Setembro 2013 http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/l3

3

As algas microscópicas – o fitoplâncton Tal como as plantas possuem um pigmento central na fotossintese a Clorofila a

Produtores primários

4 http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/kling/energyflow/energyflow.html

Importância do fitoplâncton para a produtividade primária do planeta

•Representam <1% da biomassa fotossintética do planeta •Representam cerca de 45 % da Produção Primária líquida annual

Luz - energia solar

‘The Earth is a microbial planet, on which macro-organisms are recent additions — highly interesting and extremely complex in ways that most microbes aren’t, but in the final analysis relatively unimportant in a global context.’ Mark Wheelis In: Forney et al 2004, Current Opinion in Microbiology 7:210-220 5

6

•Absorção diferencial do espectro de luz visível na água •A quantidade e qualidade da luz limita a distribuição do fitoplâncton à zona eufótica (200 m nas águas mais límpidas)

7 Valiela, 1995

Exemplo percentagem de luz incidente, em profundidade, para os diferentes comprimentos de onda

Percentagem Luz incidente (%)

Águas Oceânicas Águas Costeiras

Pro

fun

did

ade

(m)

Qualidade da Luz

Espectro de acção

da fotossíntese

Espectro de

absorção dos vários

pigmentos

Clorofila a – pigmento comum a todos os organismos fotossintéticos – centro de reacção Pigmentos acessórios- absorvem em regiões complementares do espectro luminoso

8

Adaptação cromática na cianobactéria do fitoplâncton Synechoccocus

A adaptação cromática (alteração da composição em pigmentos) permite a algumas microalgas funcionarem como verdadeiros camaleões capazes de se adaptarem e colonizarem tanto as águas verdes costeiras como as águas azuis do largo.

© Frédéric Partensky & Laurence Garczarek 9

• Colonizam a zona eufótica • Maioria unicelulares ou coloniais • Dimensões entre 0,4 µm – 200 µm (1 µm = 1/1000 mm)

• Microplâncton: 20-200 µm • Nanoplâncton: 2-20 µm • Picoplâncton: 0,2-2 µm

• Pertencem a grupos evolutivamente muito diversos: Domínios Bacteria (células procariotas) e Eukarya (células eucariotas)

Fitoplâncton do grego Phyton (planta) e Planktos (errante)

Esquema de ultraestrutura de uma célula eucariota fotossintética. Graham e Wilcox 2000, fig. 13.43

Célula procariota fotosintética em microscopia electrónica de transmissão (Prochlorococcus sp. www.sb-roscoff.fr)

10

Como Estudamos? Amostras quantitativas

Como Estudamos? Amostras qualitativas

Como Estudamos?

• O Pico-plâncton

100 101 102 103 104

FL3-H

eig

ht

10

010

110

210

310

4

SSC-Height

Clo

rofi

la

Dimensão

Pigment o fotossintético?

Sonda

molecular

Núcleo

Microscopia electrónica

Métodos moleculares

Citometria de fluxo

Como Estudamos?

• O Micro-, Nano- e Pico-plâncton

+ Culturas, estudos: •Morfologia e/ou diversidade genética • Ultra-estrutura

• Ciclo de vida

• Fisiologia

• Toxicologia

• Ensino e demonstração

• outros ?

Como Estudamos?

• O Micro- e Nano-plâncton

+ Microscopio óptico

Epi-fluorescência Contraste de fase

Campo claro

Que grupos ocorrem no Fitoplâncton?

Diversidade específica << produtores 1os terrestres Diversidade filogenética elevada – grupo polifilético

(Falkowski et al., 2004. The evolution of modern eukaryotic phytoplankton. Science vol 305 (5682) : 354 - 360)

Quem são? Bacteria – Cianobacteria unicelulares

Synechococcus – muito abundante e ubíqua nos oceanos - 0,6 µm à 1,6 µm; descrita em 1979 pela 1ª vez.

Prochlorococcus – possivelmente o organismo mais abundante do planeta - 0,6 µm; Descrita em 1985,ocorre desde 40 °N a 40 °S em toda a zona fótica

17

Bacteria- Cianobacteria (cont.)

Trichodesmium – forma filamentosa, fixadora de azoto atmosférico, ocorre em águas tropicais pobres em azoto

Geographe Bay, Australia; bloom on surface of water. John Huisman. © John Huisman 18

Grupos dominantes microplâncton plataforma Grupo picoplâncton águas oceânicas e plataforma

Eukarya

19 Fehling et al. 2007

3 REINOS PROTISTA Haeckel (1869)

Falkowski et al. (2004)

Teoria endosimbiótica

Linhagem vermelha domina nos oceanos

22

Eukarya

Os Dinoflagelados

•Formas planctónicas e bentónicas

• De vida livre, simbiontes ou parasitas

•Formas autotróficas, heterotróficas e mixotróficas (50:50)

•Tipicamente com 2 flagelos, um prependicular ao outro

•Revestimento celular característico - o amfiesma - com ou

sem deposições de celulose

•Ciclo de vida com diferentes formas

•Nalgumas espécies as estruturas de resistência fossilizam

23

A presença de flagelos permite regular a posição na coluna de água

Horas 15:06h 19:20h 21:35h

24

Mixotrofia em dinoflagelados

Clepto-cloroplastos

http://www.alfskovgaard.dk/photos/index.htm

Noctiluca scintilans

Tavira, Portugal, 2008

27

Albufeira, Agosto 2004

Lingulodinium polyedrum

Luciferin + O2 Oxiluciferin + Luz Luciferase (enzima)

Bioluminiscência

Pyrodinium bahamense

Proliferação de espécies nocivas (HABs-Harmful Algal Blooms)

Sindrome de intoxicação paralisante por marisco PSP – Paralytic Shellfish Poisoning

Espécies na costa Portuguesa

Gymnodinium catenatum Alexandrium minutum

Dinophysis acuta

Síndrome de intoxicação diarreica por marisco DSP – Diarrhetic Shelfish Poisoning

Espécies na costa Portuguesa

Dinophysis acuminata Dinophysis caudata

•Formas planctónicas e bentónicas

• De vida livre e simbiontes

•Formas maioritariamente autotróficas

•Principal característica - parede celular de silica (caixas de vidro)

•Formas unicelulares ou coloniais – grande diversidade – cerca de

40% das espécies de fitoplâncton descritas

•Sem flagelos, salvo as células reprodutoras

•Adaptações morfológicas nas células e colónias para aumentar

flutuabilidade

•A parede celular potencial fossilização

32

As Diatomáceas

33

Diversidade de Formas de vida – adaptação à vida planctónica

http://rbg-web2.rbge.org.uk/algae/auxospores/LifeCycle_vegetative.html

Exemplo ciclo de vida de uma diatomácea

Pseudo-nitzschia fraudulenta (isolada da Baía de Cascais)

Trabalho realizado no âmbito da bolsa BII do aluno Francisco Martins

Blooms de espécies nocivas (HABs-Harmful Algal Blooms)

38

Amnesic Shellfish poison (ASP)

Síndrome de intoxicação amnesica por marisco ASP – Amnesic Shelfish Poisoning

Espécies na costa Portuguesa

Pseudo-nitzschia multiseries

Pseudo-nitzschia australis

39

• Formas planctónicas, flageladas ( normalmente 2 flagelos) de

vida livre

• Formas autotróficas

•Presença de um prolongamento característico o haptonema

•Unicelulares

• Nanoplâncton (2-20 µm)

• Revestimento celular com placas de carbonato de cálcio - os

cocólitos

•Cocólitos potencial fossilização

Entre as Haptófitas grupo dos Cocolitóforos Kokkos (esfera, baga) + Lithos (rocha)

As Haptófitas

Cocolitóforos e cocolitos soltos vistos ao microscópio óptico equipado com

epifluorescência (200x) (courtesy of Dr. B. Balch) http://greatbeltresearchcruise.com/day-16-under-the-microscope/

Ciclo de vida

Cocosfera combinada

file:///D:/INA%20WebSite/terminology/1general.htm

• Haploide

• Flagelada

• Deposição externa de

calcite

• Presença de escamas

orgânicas

Fase Holococolito

Calcidiscus leptoporus

Anteriormente considerada Syracolithus quadriperforatus

Fase Heterococolito

• Diploide

• Sem flagelos

• Os cocolitos são

produzidos internamente

em vesículas

http://www.noc.soton.ac.uk/soes/staff/tt/eh/secretion_video.html

Formação dos cocolitos em vesículas do sistema de Golgi

Discosphaera tubifera Scyphosphaera apsteinii Helicosphaera carteri

SEM

(co

cosf

era)

M

OC

luz

po

lari

zad

a (l

ito

s)

fonte URL: Young, J.R., Bown P.R., Lees J.A. (eds) Nannotax website. International Nannoplankton Association. 23 Sept 2012. URL: http://nannotax.org

Falésias brancas de Dover, UK

Watznaueria barnesae

Periphyllophora mirabilis Michaelsarsia elegans Syracosphaera nodosa

Imagem de satélite de um “bloom” de Emiliania huxleyi na costa Sul de Inglaterra

Landsat image from 24th July 1999, courtesy of Steve Groom, Plymouth Marine Laboratories. http://www.noc.soton.ac.uk/soes/staff/tt/eh/satbloompics.html

A cor de leite é devida à reflexão da luz por milhões de pequenos cocolitos dispersos na água - declínio do bloom por infecão com vírus?

Photo from K. Hiscock, Marine Biological Association of the UK

46

• Importância no fluxo de matéria orgânica para as cadeias tróficas superiores e para as zonas profundas do oceano

• Importância fundamental nos ciclos biogeoquímicos e na regulação do clima (e.g. fixação de CO2 ) De Vargas et al . 2007

Considerações finais

• O fitoplâncton tem uma elevada diversidade evolutiva e funcional

• É responsável por cerca de 50% da produção primária global

• Desempenha um papel fundamental no funcionamento dos ecossistemas marinhos

• Desempenha um papel fundamental na regulação dos ciclos biogeoquímicos da Terra

• Tem interesse em muitas áreas da Biologia nomeadamente na compreensão dos processos evolutivos

• Compreender o seu funcionamento é fundamental para o desenvolvimento sustentável do planeta

Referências • Imagens, maioria retiradas de: http://planktonnet.awi.de e de www.sb-

roscoff.fr • Adl, S.M., e 28 co-autores (2005). The new higher classification of

eukaryotes with emphasis on the taxonomy of protists. J. Eukaryot. Microbiol. 52: 399-451.

• De Vargas, C. et al. (2007). Origin and Evolution of Coccolithophores: from coastal hunters to oceanic farmers. In: Evolution of Primary Producers in the Sea, Falkowski, P. G.& Knoll, A.H. , Elsevier.

• Falkowski, P. G.( 2002). The Oceans´Invisible Forest. Marine phytoplankton play a critical role in regulating the earth’s climate. Could they also be used to combat global warming? Scientific American, August 2002, 54-61.

• Falkowski, P.G., Katz, M.E., Knoll, A.H., Quigg, A., Raven, J.A., Schofield, O., Taylor, F.J.R. (2004). The evolution of modern eukaryotic phytoplankton. Science 305(5682): 354-360.

• Fehling, J., D. Stoecker, S. L. Baldauf (2007). Photosynthesis and the eukaryotic tree of life. In: Evolution of Primary Producers in the Sea, Falkowski, P. G.& Knoll, A.H. , Elsevier.

• Simon, N., A.-L. Cras, E. Foulon, R. Lemée (2009). Diversity and evolution of marine phytoplankton. C.R. Biologies 332: 159-170.

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http://www.alfskovgaard.dk/photos/index.htm (Mixotrofia) http://fitopasion.blogspot.pt/ (Fitoplâncton geral) http://protozoa.uga.edu/portal/images/movies/Tillmann/F_subglobosum.mpg (Videos) http://www.youtube.com/watch?v=yGcPqi8VuFo (Dinophysis tripos a comer Myrionecta, IEO) http://www.youtube.com/watch?v=cq3SBoCHPP4 (Dinophysis e Myrionecta, Park) http://siobiolum.ucsd.edu/dino_bl.html (Bioluminiscência)

Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Campo Grande

1749 - 016 Lisboa PORTUGAL

Tel. (+351) 217 500 148 Fax. (+351) 217 500 009

http://co.fc.ul.pt co@fc.ul.pt

Muito obrigada

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