Botânica II (Criptógamas)

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1 Botânica II (Criptógamas) Aula 4 Organismos Fotossintetizantes Cianobactérias Diatomáceas Prof. MSc. Allan Pscheidt

2 Três Domínios do Mundo Vivo, com base em RNA ribossômico. Raven et al. 2001

3 Árvore filogenética de Eukarya Fungos Baldauf et al 2003.

4 Árvore filogenética de Eukarya Onde estão os organismos fotossintetizantes? Baldauf et al 2003.

5 Três Domínios do Mundo Vivo, com base em RNA ribossômico. Raven et al. 2001

6 Origem dos clorosplastos

7 Endosimbiose primária Endosimbiose secundária Armbrust, V. Nature 459: (14 May, 2009)

8 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DAS ALGAS Alga é um termo genérico, desprovido de significado taxonômico, que inclui organismos que possuem clorofila a e um talo não diferenciado em raiz, caule ou folhas, com habito predominantemente aquático. Ciclo de vida diferente de humanos e outros animais: a fase dominante é haplóide (n)

9 Desempenham um papel ecológico importante como produtores primários dos ecossistemas onde ocorrem, sendo provavelmente responsáveis por mais de 50% do total da produção primária de todo o planeta. O fato de serem clorofilados, não implica que sejam verdes, pois além da clorofila, possuem outros pigmentos denominados acessórios, que podem mascarar a presença da clorofila, proporcionando colorações avermelhadas, azuladas, pardas ou até enegrecidas (acúmulo de pigmentos).

10 A Ficologia, ciência que estuda as algas (phykos, do grego = alga), é o ramo da biologia que abrange a maior diversidade de grandes grupos de organismos (incluindo organismos procariontes e eucariontes) Harvey em 1836 classificou as algas baseadas na sua composição pigmentar Essa classificação básica persiste até hoje; entretanto, as relações evolutivas nunca foram muito claras, devido ao registro fóssil muito limitado

11 Esses organismos não são necessariamente semelhantes entre si e nem sempre possuem origem evolutiva próxima. A Estudos moleculares mostraram definitivamente que as algas formam um grupo artificial Diferentes linhagens não diretamente relacionadas Linhagens relacionadas com o grupo das plantas: algas verdes e algas vermelhas

12 Três Domínios do Mundo Vivo, com base em RNA ribossômico. Raven et al. 2001

13 CYANOBACTERIA (gr. Kyanos=azul e phyton: planta 150 gêneros e espécies 1. CARACTERÍSTICAS GERAIS Procariotas Clorofila a Pigmentos: Ficobiliproteínas: c-ficocianina e aloficocianina (azul); Xantofilas e carotenos Reserva: glicogênio Sem flagelo Oxigênio como produto final da fotossíntese Ausência de união gamética Tamanho 2-200µm Cor: verde-azulada, púrpura e avermelhada

14 2. Comparação com outras bactérias CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA Fotossínte: clorofila a tilacóides Oxigênio como produto final da fotossíntese Não apresenta flagelo Complexidade morfológica - alguns BACTÉRIA Quando fotossintetizantes, não possuem clorofila a Nunca liberam O 2 como produto final da fotossíntese Presença de flagelo Morfologia simples

15 CYANOBACTERIA 3. OCORRÊNCIA ÁGUA DOCE: fontes termais. Ex.: Mastocladus e Phormidium MARINHAS: Resistem a altos teores de salinidade TERRESTRES: rochas ou solo úmido, bem como objetos e plantas ASSOCIAÇÕES: Fungos: Líquens (Leptogium) Pteridófitas: Cavidade de folha da Azolla Briófitas: Nostoc Anthoceros Gymnosperma: dentro de raízes de Cyca Phormidium Leptogium Azolla Anabaena Nostoc Anthoceros

16 4. ORIGEM CYANOBACTERIA Grupo monofilético Primeiros org. fotossintetizantes com clorofila a que surgiram na Terra há ca. de 3,5 bilhões de anos Responsáveis pelo acúmulo de O 2 Evidências fósseis: estromatólitos (Pré-Cambriano) camadas de depósitos calcários, produzidos quando colônias de cianobactérias se ligam a sedimentos calcários.

17 5. ORGANIZAÇÃO CELULAR Bainha: CYANOBACTERIA Revestimento mucilaginoso, externo à parede celular Mantém unido grupo de células ou filamentos Intensamente pigmentada (dourada, amarelo, marrom, vermelho, verde) Função: possivelmente contra dessecação. Parede celular: Complexa, várias camadas As 2 camadas mais internas são comuns a todas as cianobactérias As mais externas dependem do ambiente Plasmodesmos nas formas filamentosas

18 5. ORGANIZAÇÃO CELULAR CYANOBACTERIA -DNA circulante - Ribossomo 70S - Corpos Poliédricos (carboxissomos) - Ribossomos - Grânulos de amido = amido das cianofíceas - Tilacóides: membranas lipoprotéicas localizadas na periferia da célula - Pigmentos fotossintetizantes : associados aos tilacóides Pigmentos: clorofila a libera O 2 Ficobiliproteínas: agrupadas em corpúsculos chamados de ficobilissomos C-ficocianina, aloficocianina, c-ficoeritrina, ficoeritrocinina

19 5. ORGANIZAÇÃO CELULAR CYANOBACTERIA -Vesículas de gás: estruturas que possuem CO2 produzido pela atividade da célula. -Presentes apenas nas cianobactérias planctônicas Função: flutuabilidade Muita luz Alga bóia Aumenta atividade fotossintetizante Pouca luz Vesículas de gás diminuem Vesículas de gás aumentam Alga afunda Diminui atividade fotossintetizante

20 6. MORFOLOGIA: CYANOBACTERIA Unicelulares: coloniais ou filamentosos UNICELULARES Uma célula ou organização colonial temporária. COLÔNIAS Um conjunto de células crescem unidas dentro de uma bainha. 2, 3, ou vários planos de divisão. Chroococcus Eucapsis 3 planos Microcystis vários planos

21 6. MORFOLOGIA CYANOBACTERIA FILAMENTOSAS: Divisões no mesmo plano formando fileiras FILAMENTO=TRICOMA (seq. linear de células)+ BAINHA NÃO RAMIFICADO RAMIFICADO Sem bainha Unisseriado Com bainha Unisseriado Vários tricomas Plurisseriado Falsa: quebra ou fragmentação do tricoma Verdadeira: mudança no plano de divisão Oscillatoria Lyndbya Hapalosiphon

22 7. REPRODUÇÃO: nunca plasmogamia CYANOBACTERIA DIVISÃO CELULAR SIMPLES FRAGMENTAÇÃO: separação de partes dos organismos. Cada um deles dará origem a um novo organismo Chroococcus Microcystis

23 HORMOGÔNIO: Ocorre nas filamentosas. Fragmentos de filamento que deslizam na bainha Lyngbya ENDÓSPORO: formação dos esporos é feita através de divisão endógena, que emergem qdo a parede se rompe EXÓSPORO: sucessivas divisões em uma das porções terminais da célula CV Dermocarpa Chamaesiphon

24 Células especializadas CYANOBACTERIA ACINETO: filamentosas HETEROCISTO: filamentosas Origem de uma célula vegetativa que aumenta de tamanho, com reservas e com parede espessa Esporo de resistência a condições ambientais desfavoráveis. Anabaena Célula com conteúdo homogêneo, parede espessa > cél. vegetativa. Relacionada à fixação de N 2 Conversão de amônia em N 2 Apresenta microplasmodesmo transporte de N2 e produtos da fotossíntese Anabaena Não heterocitadas fixam N 2 do meio da noite.

25 8. MOBILIDADE CYANOBACTERIA Através de diferentes formas de deslizamento. Formas unicelulares e filamentosas: contato com o substrato devido a contração de microfibrilas da parede celular presentes no protoplasma. As microfibrilas estão externas e espiraladamente na parede celular e o contato com o substrato desencadeia ondas sucessivas que se propagam ao tricoma ou célula produzindo o movimento

26 9. TOXINAS CYANOBACTERIA Substâncias isoladas: Alcalóides (NEUROTOXINAS): atingem o sistema neuromuscular paralisando músculos esqueléticos e respiratórios (MORTE). Ex.: Alphanizomenon. Anabaena Oscillatoria Peptídeos (HEPATOXINAS): atingem o fígado causando hemorragia e necrose (MORTE). Podem causar dermatite etc. Ex.: Raphidiopsis OBS.: 1996, em Caruaru (PE) no Instituto de Doenças Renais (Hemodiálise) com Microcistina 65 pacientes.

27 10. ASPECTOS ECOLÓGICOS Em águas continentais (lagos e represas) as cianobactérias podem formar blooms (multiplição excessiva das células) que constituem sérios problemas sanitários, ecológicos e toxicológicos. Essas florações prejudicam a penetração da luz causando morte do fitoplâncton. Tricodesmium

28 10. ASPECTOS ECOLÓGICOS CYANOBACTERIA Organismos pioneiros na sucessão vegetal e na proteção contra erosão do solo. Por causa da mucilagem das cianobactérias que permite a agregação das partículas do solo e o estabelecimento de outras espécies. Produtores primários do fitoplâncton. Fixação do N 2 Manutenção da fertilidade do solo (Nostoc, Anabaena) Simbiose com outros organismos. FOTOTRÓFICAS ANAERÓBICAS FACULTATIVAS: podem realizar fotossíntese em meio aeróbico e anaeróbico.

29 11. IMPORTÂNCIA ECONÔMICA CYANOBACTERIA Formas fixadoras de N 2 : substitui ou reduz o uso de adubos químicos nitrogenados. No Japão e Filipinas é utilizado no cultivo de arroz. Nostoc Cultivo de arroz Anabaena

30 11. IMPORTÂNCIA ECONÔMICA CYANOBACTERIA Fontes de proteínas: alimento (Nostoc e Spirulina são consumidos na China e América do Sul. Civilização Pré-Cambriana dos Astecas utilizavam Spirulina no preparo de bolos. Rica em aminoácidos e sais minerais e com baixo teor de carboidratos. Podem ser utilizados para sanar a carência protéica. Rações para animais (gado, porco e aves) México tanques somam 900ha

31 CYANOBACTERIA 12. CLASSIFICAÇÃO Anagnostidis & Komarek (1988) CYANOBACTERIA CYANOPHYCEAE 1. ORDEM CHROOCOCCALES 2. ORDEM OSCILLATORIALES 3. ORDEM NOSTOCALES 4. ORDEM STIGONEMATALES

32 CYANOBACTERIA 12. CLASSIFICAÇÃO ORGANIZAÇÃO REPRODUÇÃO GÊNEROS CHROOCOCCALES OSCILLATORIALES NOSTOCALES STIGONEMATALES Unicelular ou Filamento Filamento Filamento aglomerados multiseriado Divisão celular, Hormogônio e falsa Hormogônio, Hormogônio, acineto ramificação falsa heterocito e acineto ramificação, heterocito e Gloecapsa, Microcystis, Chroococcus Oscillatoria, Lyngbya acineto Nostoc, Anabaena, Rivularia Stigonema

33 Chroococcales Chroocococcus Lyngbia Oscillatoriales Oscillatoria

34 Rivularia Nostoc Anabaena Nostocales Stigonema Stigonematales

35 Três Domínios do Mundo Vivo, com base em RNA ribossômico. Raven et al. 2001

36 HETEROKONTES ORGANISMOS PORTANDO CÉLULAS COM 2 FLAGELOS: 1 CURTO LISO E 1 LONGO COM PELOS TRIPARTIDOS.

37 Diatomáceas - Bacillariophyceae CARACTERÍSTICAS GERAIS 285 gêneros e espécies Eucariotas Clorofila a, c 2, c 1 ou c 3 Pigmentos: Carotenos: ά, β-caroteno Xantofilas: principalmente fucoxantina (carotenóide marrom-dourado), diatoxantina Reserva: crisolaminarina e óleo armazenado no citoplasma Parede celular: sílica FRÚSTULA (duas metades que se sobrepõem) Flagelo, se presente, apenas 1 (gametas masculinos)

38 OCORRÊNCIA BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Cosmopolitas Organismos mais importantes do plâncton marinho Presente ambiente de água doce ou terrestre úmido Ambiente marinho um dos maiores produtores primários base da cadeia alimentar Dominam o plâncton de águas frias água rica em nutrientes Convoluta Ambiente aquático: Plâncton ambiente marinho principal organismo da base da cadeia alimentar Simbiose Licmophora + Convoluta (Turbellaria) Saprófitas Nitzschia alba sem pigmento vivendo na mucilagem do talo das Phaeophyceae Licmophora Nitaschia

39 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) OCORRÊNCIA Bentônicos epífitica (sobre outras algas)

40 OCORRÊNCIA BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Bentônicos epilítica (sobre rochas)

41 OCORRÊNCIA BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Bentônicos epizóica (sobre animais)

42 OCORRÊNCIA BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Bentônicos epipsâmicas (sedimentos de areia)

43 MORFOLOGIA BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Formas unicelulares ou cocóides (maioria) e coloniais Coloração marrom-amarelado, marrom escuro ou verde-amarelado Campylodiscus Cocconeis Coscinodiscus Entomoneis Chaetocerus Licmophora Melosira

44 MORFOLOGIA BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) FRÚSTULA Parede celular altamente diferenciada, impregnada de sílica (SiO 2.nH 2 O). VISTA VALVAR RAFE VISTA PLEURAL

45 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) ORNAMENTAÇÃO- utilizada para distinguir espécies Cêntrica e radial estrutura organizada de acordo com um central. Trelisóide estrutura arranjada uniformemente sobre a superfície sem referência a um ponto ou linha. Gonóide quando a estrutura é dominada por ângulos. Penado estrutura é simetricamente dispostos a cada lado de linha central.

46 ORGANIZAÇÃO CELULAR BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Cloroplasto Formato e número variável nas ordens f nu d v Pennales 2 por célula, laminar, parietal Centrales vários por células, discóide re 4 membranas mais externa envolvendo o núcleo Tilacóides em grupo de 3 uma banda circunda os demais arranjos Pigmento: Clorofila a, c2, c1 ou c3 Pigmentos: β-caroteno e Xantofilas: diatoxantina e principalmente a fucoxantina Confere a cor amarelada dourada p m

47 ORGANIZAÇÃO CELULAR BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) Flagelos Células móveis gameta masculino 1 flagelo apical mastigonemas tripartidos

48 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) CLASSIFICAÇÃO ORIGEM: 200 M.a.a. (Permiano) CHRYSOPHYTA Bacillariophyceae Centrales Pennales BACILLARIOPHYTA Bacillariophyceae Biddulphiales ou Centrales Baccilariales ou Pennales Lee (1989) OCHROPHYTA Bacillariophyceae Centrales Pennales Franceschini et al. BACILLARIOPHYTA Fragillariophyceae (penadas sem rafe) Bacillariophyceae (penadas com rafe) Coscinodiscophyceae (cêntricas) Round et al. (1990) BACILLARIOPHYCEAE Bacillariophyceae Biddulphiales ou Centrales Baccilariales ou Pennales Lee (2008)

49 CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DAS ORDENS DE DIATOMÁCEAS Ordem Centrales Simetria radial Vários cloroplastos discóides Sem rafe Forma esporos Anterozóides móveis com 1 flagelo Ornamentação 1 ponto cêntrica ou radial 2, 3 ou mais pontos gonóide (biangular, triangular ou poligona) Reprodução sexuada oogamia Melosira, Chaetoceros, Coscinodiscus BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas)

50 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DAS ORDENS DE DIATOMÁCEAS Ordem Pennales Simetria bilateral 1-2 cloroplasto laminares parietais Ornamentação penada ou trilesóide Rafe sulco ou fissuravertical no centro da valva reta, ondulada ou sigmóide central ou lateral Anterozóide sem flagelo Reprodução sexuada isogamia Navicula Amphora, Pinnularia

51 Reprodução Principalmente assexuada, por divisão celular, cada filha recebe metade da frústula parental e constrói outra menor que se encaixa Tamanho diminui até 30%: ocorre reprodução sexuada Meiose gamética no gametângio masculino Após fecundação o auxósporo expande-se até o tamanho máximo da espécie Quando maduro se divide e produz novas frústulas identicas às parentais BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas)

52 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) IMPORTÂNCIA ECONÔMICA E ECOLÓGICA DIATOMITO = FRÚSTULA morte fundo dos lagos e mares TERRA DE DIATOMÁCEA Utilização: extensivo uso industrial como filtro de liquidos, especialmente em refinarias de açúcar isolante térmico em caldeiras. abrasivo para polimento de prata e na preparação de pasta de dente Resistência das frústulas preservados ao longo do tempo análise da flora fóssil e consequente dedução da temperatura e alcalinidade das águas de tempos passados. Indicadores de camadas que podem conter petróleo ou gás natural.

53 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) TERRA DE DIATOMÁCEA filtração, isolante térmico e acústico, controle biológico...

54 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) TOXINAS Importantes produtores primários Amnesic Shellfish Poisoning (Toxina Amnésica de frutos do mar): Pseudo-nitzschia multiseries Mariscos filtradores se alimentam dessas algas. Ingestão pelo homem e pássaros Incubação: 24 a 48 horas Perda de memória (amnésia), vômitos, desorientação e morte A partir do ácido domáico produzido pelas diatomáceas (prevalece em células mortas). Contaminante químico.

55 BACILLARIOPHYCEAE (diatomáceas) ESPÉCIES CARACTERÍSTICA DE ÁGUAS DOCES EUTROFIZADAS Navicula radiosa Melosira varians Diatoma vulgaris Cocconeis placentula Nitzschia palea