regulaÇÃo da respiraÇÃo e da eficiÊncia do...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE BIOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA
REGULAÇÃO DA RESPIRAÇÃO E DA
EFICIÊNCIA DO CRESCIMENTO BACTERIANO
EM LAGOAS COSTEIRAS TROPICAIS
VINICIUS SCOFIELD SIQUEIRA
Dissertação apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em
Ecologia da Universidade Federal
do Rio de Janeiro, como parte dos
requisitos necessários à obtenção
do grau de Mestre em Ecologia
Rio de Janeiro
Dezembro de 2011
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE BIOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA
REGULAÇÃO DA RESPIRAÇÃO E DA
EFICIÊNCIA DO CRESCIMENTO BACTERIANO
EM LAGOAS COSTEIRAS TROPICAIS
VINICIUS SCOFIELD SIQUEIRA
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ecologia da Universidade
Federal do Rio de Janeiro, como parte dos
requisitos necessários à obtenção do grau de
Mestre em Ecologia
_______________________________________
Prof. Dr. Vinicius Fortes Farjalla
_______________________________________
Prof. Dr. Fábio Roland
_______________________________________
Prof. Dr. Paulo Abreu
Rio de Janeiro
Dezembro de 2011
ii
SCOFIELD, VINICIUS
Regulação da respiração e da eficiência do crescimento bacteriano em
lagoas costeiras tropicais [Rio de Janeiro]
2011
44 pp. 29,7 cm (Instituto de Biologia/UFRJ, M.Sc., Ecologia, 2011)
Dissertação - Universidade Federal do Rio de Janeiro, PPGE
1. Metabolismo Bacteriano, 2. Eficiência de crescimento,
3. Ciclo do carbono, 4. Lagoas costeiras
I. IB/UFRJ II. Título (série)
iii
“Sit down before fact as a little child, be prepared to give up every
preconceived notion, follow humbly wherever and to whatever
abysses nature leads, or you shall learn nothing”
Thomas Huxley
"Não acredite em algo simplesmente porque ouviu. Não acredite em algo
simplesmente porque todos falam a respeito. Não acredite em algo
simplesmente porque está escrito (...). Não acredite em algo só porque seus
professores e mestres dizem que é verdade. Não acredite em tradições só
porque foram passadas de geração em geração. Mas depois de muita análise e
observação, se você vê que algo concorda com a razão, (...) aceite-o e viva-o".
Buda
"Pequenos peixes cantam e dançam, nadam espertamente ao sabor
das ondas que vêm e vão. Quem no entanto é capaz de saber o que
se passa nas recônditas profundezas desse mar sem fim?”
Musashi
Quanto respira uma bactéria
se não houver ninguém medindo?
Koan Zen, adaptado
iv
Agradecimentos
Certa vez, ao ser aclamado quanto às suas descobertas, Sir Isaac Newton respondeu: “Se vi
mais longe foi por estar sobre ombros de gigantes”. Referia-se aos cientistas que vieram antes, cada
qual contribuindo com pequenas peças que o ajudaram a montar o grande quadro das leis da
natureza. Nenhum homem, nem mesmo Newton, seria capaz de chegar aonde chegou sem a
colaboração, mesmo que indireta, de inúmeras pessoas. Da mesma forma sei que, se cheguei aqui –
ainda que este trabalho não represente nem uma fração das conquistas do físico, é claro –, foi
devido aos incontáveis gigantes que encontrei pelo caminho. A eles, a minha gratidão.
Agradeço inicialmente a meus pais, Kleide e Paulo, pois sem sua ajuda fundamental, quem
sabe onde eu estaria hoje? Não só por manterem desde sempre um ambiente sadio para meu
crescimento, mas por terem acreditado na importância do desenvolvimento intelectual, sempre me
estimulando a aprender e proporcionando tudo o que fosse necessário para o meu progresso, mesmo
que a custa de sacrifícios pessoais. Agradeço especialmente à minha mãe pelo infinito carinho nos
últimos anos.
Ainda no âmbito familiar, agradeço a meu tio e padrinho, Armando, por todo o apoio, tanto
material quanto intelectual. Se pude ter acesso a variadas oportunidades e recursos, devo muito à
sua colaboração. Da mesma forma agradeço à minha madrinha, tios, avós e primos, pela ajuda e
companhia.
Agradeço profundamente ao prof. Vinicius Farjalla, meu orientador nos últimos 5 anos.
Durante esse tempo a relação passou a ser não só de orientador-orientado, mas também de amizade.
Sempre pude contar com seu apoio, orientação e confiança. Nos meus primeiros momentos no
laboratório, difíceis, mais de uma vez pensei em seguir um caminho diferente. Se não o fiz, e aqui
me encontro hoje, foi devido a ele, sempre propondo novos e estimulantes desafios e ajudando a
solucionar os mais intricados problemas. Um grande abraço, Vinicius!
v
Não poderia deixar de agradecer também ao prof. Francisco Esteves, coordenador do
Laboratório de Limnologia, pela oportunidade concedida. Seu trabalho incessante nas últimas
décadas possibilitou que tivéssemos toda a estrutura necessária para desenvolver nossos trabalhos,
seja no Rio seja em Macaé. Agradeço também ao prof. Reinaldo Bozelli, pelas orientações e
oportunidades concedidas e aos profs. João Leal e Marcos Paulo, por todo o auxílio prestado.
Agradeço ao prof. André Megali, da UFRN, que, apesar da distância, foi muito importante no
esclarecimento de várias dúvidas sobre meu tema de trabalho, resultados e discussões. Agradeço
também aos professores Fernando Fernandez e Antônio Solé, pelas conversas nos idos de 2009, que
talvez eles nem lembrem mais, mas que foram importantes naquele momento de dúvidas
profissionais.
Meu mestrado consistiu em um experimento grande, e muito trabalhoso. Sem o apoio
inestimável de Aliny e Rachel eu com certeza teria me perdido em meio às centenas de frascos,
planilhas e análises. Muito obrigado. Mais do que ajudantes, são duas grandes amigas. Aliny tem
sido importante no meu amadurecimento profissional, discutindo resultados, revisando textos,
compartilhando novas conquistas e dividindo grandes idéias. Rachel, que nos últimos anos foi uma
boa amiga, recentemente tornou-se muito mais. Namorada, companheira carinhosa, tem divido
comigo muitos momentos felizes. Um grande beijo.
Agradeço também ao Saulo, com quem dividi o experimento e com quem dividi longas
horas de bancada e de redação, compartilhando dúvidas, explicando estatísticas incompreensíveis,
indicando sempre ótima literatura e ajudando a resolver vários problemas. Thais Laque, Fabrício e
João Marcelo também foram fundamentais na execução do experimento, participando das análises
de laboratório ou das coletas de campo.
Nicholas Marino é, antes de tudo, um grande amigo. Sempre fiel, presente em momentos
muito importantes, compartilhando alegrias e dando todo o apoio quando necessário. Além disso,
colega de trabalho, desde as primeiras disciplinas da graduação. Um cientista de futuro brilhante,
vi
analista crítico, colaborou inúmeras vezes em sugestão de literatura, discussão de resultados,
revisão de textos, além de longas horas de discussão sobre alunos, gestão do laboratório e etc.
O Laboratório de Limnologia é uma grande equipe. Impossível tocar qualquer trabalho sem
contar com a colaboração do grupo. Agradeço a Jabour, Albert, Fred, Aliny, Fernanda, Ellen,
Paloma e Lúcia, alunos de doutorado ou pós-doutorado, fundamentais na revisão de textos e na
solução de dúvidas diversas. Agradeço também aos colegas de mestrado, em especial ao Daniel, e
também à Viviane Dib, Letícia, Monalisa, Renata, Lucy, Clarice e Maycon. Ao Pedro “Má Fêi”
Barbosa por fazer parte do glorioso grupo do carbono. Ao João Henriques “Minhoca”, do INPA,
por também fazer parte do grupo e estar junto conosco em novos projetos. Aos alunos de graduação,
Alice, Renan, Antonella, Juliana, Rayanne, Elder, Joseph, Carolina Rude, Gabriel, Daniela, Marisa,
Nathália, Roberta Guarany, Mariana Cristina, e mesmo aos mais novos, como Camila Puga e
Arthur, pela colaboração quando foi necessário, porque é impossível cuidar sozinho de cada detalhe
de nossos trabalhos. Agradeço também ao Mário, pela grande colaboração nas análises em geral, ao
Cláudio, pela ajuda e esclarecimentos muito importantes, e ao Andresson, Rose, Sandra e Tia Célia,
por ajudar a manter o laboratório funcionando bem.
Agradeço aos membros da banca, prof. Paulo Abreu e prof. Fabio Roland, pelo interesse e
disponibilidade. Tivemos que fazer malabarismo para conseguir conciliar a agenda de todos e
marcar uma data, mas os dois sempre estiveram muito dispostos a colaborar com o trabalho. O prof.
Fabio desdobrou-se no calendário e nas seguidas vezes em que precisei mudar a data da defesa ele
sempre confirmou sua participação. E o prof. Paulo, mesmo tendo que viajar centenas de
quilômetros e alterar sua rotina profissional, manteve sua disposição em participar da banca.
Agradeço também aos membros suplentes, prof. Alexandre Rosado e profa. Ana Petry, pela
disponibilidade.
Agradeço aos membros da pré-banca, pela revisão preliminar deste texto. A profa. Ana Petry
agiu de forma impecável, entregando uma revisão detalhada, levantando várias imprecisões que eu
vii
não havia percebido e dando sugestões valiosas, que foram quase totalmente incorporadas nesta
versão. Muito obrigado. Agradeço também ao prof. Rodolfo Paranhos, pela revisão minuciosa.
Agradeço à Márcia e Suely, secretárias do PPGE, por toda a ajuda prestada nestes dois anos.
Agradeço também aos coordenadores do programa, prof. Marcus Vinicius e prof. Eduardo
Arcoverde, pelo auxílio e solução de diversas questões ao longo do mestrado.
E por fim, agradeço a você, leitor, pelo interesse no meu trabalho. Boa leitura!
Vinicius Scofield
Outubro de 2011
viii
Resumo
Ecossistemas aquáticos são elementos-chave no ciclo global do carbono e a comunidade
bacterioplanctônica possui um papel fundamental neste ambientes, seja através da remineralização
de nutrientes, seja como fonte de matéria orgânica para níveis tróficos superiores. Pouco se sabe
sobre a regulação de seu metabolismo – principalmente a respiração bacteriana -, e são escassos os
estudos em ambientes tropicais. Este trabalho buscou analisar, através de um experimento
trifatorial, a regulação da respiração (RB) e da eficiência de crescimento bacteriano (ECB) em 5
lagoas costeiras do norte fluminense, analisando a influência de 3 variáveis ambientais, cada uma
com diferentes tratamentos: gradiente de carbono orgânico dissolvido (COD), temperatura da água
e concentração de nutrientes (nitrogênio e fósforo). De forma geral, observou-se um aumento na RB
ao longo de todos os gradientes, sendo maior em tratamentos com maiores temperatura e
concentração de nutrientes ou COD. A ECB foi menor em tratamentos com maior aporte de matéria
ou energia, e os fatores que mais influenciaram a eficiência foram a temperatura e os nutrientes. A
concentração de COD, somente, influencia pouco os processos analisados, e a qualidade do carbono
orgânico parece ser um fator mais importante na regulação dos mesmos. O aumento da temperatura
de incubação potencializa os efeitos causados pela adição de nutrientes. Em um futuro cenário de
alterações ambientais no qual os ecossistemas aquáticos têm recebido crescente aporte de energia e
matéria orgânica, espera-se uma redução geral na eficiência de crescimento das comunidades
bacterianas, com conseqüências para toda a teia trófica. Futuros estudos sobre este tema devem dar
enfoque à importância de outros fatores ambientais na regulação do metabolismo microbiano.
ix
Abstract
Aquatic ecosystems are key elements in the global carbon cycle and bacterioplankton
community has an important role in this environments, either through the remineralization of
nutrients or as a source of organic matter to higher trophic levels. Little is known about the
regulation of bacterial metabolism - especially bacterial respiration - and there are few studies in
tropical environments. This study aimed to analyze, through a three-factorial experiment, the
regulation of bacterial respiration (BR) and bacterial growth efficiency (BGE) in five coastal
lagoons of northern Rio de Janeiro, analyzing the influence of three environmental variables, each
with different treatments: gradients of dissolved organic carbon (DOC), water temperature and
concentration of nutrients (phosphorous and nitrogen). Overall, there was an increase in BR through
all gradients, being higher in treatments with higher temperature and concentration of nutrients or
DOC. BGE was reduced in treatments with higher inputs of matter or energy, and the factors
affecting the efficiency were temperature and nutrients. The concentration of DOC influenced only
slightly the processes analyzed, and the quality of organic carbon seems to be a more important
factor in their regulation. The increase of the incubation temperature enhances the effects caused by
the addition of nutrients. In a scenario of environmental changes, where aquatic ecosystems have
been receiving increasing inputs of energy and organic matter, we expect a general reduction in
growth efficiency of bacterial communities, with consequences for the whole trophic web. Future
studies on this topic should focus on the importance of other environmental factors in the regulation
of microbial metabolism.
x
Sumário
1. Introdução............................................................................................................................1
2. Hipóteses..............................................................................................................................9
3. Objetivos..............................................................................................................................9
4. Métodos..............................................................................................................................10
4.1. Área de Estudo e Coleta.......................................................................................10
4.2. Desenho experimental..........................................................................................11
4.3. Preparo das Amostras...........................................................................................13
4.4. Respiração Bacteriana..........................................................................................13
4.5. Produção Bacteriana e Eficiência de Crescimento Bacteriano............................14
4.6. Caracterização Ambiental....................................................................................15
4.7. Análises Estatísticas.............................................................................................15
5. Resultados..........................................................................................................................17
5.1. Respiração Bacteriana.........................................................................................17
5.2. Eficiência de Crescimento Bacteriano................................................................23
6. Discussão............................................................................................................................26
6.1. Respiração Bacteriana.........................................................................................26
6.2. Eficiência de Crescimento Bacteriano................................................................33
7. Conclusão...........................................................................................................................37
8. Referências Bibliográficas.................................................................................................38
1
1. Introdução
Nas últimas décadas tem-se percebido cada vez mais os efeitos das mudanças climáticas
globais. Segundo o IPCC (2007), a concentração de gás carbônico na atmosfera aumentou de 280
para 393 ppm desde a revolução industrial, resultando na intensificação do efeito estufa. São
esperados, entre outros efeitos, aumento da temperatura atmosférica média do planeta e alterações
no ciclo de chuvas, ocasionando secas em algumas regiões do globo e inundações em outras. Uma
vez que o dióxido de carbono (CO2) possui papel importante neste processo, a comunidade
científica tem dedicado esforços em compreender o ciclo global do carbono, identificando as fontes
deste gás para a atmosfera.
O carbono está presente no globo em diferentes moléculas, como carbonatos e bicarbonatos,
metano e CO2. O ciclo biológico deste último gás inicia-se quando o CO2 atmosférico é capturado
por plantas e outros organismos autótrofos, através da produção primária, sendo convertido a
glicídios e outros compostos (Raven et al, 2007). Estas moléculas orgânicas serão, remineralizadas
por microorganismos, gerando novamente gás carbônico e outros produtos (Esteves, 1998a). Uma
parte significativa da fixação deste gás é realizada por vegetais terrestres, além de algas e plantas
aquáticas. O material produzido nos biomas terrestres, quando se torna detrito, é erodido por
diversos agentes, sendo carreado para partes mais baixas do relevo, até atingir rios e lagos. Este
material junta-se a detritos de macrófitas e de fitoplâncton produzidos nos corpos d’água. O
carbono orgânico particulado é processado por meios físicos, químicos e biológicos até chegar à
forma de carbono orgânico dissolvido (COD), que representa um dos principais estoques de
carbono nos ecossistemas aquáticos. Grande parte da remineralização da matéria orgânica ocorre
em ambientes aquáticos, o que os torna componentes-chave no ciclo global do carbono. Quando o
CO2, produto desta decomposição, satura a coluna d’água, o gás é exportado para a atmosfera. Isto
acontece em grande escala, uma vez que a maior parte dos lagos é heterotrófica, emitindo mais
2
carbono do que seqüestra (del Giorgio et al., 1997). Na floresta Amazônica, por exemplo, o
equivalente a 90% do carbono incorporado pela vegetação é emitido de volta para a atmosfera
através dos ambientes aquáticos (Richey et al., 2002).
Dentre os processos de remineralização biológica de moléculas orgânicas, a mais expressiva
é a respiração aeróbica. Este é um processo utilizado por diversas espécies para obtenção de energia
para manutenção celular, através da degradação de moléculas orgânicas em compostos mais simples
e utilizando o oxigênio como aceptor final de elétrons (King, 2005). Uma vez que a respiração
aeróbica é amplamente utilizada em diferentes táxons, possui importância ecossistêmica na
produção de CO2. Estima-se que a respiração planctônica em todos os lagos do mundo é
responsável pela emissão anual de 62 a 76 Tmol de carbono, excedendo todo o carbono que é
fixado nesses mesmos ambientes (Pace & Prairie, 2005). Outra conseqüência da remineralização da
matéria orgânica é a liberação de diversos compostos para o meio, como nutrientes inorgânicos, que
estavam retidos nas moléculas de detritos.
Microrganismos são peças-chave no funcionamento dos ciclos biogeoquímicos aquáticos
(Cotner and Biddanda, 2002). Dentre estes organismos, as bactérias planctônicas assumem papel
preponderante no consumo óxico de carbono orgânico dissolvido e na produção de CO2 (Jonsson et
al., 2001). Neste sentido, bactérias heterotróficas planctônicas podem ser os maiores contribuidores
na respiração total da maior parte dos ecossistemas aquáticos e a respiração bacteriana (RB) pode
compreender mais de 66% da respiração planctônica total em lagos (Biddanda and Cotner, 2002) e
por até 60% de toda a mineralização de COD em lagos temperados (Jonsson et al., 2001). Portanto,
para a compreensão das vias de transferência do carbono em ecossistemas aquáticos continentais, é
fundamental a avaliação do papel da comunidade das bactérias planctônicas. Além da respiração, a
produção secundária bacteriana é de grande importância nos ambientes aquáticos continentais
(Azam & Malfatti, 2007). A partir da década de 80, houve uma maior compreensão sobre o papel
desta produção na teia trófica, tendo sido observado uma via de transferência de energia que se
3
origina nos detritos, passa pelas bactérias heterotróficas até atingir os níveis tróficos superiores – a
alça microbiana (Azam et al., 1983). Sendo assim, as bactérias são importantes não só no ciclo de
nutrientes nos ambientes aquáticos, mas também no fluxo de energia.
No entanto, o papel do metabolismo microbiano nestes processos não foi reconhecido
durante muito tempo (Karlsson, 2007; Fenchel et al, 1998). Durante a primeira metade do século
XX a visão predominante na comunidade científica não considerava microorganismos como
quantitativamente importantes em ecossistemas aquáticos. Isto foi resultado direto das limitações
metodológicas da época, que levaram a grandes subestimativas nos cálculos de biomassa bacteriana
(Williams & del Giorgio, 2005). A partir do surgimento e utilização de métodos mais adequados,
como a microscopia de epifluorescência (Hobbie et al, 1977), as estimativas de biomassa passaram
a ser ordens de grandeza maiores, e passou-se a enfatizar o estudo da ecologia bacteriana (Williams
& del Giorgio, 2005). Métodos para a análise da produção secundária foram aprimorados, e o
método de incorporação de 3H-Leucina, publicado em 1985 por Kirchman, K'nees e Hudson, ainda
hoje é amplamente utilizado. Estes novos métodos permitiram que houvesse uma mudança de
paradigma, reconhecendo o importante papel desempenhado por estes microorganismos nos
processos ecossistêmicos (Williams e del Giorgio, 2005). As estimativas de respiração bacteriana,
no entanto, somente muitos anos mais tarde receberam a precisão e escala necessárias.
Segundo Roland et al (1999), até o final do século passado a maior parte dos pesquisadores
analisava o consumo de oxigênio através do método de Winkler (1888). Este método, embora
preciso, demanda muito tempo para incubação e análise, o que torna inviável a adoção de grande
número de réplicas. Além disso, por se tratar de um método colorimétrico, ambientes com água
turva ou cor escura oferecem restrições à análise (Roland et al., 1999). Diversos métodos foram
criados para mensurar a respiração bacteriana, seja através do consumo de COD (Carlson and
Ducklow, 1996), pelo consumo de oxigênio (Pomeroy et al, 1994) ou ainda pela produção de CO2
(Bjornsen, 1986). No entanto, todos estes métodos possuem limitações, principalmente no que diz
4
respeito à necessidade de longos períodos de incubação. Atualmente as estimativas de respiração
têm sido realizadas através de microeletrodos oxigênio, que permitem leituras contínuas, com
tempos curtos de incubação e alta precisão (Briand et al., 2004).
Uma vez que os avanços metodológicos tornaram possíveis análises mais abrangentes, a
respiração bacteriana passou a ser objeto de diversos estudos (Berggren et al., 2010; Bonilla-Findji
et al., 2008; Carlson et al., 1999; del Giorgio et al., 2011; Tsiganova et al., 2007). No entanto, a
grande maioria dos trabalhos se concentra em ambientes temperados, destacando-se lagos e
estuários. Em ambientes tropicais os dados de respiração bacteriana são escassos, e encontram-se
apenas raros trabalhos sobre o tema no Brasil. As primeiras informações sobre este processo no país
foram publicadas por Roland e Vidal (2001), em um artigo que avaliou as taxas de respiração em
um lago amazônico. Porém este foi apenas um esforço inicial na tentativa de compreender a
magnitude e a regulação da respiração bacteriana nos ambientes aquáticos tropicais, deixando uma
grande lacuna sobre os demais ecossistemas. Os estudos realizados em outras regiões do planeta
indicaram alguns fatores importantes na regulação da respiração bacteriana, como a composição do
estoque de COD, a temperatura da água e a concentração de nutrientes (Apple et al, 2006; Biddanda
et al., 2001; Hall and Cotner, 2007)
A fração denominada COD é formada por um grupo de compostos quimicamente
diferenciados, como proteínas, carboidrato e compostos húmicos (Esteves, 1998a). Este último
grupo se destaca, uma vez que representa mais de 50% do COD de ambientes aquáticos continentais
(Thomas, 1997), podendo chegar a mais de 90% em lagoas costeiras do norte fluminense (Suhett et
al., 2004). A composição do COD é diferente de acordo com o material de origem. Plantas
vasculares são ricas em moléculas complexas, como celulose, ligninas e tanino (Raven et al, 2007).
Entre as plantas de origem terrestre e as macrófitas, estas últimas, por necessitarem de menos
estruturas de sustentação, tendem a ter menor proporção de moléculas desta natureza. Em algumas
espécies de macrófitas, foram encontrados teores de mais de 30% de proteínas e carboidratos
5
(Farjalla et al., 2009b), compostos de mais fácil decomposição por microorganismos. A
morfometria da lagoa também pode afetar a natureza do COD encontrado em suas águas. Alta razão
perímetro / volume, por exemplo, como acontece em lagoas dendríticas, resulta em maior área de
entrada de material alóctone. A presença de bancos de macrófitas aumenta a contribuição deste
material na produção de detritos, e lagoas com águas claras permitem maior incidência de luz na
coluna d’água, o que possibilita maiores taxas de produção fitoplanctônica.
A respiração bacteriana possui, de forma geral, relação direta com a concentração de COD
na coluna d’água (Pace & Prairie, 2005). No entanto, deve-se observar que aspectos qualitativos do
COD, muitas vezes difíceis de definir, também são relevantes para o metabolismo bacteriano. Uma
ampla revisão (del Giorgio and Cole, 1998) comparou o uso de COD de diversas origens pelas
bactérias: matéria orgânica excretada pelo fitoplâncton, detritos de fitoplâncton, macroalgas, fezes
animais e vegetação vascular. O consumo mais intenso foi observado sobre os compostos
excretados pelo fitoplâncton, indicando a maior biodisponibilidade deste material. A razão
estequiométrica dos detritos também é importante, uma vez que os mesmos atuam como fonte de
nutrientes para os microorganismos. A concentração de fósforo e nitrogênio na água estimula o
metabolismo microbiano, seja aumentando a produção secundária (Farjalla et al., 2002a), seja
intensificando a respiração bacteriana (Hall and Cotner, 2007).
A temperatura é capaz de alterar a permeabilidade da membrana celular, o pode afetar a
capacidade do organismo de obter moléculas orgânicas do meio (Hall et al, 2010). Além disso,
também afeta a solubilidade de oxigênio na água (García & Gordon, 1992). Estudos desenvolvidos
em um estuário localizado na zona temperada revelaram um efeito positivo do aumento da
temperatura sobre a respiração bacteriana, enquanto a eficiência de crescimento apresentou padrão
oposto, reduzindo-se em temperaturas mais altas (Apple et al, 2006). Mesmo sob condições
experimentais, o padrão encontrado para a RB é corroborado (Hall and Cotner, 2007). No entanto,
6
os estudos concentram-se em ambientes onde a água raramente ultrapassa os 20°C, e isso pode
levar a uma subestimativa do efeito de temperaturas mais altas sobre a respiração bacteriana.
Embora seja reconhecido que múltiplos fatores são capazes de limitar o metabolismo
bacteriano, há uma tendência a estudar o efeito de apenas um fator limitante por vez, dada a
dificuldade de lidar com duas ou mais variáveis simultaneamente em comunidades naturais
(Pomeroy and Wiebe, 2001). Hall e Cotner (2007) mostraram o efeito interativo da temperatura
com concentrações de nutrientes inorgânicos sobre a respiração bacteriana, embora não tenham
avaliado a influência de nitrogênio e fósforo separadamente. A interação entre concentrações de
substrato e temperatura também foi evidenciada (Pomeroy and Wiebe, 2001), embora não tenha
sido feita uma análise quantitativa da disponibilidade de substrato. Há uma grande lacuna na
compreensão de como diversos fatores atuam em conjunto na regulação da respiração bacteriana, e
é importante que os efeitos sejam analisados de forma independente e interativa, quantificando a
disponibilidade de COD e nutrientes. Em um cenário de mudanças ambientais cada vez mais
abrangentes é fundamental compreender o efeito que alterações simultâneas em diversas
características do meio podem causar sobre o metabolismo bacteriano.
São esperadas grandes alterações ambientais ao redor do globo causadas pela atual crise
climática (IPCC, 2007). Destacam-se o aumento da temperatura média atmosférica e conseqüentes
mudanças nos regimes pluviométricos (Sahoo et al, 2011). Para o sudeste do Brasil são previstos
um pequeno aumento da temperatura, além de aumento na intensidade das precipitações associado à
redução de sua freqüência (Marengo et al, 2010). Em lagos, pode resultar em aquecimento da
coluna d’água, além de uma intensificação no aporte de COD e de nutrientes. Para algumas lagoas,
o regime pluviométrico é o principal fator regulador da concentração de COD na água (Suhett et al.,
2004), já que a as chuvas são responsáveis por erodir e carrear detritos terrestres para o corpo
d’água, seja através de escorrimento superficial, seja através de percolação através do solo,
atingindo o lençol freático. Uma vez que este regime seja alterado, através de chuvas menos
7
freqüentes e mais intensas, é possível que este aporte de matéria orgânica seja mais pontual e
significativo, resultando em picos de alta concentração de COD seguidos por períodos onde a fração
mais lábil tenha sido rapidamente consumida.
Uma boa forma de analisar simultaneamente o efeito de vários fatores – como aumento de
temperatura e altas concentrações de COD, por exemplo – sobre o metabolismo microbiano é
através de abordagens experimentais. Microcosmos têm sido utilizados nas áreas de limnologia e
microbiologia, devido a vantagens como a facilidade de replicação, controle preciso das variáveis
ambientais e possibilidade de manipular os parâmetros de interesse (Fraser & Keddy, 1997). Esta
abordagem evita problemas encontrados nos experimentos de escala ecossistêmica, como a pequena
quantidade de réplicas, a quantidade de tempo necessária para observação de efeitos e a
impossibilidade de estudar padrões complexos (Srivastava, 2004). Além disso, há grandes
dificuldades para simular determinados cenários, como um eventual aumento de temperatura da
água de um lago que seria causado pelas mudanças climáticas. Uma maneira de reduzir as
limitações dos experimentos em microcosmos é torná-los mais semelhantes aos ambientes naturais
(Srivastava et al, 2004) e isto é possível quando os ecossistemas estudados apresentam naturalmente
os tratamentos utilizados.
Nesse sentido, as lagoas costeiras do Norte Fluminense possuem características importantes
para estudo através da abordagem experimental. Apesar da proximidade geográfica, apresentam
diferenças físico-químicas significativas (Petrucio, 1998). Nelas se encontra, por exemplo, um
gradiente forte de COD, com concentrações que variam de 1,5 a mais de 150 mg/L (Farjalla et al,
2002b; Suhett et al, 2004). São encontradas também diferenças de pH, concentração de nutrientes e
de clorofila. Estas características podem ser exploradas na elaboração de um desenho experimental,
permitindo a exposição das comunidades bacterianas a condições muito díspares, ainda que
presentes naturalmente nestes ecossistemas. Além disso, uma vez que sejam encontrados padrões
8
consistentes em diferentes ambientes aquáticos, têm-se resultados com elevado poder de
generalização.
Além disso, deve ser ressaltada a importância ecológica e antrópica das lagoas costeiras.
Estes corpos d’água ocupam cerca de 13% da costa mundial, e constituem um dos ecossistemas
aquáticos mais produtivos, comparados em termos de produção primária a áreas de ressurgência e
superiores às regiões costeiras e oceânicas (Knoppers, 1994). Devido à localização litorânea, muitas
lagoas costeiras estão hoje cercadas por grandes cidades, sofrendo impactos diversos, como
assoreamento, eutrofização e abertura de canais artificiais. Estas alterações, que podem atingir toda
a bacia de drenagem de determinadas lagoas, são capazes de afetar a dinâmica hídrica destes
ambientes, influenciando também o aporte e disponibilização de COD e nutrientes. É fundamental
que se possa compreender os efeitos que estes impactos podem causar nas comunidades
bacterioplanctônicas, com conseqüências para produção de CO2 e biomassa na coluna d’água.
9
2. Hipóteses
2.1. - Os valores de respiração bacteriana são diferentes entre todas as lagoas analisadas,
sendo o padrão influenciado fortemente pela concentração de carbono orgânico dissolvido (COD)
em suas águas;
2.2 - O aumento da temperatura altera significativamente as taxas de respiração, havendo
uma relação positiva com este processo;
2.3 - A adição de nutrientes e carbono orgânico aumenta de forma significativa a respiração
bacteriana processo estudado, principalmente nas amostras de lagoas que possuem menores
concentrações destes compostos;
2.4 - A interação entre os diferentes fatores manipulados produz efeitos significativos sobre
a respiração e a eficiência de crescimento bacterianos;
3. Objetivos
Este trabalho tem como objetivo principal compreender como diferentes fatores ambientais
– concentração de carbono orgânico dissolvido (COD), temperatura e concentração de nutrientes da
água – influenciam, de forma independente e interativa, a respiração e a eficiência de crescimento
da comunidade bacterioplanctônica em lagoas costeiras tropicais.
10
4. Métodos
4.1. Área de Estudo e Coleta
O Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba localiza-se no norte do Estado do Rio de
Janeiro. Estando no bioma Mata Atlântica, apresenta formações vegetais variadas, sendo
encontradas desde áreas abertas dominadas por plantas rasteiras até locais de mata fechada. O clima
é tropical quente e úmido, com temperatura média anual de 26,6°C e pluviosidade média anual de
1500 mm (Esteves, 1998b). As chuvas concentram-se nos meses de verão, entre novembro e março.
Dentro dos limites do parque são encontradas 18 lagoas costeiras, que, apesar da proximidade
geográfica, apresentam alta variação em suas características morfológicas e físico-químicas. Um
dos gradientes mais fortes é o de carbono orgânico dissolvido, sendo encontrados valores de 10 a
120 mg.L, nas lagoas Cabiúnas e Atoleiro, respectivamente. Da mesma forma são encontradas
diferenças na profundidade, profundidade do disco de Secchi e coloração da água (tabela 1).
A vegetação de restinga representa uma importante fonte de matéria orgânica para estes
ecossistemas. Uma vez que o solo é arenoso, grande parte do material vegetal decomposto é
carreada pela água das chuvas através do substrato, chegando aos corpos d’água. Este fenômeno
ocorre principalmente no início da estação das chuvas, quando há um acúmulo de material vegetal
decomposto nos meses de seca. Da mesma forma, as macrófitas também representam um aporte
significativo. São encontradas diversas espécies nas lagoas estudadas, algumas – como a Typha
domingensis – com elevada produção de biomassa. Este material de origem externa ao corpo d’água
– ou alóctone – pode representar a maior parte do COD encontrado nestas lagoas (Marinho et al.
2010). Este padrão é ainda mais intenso nos ambientes de água escura, onde é baixa a incidência de
luz na coluna d’água e conseqüentemente a produção primária autóctone é reduzida.
11
Tabela 1: Variáveis ambientais das lagoas analisadas. Os valores são apresentados através de médias
correspondentes ao período de outubro de 2008 a outubro de 2010. Entre parênteses são apresentados os
valores mínimos e máximos do período.
Lagoa Profundidade
(m) Secchi (m) COD (mg/L) Cor (430nm)
Temperatura
da Água (º C)
Cabiúnas 3,59
(1,9 – 5,8)
1,18
(0,2 - 2,3)
12,0
(7,72 – 20,35)
0,63
(0,38 – 0,81)
25,68
(20,8 – 31,3)
Carapebus 0,85
(0,5 – 1,0)
0,77
(0,3 - 1)
18,27
(14,36 – 24,8)
0,64
(0,59 – 0,72)
25,83
(21,6 – 30,4)
Comprida 2,45
(0,9 – 4,0)
0,28
(0,2 - 0,4)
46,72
(31,89 – 57,23)
0,88
(0,61 – 0,99)
25,30
(20,4 – 29,5)
Amarra-Boi 0,64
(0,3 – 1,0)
0,2
(0,1 – 0,4)
86,0
(55,65 – 125,7)
1,08
(0,73 – 1,22)
25,66
(19,6 – 30,2)
Atoleiro 0,58
(0,3 – 1,0)
0,15
(0,1 – 0,3)
117,06
(83,17 – 160,5)
1,25
(0,6 – 1,48)
23,61
(19,4 – 27,6)
Para este estudo, foram selecionadas 5 lagoas costeiras: Carapebus, Cabiúnas, Comprida,
Amarra-Boi e Atoleiro. O principal critério na seleção destes ambientes foi a concentração de COD,
uma vez que este é um dos principais fatores reguladores do metabolismo bacteriano (del Giorgio &
Cole, 1998). As características físico-químicas destes ambientes estão relacionadas na tabela 1. A
coleta foi realizada em setembro de 2009, no ponto central de cada lagoa. As amostras foram
retiradas a 20 cm de profundidade, evitando a região superficial, onde a luz solar pode afetar tanto a
comunidade bacteriana, degradando material celular, quanto o COD, através de fotodegradação.
Foram utilizadas garrafas de polietileno previamente lavadas e enxaguadas com HCl 10%. O
material foi transportado para o laboratório e processado após no máximo 6 horas.
4.2. Desenho experimental
Foi realizado um experimento trifatorial, com 3 a 5 tratamentos para cada um dos seguintes
fatores: lagoa, adição de nutrientes, temperatura de incubação (fig. 1). No fator lagoa, os
tratamentos foram: Cabiúnas, Carapebus, Comprida, Amarra-Boi e Atoleiro. A adição de nutrientes
variou entre: controle (B), onde não houve adição de nenhum composto; nitrogênio (N), onde foi
adicionado NH4NO3 à concentração final de 50 µM; Fósforo (P), onde se adicionou KH2PO4 à
12
concentração final de 5 µM; Carbono (C), adicionando 500 µM de Glicose e Nitrogênio + Fósforo
(NP), com adição simultânea de ambos os nutrientes (NH4NO3 e KH2PO4, em concentrações finais
de 50 e 5 µM, respectivamente). As temperaturas de incubação utilizadas foram 25, 30 e 35°C. A
interação entre todos os tratamentos gerou um total de 75 combinações únicas entre os fatores. Para
cada uma destas combinações, foram utilizadas 6 repetições, divididas em 3 blocos de 2 repetiçõess
cada. Os blocos foram preparados com 3 dias de intervalo e utilizando novas amostras de água.
Fig. 1: Desenho do experimento tri-fatorial, onde são manipulados a lagoa (em 5 níveis), adição de nutrientes
(5 níveis) e temperatura (3 níveis). Cada combinação de tratamentos possui 6 réplicas. N: adição de
nitrogênio; P: adição de fósforo; NP: adição de nitrogênio e fósforo; C: adição de carbono; B: controle sem
nenhuma adição.
13
4.3. Preparo das Amostras
No laboratório, as amostras de água foram submetidas à análise de pH, alcalinidade, cor
(430 nm), concentração de COD e de clorofila-α, de acordo com metodologia descrita na seção
“Análises gerais”. O material destinado à incubação foi filtrado com auxílio de bomba a vácuo, em
filtro de fibra de vidro GF-3 (Macherey-Nigel), com tamanho médio dos poros próximo a 1,0 µm,
capaz de reter organismos bacterívoros e manter na amostra 95% das bactérias originalmente
presentes (Biddanda et al., 2001). 20ml da água filtrada foram acondicionados em frascos de vidro
de mesmo volume, previamente lavados, enxaguados com HCl 10% e autoclavados. Nos
tratamentos apropriados foram adicionadas soluções com glicose, nitrogênio e/ou fósforo. Mediu-se
a concentração de oxigênio dissolvido em cada um dos frascos, e os mesmos foram fechados
hermeticamente, sem ar no interior, e colocados em câmaras de incubação na temperatura adequada.
A incubação foi realizada por 48 h, no escuro, tanto para evitar a produção de oxigênio por
fotossíntese, quanto para evitar processos dependentes de luz que consomem oxigênio, como por
exemplo, a fotooxidação e reação de Mehler (Pace & Prairie, 2005). Após o período de 48 h, as
amostras foram retiradas das câmaras e uma nova medida da concentração de oxigênio foi
realizada, a fim de estimar seu consumo através da respiração bacteriana.
4.4. Respiração Bacteriana
A respiração bacteriana foi estimada a partir do consumo de oxigênio no período das
incubações. Foi realizada uma medida no momento inicial, quando os frascos eram fechados e
colocados nas câmaras, e no momento final, após 48 h de incubação. A concentração de oxigênio
foi medida através de um micro-eletrodo (OX-N, Unisense) acoplado a um picoamperímetro
(PA2000, Unisense). A metodologia, segundo Briand et al (2004), consiste na sensibilização, pelo
oxigênio, de um micro-eletrodo de ouro que ao se oxidar emite impulsos elétricos registrado pelo
pico-amperímetro e computador. O eletrodo é calibrado com soluções saturadas e completamente
14
livres de oxigênio (100 e 0 % de saturação). A solução saturada foi preparada através da oxigenação
da água de cada lagoa com auxílio de uma pequena bomba de ar e um difusor. Optou-se por utilizar
a água da lagoa ao invés de água destilada uma vez que diferenças na salinidade e concentração de
outras substâncias podem influenciar a solubilidade de oxigênio na água. A solução livre de
oxigênio é preparada com NaOH 0,1 M saturada com ácido ascórbico. Os microeletrodos são
construídos com um catodo-guarda, o que resulta em um consumo muito reduzido de oxigênio
pelos sensores (4,7 a 47 × 10-7
mmol O2 h-1
). Os eletrodos possuem um tempo de resposta menor
que 1 s e precisão de 0,1 µM (Briand, 2004). Os valores foram obtidos em µmol O2 L-1
, e
posteriormente convertidos para µmol C L-1
h-1
, considerando um quociente respiratório de 1.
4.5. Produção Bacteriana e Eficiência de Crescimento Bacteriano
Esta dissertação tem como foco o processo de respiração bacteriana e a eficiência de
crescimento bacteriano. No entanto, para o cálculo da ECB, são necessárias estimativas da produção
secundária bacteriana. Este experimento foi realizado em conjunto com outro trabalho, destinado a
medir a produção bacteriana, seguindo o mesmo desenho experimental. O presente trabalho utiliza
de forma secundária estes dados, unicamente para calcular a ECB. A metodologia para análise da
PB é descrita abaixo.
A produção bacteriana foi medida através do método de incorporação de 3H-Leucina. Após
o término da incubação de 48 h, transferiu-se 1,2 mL de cada amostra para tubos eppendorf,
previamente preparados com 3H-Leucina em concentração final de 20 nM. Após o preparo da
amostra, os tubos foram incubados no escuro por 45 minutos para incorporação da leucina na
biomassa bacteriana. Ao término do período, a reação foi paralisada com a adição de TCA 100%.
Foram feitos controles negativos com amostras aleatórias de cada lagoa, onde o TCA 100% foi
adicionado antes das amostras. Após a incubação, a leucina incorporada foi analisada através do
método de extração por TCA (Kirchman, K'nees & Hudson, 1985) modificado. Este método
15
consiste em lavagens seqüenciais das amostras com água Milli-Q e etanol 80%. O material restante
foi fixado em 1 mL de coquetel de cintilação (Ecolite(+)TM Liquid Scintillation Fluid), e as
amostras foram lidas um Sistema de Cintilação Líquida Beckam LS-6500. Para cálculo da produção
bacteriana, assume-se o fator de diluição intracelular da leucina igual a 2, e uma razão intracelular
de carbono/proteína igual a 0,86, segundo Wetzel & Likens (1991).
Uma vez tendo as taxas de respiração e produção secundária bacterianas, a ECB é calculada
pela seguinte fórmula: ECB = PB / (RB+PB) (del Giorgio & Cole, 1998). O valor é dado sem
unidade, e representa o quanto do aporte de carbono está sendo destinado à produção de biomassa.
4.6. Caracterização ambiental
Para caracterização do ecossistema, foram medidos pH, clorofila-α, coloração da água e
concentração de COD. O pH foi analisado através de um potenciômetro. A análise de clorofila-α é
composta de extração com etanol 90% quente e posterior leitura em espectrofotômetro, a 665 e 750
nm (Golterman et al, 1978). A coloração da água é determinada após leitura em espectrofotômetro a
430 nm. As concentrações de carbono dissolvido são medidas em um analisador de carbono (TOC-
5000, Shimadzu). O carbono total dissolvido na amostra é oxidado a CO2 em alta temperatura, com
um catalisador de platina, e detectado com um sensor de infravermelho. O carbono inorgânico
dissolvido (CID) é acidificado, com transformação em CO2, e detectado com um sensor de
infravermelho. Através da diferença entre os valores de carbono total dissolvido e CID, encontra-se
a concentração de carbono orgânico dissolvido.
4.7. Análises Estatísticas
Os efeitos independentes e interativos dos tratamentos foram avaliados através de análises
de variância tri-fatoriais (Three-Way ANOVA). Respiração bacteriana e BGE foram consideradas
variáveis dependentes, enquanto os fatores lagoa, nutrientes e temperatura foram considerados
16
fatores categóricos principais. Os blocos também foram considerados fatores categóricos, a fim de
testar seu possível efeito. Foram utilizadas análises de contrastes do modelo da ANOVA para
distinguir diferenças significativas entre os tratamentos dentro de cada um dos fatores (lagoa,
nutrientes, temperatura). Os testes foram realizados no pacote estatístico R (R version 2.12.0, The R
Foundation for Statistical Computing), considerando α = 0,05. Os gráficos foram produzidos no
SigmaPlot 11.0.
As funções utilizadas no pacote R foram as seguintes:
Para a Three-Way ANOVA: anova(lme (Respiration ~ (Lake * Nutrient *
Temperature)))
Análises de contrastes: anova(lme (Respiration ~ Lake + Block + Contrast1 +
Nutrient + Temperature + Contrast1:Temperature + Nutrient:Temperature))
Em análises posteriores, calculou-se o tamanho do efeito (effect size) dos tratamentos. No
fator “nutrientes”, o effect size foi calculado para cada tratamento em relação ao controle (B), e para
o fator “temperatura”, calculou-se o efeito das incubações a 30 e 35°C em relação às incubações
realizadas a 25°C. O effect size foi calculado a partir da subtração simples das amostras de cada
tratamento. Este cálculo é recomendado, em detrimento de análises padronizadas, quando os dados
são medidos em unidades absolutas. Os effect sizes de cada tratamento foram comparados com
testes-T ou ANOVAS simples, dependendo do número de tratamentos. Estas análises foram
realizadas no Graphpad Prism 5.0, considerando α = 0,05, e os gráficos produzidos no mesmo
programa.
17
5. Resultados
5.1. Respiração Bacteriana
Através da Three-Way ANOVA foi analisada a influência global de cada fator – isolado e em
interação – sobre a respiração bacteriana. Quase todos os fatores testados mostraram efeito
significativo (p< 0,05) na regulação do processo (tabela 2). No entanto, há diferenças entre a
magnitude da regulação de cada fator, o que pode ser inferido pelos valores das médias quadráticas.
Os fatores individuais que mais influenciaram a respiração bacteriana foram os nutrientes e a
temperatura de incubação. Os fatores lagoas e a interação entre nutrientes e lagoas exerceram
efeitos menores, e o efeito dos blocos foi baixo. O valor da média quadrática dos resíduos é bastante
reduzido, inferior ao de quase todos os fatores analisados.
Tabela 2: Resultado da ANOVA tri-fatorial mostrando os efeitos independentes e interativos dos fatores
manipulados sobre a respiração bacteriana. gl = graus de liberdade; MQ = média dos quadrados.
gl MQ F p
Nutrientes 4 53,613 138,2 < 0,001
Lagoas 4 11,731 30,25 < 0,001
Temperatura 2 22,645 58,40 < 0,001
Bloco 2 3,239 8,676 < 0,001
Nutrientes x Lagoas 16 10,277 26,50 < 0,001
Nutrientes x Temperatura 8 1,366 3,523 < 0,001
Lagoas x Temperatura 8 1,176 3,031 < 0,01
Nutrientes x Lagoas x Temperatura 32 0,304 0,784 0,795
Resíduos 373 0,373
Analisando a influência de cada fator sobre a respiração bacteriana através da ANOVA tri-
fatorial, podem-se observar padrões distintos para temperatura, nutrientes e lagoas. Os valores de
18
respiração bacteriana não apresentaram padrão compatível com o gradiente de COD das lagoas
(Fig. 2), refutando a hipótese 2.1. Na Carapebus foram encontradas as maiores taxas de respiração,
havendo valores intermediários nas lagoas Cabiúnas e Atoleiro. Comprida e Amarra-boi
apresentaram os valores mais baixos, não havendo diferença significativa entre as duas. Dentre os
tratamentos de nutrientes, as amostras com adição de carbono foram as que apresentaram as mais
altas taxas de respiração bacteriana (Fig. 3). Onde foram adicionados nitrogênio e fósforo em
conjunto, as taxas foram pouco menores, mas também altas. A adição de nitrogênio resultou em
valores baixos de respiração, e nos tratamentos com fósforo foram encontrados valores semelhantes
aos do controle. Já entre as diferentes temperaturas de incubação, há uma tendência de aumento no
processo estudado em temperaturas mais altas (Fig. 4). Quando consideradas todas as amostras em
conjunto, os valores mais baixos foram encontrados nos tratamentos de 25°C, com valores
intermediários em 30°C e as mais altas taxas nas incubações de 35°C. O aumento da respiração ao
longo dos gradientes de adição de nutrientes e temperatura era um resultado esperado, corroborando
as hipóteses 2.2 e 2.3.
Figura 2: Taxas de respiração bacteriana nas cinco lagoas analisadas (n=90 em cada lagoa). São apresentadas
as médias e intervalo de confiança (95%). Letras diferentes indicam médias significativamente diferentes,
com p < 0,05.
19
Figura 3: Taxas de respiração bacteriana nos cinco tratamentos de adição de nutrientes (n=90 em cada
tratamento). São apresentadas as médias e intervalo de confiança (95%). Letras diferentes indicam médias
significativamente diferentes, com p < 0,05.
Figura 4: Taxas de respiração bacteriana nas três temperaturas de incubação (n=150 em cada temperatura).
São apresentadas as médias e intervalo de confiança (95%). Letras diferentes indicam médias
significativamente diferentes, com p < 0,05.
20
Na figura 5 são mostrados os effect sizes da temperatura sobre os tratamentos de nutrientes.
Em geral, o aumento da temperatura de incubação potencializa o efeito causado pelos nutrientes no
incremento das taxas de respiração. Em todos os tratamentos, há diferença significativa entre os
efeitos encontrados a 30 e a 35°C. No entanto, este aumento ocorreu de forma diferente de acordo
com os nutrientes adicionados. No controle e em P o efeito aumenta de forma linear em ambas as
temperaturas. Já para N, há grande diferença entre ambos os tratamentos. Em NP e C ocorre ao
contrário, havendo para ambas as temperaturas effect-sizes elevados.
Figura 5: Effect-size do aumento da temperatura sobre a respiração bacteriana, para cada tratamento de
adição de nutrientes. São mostradas médias e intervalos de confiança (95%).
A adição de nutrientes afetou a respiração bacteriana de forma específica para cada lagoa
(Fig. 6), como esperado pela hipótese 2.4. Cabiúnas e Carapebus apresentaram padrão similar, onde
o efeito da adição de N e P foi baixo, enquanto os tratamentos de NP promoveram elevadas taxas de
respiração e as adições de glicose resultaram em taxas intermediárias. Na lagoa Comprida, foi
encontrado um efeito similar, com taxas elevadas, para os tratamentos NP e C, enquanto as adições
21
de N e P não surtiram efeito sobre o processo analisado. Já na Amarra-Boi e Atoleiro, novamente
são encontrados padrões similares. Nestas lagoas, somente a adição de carbono lábil produziu efeito
sobre a respiração bacteriana. Em todos os demais tratamentos o effect size é similar e reduzido.
Figura 6: Effect-size da adição de nutrientes sobre a respiração bacteriana em cada lagoa. Para cada
tratamento é mostrado o aumento/diminuição em relação ao tratamento controle. Barras e linhas representam
médias e intervalo de confiança (95%), respectivamente. Letras diferentes representam valores
significativamente diferentes (p < 0,05)
22
A influência da temperatura sobre a respiração do bacterioplâncton também mostrou padrões
distintos nas lagoas (Fig. 7). Somente em três delas – Atoleiro, Cabiúnas e Carapebus – o aumento
da respiração é significativamente maior em 35 do que em 30°C. Nas outras duas, ambas as
temperaturas se equivalem, embora ainda haja diferença entre estas e a temperatura controle, de
25°C. Cabiúnas e Carapebus apresentaram um incremento elevado na temperatura mais alta.
Figura 7: Effect-size do aumento da temperatura sobre a respiração bacteriana, em cada lagoa. Para cada
temperatura é mostrado o aumento/diminuição em relação às incubações realizadas a 25°C. Barras e linhas
representam médias e intervalo de confiança (95%), respectivamente. Asteriscos indicam lagoas onde houve
diferença significativa entre os effect-sizes de 30 e 35°C. Cab = Cabiúnas; Carap = Carapebus; Comp =
Comprida; Atol = Atoleiro; Aboi = Amarra-Boi. Os valores no eixo x representam temperaturas de
incubação, 30 ou 35°C
23
5.2. Eficiência de Crescimento Bacteriano
Analisou-se a influência de todos os fatores – isolados e em interação – sobre a eficiência de
crescimento bacteriano (Tabela 3). Foram encontrados efeitos significativos (p<0,05) para a maior
parte das variáveis analisadas. Todos os fatores isolados são significativos, havendo maior efeito
das lagoas, com temperatura e nutrientes em seguida. Os blocos não influenciaram a ECB, assim
como a interação entre todos os fatores e entre tratamento e temperatura. Novamente, os resíduos
mostraram um valor baixo de média dos quadrados, reforçando o elevado efeito das variáveis
estudadas sobre a eficiência de crescimento bacteriano.
Tabela 3: Resultado da ANOVA tri-fatorial mostrando os efeitos independentes e interativos dos fatores
manipulados sobre a eficiência de crescimento bacteriano. gl = graus de liberdade; MQ = média dos
quadrados.
df MQ F p
Nutrientes 4 0,53732 13,72 < 0,001
Lagoas 4 1,21321 30,99 < 0,001
Temperatura 2 0,82273 21,02 < 0,001
Bloco 2 0,14018 3,581 0,029
Nutrientes x Lagoas 16 0,11224 2,867 < 0,001
Nutrientes x Temperatura 8 0,02373 0,606 0,773
Lagoas x Temperatura 8 0,12499 3,193 < 0,01
Nutrientes x Lagoas x Temperatura 32 0,03128 0,799 0,776
Resíduos 373 0,03914
Analisando o efeito individual de cada fator sobre a ECB, através da ANOVA tri-fatorial,
pode-se notar padrões semelhantes a todos eles. De forma geral, a eficiência de crescimento
bacteriano cai ao longo de todos os gradientes analisados – COD (lagoas), temperatura e nutrientes.
24
No fator “lagoas”, Cabiúnas e Atoleiro representam dois extremos, havendo valores bastante
reduzidos nesta última, enquanto a primeira apresenta os mais elevados resultados (Fig. 8). Valores
de ECB intermediários foram encontrados na Carapebus, Comprida e Amarra-boi, não havendo
diferença significativa entre elas. Em relação às adições de nutrientes, houve redução no ECB
quando foram adicionados glicose (C) e nitrogênio + fósforo (NP) (Fig. 9). Não há diferença
significativa entre estes tratamentos. Adições isoladas de nitrogênio ou fósforo não influenciaram o
ECB, e os valores encontrados não diferem significativamente do controle. Também ao longo do
gradiente de temperatura a eficiência de crescimento bacteriano diminuiu, com diferença
significativa entre todos os tratamentos (Fig. 10).
Figura 8: Eficiência de crescimento bacteriano nas cinco lagoas analisadas (n=90 em cada lagoa). São
apresentadas as médias e intervalo de confiança (95%). Letras diferentes indicam médias significativamente
diferentes, com p < 0,05.
25
Figura 9: Eficiência de crescimento bacteriano nos cinco tratamentos de adição de nutrientes (n=90 em cada
tratamento). São apresentadas as médias e intervalo de confiança (95%). Letras diferentes indicam médias
significativamente diferentes, com p < 0,05.
Figura 10: Eficiência de crescimento bacteriano nas três temperaturas de incubação (n=150 em cada
temperatura). São apresentadas as médias e intervalo de confiança (95%). Letras diferentes indicam médias
significativamente diferentes, com p < 0,05.
26
6. Discussão
Quando as condições ambientais mudam, esperam-se alterações metabólicas nos
organismos. Temperatura, nutrientes e carbono orgânico dissolvido são fatores importantes na
regulação da respiração bacteriana. No entanto, estes fatores atuam em conjunto com outras
variáveis ambientais, produzindo diferentes padrões de regulação do metabolismo. Foi observado
grande efeito dos nutrientes sobre a respiração bacteriana, e de que forma este efeito está
relacionado com cada lagoa analisada. Da mesma forma, notou-se que a temperatura também altera
o efeito da adição de nutrientes sobre a respiração. Em relação à eficiência de crescimento
bacteriano, foi observada uma tendência geral de redução, quando são adicionados matéria ou
energia ao meio. Considera-se que, nestes casos, os custos de manutenção das células bacterianas
crescem devido à aclimatação necessária às novas condições, o que aumenta a uso de material
através da respiração, enquanto reduz ou mantém o uso de matéria orgânica na incorporação de
biomassa (BP).
6.1. Respiração Bacteriana
Quando analisada a influência de cada fator ambiental sobre a respiração bacteriana, os
maiores efeitos foram encontrados com a adição de nutrientes. Isto pode ter origem na magnitude
das adições realizadas, uma vez que buscou-se acrescentar nutrientes até concentrações abundantes.
Como conseqüência, foi produzido um gradiente ambiental mais intenso do que o encontrado na
natureza. Mesmo considerando que estes são ambientes distintos entre si (vide tabela 1), as
diferenças naturais foram suplantadas pelas produzidas através das adições. Isto explica o baixo
efeito encontrado pelo tratamento “Lagoas”. Já a temperatura apresentou efeito intermediário. As
incubações foram realizadas com até 10°C de diferença, o que significa uma alteração intensa
nestas lagoas, onde a variação sazonal de temperatura da água pode não chegar a esta magnitude
27
(Esteves, 1998b). No entanto, os sistemas biológicos possuem limites metabólicos. O aparato
enzimático é criticamente sensível à temperatura, e embora o calor aumente a velocidade das
reações, quando o limite de tolerância é ultrapassado, a temperatura causa danos às enzimas e
células (Alberts et al, 2002). A respiração bacteriana aumenta de forma efetiva em temperaturas
mais altas, mas sempre dentro do limite de funcionamento enzimático.
Quando o fator lagoas é analisado isoladamente, nota-se rapidamente um padrão inesperado:
o gradiente de concentração de carbono orgânico dissolvido não possui relação com a respiração
bacteriana. Embora este seja considerado um fator muito importante na regulação deste processo
(del Giorgio & Cole, 1998; Farjalla et al, 2009a), neste experimento este efeito não foi notado. No
Atoleiro, com cerca de 110 mg/L de COD, as taxas de respiração foram semelhantes às da lagoa
Cabiúnas (fig. 2), e menores do que as da Carapebus (fig. 2), que possuem concentrações de COD
dez vezes mais baixas (tabela 1). Na lagoa Amarra-boi, com 86 mg/L de COD, a respiração é ainda
menor. Esta aparente inconsistência pode estar relacionada não à quantidade, mas à qualidade do
carbono.
Sabe-se que em lagoas altamente húmicas, como Amarra-Boi e Atoleiro grande parte da
matéria orgânica é refratária, constituída de ácidos húmicos e fúlvicos, moléculas complexas, de
lenta decomposição e conseqüentemente pouco acessíveis às bactérias (Esteves, 1998b). A origem
do carbono orgânico dissolvido nas águas destas lagoas está concentrada em uma fonte principal:
detritos da vegetação terrestres, que são decompostos no solo e erodidos pela água da chuva. O
material dissolvido é carreado através do solo arenoso, altamente permeável, chegando ao corpo
d’água (Farjalla, 2002b; Marinho et al., 2010). Material particulado também pode ser carreado pelo
escorrimento superficial pluvial ou ainda pelo vento. Foi demonstrado que a vegetação da restinga
atua como fonte de COD e nutrientes para as lagoas (Umbelino, 2008). A produção fitoplanctônica
é reduzida nestes locais, uma vez que a cor das águas dificulta a incidência de luz em profundidades
28
superiores a alguns centímetros (Esteves, 1998b). Na Atoleiro, a própria coluna d’água é pequena,
dificilmente atingindo mais que 60 cm (tabela 1).
Já as lagoas Cabiúnas e Carapebus possuem águas relativamente claras e coluna d’água
chegando até 4 metros (tabela 1). Isto possibilita uma produção primária fitoplanctônica mais
intensa. Estes indivíduos autótrofos secretam moléculas orgânicas quimicamente mais simples que a
dos vegetais superiores (Raven et al, 2007), representando fonte de carbono orgânico dissolvido
mais lábil que as substâncias húmicas. Além disso, sabe-se que estas células secretam compostos
altamente lábeis, que podem ser utilizados pelas bactérias heterótrofas (Hopkinson e Smith, 2005).
Outra fonte importante de carbono orgânico são as macrófitas. Na Cabiúnas e Carapebus
encontram-se bancos de macrófitas submersas, emergentes e flutuantes (Marinho et al., 2010).
Algumas espécies, como a Typha domingensis, são intensas produtoras de biomassa, atuando como
substancial fonte de detritos a ser consumidos pelo bacterioplâncton (Stepanaukas et al, 2000).
Outro ponto importante reside no fato de as lagoas Carapebus e Cabiúnas receberem o fluxo
vindo de pequenas bacias de drenagem (Esteves, 1998b). Ao longo dos rios da bacia, uma
quantidade significativa de material produzido pela vegetação marginal é carreada para a água. Este
material será transportado pelos rios e decomposto pelas comunidades microbianas e de
macroinvertebrados ali presentes, chegando à forma particulada fina ou dissolvida nas lagoas. Este
material provavelmente possui maior diversidade química que o produzido pela vegetação de
restinga, uma vez que foi gerado ao longo de toda a bacia, passando por formações vegetacionais
distintas. Foi mostrado que a diversidade dos detritos está positivamente correlacionada à sua
velocidade de decomposição, utilizando macrófitas como modelo (Suhett, 2007). Logo, este
material mais diverso possivelmente estimula a respiração bacteriana. Especificamente as lagoas
Cabiúnas e Carapebus recebem outro aporte de matéria orgânica. O canal Macaé-Campos é um
canal artificial, construído no século XIX, comunica-se com estas duas lagoas, e recebe esgoto
doméstico em pequena escala (Sofiatti, 2000). Não se sabe até que ponto este esgoto influencia na
29
carga de nutrientes das lagoas, mas pode representar um fator importante que deve ser mais bem
estudado futuramente.
A lagoa Comprida apresentou taxas de respiração intermediárias entre os blocos
Cabiúnas+Carapebus e Atoleiro. De fato, as características encontradas nesta lagoa quanto à origem
do COD também são intermediárias entre estes dois grupos. Suas águas, embora húmicas, são
menos escuras que as do Atoleiro, e sua profundidade também é maior. Isto possibilita uma
produção fitoplanctônica pequena, mas não insignificante. Além disso, esta lagoa também recebe
material de uma pequena bacia de drenagem, o que diversifica a natureza química do COD. Estes
dois elementos propiciam a entrada de carbono orgânico mais lábil do que o produzido pelos
detritos de restinga, o que possibilita taxas intermediárias de respiração bacteriana.
Quando analisados os efeitos das adições de nutrientes, também houve destaque para o
carbono lábil, como esperado. Nos tratamentos onde houve adição de glicose, as taxas de respiração
foram maiores do que em qualquer outro. A respiração bacteriana é um processo catabólico, que
não requer acúmulo de biomassa (King, 2005). Assim, mesmo moléculas de carboidrato com baixo
teor de nitrogênio ou fósforo são capazes de estimular este processo. Sendo a glicose uma molécula
hidrossolúvel e de constituição simples, sem presença anéis aromáticos, é rapidamente consumida
pelos organismos. Estes altos valores encontrados indicam que nestas lagoas, de modo geral, formas
lábeis de COD são limitantes para a respiração bacteriana. Tratamentos com adição conjunta de
nitrogênio e fósforo também apresentaram valores bastante altos. Ambos os nutrientes são
utilizados em diversos componentes celulares, como aminoácidos e ácidos nucléicos (Alberts et al,
2002).
No tratamento NP é possível que os nutrientes em abundância tenham sido utilizados pelos
organismos na constituição de biomassa. Mais biomassa – seja em forma de novas células, células
maiores ou com mais mitocôndrias – representa um maior metabolismo basal, que resulta em
consumo de oxigênio (del Giorgio et al, 1999). Enquanto a adição de glicose resulta em um efeito
30
direto, oferecendo mais substrato para a respiração, a adição de NP fornece meios para aumentar a
produção de aparato celular capaz de executar respiração aeróbica. As adições contendo somente N
ou somente P tiveram efeito muito reduzido ou nulo, um indicativo de que estas lagoas são pobres
em nutrientes. Se ambos apresentam concentração baixa no ambiente natural, a adição de apenas
um dos compostos resultaria em limitação do processo pelo nutriente ausente, de acordo com a
teoria dos mínimos de Liebig (Norby et al, 1986). Seria necessária a adição simultânea de
nitrogênio e fósforo para estimular a respiração bacteriana de forma efetiva, como se observa, de
fato, nos tratamentos NP.
O aumento nas taxas de respiração causada por maiores temperaturas de incubação é
esperado e explica-se por um estímulo metabólico, como encontrado em outros estudos (Montagnes
et al, 2008; Hall et al, 2010). Quanto mais próximo do ótimo enzimático, mais rápido ocorrerão os
processos bioquímicos (Lehninger, 2007), resultando em maior respiração. Tendo em vista que
nestes ambientes a água chega a 25 e a 35°C pelo menos em parte do ano (tabela 1), é de se esperar
que estas temperaturas não sejam extremas a ponto de causar inibição celular. Assim sendo, em um
cenário de aquecimento permanente destas lagoas, pode-se esperar um aumento expressivo na
produção de CO2 por parte da respiração bacteriana.
Ao analisar os efeitos causados pela interação entre temperatura e nutrientes, foram
observados 3 padrões distintos: linear, tardio e precoce. O padrão linear, encontrado nos tratamentos
B e P, indica que não há interação entre a temperatura e a adição de nutrientes, o que provavelmente
é fruto do baixo efeito causado por B e por P. O segundo padrão – tardio – foi encontrado nos
tratamentos com nitrogênio. O pequeno incremento na respiração bacteriana entre 25 e 30°C pode
ser explicado pelo simples estímulo metabólico. Mas parece que temperaturas altas estimulam de
forma especial o consumo de nitrogênio. Sabe-se que, quando submetidas a temperaturas mais
elevadas que aquelas do seu ambiente de origem, bactérias sintetizam proteínas específicas,
chamadas de heat shock proteins (Kaufmann, 1990; Alberts et al, 2002). Estas moléculas efetuam
31
determinadas atividades nas células, como reparos no DNA e síntese de novas proteínas, a fim de
aclimatar o metabolismo a temperaturas mais altas. Uma vez que proteínas são ricas em nitrogênio
(Lehninger, 2007), é possível que a respiração bacteriana a 35°C demande quantidades mais altas
deste elemento.
Por fim, no padrão precoce, a respiração aumenta muito até os 30°C, se intensificando de
forma mais discreta a partir desta temperatura. Este resultado parece indicar um aproveitamento
cada vez maior dos recursos disponíveis, mas também um metabolismo basal cada vez maior. Uma
vez que nestes ambientes a temperatura das águas em geral não atinja 35°C, a vida a esta
temperatura pode exigir elevados gastos de manutenção, incluindo a produção das supracitadas heat
shock proteins. Os cada vez maiores gastos de carbono na produção de proteínas diversas acabam
consumindo parte do material que seria respirado. A respiração então aumenta, mas cada vez em
um ritmo mais lento.
A interação entre nutrientes e lagoas também revelou 3 padrões distintos, permitindo
agrupar as lagoas em Cabiúnas + Carapebus; Comprida; Amarra-boi + Atoleiro. Nota-se, para cada
grupo, respostas muito similares em relação à adição de nutrientes. Para Amarra-Boi e Atoleiro, só
a adição de glicose produziu taxas de respiração bacteriana maiores que as do controle. Embora este
estudo não tenha produzido dados relativos à concentração de nitrogênio e fósforo nestes ambientes,
percebe-se que eles não são os fatores limitantes da respiração bacteriana. Ambientes húmicos
tendem a ser distróficos, o que significa que possuem grande quantidade de carbono em suas águas,
mas baixas concentrações de nutrientes (Jones, 1992). No entanto, os resultados indicam que a
principal limitação metabólica nestas lagoas não é por nitrogênio e fósforo, mas sim por carbono.
Isto vai de encontro ao que prevê a estequiometria ecológica, onde em um ambiente com elevada
razão C:N e C:P os processos seriam limitados por N, P ou por ambos, mas nunca por C (Sterner et
al, 2002). No entanto, esta é uma interpretação simplificada do ambiente, que considera equivalente
todas as moléculas de carbono. Os resultados indicam que no presente estudo a limitação não se dá
32
pelo elemento C, mas sim por compostos lábeis, que são consumidos rapidamente e
presumivelmente estão em concentração reduzida. Neste ambientes, embora as concentrações de
COD sejam altas – 87 a 110 mg/L –, a qualidade da matéria orgânica dissolvida é baixa, como já
discutido.
Em Cabiúnas e Comprida, por outro lado, o tratamento NP foi o que resultou nas mais altas
taxas de respiração, com C em segundo lugar. Como já discutido, estes ambientes possuem águas
claras e maior profundidade, o que possibilita uma maior produção primária fitoplanctônica.
Nitrogênio e fósforo geralmente estão entre os nutrientes limitantes destes organismos autótrofos. É
possível que grande parte do nitrogênio e fósforo na coluna d’água seja utilizada pelo fitoplâncton,
diminuindo a disponibilidade para as comunidades bacterianas. Logo, espera-se uma limitação
nutricional nestes ambientes para as bactérias. Isto é percebido no experimento, quando, após
adição de N+P em excesso, a respiração atinge altas taxas. Um forte indicativo de que ambos os
nutrientes são encontrados em baixas concentrações é o fato de que, ao adicionar somente fósforo
ou somente nitrogênio, a respiração pouco se altera, devido à falta do outro nutriente. Este resultado
condiz com o padrão de co-limitação nutricional, encontrado para outros modelos de estudo
(Harpole et al, 2001). E a lagoa Comprida, por fim, situa-se em um ponto intermediário entre os
dois outros grupos. Ela possui água relativamente escura, com valores de COD também
intermediários (50 mg/L). Aqui, a adição de carbono lábil provoca um aumento na respiração, mas
não tão expressivo quanto no Atoleiro e na Amarra-boi. Este aumento é semelhante ao encontrado
após a adição de N+P, o que indica que nutrientes também são limitantes nesse ambiente, ainda que
de forma menos intensa que nas lagoas Comprida e Cabiúnas.
Quando observados os fatores temperatura e lagoas atuando em conjunto, pode-se notar que
esta interação não é generalizada. Só há diferença significativa nas taxas de respiração em 30 e
35°C para as lagoas Atoleiro, Cabiúnas e Carapebus. Isso corrobora os dados da tabela 2, que
mostram a pequena importância da interação entre esses dois fatores na regulação da respiração
33
bacteriana. O resultado encontrado parece refletir simplesmente a magnitude do processo analisado.
Só houve diferença entre 30 e 35°C nas 3 lagoas que apresentaram maiores taxas de respiração
bacteriana. A temperatura mais alta, ao estimular o metabolismo celular de forma geral, tem efeito
maior sobre os organismos que já possuíam o metabolismo mais intenso.
6.2. Eficiência de Crescimento Bacteriano
Em relação à eficiência de crescimento bacteriano (ECB), percebe-se que o fator individual
mais importante na sua regulação foram as lagoas, seguidos por temperatura e nutrientes. Todas as
interações entre dois ou mais fatores tiveram efeito muito reduzido na regulação da ECB, e por isso
não serão analisadas com mais profundidade. O fator “blocos” não teve influência significativa, e os
resíduos mostraram média quadrática pequena, o que indica que os fatores manipulados realmente
são responsáveis pela quase totalidade das alterações na ECB. Uma vez que a ECB representa o
balanço entre respiração e produção secundária bacterianas, reduções na eficiência podem ser
causadas por aumento no catabolismo ou redução nos processos anabólicos (del Giorgio & Cole,
1998). Um padrão muito interessante, que deve ser observado, é a tendência de queda ao longo de
todos os níveis dos tratamentos. Em lagoas com maior concentração de COD, em temperaturas de
incubação maiores e em tratamentos com mais adições de nutrientes, a ECB sempre é reduzida.
Analisando-se somente o efeito das lagoas sobre a ECB, nota-se padrões específicos.
Atoleiro e Cabiúnas figuram em dois extremos, e isto provavelmente possui relação com a
qualidade do carbono neste ambientes. No primeiro ambiente, rico em carbono refratário, há
favorecimento da respiração – como visto na figura 2 –, em detrimento da produção bacteriana. Já
na Cabiúnas, há menos COD mas provavelmente em formas mais lábeis, levando a uma respiração
um pouco menor, e favorecendo a produção bacteriana. Esse quadro leva à tendência de queda da
34
eficiência: lagoas com carbono húmico mais abundante tenderam a favorecer processos catabólicos,
que envolvem principalmente a quebra de moléculas para produção de energia. Carapebus,
Comprida e Amarra-boi representam outro grupo, onde a razão entre a concentração de COD e sua
fração lábil parece ser intermediária. Comparando as tabelas 2 e 3, percebe-se que o fator lagoas
influenciou mais o ECB do que a respiração. Essa diferença explica-se pela produção bacteriana,
que certamente foi mais afetada pelo tratamento lagoas.
Observando a influência das adições de nutrientes, percebe-se que N e P não provocam
alteração em relação ao controle, enquanto os tratamentos com NP e C geraram valores de ECB
mais reduzidos. Como já citado, estas lagoas são oligotróficas, apresentando co-limitação de
nutrientes. A adição de nitrogênio ou de fósforo em separado não alteram o metabolismo
bacteriano, tendo em vista quando um destes nutrientes é adicionado o outro continua sendo
limitante. Sabe-se que N+P estimulam a produção secundária bacteriana (Farjalla, 2002a; Hall e
Cotner, 2007; Martínez-García et al, 2010), mas o resultado mostra a queda da ECB. A explicação
reside em uma estimulação maior da respiração do bacterioplâncton do que da incorporação de
biomassa. Para o tempo de incubação utilizado, relativamente reduzido, espera-se um aumento
maior dos processos mais rápidos. Como a respiração é baseada em catabolismo, não necessita da
produção de novas moléculas (King, 2005), podendo aumentar mais rapidamente do que a produção
secundária. Por fim, a redução na eficiência é esperada quando adicionada glicose. Sem ter
subsídios nutricionais para produção de biomassa, a única via metabólica estimulada pelo acréscimo
de carbono lábil no meio é a catabólica.
A eficiência também diminui ao longo do gradiente de temperatura, como esperado. A
respiração bacteriana tende a ser um processo menos conservativo do que a produção secundária
(Farjalla et al, 2009b). Logo, mesmo que temperaturas mais altas estimulem tanto a produção de
biomassa quanto a respiração, este último processo tende a atingir uma magnitude maior, reduzindo
a eficiência. Além disso, 35°C é uma temperatura alta, incomum nestes ambientes. As comunidades
35
bacterianas estão provavelmente adaptadas a temperaturas mais reduzidas, entre 25 e 30°C. Em
condições de maior calor, o metabolismo basal tende a aumentar, tendo em vista que é necessária a
síntese de proteínas que visem à aclimatação às novas condições (Alberts et al, 2002).
Alguns fatores característicos da abordagem experimental podem ter influenciados os
resultados obtidos. Estudos anteriores relatam alterações de comunidades microbianas ao longo do
período de incubação (Farjalla et al, 2006; Farjalla et al, 2009b). No entanto, isto é geralmente
encontrado em períodos longos e ao utilizar apenas 48 h de incubação estes efeitos são bastante
reduzidos (Farjalla et al, 2006; Farjalla et al, 2009b). Uma vez que a coleta foi realizada apenas em
um período do ano, e somente no ponto central de cada lagoa, a representatividade espaço-temporal
é limitada. Porém em lagoas costeiras, onde a coluna d’água é pequena e a exposição ao vento é
elevada, ocorre constantemente mistura das massas d’água (Esteves, 1998a), o que torna o ponto
central delas mais representativo do que em outros ambientes aquáticos. A amostragem sazonal não
foi realizada por acreditarmos não haver grandes alterações no metabolismo bacteriano ao longo do
ano.
Devido a limitação de recursos, optou-se pelo investimento em um maior número de
tratamentos, a fim de analisar mais minuciosamente o efeito das alterações ambientais. Da mesma
forma, investiu-se em um número relativamente alto de réplicas, com objetivo de obter dados mais
precisos. Por fim, a análise das comunidades em isolamento de seu ambiente original foi necessária
para uma melhor compreensão dos fatores responsáveis pela regulação do metabolismo bacteriano,
evitando a influência de fatores externos. Uma vez que a influência da temperatura, COD e
nutrientes sobre a respiração bacteriana e ECB sejam compreendidos, poderão ser realizados
estudos que analisem outras influências do meio, como interações bióticas.
A respiração e eficiência de crescimento bacterianos respondem de forma significativa às
alterações ambientais. Tendo em vista as mudanças ambientais já em curso, é possível ter indícios
de como o metabolismo das comunidades bacterioplanctônicas em lagoas costeiras será afetado. No
36
atual cenário de mudanças climáticas, são previstos para a região do norte fluminense um aumento
na temperatura da atmosfera e alterações na quantidade e freqüência de chuvas (Marengo et al,
2010). Chuvas mais fortes podem carrear mais material alóctone para as lagoas, o que representaria
um aporte maior de matéria orgânica (Suhett et al, 2007) – fontes de carbono, nitrogênio e fósforo –
, atuando como substrato para a respiração bacteriana. Da mesma forma, eventuais aumentos na
temperatura média da água também poderão estimular o metabolismo catabólico destas
comunidades. O resultado geral seria uma aceleração nos processos de remineralização de matéria
orgânica, transformando material dissolvido em energia e dióxido de carbono. Este gás, ao saturar a
coluna d’água, tenderá a ser exportado para a atmosfera.
As alterações na eficiência de crescimento bacteriano também resultarão em conseqüências
para as comunidades aquáticas. Reduções na ECB tendem a ser resultado de um aumento no
catabolismo e/ou redução no anabolismo, o que pode significar uma redução no acúmulo líquido de
biomassa bacteriana. Uma vez que bactérias planctônicas são fonte de alimento para níveis tróficos
superiores, esta perda de eficiência poderá afetar diversas outras comunidades dependentes desta
fonte de matéria orgânica.
37
7. Conclusão
Muitos dos padrões esperados foram encontrados, como o efeito da temperatura e da adição
de nutrientes sobre a respiração bacteriana e a ECB. No entanto, quando observado o fator lagoas, a
respiração não foi regulada unicamente pela concentração de COD. A qualidade, e não apenas
quantidade, do carbono orgânico dissolvido, parece ser mais importante na regulação deste
processo. Futuros estudos devem investir esforços em mapear as características do COD nestas
lagoas costeiras, através de técnicas de fluorimetria, cromatografia e espectroscopia, por exemplo
(McDonald et al, 2004). É importante também compreender a origem e destino do material utilizado
pelas bactérias. Entre as fontes prováveis, para as comunidades destas lagoas costeiras, estão a
vegetação terrestre de restinga, as macrófitas e o fitoplâncton (Farjalla et al, 2009a).
Por fim, recomenda-se que futuros estudos continuem buscando compreender a interação
entre diferentes fatores ambientais nos processos biológicos. Um dos caminhos que a ecologia deve
percorrer nos próximos anos é a busca por um maior poder preditivo (O’Connor, 2000).
Populações, comunidades, ecossistemas, são complexos. Uma miríade de fatores interage, positiva
ou negativamente, de forma sinérgica ou independente, produzindo padrões muitas vezes
inesperados. Os desenhos experimentais devem envolver cada vez mais fatores e aprimorar os
modelos utilizados. No mundo atual, alterações ambientais acontecem cada vez mais depressa. É
indispensável compreendermos os sistemas biológicos que temos hoje, mas urge a necessidade de
antever as mudanças que virão. A ciência tem o papel fundamental de produzir conhecimento. E
isto deve ser feito de forma precisa, útil, e a tempo.
38
8. Referências Bibliográficas
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