DOCENTES:

Prof. David Montagnes

University of Liverpool, U.K.

Profª Helena Galvão

F.C.M.A., Universidade do Algarve

DOCENTES:

Prof. Helena Galvão

(responsável – componente teórico)

Prof. Ana Barbosa

(componente prático)

TEÓRICA 10

Factores que influenciam distribuição de microrganismos no mar

A) Factores Físicos:

1. Luz (Zona eufótica 10 – 200 m)

2. Temperatura: bactérias marinhas são psicrófilas moderadas com óptimo de crescimento entre 10 a 20 oC; minimo entre -10 a 5 oC e máximo entre 13 a 25 oC

3. Pressão hidrostática (pressão aumenta 1 atm / 10 m profundidade):

- Máximo nas fossa abissais do Pacífico a 1100 atm

- 80 % da área global dos oceanos com nivel < 1000 m correspondendo a 70% do volume total dos oceanos » importância da microbiologia dos grandes fundos marinhos » bactérias barofílicas e ultraoligotróficas

4. Turbidez (Seston: matéria particulada em suspensão)

3 fracções: matéria inorgânica (minerais), mat. orgânica (detritos), mat. viva (plancton)

5. Hidrografia:

- partículas acumulam em zonas de gradiente fisico-quimico (ex: haloclina, termoclina, picnoclina; zona frontal entre correntes de sentido contrário)

- turbulência sob acção de ventos e marés causa estratificação/destratificação da coluna de água influenciando perfis verticais

- afloramento costeiro causa blooms de fitoplancton devido ao ressurgimento de camada funda rica em nutrientes

Factores que influenciam distribuição de microrganismos no mar

B) Factores Químicos:

1. Salinidade: bactérias marinhas são halófilas moderadas » NaCl requisito para crescimento

2. pH (água do mar tem pH constante ca. 8.1 – 8.2) & Eh (potencial redox nos sedimentos mede capacidade oxidante/redutora)

3. Matéria orgânica (DOM: m.o.Dissolvida; POM: m.o.Particulada; TOM: m.o.Total)

Variabilidade elevada: TOM

oceanos 0.3 – 2.0 mg L -1

zona costeira 3 – 10 mg L -1

zona eutrofizada até 100 mg L -1

- Fracção lábil (facilmente degradável) composta por moléculas simples (Ex: monossacarídios; aminoácidos)

- Fracção refractária (dificilmente degradável) composta por macromoléculas complexas (peso molecular > 1000; ex: proteinas, polissacarídios) hidrolizda por Actividade Exoenzimática (AEE) de bactérias marinhas.

Fissuras Hidrotermais

Zonas faunisticas nos oceanos

Penetração da radiação solar nos oceanos

Zonas Faunísticas nos Oceanos

Zonas Fóticas nos Oceanos

Habitats nos oceanos

Habitats especializados: neuston (interface atmosfera-mar); seston (partículas em suspensão); endobiótico (endo-simbioses); interface água-sedimento

Fluxos de matéria e habitats nos oceanos

Fissuras Hidrotemais – Tipos diferentes de fumarolas

Fumarolas negras - Precipitação de sulfuretos metálicos (ex: pirite)Fumarolas brancas – Precipitação de Silica, Cálcio e anhidritos

Processos Químicos nas Fissuras Hidrotermais

1) Água fria penetra através de fissuras na crosta ôceânica

2) O2 e P são removidos da água

3) Ca, sulfato e Mg removidos do fluido geotérmico

4) Na, Cu e P são adicionados ao fluido

5) Fluido aquece atingindo temp. max. de 300-400ºC; Cu, Zn e Fe dissolvem-se no fluido

6) Fluido aquecido e rico em metais difunde através de fissuras para o exterior

7) Fluido hidrotermal mistura-se com água do mar fria saturada em O2. Metais e S combinam-se » sulfuretos metálicos negros que precipitam formando estrutura da chaminé

Habitats especializadosVermes tubícolas gigantes (Pogonophora) – Endossimbiose com bactérias sulfoxidantes (quimioautotróficas – fixam matéria orgânica com energia

química derivada da oxidação de H2S ou S a SO4-2)

Habitats especializados: Endossimbiose de bactérias

Bactérias sulfoxidantes endossimbiontes dentro do trofosoma de vermes Pogonophora

Cianobactérias endossimbiontes de flagelado Cyanophora; cloroplastos de microalga vermelha filamentosa

Habitats especializados: Endossimbiose de bactérias

Bactérias bioluminescentes (Photobacterium) endossimbiontes de orgãos luminosos de peixes (B) e invertebrados (A-choco e C-tunicato)

Sistemas de bioluminescência

2 processos diferentes no meio terrestre e no meio marinho usando a mesma enzima luciferase

Sistema “pirilampo” é um processo químico:

luciferase

Luciferina + O2 + ATP oxiluciferina + emissão de luz

No mar, a bioluminescência é produzida por bactérias do género Photobacteriumplanctónicas ou vivendo como endossimbiontes de peixes e invertebrados meso-, abissal- ou hadalpelágicos

luciferase

FMNH2 + aldeido + O2 + ATP FMN + ácidos gordos + H2O + luz

co-factor: Flavina mononucleótida

Habitats especializados: Ectossimbioses

Ciliados peritriquídios Elliobiophyra donacis ancorados a guelras de bivalve Donax

Bactérias epifíticas aderidas a frústula de diatomácea e mucilagem de cianobactéria filamentosa

Camada funda < 1 000 m corresponde a 80% da área global coberta pelos oceanos e a 70% do volume total dos oceanos » ecossistema maior na terra e o menos conhecido

Nivel médio dos oceanos 3 800m; nivel máximo 11 000m

Planície abissal situada entre 4000 e 6000m

Características dos grandes fundos:

- temperatura constante 3 oC + 1 oC

- pressão hidrostática elevada > 100 atm

- escuro

- ultra-oligotrofia (< 1 % do C fixado à superficie sedimenta até à planicie abissal)

N.B. Adaptação à ultra-oligotrofia aumenta barotolerância. Certas enzimas mais afectadas que outras a pressão elevada (sintese & transporte). Espectro contínuo de crescimento de estirpes barofóbicas, barotolerantes e barofílicas. Bactérias barofílicas têm taxa máxa de crescimento a pressões elevadas.

Adaptação fisiológica a presssão hidrostática elevada

Crescimento bacteriano em relação à pressão

Modelo de variação de crescimento bacteriano em relação à pressão hidrostática:Barotolerantes: µmax a 1 atm (A & A´)Barofílicas: µmax a P >> 1 atm (B barofílica moderada & C barofílica extrema)Regressão linear D descreve decréscimo generalizado de µmax em relação à pressão.

Quais as estirpes barotolerantes & barofílicas ?N.B. A que pressão ocorre µmax ?