Prochlorococcus marinus, O MENOR ORGANISMO FOTOSSINTÉTICO CONHECIDO Profs. Márcia Maloso e Luiz Roberto Santiago

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1 Prochlorococcus marinus, O MENOR ORGANISMO FOTOSSINTÉTICO CONHECIDO Profs. Márcia Maloso e Luiz Roberto Santiago O plâncton é um conjunto de organismos que vivem à deriva dos movimentos oceânicos, sendo então considerados errantes. FITOPLÂNCTON E ZOOPLÂNCTON O termo fitoplâncton (gr.phyton = planta = comportamento vegetal fotossintetizante ; planktos = errante), engloba micro-organismos (cianobactérias e algas) e macro-organismos (algas e vegetais) autotróficos fotossintetizantes. CONVERSÃO E LIBERAÇÃO DE ENERGIA O fitoplâncton constrói matéria orgânica, através da fotossíntese, utilizando o CO 2 diluído na água do mar como fonte de carbono e nutrientes inorgânicos tais como nitrogênio, fósforo e micronutrientes (utilizados em pq. quantidade: Na, K, Mg, Ca, Si, Fe, Mn, B, Cl, Cu, Zn, Mo e Co entre outros). A fotossíntese transforma energia luminosa em energia química de ligação que será liberada, posteriormente, através de mecanismos tais como a respiração aeróbica, a fermentação e a respiração anaeróbica. A energia liberada durante esses mecanismos será utilizada, por exemplo, como energia de ativação para iniciar reações químicas que compõem o metabolismo que mantém a vida. FOTOSSÍNTESE OXIGÊNICA E ANOXIGÊNICA I. Na FOTOSSÍNTESE OXIGÊNICA a molécula da água, que atua como reagente, é quebrada originando o oxigênio molecular produzido durante o processo. Essa modalidade de fotossíntese é realizada por cianobactérias, algas e vegetais. II. Na FOTOSSÍNTESE ANOXIGÊNICA, a molécula reagente da água é substituída por gás sulfídrico (H 2 S) e, consequentemente, ao invés da liberação do gás oxigênio ocorrerá liberação de enxofre (S 2 ) obtido como produto. Sulfobactérias, que habitam ambientes ricos em enxofre, executam essa modalidade de fotossíntese.

2 Embora os organismos fitoplanctônicos representem menos de 1% da biomassa fotossintética da Terra, seus componentes são responsáveis por mais de 48% da produção primária anual do planeta. Já, o zooplâncton (gr. zôion = animal ; planktos = errante) é o conjunto de seres vivos heterotróficos que integram esse grupo. Os representantes animais mais comuns são os microcrustáceos. Microcrustáceos consomem, primariamente, o fitoplâncton sendo classificados como consumidores primários. TAMANHO DOS COMPONENTES Ainda é possível classificar os componentes planctônicos, de acordo com o seu tamanho em: TIPO DE PLÂNCTON TAMANHO DOS COMPONENTES ESPÉCIES INTEGRANTES Picoplâncton entre 0,2 a 2 µm bactérias Nanoplâncton de 2 a 20 µm algas Microplâncton de 20 a 200 µm algas, protozoários, larvas de crustáceos, rotíferos Mesoplâcton acima de 200 µm a 2 cm larvas : crustáceos e equinodermos Macroplâncton acima de 2 a 20 cm crustáceos Megaloplâncton > 20 cm caravela (cnidário colonial flutuante) AMBIENTE OLIGOTRÓFICO E PRODUÇÃO PRIMÁRIA A quantidade de matéria orgânica produzida pelos autótrofos fotossintetizantes (ou quimiossintetizantes : alguns gêneros de bactérias), numa determinada área e tempo é denominada PRODUÇÃO PRIMÁRIA BRUTA (PPB). A energia disponível no nível dos produtores, pronta para fluir para o nível dos consumidores denomina-se PRODUÇÃO PRIMÁRIA LÍQUIDA (PPL). PPL = PPB produção consumida na manutenção do organismo Oligotrófico (do grego: oligos = "pouco" + trophikos = "alimentação") é a designação dada a um ecossistema pobre em nutrientes e consequentemente, com baixa produção primária. Prochlorococcus marinus, O PICOPLÂNCTON MAIS ABUNDANTE DOS MARES Prochlorococcus marinus é uma espécie única de cianobactéria picoplanctônica (0,2 0,5 µm) que domina os oceanos temperado e tropical e representa o menor organismo fotossintético conhecido. Sua alta densidade nesses mares e sua ocupação, em uma camada de 100 a 200 m de profundidade onde a coluna de água nunca é misturada, fazem dele o mais abundante organismo fotossintético nos oceanos e presumivelmente na Terra. Essa bactéria às vezes alcança abundâncias superiores a indivíduos por ml, podendo representar 21 a 43% da biomassa fotossintética, em oceanos oligotróficos, sendo responsável por 13 a 48% da produção primária líquida. A quantidade de Prochlorococcus marinus diminui em mares próximos aos polos indicando que a temperatura é um fator que influencia sua distribuição. Outros fatores envolvidos são : a variação da intensidade luminosa, em diferentes estações do ano, e a competição por nutrientes diluídos exercida por algas e outras cianobactérias. TIPOS DE CLOROFILA E PIGMENTOS ACESSÓRIOS Segundo a TEORIA ONDULATÓRIA DA LUZ, a luz branca propaga-se na forma de ondas. As ondas da luz branca apresentam comprimento ( que varia de 380 a 750 nm (nm = 1/ mm). No ambiente aquático, ondas luminosas mais curtas (mais energéticas) apresentam maior poder de penetração atingindo profundidades maiores. Já, as ondas luminosas mais largas (menos energéticas) não conseguem atingir grandes profundidades.

3 Clorofilas são pigmentos presentes em organismos fotossintetizantes envolvidos com a absorção de determinados comprimentos de onda da luz branca. Sua fórmula estrutural varia nos diferentes tipos de clorofilas presentes nos organismos fotossintetizantes tais como cianobactérias, algas e vegetais. A clorofila a (Chl-a) está presente nos organismos que realizam fotossíntese oxigênica. A Chl-a é o pigmento utilizado para realizar o primeiro estágio do processo fotossintético, enquanto que os demais pigmentos auxiliam na absorção de luz e na transferência da energia luminosa para os centros de reação da fotossíntese, sendo então chamados de pigmentos acessórios. A clorofila-a é o pigmento comum em quase todos os organismos autótrofos integrantes do plâncton como as cianobactérias do gênero Synecoccus, por exemplo. Synecoccus sp também apresenta ficobilinas (ficoeritrina, ficocianina) como pigmentos acessórios arranjados em estruturas denominadas FICOBILISSOMAS. Ficobilissomas (ficobilinas posicionadas na forma de antena ) e clorofila-a atuam em conjunto na absorção da energia luminosa. Na cianobactéria Prochlorococcus marinus no entanto, a clorofila-a foi substituída pela divinil clorofilaa (DVchl-a) e pela divinil clorofila-b (DVchl-b) e os ficobilissomas não estão presentes.

4 COMPARAÇÃO ENTRE CIANOBACTÉRIAS CARACTERÍSTICAS Synechococcus sp Prochlorococcus marinus Absorção de ondas luminosas Clorofila-a Ficobilinas (ficoeritrina e ficocianina) Divinil clorofila-a Divinil clorofila-b Ficobilissomas presentes (ficobilinas em forma de antena ) ausentes

5 Pigmentos acessórios auxiliam a absorção de ondas luminosas e participam da fotossíntese; GRUPO QUÍMICO CLOROFÍLICOS CAROTENÓIDES FICOBILINAS PIGMENTO ACESSÓRIO Clorofila-b Clorofila-c Clorofila-d Xantofilas Carotenos Ficoeritrina Ficocianina PARTICIPAÇÃO Clorofíceas (algas verdes) Feofíceas ( algas pardas) Crisofíceas diatomáceas (algas douradas) Rodofíceas (algas vermelhas) Rodofíceas (algas vermelhas) E C Ó T I P O S A zona eufótica (iluminada) marinha pode atingir 200 metros de profundidade. A temperatura da água cai com o aumento da profundidade e a % de nutrientes (N, P) e micronutrientes (Fe) também se altera. Prochlorococcus marinus pode ocupar toda a zona eufótica e apresenta dois grupos, da mesma espécie, com variabilidade genética adaptados a diferentes intensidades luminosas (ecótipos). O ecótipo que cresce, de forma otimizada, em intensidades de luz substancialmente menores é denominado LL (Low Light). O ecótipo que cresce mais intensamente da superfície até baixa profundidade está adaptada com maior intensidade luminosa, sendo denominado HL (High Light). Os ecótipos HL e LL ainda apresentam subgrupos (I, II, III, IV) adaptados ao teor de nutrientes e temperatura presentes nas diferentes profundidades. Fonte: Biller, Steven J., Paul M. Berube, Debbie Lindell, and Sallie W. Chisholm. Prochlorococcus: The Structure and Function of Collective Diversity. Nature Reviews Microbiology 13, no. 1 (December 1, 2014): 13 27