Grupo: VolvoxAno lectivo: 2009/2010

Escola Secundária Júlio Dantas -Lagos

E se um bloom de cianobactérias te batesse à

porta?

Cianobactérias - o que são ?As cianobactérias ou cianofíceas, também conhecidas

popularmente como algas azuis, são organismos procarióticos aeróbios fotoautotróficos, que para além da comunidade fitoplanctónica, também integram uma comunidade bentónica que coloniza as margens.

Os seus processos vitais apenas requerem água, dióxido de carbono, substâncias inorgânicas e luz. A fotossíntese é o principal modo de obtenção de energia para o seu metabolismo.

Cianobactérias - o que são ?

Factores que propiciam o seu desenvolvimento:

O aumento da carga de nutrientes, em resultado das actividades humanas;

Alterações climáticas, como o aquecimento global;

Elevadas temperaturas;

Águas ricas em nutrientes.

Dependo das condições ambientais, a dinâmica destes organismos pode

resultar no seu desenvolvimento em elevadas densidades, sendo este

fenómeno descrito como florescência ou bloom;

As cianobactérias são organismos que produzem compostos tóxicos com efeitos severos a nível do sistema

nervoso e a nível de órgãos como o fígado e o intestino;

Neste sentido já foram documentados casos de morte de animais por consumo

de águas contaminadas;

O desenvolvimento massivo destes organismos traz consequências nefastas para os ecossistemas, uma vez que, a

acumulação de grandes densidades fitoplanctónicas à superfície da água

conduz à perda da transparência, impedindo a penetração da luz nas camadas inferiores o que conduz à

exaustão dos nutrientes;

O declínio da transparência da água conduz à degradação da matéria orgânica e consequentemente à

acumulação de compostos tóxicos como a amónia, o que irá afectar todo o

ecossistema aquático e consequentemente todos os organismos

que lá habitam.

A origem das cianobactérias foi estimada há cerca de 3,5 mil milhões de anos, sendo estes, provavelmente os primeiros produtores primários de matéria orgânica a libertarem oxigénio elementar na atmosfera primitiva.

A capacidade de crescimento nos diferentes meios é uma das principais características das cianobactérias, sendo os ambientes de água doce os mais favoráveis para o seu crescimento, visto que a maioria das espécies apresentam um melhor crescimento em águas neutro - alcalinas (pH 6-9), a temperaturas entre 15ºC a 30ºC e a elevadas concentrações de nutrientes, principalmente nitrogénio e fósforo ( estes que integram a composição do meio Z8).

Os factores ambientais parecem afectar o seu crescimento, assim como a produção de cianotoxinas (toxinas produzidas pelas cianobactérias). Factores ambientais, tais como, a idade das culturas assim como a temperatura, que são os parâmetros mais frequentes, seguidos da luz, nutrientes, salinidade, pH e concentrações de micronutrientes no meio.

Grande parte dos estudos indicam que as cianobactérias produzem a maior parte das toxinas sob condições que são favoráveis ao seu crescimento.

Etapas do trabalho experimental:

1. Efectuar uma cultura laboratorial de uma estirpe de cianobactéria da espécie Microcystis aeruginosa e determinar a sua curva de crescimento;

2. Avaliar a toxicidade da cianobactéria num teste de toxicidade com uma microalga verde: inibição do crescimento de Chlorella vulgaris;

3. Avaliar a toxicidade da cianobactéria num ensaio com náuplios de um crustáceo zooplantónico: indução da morte de náuplios de Artemia salina.

Microcystis aeruginosa

São microrganismos dotados de movimento e coloração que varia de verde, amarelo, verde-azulado, verde, verde-cinza, cinza-preto e vermelho;

A sua reprodução é assexuada, por simples divisão da célula;

Estas cianobactérias estão distribuídas em diferentes ambientes: tanto nos solos como nas águas ( quer sejam limpas ou eutrofizadas);

O género Microcystis é conhecido pela sua toxicidade e a toxina libertada após a lise celular, é denominada microcistina. Cada género pode integrar-se de dezenas ou centenas de espécies, tóxicas ou não, devido às substâncias químicas libertadas;

 

As cianobactérias produzem para além das toxinas irritantes ao tacto, dois tipos de toxinas: as neurotoxinas, e as hepatotoxicas;

As hepatotoxinas são produzidas por espécies de cianobactérias, incluíndo os géneros: Anabaena, Microcystis, Nodullaria, Nostoc, Oscillatoria e Cylindrospermopsis. Estas integram o tipo mais comum de intoxicações envolvendo cianobactérias e apresentam uma acção mais lenta, causando a morte entre algumas horas ou poucos dias.

As toxinas, nomeadamente as microcistinas, encontram-se no interior das células, pelo que é necessário proceder-se à lise celular de modo a romper a membrana celular das células para que estas sejam libertadas. Para isso procedeu-se, previamente à actividade experimental, a sucessivas congelações das células, aumentando e diminuindo sucessivamente o seu volume;

De acordo com o trabalho de Mole et al (1997) (in Sivonen e Jones, 1999) a libertação de microcistinas de uma cultura de Microcystis aeruginosa começa a ocorrer na fase tardia do crescimento exponencial, aumentando significativamente durante a fase estacionária. Esta libertação está relacionada com o decréscimo da integridade das células.

Resultados experimentais - Crescimento da espécie Microcystis aeruginosa em função do tempo

Tabela 1 - Tabela de crescimento da espécie Microcystis aeruginosa em função do tempo.

A cultura teve início no dia 19 de Janeiro de 2010.

Resultados experimentais - curva de crescimento da Microcystis aeruginosa

5 10 15 20 25 300.00

200,000,000.00

400,000,000.00

600,000,000.00

800,000,000.00

1,000,000,000.00

1,200,000,000.00

1,400,000,000.00

1,600,000,000.00

Curva de crescimento da espécie Microcystis aeruginosa

Dias após a cultura

Con

cent

raçã

o ce

lula

r (cé

l /

mL)

Observações sobre os resultados experimentais - curva de crescimento da Microcystis aeruginosa

De acordo com os dados obtidos pelo gráfico, pode-se concluir que existem algumas irregularidades no crescimento da Microcystis aeruginosa, passados alguns dias da cultura ter sido efectuada.

Uma das causas possíveis que interferiram neste resultado pode ter sido a não actuação imediata do lugol na inibição da multiplicação da mesma.

O lugol foi a substância utilizada na actividade experimental para imobilizar as células, assim como para preservar a amostra para o caso de não ser quantificada de imediato.

Chlorella vulgaris

Reino: Protista Filo: Chlorophyta Classe: Chlorophycae Ordem: Chlorococcales Família: Oocystaceae Género: Chlorella Espécie: Chlorella vulgaris

Classificação científica

Chlorella vulgaris

• Chlorella é um género de algas verdes unicelulares, do Filo Chlorophyta. De forma esférica, cerca de 2-10 μm de diâmetro, sem flagelo, que contêm os pigmentos verdes fotossintetizadores, nomeadamente a clorofila a e b nos seus cloroplastos. Através da fotossíntese multiplica-se rapidamente requerendo só dióxido de carbono, água, luz solar e pequenas quantidades de minerais.

• A Chlorella foi a primeira forma de vida com um núcleo verdadeiro. Em condições com muita luz solar e em água doce fresca, reproduz-se por divisão celular, à razão de quatro novas células a cada 17/24 horas.

• esta espécie fez a primeira ligação na série de organismos que caracterizam a base da cadeia alimentar.

• Durante, aproximadamente, os primeiros mil milhões de anos de existência da Terra, a sua atmosfera era repleta de gases fatais como: amónia, metano e dióxido de carbono. Então, tornou-se a função destas algas filtrar estes elementos fatais, possibilitando, eventualmente, o surgimento da fauna e da flora no ambiente terrestre e marinho.

• Se uma célula de Chlorella se reproduzisse livremente, em condições ideais, após 63 dias, haveria células suficientes para ocupar toda a superfície da Terra. Porém, a Natureza limita essa taxa de crescimento: cada célula de Chlorella requer uma quantidade substancial de luz solar para se reproduzir.

• Além disso, um grupo de Chlorella causa uma diminuição significativa no espaço disponível para a sua reprodução, diminuindo, naturalmente, a sua taxa de multiplicação.

Importância das microalgas nos ecossistemas

• A Chlorella vulgaris encontra-se na posição de produtor primário em quase todas as cadeias alimentares e devido ao facto de ser fotossintética, oxigena a água em que se encontra. A sua remoção das cadeias alimentares propicia não só o colapso dos níveis tróficos superiores devido à remoção de uma fonte de alimento, como também o envenenamento da água por dióxido de carbono uma vez que, deixa de haver a sua transformação em oxigénio, vital para a manutenção da vida dos organismos pluricelulares aeróbios.

• Assim a Chlorella vulgaris ajuda na reabilitação de ecossistemas, quer a nível do controlo de águas (por exemplo, controlo do nível de oxigénio na água) quer a nível de controlo biológico , uma vez que é um elemento fulcral nos diferentes níveis tróficos.

Ao aumento rápido de algas relacionado com a acumulação de nutrientes derivados do azoto (nitratos), do fósforo (fosfatos), do enxofre (sulfatos), mas também de potássio, cálcio e magnésio, dá-se o nome de "florescimento" ou "bloom“.

Observa-se uma coloração azul-esverdeada, vermelha ou acastanhada à água, consoante as espécies de algas favorecidas pela situação.

Eutrofização• Quando existe uma grande quantidade de nutrientes numa

massa de água, estes provocam uma exponencial reprodução de fitoplâncton;

• Com isto a luz solar não passa à superfície dada a acumulação do fitoplâncton na mesma, o que impede os raios solares de progredirem até às zonas mais profundas, logo os seres fotoautotróficos não realizam o processo de fotossíntese, acabando por morrer, diminuindo a quantidade de oxigénio e consequentemente a fonte de alimento para outros organismos;

Eutrofização• Apesar das capacidades fotossintéticas do fitoplâncton, o

oxigénio permanece à superfície saturando-a, acabando este na atmosfera, não restabelecendo os níveis na profundidade;

• Após a morte destes microrganismos, estes depositam-se no fundo;

Eutrofização

• O aumento dos detritos leva a um aumento de decompositores (maioritariamente bactérias), que consomem oxigénio, que em conjunto com os factores referidos anteriormente, aumentam a mortalidade dos peixes e crustáceos;

• As bactérias não morrem devido ao facto de poderem recorrer à fermentação e respiração anaeróbia;

• Por outro lado, as bactérias utilizam o oxigénio quando este ainda está disponível, mantendo sempre um baixo teor em oxigénio no meio.

Acção da Microcystis aeruginosa sobre a Chlorella vulgaris

Cél/mL 1:1 1:2 1:4 controlo

1º 1,24E8 1,92E8 2,24E8 2,68E8

2º 9,6E7 2,12E8 2,12E8 2,88E8

3º 9,2E7 1,96E8 1,96E8 2,64E8

Tabela 2:Teste toxicidade de Chlorella vulgaris

Observações: Dado que a concentração de Chlorella é superior nos poços com uma menor concentração de microcistinas, sendo a relação entre elas inversamente proporcional, pode-se inferir que estas toxinas provenientes da espécie Microcystis aeruginosa, inibem a multiplicação de Chlorella vulgaris.

Valores médios da inibição em cada poço:

Concentração média no poço 1:1 em (cél/mL) = 1,04E8

Concentração média no poço 1:2 em (cél/ mL)=1,44E8

Concentração média no poço 1:4 em (cél/mL)= 2,12E8

Concentração média no poço de controlo em (cél/ mL) = 2,72E8

Acção da Microcystis aeruginosa sobre a Chlorella vulgaris

Inibição da multiplicação de Chlorella sob acção das toxinas libertadas pela Microcystis aeruginosa

01:01 01:02 01:040.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%7.00%

Percentagem de inibição (% I) em função da concentração de microcistinas

Poços de análise

Per

cent

agem

de

inib

ição

(%

I)

Artemia salina - consumidor primário As artémias são pequenos crustáceos da ordem Anostraca, que pertencem ao filo Arthropoda e à classe dos crustáceos;

Têm tamanho e coloração variadas - que vão do rosa pálido ao avermelhado, branco ou esverdeado, dependendo do tipo de alimento que estas consumirem;

A Artemia salina está em constante estado de locomoção, pois são animais filtradores que se alimentam de todo o tipo de partículas suspensas nas águas e que por isso dependem deste mecanismo para se alimentarem e respirar;

Vivem normalmente em lagos de água salgada ou salobra. Podem, no entanto, viver em águas preparadas artificialmente ou mesmo em águas doces, durante algum tempo;

Encontram-se disseminadas por todo o mundo;

• As artémias podem viver em condições extremas, muitas vezes em hiper-salinidade, e chegam a viver em lagos com um teor de sal da ordem dos 25%. Nestes meios os predadores são poucos e existem poucos competidores, originando o ambiente ideal para as mesmas;

• O ciclo de vida da Artemia salina é o seguinte: quisto - antes da eclosão, náuplios - são as larvas após a eclosão, jovem - com 6 dias de idade e adulto - quando atinge os 10 dias de idade. O tempo de vida da artémia é de 6 a 12 meses.

Factores ambientais que influenciam o ciclo da Artemia salina:

Salinidade: Entre 3 e 300 partes por milhar.

Oxigénio: No mínimo de 1 a 2 mg/l

Temperatura: Suporta de 5ºC a 40ºC (óptimo de 25ºC a 28ºC).

Luz: Sensíveis à luz devido aos seus olhos compostos.

pH: Aproximadamente 8,0.

• O ciclo começa a partir de um quisto, que contém um embrião com o metabolismo suspenso (este estado é conhecido por diapausa). Os quistos são muito resistentes e podem sobreviver durante cinco ou mais anos se permanecerem num local fresco e seco;

• As fêmeas, no caso das condições serem perfeitas, produzem artémias recém - nascidas ,no caso de estas não serem perfeitas, são produzidos quistos para eclodirem quando as condições forem mais favoráveis.

Condições para a produção dos quistos:

 Temperatura Salinidade pH Densidade dos quistos Iluminação

  

• Na Natureza, na maioria das vezes quando existem variações de temperatura ou na salinidade da água, os quistos voltam a hidratar-se e entram no primeiro estágio de crescimento (as larvas deste estágio inicial são conhecidas por náuplios);

• Se as condições forem óptimas, a fêmea pode produzir cerca de 300 náuplios ou quistos a cada 4 dias;

• Em apenas 24 horas de submersão em água salgada, estes quistos libertarão

pequenos náuplios que se irão alimentar, directamente de uma larga variedade de espécies marinhas;

• Uma artémia adulta terá, mais ou menos, 1 cm de comprimento;

• Tanto a temperatura como a salinidade afectam a sobrevivência e o seu crescimento;

Indução da mortalidade de Artemia salina por toxinas libertadas por Microcystis

aeruginosa1:1 1:2 1:4 controlo

1º 8 8 26 25

2º 8 18 10 26

3º 8 9 17 23

Tabela 3: Teste de toxicidade Artemia salina ( nº de organismos por poço)

Indução da mortalidade de Artemia salina por toxinas libertadas por Microcystis

aeruginosa

1:1 1:2 1:4 controlo

1º 4 0 0 0

2º 0 0 0 0

3º 1 0 0 0

Tabela 4 : Teste de toxicidade da espécie Artemia salina (mortalidade passadas 24 horas)

1:1 1:2 1:4 controlo

1º 8 0 2 0

2º 8 3 0 0

3º 6 2 0 0

Tabela 5 : Teste de toxicidade da espécie Artemia salina (mortalidade passadas 48 horas)

Indução da mortalidade de Artemia salina por toxinas libertadas por Microcystis

aeruginosa % 1:1 1:2 1:4 controlo

1º 50 0 0 0

2º 0 0 0 0

3º 12,5 0 0 0

Tabela 6: Teste de toxicidade Artemia salina [ taxa de mortalidade passadas 24 horas (%)]

% 1:1 1:2 1:4 controlo

1º 100 0 7,69 0

2º 100 16,67 0 0

3º 75 22,22 0 0

Tabela 7: Teste de toxicidade Artemia salina [ taxa de mortalidade passadas 48 horas (%)]

Indução da mortalidade de Artemia salina por toxinas libertadas por Microcystis

aeruginosa

01:01 01:02 01:040

5

10

15

20

25

Percentagem da mortalidade em função de concentração de toxinas passadas 24h

Concentração de microcistinas

Per

cent

agem

de

mor

talid

ade

01:01 01:02 01:040

20

40

60

80

100

Percentagem da mortalidade em função da concentração de toxinas passadas 48h

Concentração de microcistinas

Per

cent

agem

de

mor

talid

ade

Indução da mortalidade de Artemia salina por toxinas libertadas por Microcystis

aeruginosa

Observações sobre a indução da mortalidade de Artemia salina por toxinas libertadas pela Microcystis aeruginosa• Podemos observar através dos resultados obtidos, que na

presença da toxina produzida pela Microcystis aeruginosa (microcistina) é induzida a morte da espécie Artemia salina sendo a relação entre elas directamente proporcional, isto é, quanto maior a concentração da toxina no meio, maior a taxa de mortalidade apresentada nesta espécie.

• Podemos também observar que a taxa de mortalidade apresentada pela a Artemia sob a acção desta toxina aumenta consideravelmente ao longo do decurso do tempo, dado que obtivemos maior percentagem de mortalidade passadas mais horas relativamente às percentagens iniciais.

• Este facto pode dever-se à exposição prolongada da Artemia à acção da microcistina .

Conclusão do teste efectuado à espécie Chlorella vulgaris

• Através da observação dos dados experimentais podemos concluir que a estirpe de cianobactérias Microcystis aeruginosa, inibe a multiplicação da espécie Chlorella vulgaris, o que pode conduzir a uma drástica diminuição desta microalga no meio, o que consequentemente, irá afectar outros níveis tróficos, dado que esta é um dos principais organismos produtores de oxigénio em meio aquático.

• Deste modo irá desencadear-se um desequilíbrio ao nível de vários ecossistemas, dado que estes se encontram intensamente interligados.

Conclusão do teste efectuado à espécie Artemia salina

• Apesar de na Natureza não se encontrar uma tão elevada concentração desta toxina, esta pode aumentar ao longo da teia alimentar, infiltrando-se nos vários níveis tróficos através dos consumidores de fitoplâncton e/ou zooplâncton, propagando-se aos seguintes níveis tróficos, podendo inclusivamente chegar ao último nível trófico - o Homem, causando graves problemas de saúde pública, podendo eventualmente ser fatal.

Conclusão do teste efectuado à espécie Artemia salina

• Exemplo de uma cadeia alimentar simples que pode propiciar a difusão da toxina produzida pela espécie Microcystis aeruginosa, ao longo de diferentes níveis tróficos:

• A propagação desta toxina pode ocasionar, em situações extremas a morte massiva dos seres vivos que entram em contacto com a mesma, podendo levar a extinções em massa de determinadas espécies, caso ocorra um elevado desenvolvimento desta espécie de cianobactérias, como é o caso de um bloom.

Toxina libertada pela Microcystis aeruginosa

Bibliografia • http://en.citizendium.org/wiki/Microcystis_aeruginosa

última vez visitada a 20 de Fevereiro de 2010, última modificação a 16 Fevereiro 2010, disponibilizado por Creative Commons-Attribution-ShareAlike;

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Bibliografia• http://alvaroamorim.no.sapo.pt/relatorios/files/

TeseMestrado.pdf última vez visitada a 13 de Fevereiro de 2010 e última actualização em 1997, disponibilizado por ÁLVARO MANUEL GOMES AMORIM;

• http://www.apambiente.pt/politicasambiente/PromocaoCidadaniaAmbiental/formacao/Documents/GNR2009pdf.pdf;

• http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2563536 última vez visitada a 12 de Fevereiro de 2010, modificada a 22 de Abril de 2008, disponibilizado por Universidade de La Rioja;

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Bibliografia• http://translate.google.pt/translate?hl=pt-

PT&sl=es&u=http://biblioteca.portalpez.com/la-artemia-salina-vp15740.html&ei=VaiFS9zwGMit4Qbmr-3fAQ&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=5&ved=0CBkQ7gEwBA&prev=/search%3Fq%3Dartemia%2Bsalina-%2Bciclo%2Bde%2Bvida%26hl%3Dpt-PT última visita a 13 de Fevereiro de 2010, última actualização a 13 de Fevereiro de 2010, disponibilizado por Portalpez;

• http://www.peixesornamentais.info/index.php?Itemid=41&id=83&option=com_content&task=view ultima vez visitada a 27 de Fevereiro de 2010, última vez modificada a 27 de Fevereiro de 2010, disponibilizado por Peixesornamentais.