecossistema onde estão centenas de milhões de microrganismos. Uma característica que pode facilitar a invasão de uma espécie é a baixa diversidade da comunidade nativa. Assim, entender como a invasão de uma espécie altera o ecossistema pode ser aplicado a uma espécie invadindo o organismo humano. Essa espécie ira diminuir a imunidade do nosso organismo gerando diversos prejuízos ao funcionamento desse, do mesmo jeito que ocorre com a “saúde” nos demais ecossistemas que podemos imaginar.

Agora te perguntamos, você imaginava que organismos tão minúsculos exerciam funções importantíssimas no ecossistema? Esperamos que você tenha aprendido e se interessado um pouco mais sobre esse universo que não somos capazes de enxergar. E lembre-se, introduzir organismos onde eles não são nativos, pode ser muito ruim para a natureza!

        

Glossário:

Água de Lastro: água do mar captada pelo navio para garantir a segurança operacional do navio e sua estabilidade.

Ciclos Biogeoquímicos: percurso realizado no meio ambiente por um elemento químico essencial à vida.

Barreiras geográficas: barreira física que divide o ambiente, por exemplo, um rio, uma montanha.

 

Autores:

Flávia Mól Lanna, Felipe Araújo de Oliveira & Emanuel Masiero da Fonseca (alunos do curso de Ecologia de Ecossistemas [2015-1] do PPGEco-UFRN)

Supervisão: Renata Panosso (Departamento de Microbiologia e Parasitologia; PPGEcologia-UFRN)

Edição: André M. Amado (Departamento de Oceanografia e Limnologia; PPGEcologia-UFRN)

 

Leitura complementar

Você pode buscar outras informações sobre água de lastro e introdução de espécies exóticas no link: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/revista/Rev_84/artigos/WesleyCollyer_rev84.htm

 

Referências bibliográficas:

AMERICAN SOCIETY FOR MICROBIOLOGY. 2008. Scientist study bacterial communities inside us to better understand health and disease. Acessado em: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-06/asfm-ssb052908.php. 11 de abril de 2015.

ANAGNOSTAKIS, S.L. 1987. Chestnut blight – the classical problem of an introduced pathogen. Mycologia, v. 79, 23–37.

LITCHMA, E. I. 2010. Invisible invaders: non‐pathogenic invasive microbes in aquatic and terrestrial ecosystems. Ecology Letters, v. 13, n. 12, 1560–1572.

ROCHA, C. F. D.; BERGALLO, H. G.; VAN SLUYS, M.; ALVES, M. A. S.; JAMEL, C. E. 2007. The remnants of restinga habitats in the brazilian Atlantic Forest of Rio de Janeiro state, Brazil: Habitat loss and risk of disappearance. Brazilian Journal of Biology, v. 67, n. 2, p. 263–273.

SEABLOOM, E. W.; HARPOLE, W. S.; REICHMAN, O. J.; TILMAN, D. 2003. Invasion, competitive dominance, and resour38+15,8e use by exotic and native California grassland species. Proceedings National Academy of Sciences, v. 100, n. 23, p. 13384–13389.

THOMAS, C. D.; CAMERON, A.; GREEN, R. E.; BAKKENES, M.; BEAUMONT, L. J.; COLLINGHAM, Y. C.; ERASMUS, B. F. N.; SIQUEIRA, N. F.; GRAINGER, A.; HANNAH, L.; HUGHES, L.; HUNTLEY, B.; VAN JAARSVELD, A. S.; MIDGLEY, G. F.; MILES, L.; ORTEGA-HUERTA, M. A.; PETERSON, A. T.; PHILLIPS, O. L.; WILLIAMS, S. E. 2004. Extinction risk from climate change. Nature, v. 427, p. 145–148.

E se não houvesse bactérias?

21 de fevereiro de 2015

E se não houvesse mais bactérias? Você já parou para pensar se as bactérias fizessem uma grande greve geral e parassem de trabalhar? Para começar, esta seria uma greve incrivelmente difícil de controlar, considerando que seriam 4-6×1030 pequeninos insurgentes, muito mais do que as 1024 estrelas no Universo!!!

Bom, mas o que aconteceria com o mundo além de você ficar sem iogurte, queijo e vinagre (produtos da atividade bacteriana) ou as inúmeras substâncias benéficas que estes organismos produzem1? Para começar, os efeitos seriam sentidos por você mesmo, pois o corpo humano tem 10 vezes mais bactérias do que células humanas2; a maioria delas é inofensiva e até essencial para a manutenção da saúde, produzindo vitaminas (para as quais não possuímos genes para a produção), auxiliando na digestão, na resposta imunológica e na produção de compostos anti-inflamatórios, por exemplo (veja mais em The Human Microbiome Project, http://www.hmpdacc.org/). De fato, tem sido descoberto nos últimos anos que até o fato de você ser magro ou obeso está fortemente relacionado aos tipos de bactérias que você carrega no corpo!

Bacterias em greve

Figura 1: E se as bactérias entrassem em greve? Modificado de: http://blogs.scientificamerican.com/molecules-to-medicine/tag/antibiotic-resistance/. Acesso: 20/02/2015.

Só com estes fatos já temos ideia do problemão que teríamos se essa greve acontecesse. Mas o fato é que o papel das bactérias é muito maior do que apenas isso. Na verdade toda a vida e a própria história da vida na Terra dependeu e depende da atuação destes micro-organismos. Você sabe por quê?

Para começar, a vida aeróbica não teria sido possível se as cianobactérias não tivessem surgido, pois elas foram responsáveis pelo aumento inicial de O2 atmosférico do planeta Terra há cerca de 2,3 bilhões de anos3. De fato, a fotossíntese oxigênica foi “inventada” por estes organismos, pois todas as plantas e algas eucarióticas possuem cloroplastos que, acredita-se, tenham sido cianobactérias englobadas por seres eucariontes e que passaram a viver em simbiose para depois tornarem-se parte das células. Esses organismos inclusive foram responsáveis por mudanças importantes no clima global, pois a atmosfera redutora (anaeróbica) primitiva da Terra era abundante em gás metano (CH4), o que causava um efeito estufa que impedia que a Terra congelasse; o aumento da concentração de oxigênio coincide precisamente com o primeiro evento bem documentado de glaciação da Terra. Atualmente, mesmo com a relativa estabilização da composição do ar atmosférico, as bactérias continuam atuando em diversos processos em menor escala; as cianobactérias são os maiores responsáveis pela fixação biológica do nitrogênio atmosférico nos oceanos, enquanto que as bactérias do gênero Rhizobium e actinobactérias são as principais fixadoras de nitrogênio nos solos em simbiose com plantas terrestres. Outro importante papel das bactérias é a oxidação do DMSP (dimetilsulfopropionato), produzido pelas algas marinhas, em DMP (dimetilsulfeto), cujos sub-produtos de degradação geram compostos formadores de nuvens, que por sua vez aumentam o albedo (reflexão da radiação para o espaço) e que tem como efeito geral uma redução na quantidade de luz do sol que chega à superfície do planeta, podendo haver consequente redução da temperatura  (leia mais sobre a hipótese CLAW em http://en.wikipedia.org/wiki/CLAW_hypothesis).

Embora seja difícil estabelecer uma ordem de importância para todos os papéis das bactérias, talvez o mais fundamental do ponto de vista ambiental, seja o de ciclagem de nutrientes através da decomposição e mineralização de matéria orgânica, uma vez que são responsáveis pela maior parte das respirações aeróbica e anaeróbica e regeneração de nutrientes no planeta. Desta forma, se elas parassem de atuar, uma enorme proporção da matéria no planeta iria se acumular na forma orgânica e os ciclos dos elementos seriam estagnados ou enormemente desacelerados, podendo afetar até a produção de alimentos. Além desse papel de decompositoras que por muitos anos foi o único atribuído às bactérias, elas ainda compõem um importante elo de transferência de matéria orgânica dissolvida e energia para níveis tróficos superiores (Figura 01), fazendo com que uma grande quantidade de organismos dependa delas direta ou indiretamente. Em comunidades de fontes hidrotermais das profundezas oceânicas, por exemplo, onde a luz do sol não chega e a fotossíntese é impossível, as bactérias são a base das cadeias tróficas realizando quimiossíntese através da simbiose com vermes poliquetas.

Alça Microbiana

Figura 2: A alça microbiana, conceito introduzido por Pomeroy (1974) e Azam et al. (1983) que diz que as bactérias, além de servirem de decompositoras nas terias tróficas clássicas (reciclando nutrientes para o fitoplâncton, que vai servir de alimento para o zooplâncton e este por sua vez seria predado por peixes, por exemplo), também servem de alimento para organismos microscópicos unicelulares como flagelados e ciliados, que por sua vez podem alimentar o zooplâncton. Desta forma, a matéria orgânica dissolvida (DOM) retorna para a cadeia alimentar sem precisar passar pela etapa de decomposição e mineralização. Fonte: modificado de Schulz, 2005. Disponível em: <http://www.esf.edu/efb/schulz/limnology/microbialloop.jpg&gt;. Acessado em: 21/06/06.

Desta forma, espero que neste ponto tenha conseguido convencê-los de que no mínimo a vida no planeta Terra seria profundamente alterada se não tivéssemos mais bactérias. Talvez a vida se adequasse, com outros organismos preenchendo os nichos (simplificadamente, termo ecológico para designar as funções ecológicas de organismos) deixados por elas, como a vida sempre faz. Mas o certo é que não, a vida não seria mais igual. Esses ínfimos seres foram protagonistas do desenvolvimento da história do planeta e continuam sendo essenciais à manutenção de toda a vida que ajudaram a criar.

Autor:

Ng Haig They (Pós-doutorando, Laboratório de Limnologia, DOL – UFRN)

Supervisão:

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Notas:

1 – bactérias recombinantes ou geneticamente modificadas são utilizadas para a produção de várias substâncias de interesse médico, tais como insulina, hormônio de crescimento, vacinas e muitas outras (veja mais em: http://en.wikipedia.org/wiki/Genetically_modified_bacteria).

2 – Isso sem contar as milhares de mitocôndrias que temos em nossas células, que, acredita-se, foram originadas de uma bactéria ancestral que passou a viver em simbiose com uma célula eucariótica (Margulis, 1981).

3– Atualmente a maior parte do oxigênio que respiramos é produzido por microalgas eucarióticas nos oceanos. A fotossíntese terrestre é feita principalmente pelas plantas superiores e não por micro-organismos, mas tem pouco efeito sobre o O2 atmosférico, pois a produção de O2 é contrabalançada por processos de respiração (Kasting e Siefert, 2002).

Referências:

Azam F, Fenchel T, Field JG, Gray JS, Meyer-Reil LA, Thingstad F (1983)The role of water-colum microbes in the sea. Marine Ecology Progress Series 10:257-263.

European Space Agency (ESA). How many stars are there in the Universe? Disponível em: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Herschel/How_many_stars_are_there_in_the_Universe.

Garrison T (2010) Fundamentos de Oceanografia.4ª ed. Cengage Learning: São Paulo, 426 pp.

Kasting JF, Siefert JL (2002) Life and evolution of earth´s atmosphere. Science 296:1066-1068.

Margulis L (1981) Symbiosis in cell evolution: life and its environment on the early earth. NASA:Boston, 438 p.

Mylona P, Pawlowski K, Bisseling T (1995) Symbiotic nitrogen fixation. The Plant Cell 7:869-885.

Pomeroy LR (1974) The ocean’s food web, a changing paradigm. Bioscience 24(9):499-504.

Re L (2010) Obesity and the human microbiome. Current Opinion in Gastroenterology 26(1):5-11.

The Human Microbiome Project (2015). Disponível em: http://www.hmpdacc.org/. Acessado em 20/02/2015.

Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ (1998) Prokaryotes: the unseen majority. PNAS 95(12):6578-6853.