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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE
PÓS-GRADUAÇÃO EM OCEANOGRAFIA BIOLÓGICA
DINÂMICA E COMPOSIÇÃO DAS
COMUNIDADES BACTERIANAS EM
FUNÇÃO DA DISPONIBILIDADE DE
OXIGÊNIO NA LAGOA DA CONCEIÇÃO
(SANTA CATARINA, BRASIL)
MARIA LUIZA SCHMITZ FONTES
Tese apresentada ao Programa de Pós-
graduação em Oceanografia Biológica
da Universidade Federal do Rio
Grande, como requisito parcial à
obtenção do título de DOUTOR.
Orientador: Dr. Paulo César Abreu
RIO GRANDE
Junho de 2009
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II
Dedico este trabalho aos meus
ANJOS
Luana e Jasmim
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III
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao meu orientador Paulo C. Abreu por ter sido o principal responsável
pelo meu amadurecimento profissional. Gostaria de agradecê-lo pela sua confiança,
suporte e apoio durante todas as etapas da tese.
À Clarisse Odebrecht pelo incentivo, entusiasmo e pelos ensinamentos sobre a
ecologia dos protistas. Aos membros da banca Felipe Niencheski, Luiz Felipe Marins
por terem acompanhamento o desenvolvimento desta tese através dos relatórios de
atividades durante pelo menos 3 anos, ao Danilo Giroldo e ao Baastian Knoppers pelas
sugestões e comentários que contribuíram com a apresentação final da tese.
À CAPES por ter me fornecido a bolsa de estudos por 42 meses e pela bolsa de
estágio sanduíche PDEE por 4 meses.
Gostaria de agradecer especialmente o meu amigo e “irmão” Carlos Fujita pela
sua amizade, consolo e super ajuda com problemas que sempre aparecem no
computador. Muito obrigada por escutar os meus desabafos, e te prometo, vou voltar a
ter o brilho!
À Bia Caldeira que é o anjo que temos no laboratório! Te amo! Ao Valnei
Rodrigues que para mim faz falta no laboratório!
Agradeço aos amigos Lisa Meinerz, Amábile Ferreira, Bianca Cappelletti, Érica
Silveira, Vanessa Britto, Amália Detoni, Lucélia Borges, Lise Maria Ferreira, Márcio
Souza, Arnaldo Russo por todos os momentos compartilhados juntos, alimento para a
alma!
Agradeço muito, muito, muito ao Tiago Gandra que sempre muito pacientemente
me ensinou a utilizar o ArcGIS e a sair dos inúmeros problemas em que me deparava...
além da sua amizade e capacidade de ver o lado bom de tudo! Muito obrigada!
IV
Agradeço à Virgínia Garcia pela disposição em ajudar os alunos e por tornar a
relação professor – aluno mais próxima. Obrigada pela sua amizade, te admiro muito!
Ao Carlos Garcia pelos ensinamentos sobre o que é a radiação
fotossinteticamente ativa, cálculos, e principalmente pela sua amizade e incentivo.
Todo o pessoal que me acolheu um pouquinho cada vez que vinha para Rio
Grande: Lisa Meinerz, Manu e Mineiro, Sônia Kaminsky, Érica, Amália e Maria
Fernanda, e em especial ao casal Tiago e Liane, que me fizeram me sentir como que
entre meus irmãos!
Ao pessoal de Floripa: Alan da Silva, pela ajuda em campo e pela ótima comida
no restaurante da costa da Lagoa, o Costa Leste, além da boa música! Ao professor
Bruno Spoganicz por disponibilizar o seu laboratório para eu poder processar as
amostras assim que saía do campo e além de me apresentar dois de seus alunos de
iniciação científica que acabaram me ajudando muito: Ângela Shu e Thiago que se
mostraram sempre dispostos a ajudar mesmo em baixo de chuva e vento Sul. Ao Grupo
de Busca e Salvamento do Corpo de Bombeiros e a Polícia Ambiental pelo apoio em
campo na fase inicial do doutorado.
Gostaria de agradecer o pessoal de Lewes, Delaware, U.S.: Matthew Cottrel,
David Kirchman, Barbara Campbell, Raphael Lami, e em especial, Ana Dittel e Li Yu.
Gostaria de agradecer a minha companheira de casa e grande amiga Maella Drean, a ao
pessoal do CMES pelos 4 meses de acolhimento e aprendizado.
E finalmente, à minha grande família (pai, mãe, irmãos, tias, avós, sogros,
cunhados) e à minha pequena e feliz família que me acompanhou em cada passo
durante 4 anos (Rafael, Luana e Jasmim).
Sou eternamente grata ao amor das minhas filhas que já nos seus primeiros anos
de vida conheceram esse tal de Doutorado, quero dizer “Pingo Jojô Bolinha” (como elas
o chamavam)!
V
SUMÁRIO página
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................... IX
LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................... XI
RESUMO ........................................................................................................................... 1
PALAVRAS-CHAVE ....................................................................................................... 3
ABSTRACT ....................................................................................................................... 4
KEY WORDS .................................................................................................................... 6
1. INTRODUÇÃO GERAL ............................................................................................... 7
HIPÓTESES DE TRABALHO ................................................................................... 14
2. OBJETIVOS ................................................................................................................ 15
Geral ............................................................................................................................ 15
Específicos .................................................................................................................. 15
3. CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 16
Variação espaço-temporal das assembléias bacterianas em uma lagoa costeira
subtropical rasa no sul do Brasil ................................................................................. 16
RESUMO .................................................................................................................... 16
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 17
MÉTODOS .................................................................................................................. 19
Área de estudo ...................................................................................................... 19
Desenho amostral, medidas dos parâmetros abióticos e coleta de água .............. 20
Análise de nutrientes e clorofila-a........................................................................ 22
Análise do bacterioplânton ................................................................................... 23
Interpolação dos dados e análises estatísticas ...................................................... 24
RESULTADOS ........................................................................................................... 25
VI
Variáveis físico-químicas e clorofila-a ................................................................ 25
Abundância e biovolume do bacterioplâncton ..................................................... 28
Análises estatísticas .............................................................................................. 33
DISCUSSÃO ............................................................................................................... 35
Variabilidade do bacterioplâncton no espaço e no tempo .................................... 35
A função de bactérias em águas estratificadas ..................................................... 38
REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 40
4. CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 45
O papel das bactérias fototróficas anoxigênicas na produção primária de uma
lagoa costeira estratificada no sul do Brasil* .............................................................. 45
RESUMO .................................................................................................................... 45
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 46
MÉTODOS .................................................................................................................. 49
Área de estudo ...................................................................................................... 49
Desenho amostral e parâmetros abióticos ............................................................ 50
Pigmentos fotossintéticos e nutrientes inorgânicos.............................................. 52
Produção primária ................................................................................................ 52
Composição da comunidade bacteriana ............................................................... 54
Análises estatísticas .............................................................................................. 56
RESULTADOS ........................................................................................................... 56
Caracterização físico-química do ecossistema ..................................................... 56
Variabilidade espaço-temporal da produção primária ......................................... 60
Produção primária total (PPT) - método do
14
C ................................................... 62
Produção primária oxigênica (PPO) – método do O
2
.......................................... 62
VII
Variabilidade espaço-temporal da respiração da comunidade planctônica
(RC) ...................................................................................................................... 64
Análises estatísticas - Análise de componentes principais - ACP ....................... 65
Análise da composição da comunidade bacteriana .............................................. 68
DISCUSSÃO ............................................................................................................... 70
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................... 78
REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 78
5. CAPÍTULO 3 ............................................................................................................... 85
Cadeia alimentar microbiana na "zona morta" da Lagoa da Conceição - uma
fonte significativa de carbono ..................................................................................... 85
RESUMO .................................................................................................................... 85
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 86
MÉTODOS .................................................................................................................. 88
RESULTADOS ........................................................................................................... 93
Variação temporal da assembléia microbiana na água de fundo da estação 33 ... 93
Fatores abióticos................................................................................................... 93
Procariotas ............................................................................................................ 94
Flagelados ............................................................................................................ 96
Ciliados ................................................................................................................ 98
Comparação entre as estações 33 (estratificada e com anoxia no fundo) e 82
(homogênea e oxigenada) .................................................................................... 99
Fatores abióticos................................................................................................... 99
Procariotas .......................................................................................................... 100
Flagelados .......................................................................................................... 102
Ciliados .............................................................................................................. 104
VIII
DISCUSSÃO ............................................................................................................. 107
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 118
6. DISCUSSÕES GERAIS ............................................................................................ 123
7. CONCLUSÕES GERAIS .......................................................................................... 130
8. LITERATURA CITADA NA INTRODUÇÃO, DISCUSSÕES GERAIS E
CONCLUSÃO GERAL ................................................................................................. 133
ANEXOS ....................................................................................................................... 137
Fotos de alguns dos protozoários mais abundantes dentro de cada classe de
tamanho ..................................................................................................................... 137
fotos das cf. sulfobactérias presentes na água hipóxica e subóxica........................... 141
IX
LISTA DE TABELAS
CAPÍTULO 1
Tabela 1. Médias (mínimo e máximo) de temperatura (T) (
o
C), salinidade, k
(coeficiente de atenuação) (m
-1
) e radiação fotossinteticamente ativa na água de
fundo (PARb) (µmol quanta m
-2
s
-1
) nos setores S (Sul), CS (Centro-Sul), CN
(Centro-Norte) e N (Norte) em julho (Jul) e janeiro (Jan). Veja os detalhes no texto. .... 26
CAPÍTULO 2
Tabela 1. Transparência da coluna d’água (profundidade do disco de Secchi),
temperatura, salinidade, amônio, nitrato + nitrito, fosfato e silicato medidas nas
águas superficiais e de fundo da Lagoa da Conceição no verão e no outono. Média e
desvio padrão (DP) apresentados para cada variável medida no período. ....................... 58
Tabela 2. Valores de “carga” das variáveis utilizadas na ACP para os eixos 1 e 2. A
porcentagem de variação explicada pelos 2 eixos é mostrada em itálico e as letras
A, B e C estão relacionadas aos painéis correspondentes na figura 6. Os valores
mais significativos estão apresentados em negrito........................................................... 67
CAPÍTULO 3
Tabela 1. Valores das variáveis: PAR
Io,
e PAR no fundo (PAR
b
), em µE m
-2
s
-1
,
temperatura (T), em
o
C, salinidade (Sal), oxigênio dissolvido (OD), em mg L
-1
,
amônio (NH
4
+
), nitrato+nitrito (NO
3
-
+ NO
2
-
), fosfato (PO
4
3-
), em µM, clorofila a
(Chl a) e bacterioclorofila a (Bchl a), em µg L
-1
, produção primária total (PPT), em
mg C m
-3
h
-1
(medida pelo método do
14
C), produção primária líquida (PPL), em
mg O
2
m
-3
h
-1
, (medida pelo método do O
2
) medidas na água de fundo da estação
estratificada 33. Médias, desvio padrão, mínimo e máximo apresentados somente
para OD, PPT e PPO. ....................................................................................................... 94
Tabela 2. Valores das variáveis: PAR, em µE m
-2
s
-1
, coeficiente de atenuação da
luz (k), em m
-1
, T, em
o
C, salinidade (Sal), oxigênio dissolvido (OD), em mg L
-1
,
nutrientes inorgânicos dissolvidos, em µM, amônio ( NH
4
+
), nitrato+nitrito (NO
3
-
+
NO
2
-
), fosfato (PO
4
3-
), razão N:P, clorofila a (Chl a) e bacterioclorofila a (Bchl a),
em µg L
-1
, produção primária total (PPT), em mg C m
-3
h
-1
, medida pelo método do
14
C, produção primária líquida (PPL), em mg O
2
m
-3
h
-1
, medida pelo método do O
2
avaliadas nas estações 33 e 82, a 0.5 m da superfície (sup) e a 0.5 m do fundo (fun),
X
nos dias 29 de janeiro e 7 de maio de 2007. Médias, desvio padrão, mínimo e
máximo apresentados somente para OD (n=3), PPT e PPL (n=2). ................................ 101
Tabela 3. Matriz de correlação entre a biomassa (µg C mL
-1
) de bactérias
(filamentosas heterotróficas, HF; cianobactérias, CCY; cocos e bastonetes
heterotróficos totais, CB; sulfobactérias, sulfo), flagelados (<7,5; 7,5-25; 25-50;
>50 µm) e ciliados (7,5-25; 25-50; >50 µm); oxigênio dissolvido (OD, mg L
-1
),
silicato (SiO
4
, µM), produção primária total (PPT, mg C m
-3
h
-1
), bacterioclorofila a
e clorofila a (BChl a, Chl a, µg L
-1
) e transparência (Tran.., em m) na Lagoa da
Conceição. Valores em negrito correspondem a p<0.05; n=12. .................................... 106
XI
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 (INTRODUÇÂO GERAL). Localização da Lagoa da Conceição (SC) e
sua divisão em 4 setores de acordo com sua característica morfológica. Pontos em
preto correspondem às estações amostrais referentes ao segundo capítulo da tese.
N= setor Norte; CN = setor Centro-Norte; CS = setor Centro-Sul e S = setor Sul. 13
CAPÍTULO 1
Figura 1. Transectos e estações amostrais nos setores Sul (S), Centro-Sul (CS),
Centro-Norte (CN) e Norte (N) da Lagoa da Conceição, Santa Catarina. Medidas in
situ (pontos pretos) e estações amostrais (pontos em cinza claro). N= setor Norte;
CN = setor Centro-Norte; CS = setor Centro-Sul e S = setor Sul. 20
Figura 2. Regressão linear entre o índice de estratificação e oxigênio dissolvido na
água de fundo dos setores Sul (S), Centro-Sul (CS), Centro-Norte (CN) e Norte (N)
no inverno (julho de 2005) (A) e no verão (janeiro de 2006) (B). 27
Figura 3. Média + erro padrão das concentrações de nutrientes (µM) (amônio (A),
nitrato (NO
3
-
+ NO
2
-
) (B), fosfato (C) e (D) Cloro-a nos setores S, CS, CN, N em
julho de 2005 (Jul) e janeiro de 2006 (Jan). As barras de erro representam o erro
padrão; * p < 0,05. 28
Figura 4. Distribuição horizontal do oxigênio dissolvido na água de fundo em julho
de 2005 (A) e em janeiro de 2006 (B). As listras pretas representam áreas < 1,5 m
de profundidade não amostradas. 29
Figura 5. Média + erro padrão das abundâncias de bactérias filamentosas
heterotróficas (HF), cianobactérias cocóides (CCY), cocóides+bastonestes
heterotróficas (HCR) (A, B) e seus respectivos biovolumes (C, D) nos setores S,
CS, CN, N em julho de 2005 (Jul) e janeiro de 2006 (Jan). O eixo Y da esquerda
refere-se às bactérias filamentosas e o eixo Y da direita refere-se às bactérias
cocóides+bastonetes (CCY e HCR). As barras de erro representam o erro padrão; *
significa diferença estatística entre os grupos de bactérias por setor (p<0,05). 31
Figura 6. Distribuição horizontal da abundância de cianobactérias cocóides (CCY)
em julho (A), de bactérias heterotróficas totais (filamentosas +
cocóides+bastonetes) em julho (B), de cianobactérias cocóides (CCY) (C) e de
bactérias heterotróficas totais (D) em janeiro. Os pontos são estações amostrais e as
cores representam a variação na abundância. As listras pretas representam áreas <
1,5 m de profundidade não amostradas. 32
XII
Figura 7. Resultados da ACP realizada com as amostras de água coletadas nos
setores S, CS, CN e N em ambas as campanhas amostrais (A), em julho (Jul) (B) e
em janeiro (Jan) (C) com os parâmetros bacterianos e variáveis ambientais. As
concentrações receberam a transformação de log. sf = superfície, md = meio, bt =
fundo, HFA abundância de bactérias filamentosas heterotróficas, CCYA
abundância de cianobactérias cocóides, HCRA abundância de bactérias
heterotróficas (cocóides+bastonetes), HFB biovolume de bactérias filamentosas
heterotróficas, CCYB biovolume de cianobactérias cocóides, HCRB biovolume de
bactérias heterotróficas (cocóides+bastonetes). 34
CAPÍTULO 2
Figura 1. Localização e estações de amostragem na Lagoa da Conceição,
Florianópolis, SC. Os números representam as estações de coleta. South = setor Sul,
CS = setor Centro-Sul, CN = setor Centro-Norte e North = setor Norte. 51
Figura 2. Variabilidade espacial de PARb, índice de estratificação (stratification
índex) e oxigênio dissolvido (DO) em janeiro/fevereiro (A, C, E) e em abril/maio de
2007 (B, D, F). As barras de erro representam o desvio padrão, a linha pontilhada
indica [OD] = 3 mg L
-1
usada para definir o limite de hipoxia. 60
Figura 3.Variabilidade espacial de pigmentos fotossintéticos: clorofila a (Chl a) em
janeiro/fevereiro (A) e em abril/maio (B), bacteriochlorophyll a (Bchl a) em
janeiro/fevereiro (C) e em abril/maio (D). Surface = água coletada a 0,5 m abaixo
da superfície e bottom = água coletada a 0,5 m acima da superfície do sedimento. 61
Figura 4. Variabilidade espacial da produção primária total calculada pelo método
do
14
C (PPT), da produção primária líquida oxigênica calculada pelo método do O
2
(PPO) e da respiração da comunidade (RC) em janeiro/fevereiro (A, C, E) e em
abril/maio (B, D F). As barras de erro representam o desvio padrão. Surface = água
coletada a 0,5 m abaixo da superfície e bottom = para aquela coletada a 0,5 m acima
do sedimento. 63
Figura 5. Análise de componentes principais (ACP) dos das variáveis ambientais e
biológicas nas estações amostrais nos períodos de janeiro/fevereiro (J/F) e
abril/maio (A/M) (A), somente em janeiro/fevereiro (B) e somente em abril/maio
(C). SEC (transparência = profundidade do disco de Secchi), PARz (PAR na coluna
d’água), T (temperatura da água), SAL ( salinidade), DO (oxigênio dissolvido),
NH
4
+
(amônio), NO
3
-
(nitrato+nitrito), PO
4
3-
(fosfato), SIL (silicato), CHL (clorofila
a), BCHL (bacterioclorofila a), PPT (produção primária total), RC (respiração da
comunidade planctônica), PPO (produção primária oxigênica). 66
XIII
Figura 6. Imagem no gel de DGGE mostrando os padrões de bandas. Os números
12, 33 e 82 representam as estações de amostragem em cada setor (12 = S, 33 = CS,
82 = NC + N); as letras minúsculas indicam a profundidade coletada: s = água de
superfície; b = água de fundo. As letras maiúsculas indicam o período de
amostragem: J = janeiro/fevereiro, M = abril/maio de 2007. 68
Figura 7. Dendograma construído a partir da análise de cluster dos padrões de
bandas observados no DGGE baseados em uma matriz binária (presença/ausência -
equação de Jaccard). Os números 12, 33 e 82 representam as estações de
amostragem em cada setor (12 = S, 33 = CS, 82 = NC + N); as letras minúsculas
indicam a profundidade de coleta: s = água de superfície; b = água de fundo. As
letras maiúsculas indicam o período de amostragem: J/F = janeiro/fevereiro, A/M =
abril/maio de 2007. 69
CAPÍTULO 3
Figura 1. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de procariotas:
cianobactérias (CCY) (A), bactérias cocóides+bastonetes (CB) (B), bactérias
filamentosas heterotróficas (HF) (C) e cf. sulfobactéria (D) da água de fundo da
estação 33. As letras representam os grupos homogêneos resultantes da ANOVA
após teste post-hoc de Tukey. n = 50 – 70 campos. 96
Figura 2. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de flagelados agrupados em
classes de tamanho na água de fundo da estação 33. As letras representam os grupos
homogêneos resultantes da ANOVA após teste post-hoc de Tukey. n = 30. 97
Figura 3. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de ciliados agrupados em
classes de tamanho na água de fundo da estação 33. As letras representam os grupos
homogêneos resultantes da ANOVA após teste post-hoc de Tukey. n = 30. 98
Figura 4. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de procariotas na água de
superfície (SUP) e de fundo (FUN) nas estações 33 e 82 durante os períodos de
coleta de janeiro e maio de 2007. Cianobactérias (CCY) (A), bactérias
cocóides+bastonetes (CB) (B), filamentosas heterotróficas (HF) (C) e cf.
sulfobactérias (D). Os asteriscos representam valores significativamente diferentes
(p < 0.05) obtidos pelo teste post-hoc de Tukey depois da ANOVA. 102
Figura 5. Variação (média ± erro padrão) na biomassa das 4 classes de tamanho de
flagelados na água de superfície (SUP) e de fundo (FUN) nas estações 33 e 82
durante os períodos de coleta de janeiro e maio de 2007. Os asteriscos representam
XIV
valores significativamente diferentes (p < 0.05) obtidos pelo teste post-hoc de
Tukey depois da ANOVA. 104
Figura 6. Variação (média ± erro padrão) na biomassa das 3 classes de tamanho de
ciliados na água de superfície (SUP) e de fundo (FUN) nas estações 33 e 82 durante
os períodos de coleta de janeiro e maio de 2007. Os asteriscos representam valores
significativamente diferentes (p < 0.05) obtidos pelo teste post-hoc de Tukey depois
da ANOVA. 105
Figura 7. Análise de correspondência canônica (CCA) entre variáveis ambientais e
biomassa de bactérias, flagelados e ciliados nas estações 33 e 82, superfície x
fundo, em 29 de janeiro (Jan), 10 de abril (Ab1), 17 de abril (Ab2) e 7 de maio
(Maio) de 2007. BCCY = biomassa de cianobactérias, BCB = biomassa de bactérias
heterotróficas totais, BHF = biomassa de bactérias filamentosas, Sulfo = biomassa
de sulfobactéria cf.; Ci = ciliado (1= 7,5-25 µm; 2= 25-50 µm; 3 = >50 µm), Fl =
flagelado (1= <7,5 µm; 2= 7,5-25 µm; 3= 25-50 µm; 4 = > 50 µm). As amostras são
representadas por círculos preenchidos, as variáveis ambientais por vetores e a
biomassa de bactérias e protozoários por triângulos. 108
1
RESUMO
O aumento na ocorrência e severidade das zonas hipóxicas ou “zonas mortas” nas águas
costeiras tem recebido uma grande atenção. Estas “zonas mortas” são conhecidas por
não abrigarem qualquer tipo de vida aquática de interesse comercial (e.g. peixes e
invertebrados). Entretanto, microorganismos podem sobreviver sob hipoxia. A Lagoa
da Conceição em Florianópolis (SC) apresenta em sua região central condições de
hipoxia/anoxia em função da estratificação da coluna de água. Estas condições se
estabeleceram a partir de 1982, quando o canal de acesso a Lagoa foi dragado,
permitindo a intrusão ao longo do ano de água salgada que se desloca ao fundo,
causando a estratificação da coluna d’água. Este trabalho, organizado em 3 capítulos,
teve como objetivos: 1. Avaliar a distribuição do bacterioplâncton e a sua relação com o
oxigênio da água de fundo, 2. Avaliar a contribuição de bactérias anoxigênicas para a
produção primária total do sistema e 3. Verificar a existência de uma cadeia alimentar
microbiana que possa canalizar a matéria orgânica produzida nas regiões com baixos
níveis de oxigênio. No primeiro capítulo foi caracterizada a distribuição espaço-
temporal do bacterioplâncton, com a abundância de cianobactérias e bactérias
filamentosas heterotróficas aumentando em direção ao sul, mas com o biovolume
aumentando em direção oposta, i.e., de sul para norte. Esta distribuição foi relacionada
à concentração de amônio e fosfato. Entretanto, tanto a abundância quanto o biovolume
foram significativamente maiores no verão. Nas águas de fundo da região estratificada,
foi observado que a predominância das bactérias heterotróficas esteve relacionada às
águas hipóxicas no inverno e que as bactérias fotoautotróficas estiveram relacionadas às
2
águas ricas em oxigênio no verão. Sugere-se que a luz e a estagnação da coluna d’água
atuem como fatores reguladores do consumo ou produção de oxigênio nas águas de
fundo de região estratificada. Os resultados do segundo capítulo mostraram que a
produção de oxigênio (PPO) e a assimilação de dióxido de carbono (PPT) estiveram
relacionadas positivamente no verão indicando uma maior produção primária oxigênica
neste período. No outono, entretanto, foi verificado um “desacoplamento” entre PPT e
PPO, com elevada incorporação de dióxido de carbono, mas sem produção de oxigênio.
Neste período a razão entre Bchl a/Chl a alcançou 47% na água subóxica de fundo, o
que indica uma maior contribuição de bactérias anoxigênicas para a produção primária
total. A similaridade entre as assembléias bacterianas nas águas óxicas de superfície do
setor Sul e as das águas subóxicas de fundo do setor Centro Sul sugerem que as
bactérias anaeróbicas anoxigências fototróficas (AnAnP) podem estar contribuindo para
a PPT em águas oxigenadas e subóxicas na Lagoa, sobrevivendo no interior de
partículas suspensas nas águas de superfície (microhabitats). No terceiro capítulo foram
quantificadas a densidade e a biomassa de bactérias e protozoários na água de fundo de
uma estação estratificada com baixo teor de oxigênio dissolvido e comparadas a uma
estação localizada em região homogênea e oxigenada. Cada grupo funcional bacteriano
esteve correlacionado com uma classe de tamanho do protozooplânton, o que indica
uma interação trófica entre esses grupos, com a transferência da matéria orgânica
produzida pelas bactérias para o protozooplâncton. A biomassa de bacterioplâncton
(0,32 µg C mL
-1
) e de protozooplâncton (flagelados, 0,26 µg C mL
-1
e ciliados, 0,18 µg
C mL
-1
) na água de fundo subóxica da estação 33 (estratificada) foi cerca de cinco
vezes maior do que àquela medida na estação 82 (homogênea) que apresentou somente
3
0,065, 0,054 e 0,006 µg C mL
-1
de biomassa de bactérias, flagelados e ciliados,
respectivamente. Com isso, as “zonas mortas” observadas na Lagoa da Conceição
consistem em regiões com produção de matéria orgânica significativa pelas bactérias
anoxigênicas que representam a base da cadeia trófica nesta região. É provável que
processos semelhantes aconteçam em outras regiões com baixos níveis de oxigênio em
regiões costeiras ao redor do mundo. Se isto acontecer, o conceito de “zonas mortas”
precisará ser revisto.
PALAVRAS-CHAVE
Lagoa da Conceição, produção primária, bactérias, zonas mortas, hipoxia, bactérias
anoxigênicas
4
ABSTRACT
The increasing occurrence and severity of the hypoxic or “dead zones” in the coastal
waters has received great attention lately. These “dead zones” are known by not
harboring any type of aquatic life of commercial interest (e.g fish and invertebrates).
However, microorganisms can survive under hypoxia. The Conceição Lagoon in
Florianópolis (SC) presents hypoxia/anoxia conditions in its central region where the
water column is stratified. These conditions have established in the Lagoon since 1982,
when the channel that connects the Lagoon to the Ocean was dredged, which allowed
the intrusion of seawater and caused the stratification of the water column. This work,
organized in three chapters, had as objectives: 1. To evaluate the distribution of
bacterioplankton and its relation with the bottom water oxygen, 2. To evaluate the
contribution of anoxygenic bacteria to total primary production of the system and 3. To
verify the existence of a microbial food chain that may transfer the produced organic
matter in these low oxygen regions. In the first chapter, the spatial-temporal distribution
of bacterioplâncton was characterized, with increasing abundance of cyanobacteria and
heterotrophic filamentous bacteria towards the south, but with the biovolume increasing
in opposite direction, i.e., from south to north. This distribution was related to the
concentration of ammonium and phosphate. However, either the abundance or the
biovolume were significantly higher during summer. In the bottom waters of the
stratified region, the predominance of heterotrophic bacteria was related to hypoxic
waters in winter, while in summer photoautotrophic bacteria dominated in oxygen-rich
waters. We suggested that light acts as the major regulating factor of the consumption
or production of oxygen in deep waters of the stratified region. The results of the
5
second chapter showed that the oxygenic primary production production (OPP) and the
carbon dioxide assimilation (TPP) were positively related to each other in summer
indicating a higher oxygenic primary production in this period. In autumn, however, an
“uncoupled” relationship was observed between TPP and OPP, with higher carbon
dioxide fixation, but no oxygen production. In autumn, BChl a/Chl a ratio was up to
47% in the suboxic waters, which indicates a higher contribution of anoxygenic bacteria
to total primary production. The similarity among the bacterial assemblages of surface
oxic waters from the southern sector and of bottom suboxic waters from the CS sector
suggests that the AnAnP bacteria can be contributing with the TPP of suboxic and oxic
waters in the Lagoon, surviving inside the suspended particles in surface waters. In the
third chapter, the abundance and biomass of bacteria and protozoans were quantified
from the low oxygen bottom waters of a stratified site and compared with a site located
in a homogeneous and oxygenated region. Each functional group of bacteria was
correlated with a size class of protozooplankton, indicating a trophic interaction
between them, with a transfer of the organic material produced by different bacterial
populations through protozooplankton predation. The biomass of bacterioplankton (0.32
µg C mL
-1
) and of protozooplankton (flagellates, 0.26 µg C mL
-1
and ciliates, 0.18 µg C
mL
-1
) in the suboxic bottom waters of site #33 (stratified) was five-fold higher than that
measured in site #82 (homogeneous) that only presented biomass of 0.065, 0.054 and
0.006 µg C mL
-1
produced by bacteria, flagellates and ciliate, respectively. Therefore, it
was shown that the “dead zones” observed in the Conceição Lagoon consist of regions
with significant organic matter production by anoxygenic bacteria that represent the
basis of the trophic food in this region. It is likely that similar processes may occur in
6
other coastal regions with low oxygen levels throughout the world. If this is the case,
the concept of “dead zones” should be reevaluated.
KEY WORDS
Conceição Lagoon, primary production, bacteria, dead zones, hypoxia, anoxygenic
bacteria
7
1. INTRODUÇÃO GERAL
A ocorrência de águas hipóxicas (concentração de oxigênio dissolvido inferior a 2-
3 mg L
-1
) (Renaud 1986; Bergondo et al. 2005; Vaquer-Sunyer & Duarte 2008) em
ecossistemas marinhos costeiros tem aumentado exponencialmente nos últimos 40 anos,
principalmente devido às atividades humanas como o uso de fertilizantes, produção de
efluentes domésticos e industriais que estão associados ao incremento na densidade
populacional humana. Soma-se a isso, o aumento da temperatura global causado pela
queima de combustíveis fósseis que pode promover a formação de picnoclinas mais
acentuadas e freqüentes, além de alterar a pressão parcial dos gases nestes ambientes
(Diaz 2001; Diaz & Rosenberg 2008; Stramma et al. 2008; Brewer & Peltzer 2009).
Existem dois fatores principais que levam ao desenvolvimento e manutenção da
hipoxia: 1) a estratificação da coluna d’água que favorece o isolamento da água de
fundo e impede a difusão do oxigênio da superfície para o fundo. Esta estrutura física é
formada por massas d’água com características distintas de densidade, em função da
temperatura, salinidade ou ambos; 2) a decomposição da matéria orgânica de origem
tanto alóctone quanto autóctone que sedimenta até as águas de fundo estagnadas,
levando ao consumo do oxigênio até a sua depleção, principalmente pela ação de
microorganismos heterotróficos aeróbicos. A fonte de matéria orgânica é
principalmente associada a florações (“blooms”) de fitoplâncton, estimulados pela
maior entrada de nutrientes e maiores temperaturas no verão. No Golfo do Mexico, a
elevada descarga de nutrientes pelo Rio Mississipi estimula a produção primária nos
8
meses mais quentes e mais chuvosos do ano, levando o desenvolvimento da segunda
maior “zona morta” no mundo (Rabalais et al. 2001; Rabalais et al. 2002).
As “zonas mortas” nada mais são do que camadas de água hipóxicas onde os níveis
de oxigênio dissolvido (OD) são inferiores a 2-3 mg L
-1
. Sob estas condições, a maioria
dos animais aquáticos é eliminada, causando um forte impacto sobre os recursos
pesqueiros litorâneos, principalmente sobre peixes, crustáceos e moluscos (Vaquer-
Sunyer & Duarte 2008). Entretanto, o impacto é muito maior sobre organismos
bentônicos sésseis e móveis, que não conseguem escapar das águas pobres em oxigênio,
ocasionando sua morte. Já os peixes e os camarões podem nadar para fora destas zonas
mortas, o que pode levar à queda na produção destes animais e o aumento nos preços
dos frutos do mar (Rabalais et al. 2002). Recentemente, Brewer & Peltzer (2009)
redefiniram as zonas mortas baseando-se no índice respiratório (estimado pela relação
entre a pressão parcial de oxigênio e do dióxido de carbono - pO
2
e pCO
2
) e apontam
que a diminuição na concentração de oxigênio combinada ao aumento de CO
2
nos
oceanos nos últimos anos pode provocar uma expansão ainda maior das zonas mortas,
com efeitos mais severos sobre a biota marinha. Todavia, em sistemas costeiros rasos
onde a luz penetra nestas “zonas mortas”, o aumento na concentração do CO
2
pode, por
sua vez, favorecer um grupo especializado de bactérias capazes de fixar o CO
2
, as quais
são chamadas de bactérias anaeróbicas anoxigênicas fototróficas (AnAnP).
Apesar do efeito negativo da falta de oxigênio nos macroorganismos, as
comunidades microbianas que habitam as “zonas mortas” constituem a base de cadeias
alimentares únicas, em que os produtores primários são bactérias foto ou
quimiolitróficas, dependendo da intensidade luminosa (Fenchel & Finlay 1990; Behnke
9
et al. 2006; Imhoff 2008). Em geral, as “zonas mortas” são habitadas por
microorganismos (bactérias e protozoários) que toleram baixas concentrações de
oxigênio (Fenchel & Finlay 1990; Fenchel et al. 1990; Gomes & Godinho 2003; Gobler
et al. 2008) e com a predominância do metabolismo heterotrófico aeróbico,
normalmente levam à depleção total do OD. Processos anaeróbicos como a redução do
sulfato levam à produção de sulfeto no meio aquático. Com sulfeto e luz disponível, as
AnAnP (e.g. Chromatiaceae) utilizam este composto como doador de elétrons na
fotossíntese, podendo formar uma densa biomassa (Imhoff 2006). Estas bactérias
possuem somente o fotossistema I e, portanto, não são capazes de oxidar a água pela
energia dos fótons, e assim, não liberam o oxigênio como observado nas bactérias
oxigênicas, razão pela qual são chamadas de anoxigênicas.
A bacterivoria por flagelados e/ou ciliados é a principal via de transferência da
matéria produzida nestas águas desprovidas de oxigênio (Gomes & Godinho 2003;
Gobler et al. 2008). Muitos ciliados têm a capacidade de proliferar ativamente na
coluna d’água quando esta se torna anóxica (Fenchel & Finlay 1990; Fenchel et al.
1990; Gomes & Godinho 2003; Hayward et al. 2003) e parecem ser os principais
bacteriófagos de zonas anóxicas, ou na interface das zonas óxica e anóxica (Psenner &
Schlott-Idl 1985; Fenchel 1990; Guhl et al. 1996; Taylor et al. 2006).
Alguns protozoários, entretanto, se especializaram na predação das sulfobactérias,
principais procariotas de águas rasas anóxicas, o que lhes confere nichos alternativos e
evitando a competição por recursos entre espécies de ciliados de tamanhos semelhantes
(Guhl & Finlay 1993; Gomes & Godinho 2003). Além de sulfobactérias, cianobactérias
também são encontradas em grande densidade na camada superior de águas anóxicas,
10
representando uma nova fonte alimentar aos protozoários (Detmer et al. 1993; Setala &
Kivi 2003).
Entretanto, o estudo de bactérias anaeróbicas anoxigênicas fototróficas que fixam
CO
2
é restrito a lagos ou estuários rasos e estratificados visto que é necessária a
disponibilidade de luz solar em profundidades onde não haja oxigênio (Overmann &
Manske 2006). Assim, há uma ausência de estudos sobre o papel destas bactérias na
produção primária planctônica de ambientes costeiros rasos.
No Brasil, entre os sistemas costeiros que apresentam hipoxia e/ou anoxia estão a
Lagoa Rodrigo de Freitas (RJ), Lagoa de Imboassica (RJ), Baía Pina (PE), Baía de
Guanabara (RJ) e a Lagoa da Conceição (SC) (Diaz & Rosenberg 2008).
A Lagoa da Conceição situa-se na ilha de Santa Catarina, Florianópolis (SC), entre
as latitudes 27
o
30’17’’- 27
O
37’36’’ Sul e as longitudes 48
O
25’30’’ - 48
O
29’54’’ Oeste.
Ademais, na bacia hidrográfica da Lagoa da Conceição vive dezenas de famílias de
pescadores artesanais que tem como principal fonte renda a pesca artesanal na laguna.
Assim, o entendimento dos processos relacionados a estas zonas mortas é fundamental.
Assim como mundialmente, as “zonas mortas” na Lagoa da Conceição se formam
devido à estratificação da coluna d’água e à elevada produção primária nas águas
superficiais (Odebrecht & Caruso 1987; Sierra de Ledo & Soriano-Sierra 1994), pois
antes da abertura permanente do canal em 1982, Assumpção et al. (1981) não
reportaram desenvolvimento de haloclina no setor central no ano de 1979. Em 1983-
1984 (1 a 2 anos após a abertura do canal), Odebrecht & Caruso (1987) verificaram que
estas zonas ocorriam durante todo o ano no setor central, exceto nos meses de
novembro e dezembro. Atualmente as “zonas mortas” desenvolvem-se sazonalmente na
11
laguna, entre o final do verão e início de inverno (Sierra de Ledo & Soriano-Sierra
1994; Fonseca 2004; Fontes 2004; Fonseca & Braga 2006). Assim, desde 1982 a anoxia
nas águas de fundo do setor central vem sendo reportada (Odebrecht & Caruso 1987),
observando-se também uma acentuada variação vertical na comunidade microbiana
(fitoplâncton e protozooplâncton), com maiores densidades de microorganismos na
água de fundo (anóxica) quando comparado à superficial (Odebrecht 1988).
As “zonas mortas” da Lagoa da Conceição igualmente mostraram as concentrações
mais elevadas de biomassa fotossintética, como 1.604 µg L
-1
de Chl a em maio de
1984, sendo atribuída provavelmente à elevada abundância de células < 2 µm que
pudessem estar relacionadas a cianobactérias e que pode ter conseqüências positivas
para a cadeia alimentar (Odebrecht & Caruso 1987). Em março de 2003, Fontes (2004)
reportou concentrações de Chl a de 32.5 do µg L
-1
concomitantemente a elevadas
concentrações de H
2
S (34 µmol L
-1
) nas águas anóxicas e subóxicas, enquanto a Chl a
média no restante da Lagoa variou entre 4-5 µg L
-1
. As concentrações do sulfeto
presentes nas águas anóxicas concomitante com a observação de águas com coloração
rosada por Fonseca (2004) sugerem a presença de sulfobactérias róseas fotossintéticas
nessas profundidades. Deve-se ressaltar que foi verificado em algumas regiões
hipóxicas da Lagoa da Conceição em 2001, a presença de bactérias AnAnP do gênero
Chromatiacea (Mosimann com. pess.), as quais crescem nestes ambientes devido à
penetração de luz até o fundo.
Entretanto, a presença de tais bactérias foi sugerida primeiramente por Odebrecht &
Caruso (1987), mas o seu papel na produção primária total da Lagoa da Conceição não
foi estudado até o momento. Além disso, sabe-se que as bactérias AnAnP podem ser
12
responsáveis por altas taxas de produção primária em outros sistemas aquáticos na
Espanha, e.g. contribuindo com até 47% da produção primária (PP) no lago Estanya,
com 52% da PP total no lago Cisó (Casamayor et al. 2008) e 10% na interface
óxica/anóxica do estuário do rio de Ebro (Casamayor et al. 2001). Assim, espera-se que
as bactérias AnAnP contribuam com uma significativa parcela da produção primária na
Lagoa da Conceição.
A distribuição espacial desigual dos parâmetros biológicos [biomassa e densidade
de fitoplâncton e protozooplâncton e produção primária oxigênica (Knoppers et al.
1984; Odebrecht 1988; Fonseca 2004)] e do carbono orgânico acumulado nos
sedimentos (Silva et al. 2008) da Lagoa da Conceição em função das características
fisiográficas de cada setor (Fig. 1) indicam que a produção de matéria orgânica e a sua
sedimentação ocorrem de forma diferenciada na Lagoa da Conceição.
Conseqüentemente, considerando-se estas diferenças espaciais é provável que a
disponibilidade de oxigênio na água de fundo influencie a estrutura e a composição de
comunidades bacterianas neste ecossistema.
Assim, considerando-se a ocorrência e importância das zonas mortas na Lagoa da
Conceição, reportadas desde a década de 80 (Odebrecht & Caruso 1987), decidiu-se
realizar um estudo ecológico para se avaliar a biomassa, produção e o possível
estabelecimento de uma cadeia trófica microbiana nesta região. É importante ressaltar
que, até recentemente, não havia maiores estudos sobre o bacterioplâncton na Lagoa da
Conceição. Esses fatos nos levaram a realizar um estudo para se conhecer a distribuição
espaço-temporal do bacterioplâncton na Lagoa da Conceição, assim como as variáveis
físico-químicas e biológicas que afetam estes microorganismos (clorofila a, fitoplâncton
13
e protozooplâncton). Além disso, segundo nosso conhecimento, inexistem no Brasil
estudos que tenham analisado simultaneamente a abundância, biomassa e composição
de bactérias em ambientes com diferentes níveis de oxigênio, abrangendo as “zonas
mortas” costeiras, justificando-se um estudo sobre esses microorganismos, a produção
primária das comunidades bacterianas e a biomassa microbiana na Lagoa da Conceição.
Figura 1. Localização da Lagoa da Conceição (SC) e sua divisão em 4 setores de acordo com sua
característica morfológica. Pontos em preto correspondem às estações amostrais referentes ao segundo
capítulo da tese. N= setor Norte; CN = setor Centro-Norte; CS = setor Centro-Sul e S = setor Sul.
14
HIPÓTESES DE TRABALHO
1) As zonas mortas são encontradas somente no setor centro-sul e no inverno
(capítulo 1);
2) A abundância dos principais morfotipos bacterianos varia no tempo e no espaço
(capítulo 1);
3) A concentração de oxigênio dissolvido na água de fundo da região estratificada
é regulada pela comunidade bacteriana (capítulo 1);
4) A produção primária oxigênica é maior no verão e a anoxigênica no outono
(capítulo 2);
5) A produção primária de bactérias anaeróbicas anoxigênicas fototróficas
(AnAnP) na Lagoa da Conceição é significativa para a produção primária total pelágica
do sistema (capítulo 2);
6) A biomassa e abundância dos principais morfotipos bacterianos é diferente sob
condições óxicas e anóxicas (capítulo 3);
7) O carbono produzido por microorganismos nas zonas anóxicas e estratificadas é
maior do que em águas óxicas e homogêneas (capítulo 3).
15
2. OBJETIVOS
GERAL
Avaliar a variação da estrutura da comunidade bacteriana em relação à
concentração de oxigênio dissolvido.
ESPECÍFICOS
1) Verificar a distribuição espaço-temporal da abundância, tamanho e composição
do bacterioplâncton e os fatores ambientais controladores;
2) Avaliar a distribuição espaço-temporal da produção primária e a contribuição de
bactérias anoxigênicas fototróficas para a produção primária total;
3) Quantificar a abundância e biomassa microbiana produzida na zona subóxica;
4) Avaliar a existência de uma cadeia alimentar microbiana na região com
condições de suboxia e estratificada em comparação com uma região oxigenada e
homogênea.
16
3. CAPÍTULO 1
VARIAÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL DAS ASSEMBLÉIAS BACTERIANAS EM
UMA LAGOA COSTEIRA SUBTROPICAL RASA NO SUL DO BRASIL
Maria Luiza Schmitz Fontes & Paulo C. Abreu
Tradução do trabalho publicado na Microbial Ecology doi 10.1007/s00248-008-9454-z
RESUMO
Um estudo sobre o bacterioplâncton da Lagoa da Conceição (27°34′ S–48°27′ W),
Sul do Brasil, foi conduzido em julho de 2005 (inverno austral) e janeiro de 2006 (verão
austral) para caracterizar a distribuição espaço-temporal das bactérias e determinar a
dominância bacteriana heterotrófica e autotrófica em águas estratificadas hipóxico-
óxica. A abundância bacteriana aumentou (p < 0,05) no verão com médias de
cianobactérias cocóides (CCY) variando de 1,02 × 10
5
(inverno) a 3,21 × 10
6
células
mL
−1
(verão), cocóides-bastontes heterotróficos (HCR) de 7,00 × 10
4
a 3,60 × 10
6
células mL
−1
e bactérias filamentosas heterotróficas (HF) de 2,90 × 10
3
a 2,74 × 10
5
células mL
−1
. Biovolumes bacterianos também aumentaram no verão com biovolumes
médios de CCY variando de 0,38 a 1,37 µm
3
, células HCR de 0,31 a 1,12 µm
3
e HF de
3,32 a 11,34 µm
3
. A análise de componentes principais mostrou que a salinidade,
temperatura e luz foram os fatores abióticos que melhor explicaram a variabilidade
temporal das assembléias bacterianas. Há uma dominância de bactérias heterotróficas
17
na laguna, com exceção da porção sul e central em janeiro de 2006, quando a
comunidade bacteriana é dominada por células fotoautotróficas. No espaço, as
assembléias bacterianas foram influenciadas pelo gradiente de nutrientes, oxigênio e
salinidade, com uma relação positiva entre biovolume e nutrientes, e uma negativa entre
abundância de CCY e nutrientes. As bactérias revelaram um comportamento temporal
singular com as águas de fundo hipóxicas no inverno e águas ricas em oxigênio,
aparecendo relacionadas com a disponibilidade de luz e predominância de procariotas
no verão. Entretanto, o consumo-produção de oxigênio é regulado pela quantidade de
luz disponível no fundo, estimulando a produção de oxigênio pelos microorganismos
fotoautotróficos oxigênicos.
INTRODUÇÃO
Sistemas costeiros são áreas de transição entre ambientes terrestres e oceânicos,
retendo, transportando e reciclando uma grande parte do material particulado e
dissolvido [44]. As bactérias têm um papel importante nos processos biogeoquímicos
destes ambientes, sendo fundamental na cadeia alimentar microbiana, reintegrando o
carbono orgânico dissolvido (COD) através da alça microbiana [3]. Bactérias requerem
tanto macro e micronutrientes para o crescimento sendo C, N e P os macronutrientes
que usualmente regulam a sua atividade [9, 27]. Em sistemas costeiros que recebem
grande quantidade de material orgânico alóctone, o carbono não limita o crescimento
bacteriano, e sim os nutrientes dissolvidos inorgânicos como N e P [1–2]. A Lagoa da
Conceição (SC) é um exemplo de sistema costeiro que recebe grande quantidade de
material alóctone [17], assim como descrito para um sistema próximo [34]. Além da
18
entrada de material orgânico, a estabilidade da coluna d’água em função da intrusão de
água salina tem levado a ocorrência de condições hipóxicas na água de fundo de
algumas regiões da laguna.
Este evento foi descrito pela primeira vez na Lagoa da Conceição (hipoxia ou
oxigênio dissolvido [DO] < 3 mg L
−1
) em 1983, 1 ano após a abertura permanente do
canal [31], demonstrando que a entrada da água do mar tem promovido a estabilização
da coluna d’água no setor central (setor CS), através da formação de uma haloclina
permanente entre 3-4 m de profundidade [15, 31, 46].
Ventos fortes podem quebrar esta estabilidade da coluna d’água em locais rasos e
espalhar a água de fundo anóxica rica em gás sulfídrico para toda a coluna d’água,
promovendo a crise distrófica e causando a morte de peixes na superfície. Um incidente
de mortandade de peixes foi descrito com um forte cheiro de enxofre em junho de 2001
na lagoa da Conceição. Durante este evento foram encontradas sulfo-bactérias púrpuras
do gênero Chromatiacea nas águas superficiais da região sul da lagoa imediatamente
após a mortandade de peixes (R. Mosimann, comunicação pessoal). Eventos similares
foram descritos para outras lagoas tropicais [19, 32], temperadas e estuários [10, 14,
23]. Este problema ecológico parece ter sido aumentado pelo constante despejo de
efluentes domésticos in natura dentro da lagoa, os quais estão diretamente relacionados
com a elevada densidade populacional humana ao redor da lagoa [16, 17].
Os nutrientes e as espécies de fitoplâncton têm demonstrado padrões específicos de
distribuição espaço-temporal na lagoa da Conceição [15, 6]. As variações sazonais de
nutrientes são controladas principalmente por processos de assimilação e
remineralização, mais intensificados nas estações mais quentes e mais frias,
19
respectivamente, e por processos abióticos como sedimentação e fluxos na interface
sedimento–água [15]. Entretanto, a distribuição temporal do fitoplâncton é fortemente
influenciada pela temperatura e luz, enquanto que a variabilidade espacial é controlada
pela morfologia e hidrologia da lagoa [31, 46].
Até agora nenhum estudo avaliou a distribuição espaço-temporal de bactérias
heterotróficas e cianobactérias na Lagoa da Conceição e a sua influência sobre a
dinâmica do oxigênio deste sistema estratificado tropical. Portanto, os principais
objetivos do estudo foram: (1) determinar a variabilidade no espaço e no tempo do
bacterioplâncton e (2) avaliar a dominância de bactérias heterotróficas e cianobactérias
nas águas estratificadas com níveis diferentes de oxigênio.
MÉTODOS
Área de estudo
A Lagoa da Conceição é uma laguna “estrangulada” [30] e fisiograficamente é
dividida em quatro setores: Sul (S), Central-Sul (CS), Central-Norte (NC) e Norte (N)
[31] (Fig. 1). Ela está conectada à água do mar pelo canal de barra que tem 2-km de
comprimento (permanentemente aberto desde 1982). A laguna possui 13,5 km de
comprimento e larguras variando entre 0,5 e 2, 5 km, tendo uma área total lagunar de
20,09 km
2
e abrangendo uma bacia hidrográfica de 80.23 km
2
. A profundidade média e
máxima são 1,7 e 8,7 m, respectivamente [42].
Os principais fatores de entrada de água doce são: precipitação, riachos pequenos e
água subterrânea [51]. Os nutrientes são geralmente observados em baixas
concentrações com média de nitrato+nitrito inferior a 1 µM, fosfato de
20
aproximadamente 0,25 µM, amônio em torno de 3 µM e clorofila-a média variando
entre um intervalo de 1 a 6 µgL
−1
[15–17].
Figura 1. Transectos e estações amostrais nos setores Sul (S), Centro-Sul (CS), Centro-Norte (CN) e
Norte (N) da Lagoa da Conceição, Santa Catarina. Medidas in situ (pontos pretos) e estações amostrais
(pontos em cinza claro). N= setor Norte; CN = setor Centro-Norte; CS = setor Centro-Sul e S = setor Sul.
Desenho amostral, medidas dos parâmetros abióticos e coleta de água
As amostras (4 réplicas) foram coletadas em julho de 2005 (estação seca) e janeiro
de 2006 (estação chuvosa), correspondente ao inverno e verão austrais,
21
respectivamente. Foram estabelecidos dois transectos por setor da Lagoa, cada um
composto por 5-15 estações; o posicionamento das estações de coleta foi decidido com
base na batimetria local e a distância entre as estações foi de aproximadamente 200 m.
Os transectos abrangeram tanto regiões rasas (< 2 m de profundidade) quanto profundas
(> 2 m de profundidade) dos setores (Fig. 1). A posição das estações foi determinada
utilizando um GPS Garmin E-trex (Garmin).
Temperatura, oxigênio e salinidade foram medidos a cada 1 m de profundidade da
superfície até 0,5 m acima do fundo em todas as estações, usando um sensor
multipârametro calibrado Yellow-Spring YSI DO 85 (YSI, Yellow Springs, H, EUA).
O índice de estratificação foi determinado como a diferença entre a salinidade da
superfície e fundo. O critério para hipoxia utilizado nesta investigação foi DO ≤ 3
mgL
−1
[4, 13, 40]. A profundidade do disco Secchi foi medida em cada estação e este
utilizado para estimar o coeficiente de atenuação da luz através do algoritmo, k =
1.44/Z
SD
, onde k é o coeficiente de atenuação da irradiância (por metro) e Z é a
profundidade de disco Secchi (metros) [25]. A quantidade de luz disponível na água de
fundo para fotossíntese em cada estação foi, em seguida, calculada usando o algoritmo
de: I
X
= I
0
x exp
−kd
, onde k é o coeficiente de atenuação, d é a profundidade da água
(metros) e I
0
é a luz incidente em águas de superfície (como radiação
fotossinteticamente ativa [PAR]) em micromoles quanta por metro quadrado por
segundo [29]. PARI
0
foi calculada supondo uma transmitância de 97 % da luz incidente
(PAR) na interface ar–água [29]. A intensidade de PAR foi estimada multiplicando
radiação global (obtida a partir do sensor de radiação automática na estação
meteorológica do Instituto Nacional de Meteorologia, localizada próximo à Lagoa) pelo
22
fator de 0.4 [53]. As unidades obtidas pelo sensor (em kJ m
-2
) foram convertidas em
micromoles quanta por metro quadrado por segundo, supondo que 1 W = 1 J s
−1
e 4.6
W m
−2
= 1 µmol quanta por metro quadrado por segundo [35]. Fosfato, nitrato, amônio,
abundância bacteriana, biovolume e clorofila-a foram analisados da água coletada com
uma garrafa van Dorn de 3-L (previamente limpa por ácido) na superfície (0,3 m abaixo
superfície) e no fundo (0,5 m acima do sedimento) de 4 estações (2 fundas e 2 rasas)
por setor (Fig. 1). Após a coleta, estas foram transferidas para frascos de polietileno de
2-L e mantidas no escuro até análise.
Análise de nutrientes e clorofila-a
A filtração foi realizada no laboratório imediatamente após a coleta das amostras.
Alíquotas de 500 mL foram filtradas em filtros Whatman GF/F (0,7 µm de porosidade)
para determinar clorofila-a (Cloro-a) e nutrientes inorgânicos dissolvidos e tanto os
filtrados quanto os filtros foram armazenados congelados a −20 °C no escuro até a
análise.
Os pigmentos foram extraídos com acetona (90 % v/v). A determinação das
concentrações de clorofila-a foi realizada usando um fluorímetro calibrado Turner TD
700 (design Turner, Sunnyvale, CA, Estados Unidos) [60] para as amostras coletadas
em julho de 2005. O espectrofômetro 600 FEMTO UV–Vis (fabricante FEMTO) foi
empregado para as medições de clorofila-a das amostras coletadas em janeiro de 2006.
Neste último caso, a absorbância da Chl-a foi medida em 665 e 750 nm (para correção
de turbidez) [55].
23
Fosfato (PO
4
3-
), nitrato+nitrito (NO
3
-
+ NO
2
-
) e amônio (NH
4
+
) foram determinados
de acordo com [20].
Análise do bacterioplânton
Para estimar a abundância de cianobactérias cocóides, os filtros não receberam
qualquer fluorocromo [36], enquanto que para as estimativas bacterianas totais, os
filtros receberam o fluorocromo laranja de acridina [24]. Após a filtração, as lâminas
foram mantidas congeladas a −20 °C até a contagem.
As bactérias totais foram quantificadas e mensuradas manualmente em uma
ampliação de 1.000 ×, utilizando um microscópio de epifluorescência Axioplan Zeiss
equipado com um conjunto de filtro azul 487709 (BP 450–490; FT 510; 520 LP). Para
as cianobactérias foi utilizado um conjunto de filtro verde 487715 (BP 546/12; FT 580;
LP 590) a fim de medir a autofluorescência da ficoeritrina [36]. A abundância de
bactérias heterotróficas foi calculada subtraindo-se a abundância de bactérias
autotróficas (CCY) da total. Para as medições de biovolume, imagens dos filtros foram
capturadas usando uma câmera CCD Watec (sensibilidade de 0.0003 lx) e software IC
capture 2.0 (para Windows). As imagens foram processadas pelo software Image Tool
da UTHSCSA (Universidade do centro da ciência da saúde de Texas, San Antonio, TX,
EUA; disponível para download em http://ddsdx.uthscsa.edu/dig/download.html). As
células bacterianas foram observadas melhor usando a seqüência de filtros de imagem:
Laplacian, Gaussian e Mean (3 x) [38]. Os biovolumes de, pelo menos, 300 células
foram calculados usando o algoritmo proposto em [38]. As bactérias filamentosas
heterotróficas (HF) foram enumeradas diretamente em 30-50 campos de visão devido
24
ao seu grande volume e à dificuldade na delimitação de cantos nas células das imagens,
utilizando-se o mesmo algoritmo [38].
Interpolação dos dados e análises estatísticas
Para uma melhor visualização da distribuição espacial de bactérias e oxigênio, os
dados obtidos nos transectos foram interpolados, mas antes estes foram convertidos em
arquivos raster. O melhor método de interpolação dos dados foi o método de krigagem
comum, o qual foi escolhido após a análise do modelo de semivariograma esférico
usando ArcGIS 9, ArcMap 9.1 [54]. Para avaliar a variabilidade espacial e temporal de
variáveis ambientais mais importantes, foram geradas matrizes de correlação. Análises
de variância (ANOVAs) foram utilizadas para testar a hipótese nula de homogeneidade
das variáveis no espaço em 2 períodos de tempo: verão e inverno [57] e a correlação de
Pearson [52] foi calculada entre o índice de estratificação e o oxigênio das águas de
fundo nos 2 períodos de estudo. As variáveis foram normalizadas pela transformação
log
e
[57]. A análise multivariada de componentes principais (PCA) foi realizada com as
médias dos dados transformados [37] para mostrar a relação espacial e temporal entre
os 8 fatores ambientais (NO
3
-
, NH
4
+
; PO
4
3-
, Chl-a, I
0
, T, salinidade, DO) e os 6
parâmetros bacterianos (abundância de CCY, HCR e HF e biovolume de CCY, HCRe
HF). Dois componentes (PC1 × PC2) foram utilizados para explicar a variação dos
dados. O software usado para ANOVA foi Statistica 7.0 (Statsoft, Tulsa, OK, EUA) e
para PCA foi MVSP (Kovach Computing Services, Anglesey, Wales, Reino Unido).
25
RESULTADOS
Variáveis físico-químicas e clorofila-a
A temperatura da água não apresentou variação vertical significativa, mantendo
uma diferença < 1,4 °C entre as águas de superfície e de fundo em ambos os períodos.
A temperatura média foi de 11,5 °C mais elevada no verão de 2006 do que no inverno
de 2005 (tabela 1). A variabilidade espacial de temperatura da água demonstrou valores
mais elevados nos setores S e CS no verão e nos setores CS e N no inverno (tabela 1). A
salinidade apresentou uma variabilidade vertical significativa (p < 0,01) principalmente
no setor CS (Fig. 2), sendo que o índice de estratificação indicou a localização de
estações verticalmente misturadas e estratificadas na Lagoa. O índice de estratificação
vertical variou de 0 a 6,4 (Fig. 2), tendo o valor mais alto no setor CS durante o verão
(Fig. 2B). No inverno, o índice de estratificação variou menos, de 0 a 4,3, novamente
com o índice mais elevado encontrado no setor CS. Temporalmente, a salinidade
diminuiu 10,3 unidades a partir de julho de 2005 a janeiro de 2006 (tabela 1).
Espacialmente, a salinidade foi significativamente mais elevada no setor CS (p < 0,01;
n = 4) do que a observada nos outros setores, sendo que o setor S apresentou os valores
mais baixos em ambos os períodos (Tabela 1). O coeficiente de atenuação (k) foi
calculado de modo a dar uma idéia da turbidez da coluna d’água, apresentando uma
variação média entre 0,32 e 0,85, no setor CN em julho e no setor S em janeiro,
respectivamente (tabela 1). A intensidade de PAR incidente na coluna d’água no
momento da coleta variou de 295,24 a 700,37 µmol quanta m
−2
s
−1
em julho. Em
janeiro, a variação foi entre 1.104,30 e 1.659,51 µmol quanta m
−2
s
−1
com, pelo menos,
26
uma variação temporal de 2x na energia solar entre julho e janeiro. Mesmo recebendo
mais energia solar em janeiro (verão), a quantidade de PAR na água de fundo alcançou
o valor mais baixo de todos, 18,0 µmol quanta m
−2
s
−1
, no setor Sul em janeiro (tabela
1).
Tabela 1. Médias (mínimo e máximo) de temperatura (T) (
o
C), salinidade, k (coeficiente de
atenuação) (m
-1
) e radiação fotossinteticamente ativa na água de fundo (PARb) (µmol quanta m
-
2
s
-1
) nos setores S (Sul), CS (Centro-Sul), CN (Centro-Norte) e N (Norte) em julho (Jul) e
janeiro (Jan). Veja os detalhes no texto.
S* CS* CN* N*
k Jul 0,39 (0,35-0,45)
a
0,39 (0,35-0,42)
a
0,32 (0,28-0,40)
a
0,33 (0,30-0,38)
a
k Jan 0,85 (0,75-0,91)
a
0,36 (0,33-0,40)
b
0,38 (0,34-0,42)
b
0,42 (0,37-0,50)
b
PAR
b
Jul 110,3(84,2-139,2)
b
77,2(35,5-137,7)
c
104 (97,8-116,2)
b
159,7(112,1-192,4)
a
PAR
b
Jan 30,5 (18,0-42,0)
b
298 (244,4-373,9)
a
274(203,4-342,0)
a
179,7(121,0-243,7)
a
As mesmas letras após os parênteses indicam grupos homogêneos resultantes do teste post-hoc de Tukey
obtido pela ANOVA de 1-via (p < 0.05; n = 56). Temperatura, salinidade e luz receberam a
transformação de log
e
para tender aos pressupostos da ANOVA, entretanto, somente as médias dos dados
não transformados são mostradas. Veja o texto para detalhes.
Os nutrientes não variaram verticalmente de forma significativa, portanto
decidimos mostrar as médias ± erro padrão para cada setor (Fig. 3). O amônio (NH
4
+
)
apresentou uma diminuição significativa de 4 vezes de julho de 2005 a janeiro de 2006,
foi de 3,48 para 0,80 µM no setor S (Fig. 3A). O nitrato (NO
3
-
+NO
2
-
) e fosfato (PO
4
3-
)
diminuíram do inverno para o verão no setor S, embora não sendo uma diminuição
estatisticamente significativa para o fosfato (Fig. 3B, C).
O valor médio tanto de nitrato quanto de fosfato foi de 0.6 µM, enquanto que o de
amônio foi de 2 µM. Curiosamente, foi observado um gradiente espacial de todos os
nutrientes, com aumento em direção ao norte em janeiro de 2006 (Fig. 3A–C). Por
outro lado, a clorofila a (cloro a) apresentou um padrão oposto no verão com valores
27
mais elevados em direção a parte mais ao sul da laguna. Além disso, a cloro a aumentou
significativamente no setor S, de 2,5 para 5,5 µgL
−1
(Fig. 3D).
Figura 2. Regressão linear entre o índice de estratificação e oxigênio dissolvido na água de fundo dos
setores Sul (S), Centro-Sul (CS), Centro-Norte (CN) e Norte (N) no inverno (julho de 2005) (A) e no
verão (janeiro de 2006) (B).
A concentração média de DO nas águas de fundo (DO da água de fundo) oscilou
entre 5,57 (em julho de 2004) e 6,23 mg L
−1
(em janeiro). No entanto, valores extremos
foram mostrados nas águas de fundo na figura 4, onde áreas onde DO da água de fundo
< 3 mg L
−1
ou hipoxia apareceram em 42 % e 16 % das amostras de água de fundo dos
setores S e CS, respectivamente, em julho de 2005 (Fig. 4A), e águas superóxicas ou
supersaturadas apareceram na água de fundo do setor CS em janeiro de 2006 com DO
de até 9,04 mg L
−1
(Fig. 4B). As estações do setor norte (setores CN e N) tiveram as
concentrações de oxigênio semelhantes entre superfície e fundo, bem como salinidade,
conforme indicado na Fig. 4. Foi demonstrada uma relação linear negativa entre o DO
da água de fundo e o índice de estratificação (diferença entre salinidade das águas de
superfície e de fundo) em julho (r
2
= 0,52, p < 0,05; Fig. 2A), enquanto que uma relação
positiva mostrou-se em janeiro (r
2
= 0,43, p < 0,05; Fig. 2B).
28
Figura 3. Média + erro padrão das concentrações de nutrientes (µM) (amônio (A), nitrato (NO
3
-
+ NO
2
-
)
(B), fosfato (C) e (D) Cloro-a nos setores S, CS, CN, N em julho de 2005 (Jul) e janeiro de 2006 (Jan).
As barras de erro representam o erro padrão; * p < 0,05.
Abundância e biovolume do bacterioplâncton
A figura 5 apresenta a média (superfície e fundo) das medidas de abundância e
biovolume dos três morfotipos bacterianos em ambos os períodos de coleta. A
abundância média de cianobactérias cocóides (CCY) variou de 1,02 × 10
5
a 3,21 × 10
6
células mL
−1
, com maior aumento (5,4 vezes) detectado no setor S. Ao comparar os
valores médios de inverno com os de verão, foi observado que todos os setores
apresentaram maior abundância de CCY no verão (Fig. 5A, B).
29
Figura 4. Distribuição horizontal do oxigênio dissolvido na água de fundo em julho de 2005 (A) e em
janeiro de 2006 (B). As listras pretas representam áreas < 1,5 m de profundidade não amostradas.
A abundância relativa de CCY variou de 12 % a 65 % do total de células
procarióticas com a maior contribuição detectada no sector S (Fig. 5). A abundância de
bactérias filamentosas heterotróficas (HF) variou de 8,03 × 10
3
a 1,18 × 10
5
células
mL
−1
, tendo os maiores valores detectados no verão em todos os setores. Novamente,
assim como para as CCY, o maior aumento na abundância de HF foi observado no setor
S (4 vezes). A abundância relativa de HF variou de 0,3 % a 5,9 % do total de
procariotas, sendo que a maior contribuição foi observada na água de fundo do setor
CS. A abundância média de células cocóides+bastonetes heterotróficas (HCR) variou
de 1,17 × 10
6
a 1,73 × 10
6
células mL
−1
(Fig. 5 A, B).
30
Os valores de abundância absoluta de HCR não variaram significativamente nem
no tempo e nem no espaço. Entretanto, sua abundância relativa variou
significativamente, de 35 para 88 % do total de bactérias. Em julho, as bactérias
heterotróficas dominaram a comunidade bacteriana em todos os sectores (Figs. 5A e 6).
Em janeiro, CCY dominou a comunidade procariota nos setores S e parte do setor CS
(Fig. 6), enquanto que as bactérias heterotróficas foram as mais abundantes nos setores
CN e N (Fig. 5B). As abundâncias das bactérias HF e CCY apresentaram uma
distribuição espaço-temporal semelhante no mês de janeiro, ambas apresentando um
gradiente crescente em direção ao sul (Fig. 5B). O biovolume dos três morfotipos de
bactérias aumentou no verão (Fig. 5C–D) e o biovolume de CCY sempre foi
significativamente superior ao biovolume das HCR (fig. 5 C-D). Os biovolumes médios
variaram entre 0,38 e 1,37 µm
3
para CCY, 0,31 e 1,12 µm
3
para bactérias HCR e entre
3,32 e 11,34 µm
3
para bactérias HF.
Os biovolumes de CCY não variaram significativamente entre os 2 meses, mas os
biovolumes de bactérias HF e HCR mostraram ser maiores no verão (fig. 5 D). A
distribuição espacial do biovolume bacteriano diferenciou-se entre os períodos. Em
julho, o biovolume das CCY aumentou dos setores centrais em direção os extremos (Sul
e Norte) (Fig. 5 C), enquanto que o de bactérias HF aumentou em direção ao sul e o de
bactérias HCR parece não variar. No verão, os biovolumes foram mais elevados em
direção a porção norte da Lagoa, demonstrando uma correlação positiva com a
concentração de nutrientes (Figs. 2 e 5 D).
A variação vertical da abundância bacteriana foi significativa nas estações
estratificadas, tendo os maiores valores na água de fundo. Para melhor explicar a
31
relação espacial das bactérias com o oxigênio do fundo, apenas a abundância bacteriana
da água de fundo foi mostrada na Fig. 6.
Figura 5. Média + erro padrão das abundâncias de bactérias filamentosas heterotróficas (HF),
cianobactérias cocóides (CCY), cocóides+bastonestes heterotróficas (HCR) (A, B) e seus respectivos
biovolumes (C, D) nos setores S, CS, CN, N em julho de 2005 (Jul) e janeiro de 2006 (Jan). O eixo Y da
esquerda refere-se às bactérias filamentosas e o eixo Y da direita refere-se às bactérias
cocóides+bastonetes (CCY e HCR). As barras de erro representam o erro padrão; * significa diferença
estatística entre os grupos de bactérias por setor (p<0,05).
Observou-se que a abundância de CCY foi mais elevada nos setores ao sul da
laguna (Fig. 6). Como mostrado anteriormente, as bactérias heterotróficas dominaram a
comunidade bacteriana em todos os setores em julho e a abundância mais alta foi
encontrada na água de fundo do setor CS, onde o oxigênio foi baixo e a salinidade a
32
mais alta (Fig. 6B). Em janeiro (verão), a abundância de CCY mais alta foi detectada
nos setores sul e CS (Fig. 6 C), enquanto que as bactérias heterotróficas não exibiram
nenhuma tendência espacial, diferentemente daquela observada no inverno (Fig. 6 D).
Figura 6. Distribuição horizontal da abundância de cianobactérias cocóides (CCY) em julho (A), de
bactérias heterotróficas totais (filamentosas + cocóides+bastonetes) em julho (B), de cianobactérias
cocóides (CCY) (C) e de bactérias heterotróficas totais (D) em janeiro. Os pontos são estações amostrais
e as cores representam a variação na abundância. As listras pretas representam áreas < 1,5 m de
profundidade não amostradas.
33
Análises estatísticas
As análises de PCA revelaram uma separação temporal clara entre amostras de
verão e inverno através do eixo 1, o qual explicou 43 % do total da variação. A
salinidade esteve positivamente relacionada com os dados de inverno, enquanto a luz e
a temperatura influenciaram positivamente as bactérias no verão (Fig. 7A). As
diferenças entre o bacterioplâncton dos setores Sul e Norte foram ocasionadas pela
concentração de amônio e clorofila-a, em menor proporção, os quais foram as variáveis
que mais influenciaram a distribuição dos dados no eixo 2 (Fig. 7A)
As figuras 7 B, C demonstraram os fatores que melhor explicaram a variabilidade
espacial do bacterioplâncton em cada campanha. Em julho, amônio, I
0
e salinidade
foram as variáveis abióticas que melhor explicaram a separação das amostras do setor
central daquelas do sul através do eixo 1 (35 % da variação total). Entre os fatores
bióticos, a abundância de cianobactérias e células filamentosas heterotróficas (HF)
pareciam estar mais relacionadas com o grupo de amostras do setor sul. O eixo 2
explicou 26 % da variância total, sendo que o fosfato e a cloro-a foram inversamente
relacionados com as amostras do setor sul (Fig. 7B).
Em janeiro (Fig. 7 C), 58 % da variância total foi explicada pelo eixo 1, sendo as
amostras do sul separadas das do norte, principalmente devido à influência do amônio
nos biovolumes de cianobactérias e bactérias heterotróficas cocóides+bastonetes
(HCR), e I
0
regulando a abundância de cianobactérias e bactérias HF, agrupadas nos
setores S e CS.
34
Figura 7. Resultados da ACP realizada com as amostras de água coletadas nos setores S, CS, CN e N em
ambas as campanhas amostrais (A), em julho (Jul) (B) e em janeiro (Jan) (C) com os parâmetros
bacterianos e variáveis ambientais. As concentrações receberam a transformação de log. sf = superfície,
md = meio, bt = fundo, HFA abundância de bactérias filamentosas heterotróficas, CCYA abundância de
cianobactérias cocóides, HCRA abundância de bactérias heterotróficas (cocóides+bastonetes), HFB
biovolume de bactérias filamentosas heterotróficas, CCYB biovolume de cianobactérias cocóides, HCRB
biovolume de bactérias heterotróficas (cocóides+bastonetes).
35
DISCUSSÃO
Variabilidade do bacterioplâncton no espaço e no tempo
Os parâmetros abióticos e Chl a variaram tanto espacialmente quanto
temporalmente na laguna, tal como anteriormente descrito em outros estudos [15, 16,
31, 46]. Além da morfologia da laguna, essas variáveis têm grande influência sobre a
distribuição espaço-temporal do bacterioplâncton.
As assembléias bacterianas também variaram no espaço e no tempo. A
variabilidade temporal foi principalmente regulada pela intensidade de luz, temperatura
e salinidade.
A maior quantidade de luz incidente e, por conseguinte, maior temperatura da água
no verão estimulou o crescimento bacteriano, como demonstrado pelo aumento na
abundância bacteriana, principalmente das CCY. O elevado coeficiente de atenuação
luz (k) das águas do sector S no verão e, conseqüentemente, a menor penetração de luz
solar através da coluna d’água neste setor, poderia ter diminuído a produção biológica
de oxigênio na água de fundo. Entretanto, a abundância de bactérias cocóides-
bastonetes heterotróficas não aumentou significativamente com o tempo. Este fato
sugere que as células bacterianas heterotróficas estejam sendo reguladas por outros
fatores, podendo ser mecanismos de regulação bottom-up (nutrientes, matéria orgânica)
ou top-down (vírus e pastadores). Muitos vírus marinhos são extremamente hospedeiro-
específicos, o que pode ser uma possível resposta para o controle das células HCR [8,
41]. O efeito da infecção de populações bacterianas por viroses depende da abundância
e da atividade, sugerindo que os grupos dominantes de bactérias são os mais
36
susceptíveis ao controle viral do que as populações raras, e assim removendo as
populações mais numerosas. No entanto, o oposto pode ocorrer, ou seja, grupos de
bactérias raras podem ser mais suscetíveis a infecções virais [7].
A diminuição da salinidade em janeiro foi uma indicação de uma maior entrada de
água doce na laguna, como a maior precipitação que ocorre durante esse mês, e outras
fontes de água doce, tais como as descargas de efluentes domésticos que aumenta
durante as férias de verão [17]. A entrada de material terrígeno na Lagoa da Conceição
e em outras lagoas aumenta os teores de nitrogênio inorgânico e de sílica [16], o que
pode ter causado o aumento no número de cianobactérias e de cloro a [58].
As concentrações mais elevadas de nutrientes inorgânicos dissolvidos no inverno
(estação seca) associadas à maior abundância relativa de bactérias heterotróficas
indicam potencial mineralização de matéria orgânica durante esse período, uma vez que
há pouca entrada de água doce no inverno. Foi observado na laguna que uma maior
remineralização e re-suspensão de sedimentos ricos em nutrientes ocorreram no período
de outono/inverno [15]. No verão (janeiro de 2006), um padrão inverso foi observado,
com predominância de CCY e cloro a em locais com níveis baixos de nutrientes
corroborando com a hipótese de que a assimilação de nutrientes ocorre
preferencialmente durante esta estação [15]. No entanto, além das bactérias, outros
microorganismos podem estar assimilando os nutrientes, tais como células
fotoautotróficas eucariotas.
A acumulação de biomassa e de grande densidade de fitoplâncton já foi relatada no
setor Sul devido ao grande tempo de residência da água em comparação com os outros
locais [31, 45]. Normalmente, as taxas de renovação de água mais rápidas dos setores
37
norte e centrais promovem a advecção dos microrganismos planctônicos, complicando
o estudo da dinâmica temporal para esses locais [31, 45].
As menores concentrações de DO de água de fundo foram encontradas quando as
bactérias heterotróficas dominaram a comunidade de procariotas em julho de 2005
(Figs. 3A e 6A, B). Por outro lado, quando as CCY dominaram a comunidade
procariótica do setor S em janeiro de 2006, o DO do fundo foi mais elevado do que
aquele medido em julho de 2005, mas não tão elevados como os valores detectados nas
águas de fundo da porção estratificada da Lagoa. Uma explicação possível para
ausência de níveis elevados de DO na água de fundo do setor Sul pode ter sido a baixa
disponibilidade de luz para a fotossíntese oxigênica, uma vez que o valor de k foi em
média, 2.4-vezes superior do que aquele medido no setor CS.
Espacialmente, os biovolumes bacterianos foram positivamente correlacionados
com os nutrientes inorgânicos dissolvidos no verão. As entradas de água doce do Rio
João Gualberto no setor norte são as principais fontes de nutrientes para o sistema,
principalmente de nitratos e fosfatos [31], criando um gradiente espacial de nutrientes
na Lagoa. Sabe-se que células maiores, com uma menor razão superfície-volume
celular, crescem preferencialmente em elevadas concentrações de nutrientes devido à
sua maior Ks (constante de meia saturação), onde bactérias filamentosas, cianobactérias
coloniais e células fitoplanctônicas eucariotas são favorecidas [11]. Os nutrientes
podem regular (regulação bottom-up) as atividades bacterianas como produção,
abundância [22, 27, 43, 48, 61] e tamanho [5, 47, 50], podendo ser considerados com
um fator controlador do tamanho e da abundância do bacterioplâncton da Lagoa. Por
outro lado, a regulação top-down pode ser importante no controle das características
38
morfológicas das bactérias. A relação negativa entre abundância e tamanho e a
semelhante tendência espacial no número de células de CCY e HF demonstrada na Fig.
5B, D é semelhante ao que tem sido descrito em ecossistemas aquáticos [12, 26, 49],
nos quais a composição da comunidade bacteriana é alterada por desencadear alterações
morfológicas em direção as extremidades inferiores e superiores do intervalo de
tamanho celular. Uma vez que os protozoários pastam preferencialmente células
bacterianas dentro do intervalo de comprimento de 1 a 3 µm [21], bactérias
filamentosas (> 10 µm de comprimento) podem encontrar um nicho ecológico sob
elevada pastagem por protozoários [49]. Além de predação por protozoários, vírus são
considerados importantes reguladores da estrutura da comunidade bacteriana em
sistemas aquáticos, especialmente naqueles produtivos [33, 56, 59, 62, 63]. Assim, a
importância dos vírus na regulação das assembléias bacterianas na laguna precisa ser
considerada.
A função de bactérias em águas estratificadas
Como a temperatura das águas superficiais e de fundo não variou
significativamente, a estratificação vertical da coluna d’água se deu principalmente
devido ao gradiente vertical salino, sobretudo no setor CS, o qual é localizado mais
próximo do canal que conecta a laguna ao mar. A estratificação da água e a respiração
microbiana são os principais fatores que levam a formação de hipoxia e anoxia, pois a
estratificação não permite um intercâmbio vertical entre o fundo e as camadas
superficiais da coluna d’água [4, 6]. Mais longe da conexão com o mar, as pequenas
entradas de água doce nos setores CN, N e S também podem criar gradientes verticais
39
de densidade, mas fracos. Além disso, ventos moderado para fortes podem facilmente
perturbar a estabilidade da coluna d’água e misturá-la totalmente [31]. Assim, a
estabilidade da coluna d’água da Lagoa pode ser afetada principalmente por ventos e
intercâmbio entre as águas da lagoa-oceano. Águas hipóxicas foram observadas apenas
em julho de 2005, na água de fundo das estações estratificadas dos setores S e CS (Fig.
3 A), quando células bacterianas heterotróficas dominaram a comunidade bacteriana
(até 85 % do total) e nutrientes, principalmente amônio, estiveram em concentrações
mais elevadas. Estas conclusões sugerem que as bactérias heterotróficas dominantes
possam estar mineralizando a matéria orgânica dissolvida (DOM) a amônio, tal como
confirmado anteriormente [18, 28]. No entanto, o mais surpreendente foi a acumulação
de águas supersaturadas em oxigênio no fundo das estações altamente estratificadas em
janeiro de 2006 (Figs. 3B e 4B), o que não é comum [4]. Normalmente, em sistemas
estuarinos rasos, o desenvolvimento de hipoxia na água de fundo ocorre sazonalmente e
coincide, freqüentemente, com a estratificação salina durante o verão [13, 39]. No
entanto, na Lagoa da Conceição, temos observado que, durante o verão, a luz pode
chegar até o fundo e tendo luz disponível, microorganismos fotoautotróficos oxigênicos
(cianobactérias e fitoplâncton eucariota) podem produzir oxigênio na água de fundo de
locais estratificados, aumentando os níveis de oxigênio. Esta água de fundo rica em
oxigênio foi observada no setor CS em dezembro de 1983, quando condições
semelhantes de penetração de luz foram descritas [45].
Assim, os resultados do nosso estudo sugerem que a produção/consumo de
oxigênio na água de fundo de águas altamente estratificadas pode estar associada não
somente à predominância de uma comunidade bacteriana heterotrófica, mas também à
40
quantidade de luz disponível na água de fundo favorecendo o crescimento e a atividade
de procariotas fotoautotróficos.
REFERÊNCIAS
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estuary, Southern Brazil (32
º
S; 52
º
W): relationship with phytoplankton production and
suspended material. Estuar Coast Shelf Sci 35: 621-635.
2. Abreu PC, Granéli HW, Odebrecht C (1995) Produção fitoplanctônica e bacteriana na região
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45
4. CAPÍTULO 2
O PAPEL DAS BACTÉRIAS FOTOTRÓFICAS ANOXIGÊNICAS NA
PRODUÇÃO PRIMÁRIA DE UMA LAGOA COSTEIRA ESTRATIFICADA
NO SUL DO BRASIL*
Maria Luiza S. Fontes, Marcelino T. Suzuki, Matthew Cottrell & Paulo C. Abreu
*Tradução de artigo submetido para a revista Limnology & Oceanography
RESUMO
Nós investigamos a variabilidade espaço-temporal da produção primária total
(oxigênica + anoxigênica) e os seus principais fatores reguladores em uma laguna
estratificada, Lagoa da Conceição, localizada no sul do Brasil durante o verão e o
outono Austral de 2007. Ademais, a contribuição de bactérias anaeróbicas anoxigênicas
fototróficas (AnAnP) com relação à produção primária total pelágica foi estimada.
Ambas as concentrações de clorofila a (Chl a) e a bacterioclorofila a (BChl a) variaram
no espaço, enquanto somente a BChl a aumentou 3x do verão para o outono. No verão,
a produção de oxigênio (PPO) e a assimilação de dióxido de carbono (PPT) estiveram
acopladas, com as taxas mais elevadas e as maiores concentrações de Chl-a observadas
na região sul da Lagoa. No outono, a maior taxa de PPT e a menor de PPO indicaram
um desacoplamento entre ambas as estimativas da produção primária. A análise de
Cluster da composição da comunidade bacteriana estimada por DGGE mostrou que a
46
composição da comunidade bacteriana das estações com PPO e PPT desacoplados foi
similar. As razões médias entre Bchl a/Chl a de 0.15 e 0.28 indicam contribuições
significativas de AnAnP à fotossíntese total, tendo a luz como o fator controlador
principal da biomassa fotoautotrófica e das taxas de produção primária, sendo que os
níveis de luz mais baixos ocasionaram um aumento na BChl a e na PPT durante o
outono. A formação de “microhabitas” associados às partículas na coluna d’água do
setor sul em ambos os períodos pareceu explicar a presença de AnAnP em águas
oxigenadas. Assim, os resultados demonstraram uma contribuição significativa de
AnAnP como produtores primários na Lagoa da Conceição.
INTRODUÇÃO
Os ecossistemas costeiros (lagunas e estuários) estão entre os sistemas aquáticos
mais produtivos, exportando o carbono fixado, nitrogênio e fósforo para oceanos
oligotróficos adjacentes (Nixon 1995). A produção primária (PP) nestes ecossistemas é
afetada fortemente por processos físico-químicos e influenciada por fatores tais como a
entrada de nutrientes pela água doce e pelos nutrientes reciclados nos sedimentos.
Conseqüentemente, observa-se uma variabilidade espacial e temporal da produção
primária, tornando-se necessária a caracterização físico-química simultânea da coluna
de água para entender o funcionamento de tais sistemas (Abreu et al. 1992; Abreu et al.
1994; Medina-Gomez & Herrera-Silveira 2006). Embora a produtividade primária varie
bastante nesses sistemas, sua média é muito mais elevada do que aquela de oceanos e
comparável às zonas de ressurgência.
47
A produção primária nos estuários e nas lagoas costeiras de latitudes subtropicais
varia de um máximo de 7,28 g C m
-2
d
-1
na Lagoa Chiku, Tailândia (Lin et al. 2001) a
uma média de 2,19 g C m
-2
d
-1
na baía de Tapong, Tailândia (Lin et al. 2006), 0,42 g C
m
-2
d
-1
no mar da China Oriental (Gong et al. 2003), 0,34 g C m
-2
d
-1
em Estero de
Punta Banda (Montes-Hugo et al. 2004) e 0,36 g C m
-2
d
-1
na Dzilam-lagoa, costa da
península de Yucatan (Medina-Gomez & Herrera-Silveira 2006). Em estuários e lagoas
costeiras brasileiras a PP varia similarmente, com 1,57 g C m
-2
d
-1
na Lagoa de
Guarapina (RJ) (Knoppers et al. 1996), 0,62 g C m
-2
d
-1
no estuário de Paranaguá (PR)
(Brandini 2002) e até 159,5 mg C m
-3
h
-1
na Lagoa dos Patos (Abreu et al. 1994). Na
Lagoa da Conceição (SC), a PP chegou a 1,59 ± 0,80 g C m
-2
d
-1
(Knoppers & Kjerfve
1999) e a uma média de aproximadamente 0.54 gC m
-2
d
-1
no verão de 2002 (Fonseca
2004).
As taxas elevadas de PP promovem geralmente o acúmulo da biomassa do
fitoplâncton e da matéria orgânica particulada produzida que não é consumida por
predadores nem transportada horizontalmente, sedimentando no fundo. Se o oxigênio
não for fornecido ao fundo por processos de advecção ou pela mistura vertical, a
hipoxia se desenvolverá criando as chamadas “zonas mortas”. Peixes, crustáceos e
organismos bentônicos são excluídos destas regiões devido ao nível do oxigênio ser
inferior a 2-3 mg L
-1
(Diaz 2001; Bergondo et al. 2005; Vaquer-Sunyer & Duarte
2008). Recentemente, Diaz & Rosenberg (2008) mostraram que as “zonas mortas”
estão associadas com os principais centros de população humana localizados próximos
à costa e com as grandes quantidades de descarga de nutrientes por bacias hidrográficas
em águas costeiras. Estes autores relataram que as “zonas mortas” foram reportadas em
48
mais de 400 sistemas no mundo inteiro, afetando uma área total de mais de 245.000
quilômetros quadrados. A Lagoa da Conceição (SC) no sul do Brasil é um destes
sistemas.
Com a expansão exponencial de zonas mortas mundialmente, espera-se uma
diminuição na biodiversidade e na produção secundária (Diaz & Rosenberg 2008;
Vaquer-Sunyer & Duarte 2008). Ademais, Brewer and Peltzer (2009) reportaram que o
efeito combinado entre a diminuição de oxigênio (expansão das zonas de oxigênio
mínimmo) e o aumento na concentração de CO
2
nos oceanos (acidificação dos oceanos)
pode ser muito severo para os organismos aquáticos. Entretanto, em sistemas costeiros
rasos onde a luz pode alcançar estas zonas hipóxicas, o aumento na concentração do
CO
2
pode, por sua vez, favorecer um grupo especializado de bactérias, as bactérias
anaeróbicas anoxigênicas fototróficas (AnAnP), as quais são divididas em 5 famílias:
Rhodospirillaceae, Chromatiaceae, Ectothiorhodospiraceae, Chlorobiaceae e
Chloroflexaceae (Overman & Garcia-Pichel 2006).
Como observado mundialmente, as águas hipóxicas (zonas mortas) na Lagoa da
Conceição se formam devido à estratificação da coluna d’água e à elevada produção
primária nas águas superficiais (Odebrecht & Caruso 1987; Sierra de Ledo & Soriano-
Sierra 1994). Antes da abertura permanente do canal, em 1982, não havia nenhum
desenvolvimento de haloclina no setor central (Assumpção et al. 1981). Entretanto,
desde 1982, a anoxia nas águas de fundo do setor central tem sido descrita (Odebrecht
& Caruso 1987). Estas águas anóxicas igualmente mostraram as concentrações mais
elevadas de biomassa fotossintética, como 1.604 µg L
-1
de Chl a em maio de 1984
(Odebrecht & Caruso 1987) e 32.5 do µg L
-1
de Chl a concomitantemente às
49
concentrações de H
2
S de 34 µmol L
-1
em Março de 2003 (Fontes 2004), enquanto a Chl
a média no restante da Lagoa foi de 4-5 µg L
-1
. As concentrações do sulfeto presentes
nas águas anóxicas concomitante com a observação de águas com coloração rosada por
Fonseca (2004) sugerem a presença de sulfobactérias róseas fotossintéticas (bactérias
AnAnP) nestas profundidades. A presença de tais bactérias foi sugerida primeiramente
por Odebrecht & Caruso (1987), mas o seu papel na produção primária total da Lagoa
da Conceição não foi estudado até o momento. Sabe-se que as bactérias AnAnP são
responsáveis por altas taxas de produção primária em outros sistemas aquativos na
Espanha, tais como até 47% no lago Estanya e 52% no lago Cisó (Casamayor et al.
2008) e 10% na interface óxica/anóxica do estuário do rio de Ebro (Casamayor et al.
2001). Assim, espera-se que as bactérias AnAnP possam contribuir com uma
significativa parcela da produção primária na Lagoa.
Os objetivos deste estudo foram investigar: i) a variabilidade espacial e temporal da
produção primária na Lagoa da Conceição medida por dois métodos diferentes
(produção do oxigênio e incorporação
14
C) e ii) a possível contribuição da fotossíntese
anoxigênica para a produção primária total (oxigênica + anoxigênica) neste sistema.
MÉTODOS
Área de estudo
A Lagoa da Conceição é uma lagoa litorânea rasa “estrangulada” (Kjerfve 1986),
situada no sul do Brasil (Fig. 1). A conexão com o Oceano Atlântico Sul ocorre através
de um canal meândrico, “Canal da Barra” que tem um papel significativo na renovação
das águas da laguna (Fonseca 2006). A Lagoa (20 km
2
) se insere em uma bacia
50
hidrográfica de aproximadamente 80,23 km
2
(Porto-Filho 1993). As profundidades
média e máxima são de 1,7 m e 8,7 m, respectivamente. A luz chega freqüentemente ao
fundo de toda a laguna e as entradas de água doce são de pequena importância nos
setores Sul e Norte (Muehe & Caruso Jr 1989).
Desenho amostral e parâmetros abióticos
As amostras de água foram coletadas nos setores Sul (S), Centro-Sul (CS), Centro-
Norte (CN) e Norte (N) (Fig. 1) em duas estações do ano (verão Austral -
janeiro/fevereiro de 2007; outono Austral -abril/maio de 2007) a fim de comparar a
produção primária sob diferentes situações tróficas e ambientais. Os setores CN e N
foram agrupados neste estudo devido a sua similaridade (Fonseca et al. 2002; Fontes &
Abreu 2009). As amostras de água foram coletadas com uma garrafa de van Dorn de 3-
L em duas profundidades, a 0,5 m abaixo da superfície (água de superfície) e a 0,5 m
acima do sedimento (água de fundo), e transferidas para frascos de polietileno de 1,5 L
(para as análises de pigmentos e nutrientes) e em frascos de DBO (para os experimentos
in situ de produção primária).
A temperatura, o oxigênio dissolvido e a salinidade foram medidos in situ com um
sensor calibrado DO 85 (YSI, Yellow Springs, Ohio).
As concentrações de oxigênio < 0,72 mg L
-1
(ou < 0.5 mL L
-1
) são consideradas
subóxicas (Helly & Levin 2004; Diaz & Rosenberg 2008) e 3 mg L
-1
como sendo o
limite entre águas hipóxicas e óxicas (Bergondo et al. 2005; Crump et al. 2007). As
medidas da alcalinidade foram também realizadas e a concentração de CO
2
total foi
estimada através de algoritmos usando a alcalinidade, a salinidade, a temperatura e o
51
pH das amostras (Strickland & Parsons 1972) medidas com o pHmetro DMPH-3
(Digimed, SP, Brasil).
Figura 1. Localização e estações de amostragem na Lagoa da Conceição, Florianópolis, SC. Os números
representam as estações de coleta. South = setor Sul, CS = setor Centro-Sul, CN = setor Centro-Norte e
North = setor Norte.
O índice da estratificação foi determinado como o valor absoluto da diferença entre
a salinidade da água de fundo e de superfície. A profundidade do disco de Secchi foi
usada para estimar o coeficiente de atenuação da irradiação, k, e a radiação
52
fotossinteticamente ativa (PAR
Io
) que chega na interface ar-água para estimar a
quantidade de energia luminosa disponível na superfície e fundo das estações amostrais
(ver Fontes & Abreu (2009) para detalhes).
Pigmentos fotossintéticos e nutrientes inorgânicos
As alíquotas de água de aproximadamente 500 mL foram filtradas em filtros GF/F
(Whatman, Maidstone, Reino Unido; 0,7 µm) imediatamente depois da coleta para
determinar a clorofila a (Chl a) e bacterioclorofila a (BChl a) retidos no filtro e
nutrientes inorgânicos (amônio, nitrato + nitrito e fosfato) no filtrado. Os filtros e o
filtrado foram armazenados em -20
0
C até a análise. Os nutrientes inorgânicos foram
analisados de acordo com Grasshoff et al. (1999). Chl a de fototróficos oxigênicos e
Bchl a de fototróficos anoxigênicos foram extraídos dos filtros com acetona a 90% por
24 horas em 4°C no escuro. As concentrações dos pigmentos foram estimadas em 665
nm para Chl a e corrigidas para turbidez em 750 nm; e em 880 nm para Bchl a e
corrigidas em 772 nm para turbidez usando um espectrofotômetro Uv-Vis FEMTO 600
S (SP, Brasil) (Strickland & Parsons 1972; Jones 1979). A razão entre Bchl a e Chl a
(mol x mol
-1
) foi usada como uma estimativa da contribuição da Bchl a para o
transporte fotossintético de elétrons (Kolber et al. 2001; Goericke 2002).
Produção primária
As incubações foram realizadas logo que as amostras foram coletadas e incubadas
nas mesmas profundidades das coletas. Dois métodos de avaliação da produção
primária foram aplicados: método do O
2
(produção e consumo do oxigênio) e o método
53
do
14
C (fixação de CO
2
total) a fim medir simultaneamente a respiração, a produção
primária oxigênica e total (oxigênica + anoxigênica). As amostras de água foram
transferidas com cuidado a frascos de DBO sempre deixando extravasar um excesso de
3 vezes o volume da garrafa para evitar a formação de bolhas de ar. Frascos de DBO de
300 ml foram usados para a variação do oxigênio (2 claros e 2 escuros) e de 120 mL
para estimar a fixação de CO
2
(2 claros e 2 escuros). Antes da incubação, 3 subamostras
foram analisadas – tempo zero ou controle - para o método do oxigênio. O OD foi
medido com uma sonda DO 85 (YSI) calibrada pelo método de Winkler. Para as
medidas da fixação de
14
C, foram adicionados 1 mL de NaH
14
CO
3
a 5 µCi mL
-1
em
cada frasco. Antes da incubação, seis subamostras de 50 µL cada foram transferidas a
tubos de cintilação de 20 mL e fixadas com formaldeído a 2% (concentração final). As
amostras de água foram incubadas por 4 horas ( 8:30 a 12:30 h) sob a irradiação in situ.
No final da incubação, todos os frascos de DBO usados para o cálculo de variação do
OD foram analisados imediatamente a bordo. A produção primária líquida ou oxigênica
(PPO) foi estimada como a produção de OD nos frascos claros enquanto a respiração da
comunidade planctônica (RC) foi determinada como o consumo do OD nos frascos
escuros.
Ainda à bordo foram transferidos 8 mL de cada frasco (em duplicata) contendo
14
C
para frascos de cintilação os quais receberam uma solução de formaldeído até a
concentração final de 2%. Em laboratório, estas subamostras foram acidificadas com 1
mL de HCl 6N, borbulhados por 20 minutos para eliminar
14
CO
2
não incorporado e
neutralizados com 1 mL de NaOH 6N. O volume foi completado para 20 mL com o
líquido de cintilação (Schindler et al. 1972; Nielsen & Bresta 1984). A radioatividade
54
nas amostras foi estimada em um cintilômetro modelo LS 6500 (Beckman Coulter,
Fullerton, CA). A produção primária total (anoxigênica + anoxigênica) (PPT) foi
estimada através da fixação do carbono inorgânico (CO
2
) nos frascos claros e corrigidos
pela fixação de CO
2
no escuro (quimiossíntese). A produção primária e as taxas de
respiração foram expressas em unidades volumétricas seguindo as recomendações de
Smith (2007) para o monitoramento do estado trófico dos ecossistemas costeiros. O
quociente fotossintético (QF = moles de O
2
x moles de CO
2
-1
) foi calculado para cada
local a fim fornecer uma melhor visão do balanço entre as duas medidas fotossintéticas
(produção de O
2
e fixação de CO
2
).
Composição da comunidade bacteriana
As amostras foram armazenadas a 4°C no escuro por até 2 h antes da filtração em
laboratório. Cerca de 50 mL foram pré-filtrados em filtros GF/A (Whatman, retenção
nominal de 1,6 µm) para remover os organismos maiores. Alíquotas de 10 mL das
amostras pré-filtradas foram filtradas em filtros polissulfonados Supor 200 de 0.2 µm
(Pall Co. East Hills, NY). Estes filtros foram armazenados em 130 µL em solução
tampão para DNA e congelados em -20
0
C. As amostras foram transportadas no gelo
seco até os EUA onde a extração do DNA e a electroforese de gradiente de
desnaturação em gel (DGGE) foram executadas. Os ácidos nucléicos celulares foram
extraídos das amostras do picoplâncton usando o kit da Qiagen “DNeasy” (Qiagen,
Chattsworth, CA) e o protocolo do fabricante com modificações pequenas (Suzuki et al.
2001). O DNA bacteriano foi quantificado em espectrofotômetro. Os genes do rRNA
bacteriano foram amplificados do DNA genômico total através de PCR usando dois
55
“primers” amplamente utilizados para amplificação de genes da subunidade 16S
ribossomal bacteriana (358F-GC e 517R) em um termociclador PTC-200 (MJ Research,
Watertown, Mass.) (Muyzer et al. 1993), sob condições similares descritas em Castle &
Kirchman (2004). Os produtos de amplificação foram verificados em um gel de agarose
de 1% para verificar o sucesso da amplificação do gene.
A técnica de DGGE foi aplicada utilizando um gradiente de denaturação de
uréia/formamida de 55% e 25% combinado ao gel de poliacrilamida de 8% (Muyzer et
al. 1993). As condições da eletroforese foram sob 60
o
C em solução tampão 1X TAE
(40 mM de acetato de Tris, 1mM de EDTA a pH de 8.0) a 130 V por aproximadamente
4 ½ h. Foi utilizado brometo de etídio para corar o gel e possibilitar a visualização sob
luz UV como em eletroforese comum usando o sistema da imagem “Kodak Molecular
Imaging software 4.5” (Eastman Kodak Inc., Rochester, NY). A imagem do gel de
DGGE foi digitalizada pelo mesmo programa através dos padrões de bandas no gel
(presença/ausência), definindo as espécies bacterianas dentro de cada amostra (conjunto
de bandas verticalmente. Como Crump et al. (2007) não encontraram diferença
significativa entre os método de presença/ausência de bandas de intensidade de banda,
foi definido utilizar o método de presença-ausência. A presença da banda foi
considerada quando a sua intensidade era > 5% do que o pico máximo da banda mais
escura na linha de bandas. As amostras representantes de 3 setores da Lagoa (estações
12, 33 e 82, Fig. 1) foram comparadas com base na presença e ausência de bandas das
amostras de superfície e de fundo durante os dois períodos de tempo.
56
Análises estatísticas
A análise de variância (ANOVA) e a de componentes principais (ACP) foram
aplicadas aos dados ambientais e bióticos (respiração da comunidade planctônica e
produção primária). Para atingir os pressupostos de normalidade e homocedasticidade
dos dados, estes foram logaritmizados, log (X) para as variáveis maiores do que 1 e log
(X+1) para menores do que 1 (Zar 1999). Os grupos homogêneos foram testados com o
teste post-hoc HSD para n desiguais (Underwood 1997). As análises de ANOVA e a
ACP foram geradas com o programa STATISTICA 7.0 (Statsoft, Tulsa, OK).
As comunidades bacterianas da Lagoa foram comparadas entre os setores e período
de amostragem através da análise da matriz da similaridade feita utilizando o método de
Jaccard para dados binários. A diversidade de cada grupo resultante da análise de
Cluster foi estimada a partir da comparação dos valores de centróides. A classificação
das amostras em grupos baseada na composição das comunidades bacterianas a partir
do padrão de bandas do DGGE foi realizada através da análise de cluster usando o
método “complete linkage” (XLSTAT 2008).
RESULTADOS
Caracterização físico-química do ecossistema
A temperatura foi 27,2 ± 0,8
o
C no verão e 23,6 ± 2,8
o
C no outono, apresentando
uma variação de 8,7
o
C durante o outono (Tabela1). A salinidade média foi de 27,9 ±
2,5 no verão e 29,9 ± 2 no outono, com os maiores valores no outono (t-test p < 0,01, n
= 70). A salinidade mínima e máxima foi medida nos setores S e CS, respectivamente,
57
em ambos os períodos (Tabela 1). O índice da estratificação foi muito baixo no verão
máximo de 2,5 no setor CS (Fig. 2C), enquanto no outono foi maior, máximo de 4,8 no
setor CS (Figs. 2 C, D). Houve uma inversão pequena nos valores da salinidade de
fundo e de superfície nos setores S e CN+N no verão. A inversão na salinidade significa
que as águas mais salgadas estiveram na superfície em vez de estarem no fundo. A
profundidade do disco de Secchi média foi de 2,7 ± 0,7 m em ambos os períodos, com
os valores do setor S significativamente mais baixos do que aqueles medidos nos outros
setores.
Temporalmente, as águas do setor sul tenderam a ser mais turvas no outono,
enquanto as águas dos setores CS e da CN tenderam a águas mais limpas (Tabela 1).
Conseqüentemente, a menor e a maior intensidade de PAR que atinge as águas de fundo
(PARb) foi estimada nos setores correspondentes (médias de 132,1 ± 144,7 µmol
quanta m
-2
s
-1
no verão e 33,7 ± 41,8 µmol quanta m
-2
s
-1
no outono). As águas de fundo
do setor estratificado CS receberam intensidade luminosa oscilando em
janeiro/fevereiro, de < 35 nas estações 33 e 37 a > 255 µmol quantum m
-2
s
-1
nas
estações 49 e 53. A estação 33 recebeu uma das mais baixas intensidades de PARb em
abril/maio, somente 4 µmol quantum m
-2
s
-1
(Figs. 2 A, B). O oxigênio dissolvido (OD)
variou de 0,38 (águas de fundo - CS) a 7,7 mg L
-1
(as águas de superfície - S) (Figs. 2
E, F), com média de 6,21 no verão e 4,92 mg L
-1
no outono.
58
Tabela 1. Transparência da coluna d’água (profundidade do disco de Secchi), temperatura,
salinidade, amônio, nitrato + nitrito, fosfato e silicato medidas nas águas superficiais e de fundo
da Lagoa da Conceição no verão e no outono. Média e desvio padrão (DP) apresentados para
cada variável medida no período.
Estação
do ano
Amostra
Transp
(m)
T
Salini-
dade
NH
4
+
µM
NO
3
-
+
NO
2
-
µM
PO
4
3
-
µM
SiO
4
µM
Verão
6 sup 1.58 28.20 25.50 7.34 0.43 2.19 58.92
6 fundo 27.70 25.70 6.00 0.55 1.85 66.00
12 sup 1.80 27.80 25.60 1.58 0.30 0.43 42.17
12 fundo 26.90 25.00 6.44 0.89 1.26 74.66
20 sup 2.00 27.60 25.70 0.01 2.93 0.09 49.64
20 fundo 27.00 25.10 4.62 0.35 1.02 34.50
33 sup 2.60 28.80 29.80 2.51 0.65 0.09 31.27
33 fundo 27.00 32.10 3.24 0.48 0.73 26.02
37 sup 3.20 28.50 30.00 4.68 4.73 2.00 10.08
37 fundo 27.20 31.50 2.31 1.02 0.39 10.08
49 sup 3.40 26.90 29.90 2.28 0.77 0.09 14.92
49 fundo 26.10 31.00 8.68 0.36 0.48 22.59
53 sup 3.70 26.80 30.40 2.03 1.04 0.82 5.04
53 fundo 26.00 32.50 2.86 1.08 0.78 19.36
64 sup 4.20 26.80 28.20 6.44 0.20 2.04 20.17
64 fundo 27.60 26.90 6.38 0.27 1.36 12.50
82 sup 3.00 26.40 27.50 1.71 0.63 0.09 13.11
82 fundo 26.10 27.20 4.30 0.21 0.96 18.76
média
2.8 27.2 28.3 4.1 0.9 0.9 29.4
DP
0.9 0.8 2.6 2.4 1.1 0.7 20.7
Outono
6 sup 2.20 26.00 26.20 8.36 0.55 0.53 163.51
6 fundo 26.90 26.30 10.51 1.80 0.43 155.64
12 sup 1.76 23.60 26.70 1.19 0.66 1.02 3.27
12 fundo 23.60 27.10 2.44 0.58 1.22 18.81
20 sup 2.17 26.60 26.10 6.92 0.89 1.22 0.25
20 fundo 26.60 26.90 10.12 1.67 0.78 25.67
33 sup 2.72 23.30 30.90 0.62 3.19 0.39 46.26
33 fundo 23.60 33.80 17.93 0.63 0.53 95.30
37 sup 2.60 24.90 30.40 4.81 1.05 0.58 36.77
37 fundo 24.80 34.00 0.30 0.80 0.09 36.77
49 sup 2.72 25.10 30.10 2.83 0.77 0.43 30.92
49 fundo 25.30 33.40 7.75 0.52 0.39 51.10
53 sup 3.20 24.70 29.50 1.87 0.44 1.22 34.15
53 fundo 24.90 34.10 12.43 0.41 1.17 68.86
64 sup 2.80 18.90 30.60 21.77 0.84 0.04 36.98
64 fundo 18.90 30.40 53.71 0.53 0.14 27.89
82 sup 3.40 19.00 30.70 34.79 1.95 0.14 37.58
82 fundo 18.10 30.90 37.54 0.91 0.24 29.71
média
2.6 23.6 29.9 13.1 1.0 0.6 50.0
DP
0.5 2.9 2.8 14.9 0.7 0.4 45.3
59
Verticalmente, DO diminuiu significativamente com a profundidade (Figs. 2 E, F),
mas águas hipóxicas e subóxicas foram encontradas somente em abril/maio (Fig. 2 F).
Dentre as formas de nitrogênio inorgânico dissolvido (NID), o amônio (NH4+) foi
predominante, consistindo em 89% do NID total. A concentração de NH
4
+
média foi
menor no verão (3,96 ± 2,40 µmol L
-1
) do que no outono (13,10 ± 14,94 µmol L
-1
)
(Tabela 1), com aumento significativo nas águas subóxicas da estação 33 e no setor
Norte da Lagoa em abril/maio. Este foi o único nutriente que apresentou as
concentrações mais elevadas nas águas de fundo (p < 0,05). As médias de nitrato +
nitrito (NO
3
-
+ NO
2
-
) e fosfato foram 0,99 ± 0,94 µmol L
-1
e 0,73 ± 0,58 µmol L
-1
,
respectivamente. O silicato teve uma média de 27,28 ± 19,21 µmol L
-1
em
janeiro/fevereiro e 49,97 ± 45,30 µmol L
-1
em abril/maio. Em janeiro/fevereiro, o
silicato indicou um aumento em direção ao sul, enquanto em abril/maio os valores mais
elevados foram medidos nas águas subóxicas do setor CS.
A razão N:P variou de 3,25 a 33,77 no verão (média de 11,72) e de 1,82 a 506,60
no outono (média de 82.62). Os maiores valores em abril/maio foram devido às
concentrações crescentes de amônio assim como as baixas de fosfato nas amostras de
CN+N, pois se considerássemos somente as razões estimadas para os setores S e CS, a
razão média em abril/maio seria de 12,87. Por outro lado, a razão Si:P variou de 5,05 a
531,43 no verão (média de 92,15) e de 0,20 a 828,49 no outono (média de 145,26).
Novamente, se retirarmos os valores estimados no setor CN+N, a média total cairia para
46. Isto demonstra um desequilíbrio na relação entre os nutrientes dissolvidos
comparados à razão de Redfield de N: Si: P = 16:15:1.
60
Figura 2. Variabilidade espacial de PARb, índice de estratificação (stratification índex) e oxigênio
dissolvido (DO) em janeiro/fevereiro (A, C, E) e em abril/maio de 2007 (B, D, F). As barras de erro
representam o desvio padrão, a linha pontilhada indica [OD] = 3 mg L
-1
usada para definir o limite de
hipoxia.
Variabilidade espaço-temporal da produção primária
A Chl a apresentou uma variação sazonal relativamente pequena, com média de
4,28 µg L
-1
(1,41 - 8,24) no verão (Fig. 3A) e 4,78 µg L
-1
(2,28 - 11,46) no outono
(Figs. 3A-B). No verão houve uma diferença notável entre valores na superfície e na
61
água de fundo, particularmente nos setores S e CS, o que não foi observado no outono,
exceto por um pico Chl a na água de fundo da estação 33. Por outro lado, os níveis de
BChl a aumentaram significativamente (3-vezes) do verão para o outono. Bchl a teve
uma média de 0,89 µg L
-1
(0 - 5,3 µg L
-1
) no verão e 2,60 µg L
-1
no outono (0 - 10,4 µg
L
-1
).
Figura 3.Variabilidade espacial de pigmentos fotossintéticos: clorofila a (Chl a) em janeiro/fevereiro (A)
e em abril/maio (B), bacteriochlorophyll a (Bchl a) em janeiro/fevereiro (C) e em abril/maio (D). Surface
= água coletada a 0,5 m abaixo da superfície e bottom = água coletada a 0,5 m acima da superfície do
sedimento.
Em ambos os períodos, um pico pronunciado ocorreu na água de fundo da estação
33. Estes picos de Bchl a juntamente ao notável pico de Chl a na estação 33 no outono
parece estar associado às condições subóxicas (Figs. 2 F e 3 B, D). A razão Bchl a: Chl
a média foi de 0,15 ± 0,12 no verão e 0,28 ± 0,13 no outono, com a razão máxima
encontrada na água de fundo da estação 33 (0,47), o que indica que as bactérias
62
fototróficas anoxigênicas contribuem com uma média de 15% e 28% do transporte de
elétrons total através da fotossíntese pelágica no verão e no outono, respectivamente.
Produção primária total (PPT) - método do
14
C
A produção primária total (PPT) (incorporação de
14
C por microorganismos
fototróficos oxigênicos e anoxigênicos) média foi de 52,5 mg C m
-3
h
-1
no verão (4,2
mg C m
-3
h
-1
na estação 82 a 232,3 mg C m
-3
h
-1
na estação 6) (Fig. 4 A) e o dobro,
108,5 mg C m
-3
h
-1
no outono (10,1 mg C m
-3
h
-1
na estação 82 a 381,0 mg C m
-3
h
-1
na
estação 6) (Fig. 4 B). Geralmente, a PPT das águas superficiais foi significativamente
mais elevada do que aquela das águas de fundo (Figs. 4 A-B). As taxas mais elevadas
de PPT foram estimadas nas águas superficiais do setor sul (Figs. 4 A, B). A água de
fundo da estação 33 quando esteve subóxica apresentou o valor máximo de Bchl a,
assim como elevada PPT (220 mg C m
-3
h
-1
) (Fig. 4 B) e consumo de oxigênio (PPO
negativa). Interessantemente, as águas superficiais óxicas das estações 6 e 12 no setor S
igualmente apresentaram a taxa de fixação de CO
2
(PPT) mais elevada
concomitantemente à baixa produção primária de oxigênio (PPO) e elevada
concentração de Bchl a (Figs. 4 B, D). Este fato indica a presença de bactérias
anoxigênicas ativas em águas óxicas e subóxicas.
Produção primária oxigênica (PPO) – método do O
2
A produção primária oxigênica (PPO) média foi de 334,9 mg O
2
m
-3
h
-1
no verão,
variando de 12,8 (estação 82) a 944,1 mg O
2
m
-3
h
-1
(estação 6) (Fig. 4 C), e de 61,3 mg
O
2
m
-3
h
-1
no outono, variando e de -124,70 (estação 33) a 228 mg O
2
m
-3
h
-1
(estação
63
49) (Fig. 4 D). Geralmente, a PPO foi mais elevada em superfície (Figs. 4 C-D) e 5,5
vezes maior no verão se comparado ao outono. No verão, a PPO mais elevada foi
medida no setor sul assim como a maior PPT.
Figura 4. Variabilidade espacial da produção primária total calculada pelo método do
14
C (PPT), da
produção primária líquida oxigênica calculada pelo método do O
2
(PPO) e da respiração da comunidade
(RC) em janeiro/fevereiro (A, C, E) e em abril/maio (B, D F). As barras de erro representam o desvio
padrão. Surface = água coletada a 0,5 m abaixo da superfície e bottom = para aquela coletada a 0,5 m
acima do sedimento.
No outono, a PPT e a PPO não estiveram acopladas. É notável que as maiores
discrepâncias entre os dois métodos (assimilação de
14
C e produção de oxigênio) foram
64
detectadas nas águas superficiais das estações 6 e 12 e nas águas de fundo da estação 33
(Figs. 4 B, D). O quociente fotossintético (QF; moles de O
2
produzidos x moles de CO
2
fixados
-1
) médio no verão foi de 2,91 ± 2,03, ou seja, nove vezes mais alto do que no
outono (0,32 ± 0,33). O QF foi calculado a fim mostrar a grande variabilidade temporal
entre a produção O
2
e a fixação de CO
2
na Lagoa. O QF mínimo (0,78) e o máximo
(7,28) foram registrados nas águas de fundo das estações 82 (setor N) e 12 (setor S), em
janeiro/fevereiro; enquanto em abril/maio, a variação entre o mínimo e o máximo foi
menor, variando de 0,02 [#12 (superfície) e #33 (fundo)] a 1,33 [#52 (superfície)].
Variabilidade espaço-temporal da respiração da comunidade planctônica (RC)
A respiração da comunidade planctônica (RC= consumo do oxigênio) média foi de
128,74 mg O
2
m
-3
h
-1
no verão e 51,4 mg O
2
m
-3
h
-1
no outono, com uma variação
espacial de 12,9 (estação 82) a 312,4 mg O
2
m
-3
h
-1
(estação 49) no verão (Fig. 4 E), e
de 3,7 (estação 12) a 169,06 mg O
2
m
-3
h
-1
(estação 33) no outono (Fig. 4 F). O
quociente respiratório (QR) de 1,0 foi utilizado para converter a RC, de consumo de O
2
para carbono produzido. Assim, obteve-se uma variação de 6,84 a 117,16 mg C m
-3
h
-1
em janeiro/fevereiro, e de 3,09 a 50,72 a mg C m
-3
h
-1
em abril/maio, com uma média
de 44,68 ± 29,15 mg C m
-3
h
-1
e 21,43 ± 15,44 mg C m
-3
h
-1
, respectivamente. Uma
variação espacial similar foi observada entre a RC e a PPT em abril/maio (Fig. 4 B, F),
o que foi confirmado pela correlação positiva entre estas medidas (r = 0,68, n = 18, p =
0,002).
65
Análises estatísticas - Análise de componentes principais - ACP
O painel A da figura 5 mostra um gráfico resultante da análise de ACP feito com a
média dos parâmetros quantificados em ambos os períodos. Assim temos que
temperatura, salinidade, PARz, profundidade do disco de Secchi (SEC), DO, amônio,
silicato, Chl a, Bchl a, PPO, RC e PPT explicaram 44.1% da variação total (tabela 2). O
eixo principal 1 esteve relacionado principalmente à variabilidade temporal dos dados
(Fig. 5A). O eixo principal 2 esteve relacionado à variabilidade espacial, separando as
amostras representantes do sul daquelas dos outros setores. A temperatura, PARz, DO,
e PPO apresentaram os valores positivos mais elevados no eixo 1, estando relacionados
ao grupo do verão (janeiro/fevereiro); enquanto Bchl a, e, a um grau menor, o amônio
mostraram os valores negativos mais elevados (que explicam o grupo do outono). No
eixo 2 (variabilidade espacial), a Chl a, temperatura e PPT tiveram os valores de carga
positivos mais elevados; enquanto a profundidade do disco de Secchi e a salinidade,
apresentaram os valores negativos mais elevados (Tabela 2). Os painéis B e C
mostraram a ordenação espacial das amostras e das variáveis no verão (Fig. 5B) e no
outono (Fig. 5C) a fim facilitar a interpretação da variabilidade espacial dentro dos
períodos.
No verão, 47 % da variação total foi explicada pelos 2 eixos. PPT, PPO, DO, T e
PAR tiveram os valores positivos mais elevados, agrupando amostras do setor S no lado
positivo do eixo principal 1 (Tabela 2). SEC e amônio foram as variáveis com os
valores mais baixos no eixo 1 e estiveram relacionadas às amostras dos setores CS e
CN+N. No eixo 2, SEC, PAR, salinidade e DO igualmente estiveram relacionadas às
66
Figura 5. Análise de componentes principais (ACP) dos das variáveis ambientais e biológicas nas
estações amostrais nos períodos de janeiro/fevereiro (J/F) e abril/maio (A/M) (A), somente em
janeiro/fevereiro (B) e somente em abril/maio (C). SEC (transparência = profundidade do disco de
Secchi), PARz (PAR na coluna d’água), T (temperatura da água), SAL ( salinidade), DO (oxigênio
dissolvido), NH
4
+
(amônio), NO
3
-
(nitrato+nitrito), PO
4
3-
(fosfato), SIL (silicato), CHL (clorofila a),
BCHL (bacterioclorofila a), PPT (produção primária total), RC (respiração da comunidade planctônica),
PPO (produção primária oxigênica).
67
amostras dos setores CS e CN+N (valores positivos mais elevados), enquanto silicato e
Chl a tiveram os valores mais baixos no eixo 2 e relacionados às amostras do setor S.
Tabela 2. Valores de “carga” das variáveis utilizadas na ACP para os eixos 1 e 2. A
porcentagem de variação explicada pelos 2 eixos é mostrada em itálico e as letras A, B e C
estão relacionadas aos painéis correspondentes na figura 6. Os valores mais significativos estão
apresentados em negrito.
Axis 1
26.11%
A
Axis 2
17.97%
A
Axis 1
25.19%
B
Axis 2
22.05%
B
Axis 1
28.15%
C
Axis 2
23.08%
C
SEC
0.083
-0.519 -0.270 0.451 0.399
-0.152
PAR
0.394
-0.130
0.279 0.379
0.118
0.341
T
0.329 0.344 0.280
-0.104
-0.376
0.165
SAL
-0.214
-0.349
-0.227
0.333
0.231
-0.325
DO
0.386
-0.090
0.378 0.303
0.165
0.450
NH4+
-0.290
-0.202
-0.282
-0.152 0.185 -0.243
NO3-
0.013 -0.005 0.170 0.175 0.058 0.025
PO43-
0.149 0.194 -0.138 -0.162
-0.298
0.242
SIL
-0.223 0.139 0.202
-0.466
0.069
-0.304
CHLA
-0.208
0.474
0.188
-0.305 -0.439
-0.161
BCHL
-0.316
0.166 -0.248 -0.090
-0.294
-0.165
OPP
0.441
0.088
0.307
0.026 0.056
0.465
CR
0.172 0.158 -0.058 0.180
-0.273
-0.207
TPP
-0.107
0.288 0.462
0.092
-0.343
-0.053
No outono, 51.2% da variação total nos dados foi explicada pelos 2 eixos (Fig. 5C).
O SEC teve o maior valor negativo no eixo 1, sendo responsável pela separação das
amostras coletadas em CN+N das demais. Chl a, PPT, T, PO
4
3-
, BChl a e RC
mostraram os valores negativos mais elevados no eixo 1, explicando o agrupamento das
amostras do setor S. A salinidade e o silicato apresentaram os valores mais baixos no
eixo 2 (Fig. 5C, tabela 2). O símbolo de triângulo invertido circulado nos painéis A e C
representa as águas de fundo subóxicas da estação 33 que no painel C se relacionou
68
negativamente a PPO, DO e PAR, devido a seus valores mais elevados no lado positivo
do eixo 2 e no lado positivo do eixo 1.
Análise da composição da comunidade bacteriana
A figura 6 mostra a disposição das bandas no gel de DGGE. O padrão de bandas é
semelhante nas amostras coletadas em diferentes períodos, locais e concentrações de
oxigênio.
Figura 6. Imagem no gel de DGGE mostrando os padrões de bandas. Os números 12, 33 e 82 representam
as estações de amostragem em cada setor (12 = S, 33 = CS, 82 = NC + N); as letras minúsculas indicam a
profundidade coletada: s = água de superfície; b = água de fundo. As letras maiúsculas indicam o período
de amostragem: J = janeiro/fevereiro, M = abril/maio de 2007.
69
A análise de Cluster dos padrões das bandas no gel de DGGE mostrou que as 12
comunidades bacterianas estiveram divididas em 2 grupos principais: as águas
superficiais/de fundo da estação 12 e a água de fundo da estação 33 em maio (Grupo 1)
foram separadas das amostras restantes (Grupo 2) (Fig. 7).
Figura 7. Dendograma construído a partir da análise de cluster dos padrões de bandas observados no
DGGE baseados em uma matriz binária (presença/ausência - equação de Jaccard). Os números 12, 33 e
82 representam as estações de amostragem em cada setor (12 = S, 33 = CS, 82 = NC + N); as letras
minúsculas indicam a profundidade de coleta: s = água de superfície; b = água de fundo. As letras
maiúsculas indicam o período de amostragem: J/F = janeiro/fevereiro, A/M = abril/maio de 2007.
Este agrupamento indica que as águas de fundo da estação 33 foram mais similares
às águas superficiais e de fundo da estação 12 em maio do que às águas de superfície da
mesma estação. O outro grupo, entretanto, foi mais diverso, embora as estações 12
70
(superfície e fundo no verão) e 82 (superfície e fundo no outono) tenham agrupado. A
amostra da água de fundo da #33 foi sempre a que esteve mais diferente das demais
presentes no mesmo grupo. A mais baixa diversidade, estimada dos valores do
centróide de cada classe, foi encontrada no grupo 1 e representado pela estação 12 em
abril/maio. As comunidades bacterianas da estação 12 variaram temporalmente, de
janeiro/fevereiro a abril/maio, semelhante ao observado para as águas de fundo da
estação 33. Um total de 48 ribotipos foi representado no gel de DGGE, sendo que 20
estiveram presentes em todas as amostras.
DISCUSSÃO
Em geral, a Chl a neste estudo apresentou uma distribuição espacial similar à
descrita anteriormente para a Lagoa da Conceição, onde os valores mais elevados foram
observados no setor sul e na água de fundo do setor CS (Odebrecht & Caruso 1987;
Fonseca 2004; Fontes & Abreu 2009). As características morfológicas e as diferenças
físico-químicas do corpo d’água conduziram à divisão da Lagoa em setores desde os
primeiros estudos ecológicos neste ecossistema (Knoppers et al. 1984), pois a
hidrodinâmica e a entrada de nutrientes em cada setor influencia a distribuição
diferenciada de Chl a.
Entretanto, valores extremamente elevados deste pigmento (e.g. 1.604 µg L
-1
)
foram observados nas águas de fundo do setor central estratificado em maio de 1984
(Odebrecht & Caruso 1987). Os autores atribuíram estes elevados valores de biomassa
fitoplanctônica a células autotróficas < 2 µm, possivelmente cianobactérias.
Picocianobactérias e bactérias anaeróbicas fotoautotróficas anoxigênicas (AnAnP) são
71
encontradas freqüentemente na mesma profundidade em ambientes subóxicos e
anóxicos de lagos e fjords estratificados e rasos (Steenbergen 1982; Detmer et al. 1993;
Setala & Kivi 2003; Garcia-Cantizano et al. 2005; Casamayor et al. 2008). Assim, o
pico de Chl a observado na água de fundo anóxica do setor CS em 1984 (Odebrecht &
Caruso 1987) indica ser proveniente de uma grande densidade de picocianobactérias e
que devem estar associadas a bactérias AnAnP.
O maior tempo de residência da água justificaria a acumulação de Chl a no setor S
e igualmente na água de fundo da região CS. A respeito do setor CS, Odebrecht &
Caruso (1987) observaram que esta região deve funcionar como uma armadilha de
sedimentos, acumulando a matéria orgânica produzida na Lagoa, assim como aquela de
origem alóctone. É provável que a sedimentação nesta região seja acelerada pelas
diferenças na salinidade de superfície e fundo, promovendo a agregação de partículas
finas. A estabilização da coluna d’água e a acumulação de matéria orgânica
conduziriam às condições anóxicas e à mineralização dos nutrientes na Lagoa, como
indicado pela concentração elevada de silicato nas águas de fundo das estações do CS
em abril/maio (Tabela 1).
A estratificação da coluna d’água devido à intrusão da água salgada transformou-se
em uma característica comum na região central da Lagoa da Conceição desde a abertura
permanente do canal que conecta a Lagoa ao Oceano em 1982. Entretanto, uma
“inversão” na estratificação, isto é, com águas menos salinas no fundo foi observada no
sul e no CN+N, o que indica a intrusão da água subterrânea ou transporte de água
superficial do setor central (mais salino) aos setores de CN+N, como sugerido por
Fonseca (2004). Este fenômeno foi registrado primeiramente, mas não discutido, por
72
Assumpção e outros (1981). Odebrecht & Caruso (1987) e Fonseca et al. (2002)
igualmente observaram esta característica e apontaram como sendo resultante de
entrada de água doce subterrânea. Baseado em nossos resultados, a intrusão da água
subterrânea na coluna de água não parece representar nenhuma fonte significativa de
nutrientes inorgânicos dissolvidos, pois os principais aumentos no nitrogênio ou fósforo
não foram observados na água de fundo dos setores S e CN+N.
O desequilíbrio na disponibilidade dos nutrientes na Lagoa demonstrado pela razão
N: P < 16:1 indica que o nitrogênio está provavelmente limitando o crescimento
fitoplanctônico, pelo menos durante o estudo, pois o fósforo havia sido sugerido como o
fator limitante nos anos anteriores (Fonseca et al. 2002; Fonseca 2004; Fontes et al.
2006). Na análise de componentes principais, Chl a e silicato estiveram positivamente
relacionados em janeiro/fevereiro (Fig. 5), e a BChl a apareceu relacionada ao fosfato e
amônio. Os níveis de BChl a reportados nas águas anóxicas e interface óxica/anóxica de
lagos temperados estratificados de água doce são muito mais elevados do que os
encontrados neste trabalho, chegando a 500 µg L
-1
(Folt et al. 1989; Casamayor et al.
2008), embora valores medidos na Lagoa de Massona (Espanha) (BChl a superficial de
1,2 µg L
-1
e de águas subóxicas de 7,6 µg L
-1
) (Casamayor et al. 2008) estejam dentro
de escala semelhante à encontrada na Lagoa da Conceição. Baixas concentrações de
BChl a são reportadas para sistemas costeiros oxigenados, tais como a Lagoa de
Lapalme (França) (Lami et al. 2009), águas sobre a quebra de plataforma no “Mid-
Atlantic Bight” (Cottrell et al. 2006), superfície do mar Báltico (Koblizek et al. 2005a)
e a costa sul da Califórnia (Goericke 2002), indicando uma possível tendência na
73
distribuição de BChl a com valores crescentes do ambiente óxico para o anóxico e do
oceano aberto para a costa.
A relação entre as bactérias que contêm Bchl a e as concentrações de amônio
(nitrogênio inorgânico) foi observada primeiramente nos estuários de Delaware e
Chesapeake (U.S.) (Waidner & Kirchman 2007). É notável que a luz parece ter sido o
principal fator regulador da variação temporal deste pigmento na Lagoa da Conceição e
nos estuários de Delaware e Chesapeake. Enquanto a Chl a não variou
significativamente entre os períodos de amostragem, a BChl a variou
consideravelmente, com os valores mínimos e máximos registrados no verão e outono,
respectivamente. O aumento na Bchl a na maioria das estações de amostragem
coincidiu com o declínio na penetração da luz na água de fundo da Lagoa, de 132,1 ±
144,7 µmol quanta m
-2
s
-1
no verão para 33,7 ± 41,8 µmol quanta m
-2
s
-1
no outono.
Sabe-se que a máxima síntese de Bchl a pelas bactérias anaeróbicas anoxigênicas
fototróficas (AnAnP) ocorre sob baixa intensidade luminosa (Bauer et al. 1993; Yurkov
& Beatty 1998). Por outro lado, as bactérias aeróbicas anoxigênicas fototróficas
(AAnP) têm a síntese do seu pigmento inibida pela luz (Koblizek et al. 2005b; Koblizek
et al. 2007).
A produção fototrófica das bactérias que contêm BChl a parece ter conseqüências
importantes para a produção primária da Lagoa da Conceição. Durante o outono, as
taxas mais elevadas na fixação de dióxido de carbono (PPT) e a baixa produção de
oxigênio (PPO) caracterizaram um desacoplamento entre ambos os processos e geraram
quocientes fotossintéticos (QF) (moles de O
2
produzidos x moles de CO
2
fixados
-1
)
contrastantes em ambos os períodos. Por exemplo, no verão, o QF (média = 2,91 ±
74
2,03; 0,78 - 7,28) demonstrou uma elevada variabilidade espacial e geralmente, houve
mais oxigênio produzido comparado ao carbono assimilado. Ao contrário, no outono, o
QF médio de 0,32 ± 0,33 e a pequena variação espacial (de 0,02 a 1,33) mostraram a
predominância da fixação do CO
2
sobre a produção de oxigênio. Assim, diferente de
outros ecossistemas onde os baixos valores de PQ são associados com um aumento na
respiração da comunidade (Irwin 1991; Taddei et al. 2008), a diminuição desta relação
na Lagoa da Conceição no outono pode ter sido gerada por taxas elevadas na fixação de
dióxido de carbono pelas bactérias AnAnP.
A respiração da comunidade planctônica mais elevada medida no verão não levou
ao desenvolvimento de águas de fundo hipóxicas/subóxicas, enquanto menores taxas de
respiração no outono coincidiram com águas de fundo hipóxicas/subóxicas no CS, o
que foi principalmente atribuído à diminuição na PPO. Isto explicaria o fenômeno
observado por Fontes & Abreu (2009) que relataram águas de fundo ricas em oxigênio
no verão (janeiro) e hipóxicas no inverno (julho), ambos medidos na coluna d’água
altamente estratificada do setor CS. Os autores concluíram que a produção e/ou o
consumo de oxigênio estariam regulados pela quantidade de luz disponível aos
microorganismos fotoautotróficos (cianobactérias) abaixo da haloclina.
A Chl a é o pigmento fotossintético sintetizado por todos os organismos
fototróficos oxigênicos (cianobactérias, algas e plantas), permitindo que fixem CO
2
através do ciclo de Calvin-Benson. A Bchl a é sintetizada por uma assembléia mais
diversa de bactérias, a qual inclui bactérias aeróbias anoxigênicas fototróficas (AAnP),
conhecidas como fotoheterotróficas, e as bactérias anaeróbicas anoxigências
fototróficas (AnAnP). As primeiras não fixam CO
2
, pois não possuem a enzima
75
Ribulose-1,5-bisfosfato carboxylase/oxygenase (RuBisCO) e além disso, a síntese do
pigmento fotossintético somente é possível na presença de oxigênio (Yurkov & Beatty
1998; Kolber et al. 2000; Goericke 2002). Além das bactérias AAnP, Synechococcus,
Prochlorococcus e aquelas que contêm proteorodopsina constituem o grupo das
bactérias fotoheterotróficas, pois obtêm sua energia química de fótons e o carbono das
substâncias orgânicas (Cottrell & Kirchman 2009). Entretanto, Kolber et al. (2001)
reportaram baixa fixação de CO
2
por AAnP em culturas isoladas em laboratório,
equivalente a somente 1% do anabolismo total do carbono. Por outro lado, as bactérias
AnAnP habitam ambientes com baixos níveis ou ausência de oxigênio possuem a
RuBisCO, e portanto, são capazes de fixar CO
2
(Overmann et al. 1992; Yurkov &
Beatty 1998). Estas bactérias são encontradas abundantemente logo abaixo da oxiclina e
nas águas subóxicas de lagos estratificados rasos, estuários e lagoas costeiras (Pedrós-
Alió et al. 1999; Garcia-Cantizano et al. 2005; Casamayor et al. 2008).
Assim, o aumento na fixação do dióxido de carbono durante abril/maio na Lagoa
da Conceição possivelmente derivou do crescimento de bactérias AnAnP, beneficiadas
das condições hipóxicas/anóxicas e da diminuição de luz na água de fundo das estações
do setor CS. Entretanto, é notável o fato de que a maiores taxas de PPT e baixas taxas
de PPO foram medidas em águas superficiais das estações 6 e 12 no setor sul, durante o
mesmo período. Em ambos os períodos de amostragem, estas estações apresentaram
níveis elevados de oxigênio e uma coluna d’água homogênea. Esta observação levantou
duas perguntas importantes: 1) as comunidades bacterianas fotoautotróficas dos setores
S e CS são similares? e 2) como as bactérias anaeróbicas fotoautotróficas anoxigências
sobreviveriam sob condições aeróbias?
76
A análise de Cluster dos padrões observados pelo DGGE mostrou que as
comunidades bacterianas de águas de fundo subóxicas da estação 33 e de águas
superficiais óxicas da estação 12 em abril/maio mostraram um nível de similaridade
relativamente alto (Fig. 6), da mesma forma como foi observado na baía de Chesapeake
durante o início do desenvolvimento de anoxia no verão (Crump et al. 2007). Estes
resultados sugerem que as mesmas espécies ou bactérias estreitamente relacionadas às
que contêm Bchl a estejam presentes em ambas as estações e são responsáveis pelo
aumento significativo na fixação de dióxido de carbono observado durante o outono. Na
estação 33, como ao invés de produção de oxigênio nos frascos claros houve consumo
de O
2
(valores negativos de PPO) durante o outono, foi possível estimar a contribuição
de PP anoxigênica para a PPT através da utilização de um QF médio de 1,2 (Asmus
1982). Assim, subtraindo a respiração na luz da respiração no escuro chegamos ao valor
real de produção oxigênica convertida em carbono de 11,8 mg C m
-3
h
-1
. Subtraindo
este valor da PPT (220,8 mg C m
-3
h
-1
), nós estimamos a PP anoxigênica de 209 mg C
m
-3
h
-1
, que significa que 94,7% da fixação total de CO
2
poderia ser atribuída à
fotossíntese anoxigênica nestas águas subóxicas da estação 33.
A respeito da segunda pergunta, é provável que a elevada concentração de
partículas presentes durante todo o ano no setor S, como indicado pela baixa
transparência da coluna d’água, tenha fornecido condições adequadas para a atividade
de bactérias AnAnP aderidas ao material particulado. Como partículas permitem a
formação de um gradiente de oxigênio e de luz do exterior à parte interna, a anoxia
pode desenvolver-se no interior das mesmas, dependendo do seu tamanho (> 500 µm) e
formando, assim, o nicho de baixo oxigênio e luz em águas oxigenadas superficiais
77
(Ploug et al. 1997). Em sistemas costeiros como os estuários de Delaware, de
Chesapeake (U.S.) e a laguna de Lapalme (França), as bactérias aeróbicas fototróficas
anoxigênicas (AAnP) estiveram preferencialmente aderidas às partículas (Waidner &
Kirchman 2007, 2008; Lami et al. 2009), o que também pode estar acontecendo com as
bactérias de AnAnP na Lagoa da Conceição.
A contribuição das bactérias anoxigênicas fototróficas para a produção primária
total planctônica da Lagoa foi estimada através da razão Bchl a /Chl a que tem sido
utilizada como estimativa da produção de energia em um sistema (Goericke 2002).
Desde o trabalho de Kolber et al. (2001), sabe-se que bactérias contendo Bchl a
apresentam uma eficiência de utilização de luz por unidade de cromóforo semelhante à
observada para as fototróficas oxigênicas e que, desta forma, as taxas de fotossíntese
podem ser relacionadas às concentrações de Chl a e Bchl a. A razão média Bchl a/Chl a
na Lagoa da Conceição (0,15 em janeiro/fevereiro e 0,28 em abril/maio) foi muito mais
elevada do que aquelas razões de 0,008 e 0,01 estimadas por Goericke (2002) e Cottrell
et al. (2006), respectivamente e mais semelhante à razão entre 0,05 e 0,10, estimada por
Kolber et al. (2001). As razões mencionadas pelos autores foram calculadas para águas
oxigenadas e muito provavelmente baseadas na concentração de Bchl a de bactérias
aeróbicas fototróficas anoxigências (AAnP). Na Lagoa da Conceição,as razões foram
baseadas na Bchl a de ambas as bactérias anoxigênicas (AAnP e AnAnP), o que explica
provavelmente a contribuição mais elevada das bactérias que contêm Bchl a para a
fotossíntese total, especialmente em abril/maio (28%).
78
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados deste estudo demonstram a importância das bactérias anaeróbicas
fotoautotróficas anoxigênicas (AnAnP) como produtores primários na Lagoa da
Conceição, reforçando os trabalhos anteriores. A estratificação e a disponibilidade de
luz parecem ser os principais responsáveis pela elevada fotossíntese nas águas de fundo
da Lagoa, entretanto, estudos futuros devem centrar-se sobre o destino da produção
desta matéria orgânica. A produção de biomassa nas águas subóxicas de sistemas
costeiros rasos deve ser considerada em modelos de fluxo de carbono e de dinâmica da
energia nestes sistemas, por representar até 47% da fotossíntese total planctônica.
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5. CAPÍTULO 3
CADEIA ALIMENTAR MICROBIANA NA "ZONA MORTA" DA LAGOA DA
CONCEIÇÃO - UMA FONTE SIGNIFICATIVA DE CARBONO
RESUMO
Para examinar a transferência da produção bacteriana em região com baixo nível de
oxigênio dissolvido (OD) na Lagoa da Conceição foram quantificadas a densidade e a
biomassa de bactérias e protozoários na água de fundo da estação estratificada (#33) em
quatro ocasiões entre janeiro e maio de 2007. Além disso, amostras da água superficial
e de fundo desta mesma estação foram comparadas com outra localizada em região
homogênea e oxigenada (#82) no verão e outono de 2007. Foi dada atenção especial a 4
grupos funcionais do bacterioplâncton (cianobactérias - CCY, filamentosas
heterotróficas - HF, cocóides e bastonetes heterotróficas – CB e cf. sulfobactéria - SB),
a 4 classes de tamanho de flagelados (<7,5, 7,5-25, 25-50 e >50 µm) e a 3 classes de
ciliados (7,5-25, 25-50 e >50 µm). A estrutura da assembléia bacteriana da região
estratificada sofreu alterações com a redução na concentração de OD, apresentando uma
diminuição na contribuição de cianobactérias e um aumento na contribuição de células
heterotróficas cocóides e bastonetes (CB) para a biomassa total de procariotas. A
biomassa dos 3 grupos bacterianos (CCY, CB e HF) diminuiu em abril, quando a queda
de oxigênio foi brusca, passando de condição hipóxica para subóxica, o que favoreceu
as sulfobactérias. Esta alteração na composição do bacterioplâncton pode ter sido
promovida pela seleção de populações de espécies adaptadas a baixo OD ou pela ação
de predação do protozooplânton sobre as populações bacterianas, pois foi observada
86
uma correlação positiva entre a biomassa de CCY, HF e a biomassa de flagelados entre
25-50 µm, e entre a densidade de bactérias CB e a biomassa de flagelados menores, 7,5-
25 µm. As sulfobactérias (com o maior biovolume, 19,2 µm
3
) mostraram-se
correlacionadas com ciliados > 50 µm que ocorreram na água de fundo somente sob
OD < 3mg/L. A biomassa de bacterioplâncton (0.32 µg C mL
-1
) e de protozooplâncton
(flagelados, 0.26 µg C mL
-1
e ciliados, 0.18 µg C mL
-1
) na água de fundo subóxica da
#33 foi muito superior àquela da #82 que apresentou somente 0.065, 0.054 e 0.006 µg C
mL
-1
de biomassa de bactérias, flagelados e ciliados, respectivamente, o que demonstra
a importância da produtividade bacteriana e como esta matéria formada pode ser
transferida através de uma cadeia alimentar microbiana estabelecida em região
hipóxica/subóxica, erroneamente considerada “zona morta”.
INTRODUÇÃO
Diaz e Rosemberg (2008) mostraram que a expansão de “zonas mortas”, isto é,
zonas onde há a eliminação de peixes e crustáceos, devido à hipoxia (oxigênio
dissolvido < 3 mg L
-1
), tem aumentado exponencialmente em várias regiões do planeta
desde 1960. Isto tem trazido sérias conseqüências para o funcionamento e exploração
dos sistemas costeiros. Os autores apontam o oxigênio dissolvido (DO) como uma
variável de grande importância ecológica que apresentou a mudança mais dramática em
um período de tempo tão curto, sendo que condições de hipoxia e anoxia estão entre as
influências antropogênicas deletérias mais difundidas em ambientes marinhos
estuarinos, especialmente devido à eutrofização cultural. Além disso, estima-se que
87
metade das zonas mortas se formam sazonalmente, entre o verão e o outono, quando a
estratificação da coluna d’água é mais forte devido ao aumento da temperatura da água
superficial, sendo persistente por vários meses.
Desta forma, o efeito do aquecimento global que leva a um aumento na
temperatura da água superficial do oceano, somado ao crescimento populacional e
incremento de esgotos domésticos e industriais ao longo das costas em todo o mundo
pode fazer com que as zonas mortas dobrem sua área até o final do século (Vaquer-
Sunyer & Duarte 2008).
Entretanto, alguns microorganismos que habitam tais zonas como as bactérias são
tolerantes a baixos níveis de oxigênio, podendo constituir a base da cadeia alimentar em
“zonas mortas” (Fenchel et al. 1990; Gomes & Godinho 2003; Gobler et al. 2008).
Sabe-se que os principais consumidores do bacterioplâncton são nanoflagelados e
ciliados (Sherr et al. 1992; Hahn & Höfle 2001), pois o mesozooplâncton não consome
eficientemente células pequenas como o picoplancton (0.2 a 2 µm) (bactérias e
cianobacterias cocóides). Além disso, algumas espécies de flagelados e ciliados têm a
capacidade de proliferar ativamente na coluna d’água quando esta se torna anóxica
(Fenchel & Finlay 1990; Fenchel 2002; Hayward et al. 2003). Assim, a bacterivoria
exercida por protozoários (ciliados e flagelados heterotróficos e mixotróficos) pode ser
o principal mecanismo de transferência da energia e carbono produzidos nas zonas
mortas.
88
No Brasil, entre os sistemas costeiros que apresentam hipoxia e/ou anoxia estão: a
Lagoa da Conceição, SC, Lagoa Rodrigo de Freitas, RJ, Lagoa de Imboassica, RJ, Baía
Pina, PE e Baía de Guanabara, RJ (Diaz & Rosenberg 2008). A formação das zonas
mortas na Lagoa da Conceição entre o final do verão e outono (Fonseca 2004; Fontes
2004) não se dá apenas em função do aumento da temperatura superficial no verão, mas
também pela variação na intensidade luminosa, que influencia na produção primária
(Fonseca 2004; Fontes & Abreu 2009). Entretanto, durante o outono a região
estratificada central da Lagoa da Conceição apresenta elevados níveis de incorporação
de carbono, sem haver produção de oxigênio, demonstrando a importância de
microorganismos fototróficos anoxigênicos como principais produtores primários em
condições de hipoxia/anoxia (ver capítulo 2). O objetivo do nosso estudo foi: i.
determinar a existência de microorganismos que se beneficiem da alta produção
primária na zona subóxica e ii. comparar a assembléia microbiana desta zona subóxica
com a de um ambiente óxico.
MÉTODOS
As amostras de água foram coletadas a 0.5 m acima do sedimento (água de fundo)
na estação 33 (localizada no setor CS estratificado) ao longo de 4 períodos: 29 de
janeiro, no verão, quando o oxigênio de fundo é máximo (ver Fontes & Abreu 2009) e
nos dias 10 de abril, 17 de abril e 7 de maio de 2007, durante o outono, quando o OD
decresce a valores inferiores a 3 mg L
-1
(hipoxia, Bergondo et al. 2005; Crump et al.
2007). Além disso, foram coletadas amostras em superfície (0.5 m abaixo da superfície)
e no fundo (0,5 m do sedimento) na estação 33 e 82 (estação homogênea e com
89
concentração de OD semelhante a da superfície), ambas tendo a mesma profundidade
de 6 m, nos dias 29 de janeiro (verão) e 7 de maio (outono) de 2007 na Lagoa da
Conceição (27°34'S e 48°27'W) (ver Fig. 1 do capítulo 2) para comparar a assembléia
microbiana de uma região estratificada com outra homogênea. Salinidade, oxigênio
dissolvido (O
2
) e temperatura (T) foram medidos in situ com o uso de termosalinômetro
YSI 33 SCT e oxímetro Metler Toledo MO128 calibrado pelo método de Winkler.
As amostras de água para análise dos nutrientes e pigmentos foram coletadas com
garrafa de van Dorn de 3 L. Após a coleta, as amostras (500 mL) foram filtradas em
filtros Whatman GF/F (47 mm de porosidade) em campo. Os filtrados (nutrientes) e os
filtros (pigmentos – clorofila a e bacterioclorofila a) foram armazenados em gelo,
levados ao laboratório e congelados -20 °C para posterior análise (no máximo 45 dias).
As concentrações de nitrogênio inorgânico dissolvido (NID – amônio, nitrato +
nitrito), fósforo inorgânico dissolvido (PID - fosfato), silicato foram determinadas de
acordo com os seus respectivos métodos padrões, e.g. UNESCO (1983) para
determinação de amônio e Grasshoff et al. (1999 ) para o restante dos nutrientes. A
biomassa de microorganismos fotossintetizantes oxigênicos (fitoplâncton) e
anoxigênicos (bactérias fotossintetizantes) foi estimada usando o pigmento
fotossintético predominante: Chl a (oxigênicos) e BChl a (anoxigênicos). O material
retido no filtro foi extraído com acetona a 90% por 24 horas a 4°C no escuro. A
concentração dos pigmentos foi estimada a partir das medidas da absorbância em 665 e
750 nm para Chl a; e em 880 e 772 nm para Bchl a, usando um espectrofotômetro UV-
Vis FEMTO 600 S, de acordo com Strickland & Parsons (1972) para Chl a, e Jones
(1979) para BChl a.
90
Para a enumeração das bactérias, alíquotas de 1 mL de água foram filtradas
imediatamente ainda a bordo ao abrigo da luz, em filtros de policarbonato Nucleopore
de 0.2 µm escurecidos e corados com Laranja de Acridina (Hobbie et al. 1977). Para as
cianobactérias, as membranas não foram coradas com o fluorocromo, pois este mascara
a autofluorescência da ficoeritrina (PE) de cianobactérias (Maclsaac & Stockner 1993).
Na Lagoa, as bactérias que contêm ficoeritrina são predominantemente cocóides com
uma variação no tamanho entre 1 e 2 µm, e estas são consideradas, neste estudo, como
sendo cianobactérias cocóides (CCY) (Fontes & Abreu 2009). Os filtros foram
montados entre lâmina e lamínula e armazenados em -20
o
C até contagem em
microscópio. As células bacterianas foram separadas em 2 grupos: cianobactérias e
bactérias heterotróficas totais. O número de cianobactérias foi subtraído da contagem
das bactérias totais, determinando-se a abundância de bactérias heterotróficas e
fotoheterotróficas. As bactérias foram divididas em 2 morfotipos (cocóides+bastonetes
e filamentosas) de acordo com seu fator de elongação: cocóides+bastonetes < 3 >
filamentosas. A contagem das bactérias foi realizada diretamente em microscópio de
epifluorescência Zeiss Axioplan em aumento final de 1000x usando o conjunto de
filtros azuis (487709 – BP 450-490, FT 510, LT 520) para bactérias totais e o conjunto
de filtros verdes (487715 - BP 546/12 FT 580 LP 590) para as cianobactérias (Maclsaac
& Stockner 1993) e equipado com uma câmera CCD Watec (sensibilidade de 0.0003
lux).
As imagens foram processadas pelo software “UTHSCSA Image Tool” (University
of Texas Health Science Center, San Antonio – Texas/US) (Massana et al. 1997),
http://ddsdx.uthscsa.edu/dig/download.html, a partir das imagens analisadas pelo
91
programa Capture X (X`treme 98 para Windows 98). As bordas das células foram
detectadas usando uma seqüência de filtros: filtros de Laplacian, Gaussian e média
(Massana et al. 1997). A enumeração das células foi realizada até atingir um coeficiente
de variação < 30% e a medição em um mínimo de 200 células. O biovolume das
bactérias, em µm
3
, foi calculado a partir do algoritmo de Massana et al. (1997) e a
biomassa bacteriana (em fg C cell
-1
) foi estimada a partir das medidas de biovolume
pelo algoritmo: B = 120 x V
0.7
, onde: B = biomassa, V = biovolume e 120 = fator de
conversão em carbono (fgC µm
-3
) (Norland 1993). As bactérias filamentosas foram
enumeradas diretamente das imagens brutas, sem receber a aplicação de filtros,
evitando bordas falsas dos filamentos. Um mínimo de 30 filamentos foi medido, e os
mesmos algoritmos foram usados para estimar seus biovolume e biomassa.
Para a análise do protozooplâncton (flagelados e ciliados), amostras foram
preservadas em solução de formalina, concentração final de 4% (v/v) em frascos de
vidro de cor âmbar, logo após a coleta. Alíquotas de 10 mL foram deixadas para
sedimentar em câmaras de sedimentação por 24h e contadas em microscópio invertido
ZEISS-Axiovert 135, este equipado com contraste de fase, seguindo metodologia de
Utermöhl (1958). O protozooplâncton foi dividido segundo 4 classes de tamanho, <7,5;
7,5-25; 25-50 e > 50 µm. Estas classes foram agrupadas em: nanoprotozooplâncton (<
25 µm) e microzooplâncton (> 25 µm). Além da escala de tamanho, foi realizada a
classificação em grupos de flagelados e ciliados. Pelo menos 4 faixas foram analisadas
primeiramente sob a ampliação 100x a fim contar os protozoários dominantes > 25 µm.
A abundância e o tamanho das células < 25 µm foram estimadas sob o aumento de
92
400x, pelo menos 30 campos foram contados até atingir o coeficiente de variação <
30%.
Os biovolumes foram calculados de acordo com morfotipo das células por
algoritmos propostos por Hillebrand et al. (1999) que consideram cada célula
semelhante a uma forma geométrica. O biovolume celular de flagelados foi convertido
em biomassa de carbono de flagelados através do algoritmo de pg C cell
-1
= 0,216 x
V
0.939
, onde V = biovolume (Menden-Deuer & Lessard 2000). Para ciliados, foi
utilizado o fator de conversão de 0,14 pg C um
-3
(Putt & Stoecker 1989) para
quantificar o carbono celular de amostras fixadas em formalina.
Foram realizadas análise de variância (ANOVA de 1 via) para comparar a
biomassa dos microorganismos nos diferentes tempos e foi utilizado o teste-t para a
comparação entre a biomassa de água de superfície e fundo. As variáveis foram
transformadas para atender aos pressupostos da ANOVA e da correlação (normalidade
e homocedasticidade) quando necessário (Zar 1999). Em todos os casos, um nível p de
0.05 foi aplicado para identificar as diferenças estatísticas ou correlações significativas.
A análise de correspondência canônica foi usada para determinar a extensão em que as
variáveis ambientais explicaram os padrões de similaridade na composição da
assembléia microbiana (biomassa de protozooplâncton e de bacterioplâncton). As
assembléias microbianas (bacterianaa e de protozoários) das 2 estações amostrais (33 e
82) foram comparadas ao longo de 4 tempos seguindo a variação na concentração de
oxigênio na água de fundo. Para tanto, foi usado o teste de Monte Carlo com 999
permutações para testar a significância de cada eixo (CANOCO for Windows, versão 4,
Center for Biometry, Wageningen, the Netherlands). Os vetores no gráfico indicam a
93
direção da variação máxima daquela variável ambiental e o comprimento do vetor é
proporcional a sua taxa de variação.
RESULTADOS
Variação temporal da assembléia microbiana na água de fundo da estação 33
Fatores abióticos
A temperatura sofreu um decréscimo de 3,4
o
C do verão para o outono e a
salinidade manteve uma variação pequena, de 2 unidades. A quantidade de luz que
chega ao fundo foi menor em janeiro e maio, 12 e 3,92 µE m
-2
s
-1
(Tabela 1) e maior
nos dias 10 e 17 de abril de 2007 em função da maior quantidade de luz incidente,
1.124 e 789 µE m
-2
s
-1
, respectivamente. O amônio foi o nutriente que apresentou a
maior variação no tempo, variando entre um mínimo de 3,24 µM e um máximo de
41,07 µM na segunda quinzena de abril, quando o oxigênio atingiu o mínimo valor de
0,26 mg L
-1
. O nitrato e o fosfato estiveram baixos, com valores inferiores a 0,86 µM. A
clorofila a (Chl a) apresentou a menor concentração no dia 10 de abril (4,13 µg L
-1
) e a
maior na última coleta em maio (11,46 µg L
-1
).
Este padrão foi similar para a bacterioclorofila a (Bchl a = 1,43 µg L
-1
em 10 de
abril e 10,41 µg L
-1
em 7 de maio), em condições distintas de oxigênio dissolvido na
água de fundo. A produção primária total (PPT) teve uma relação inversa com o
oxigênio dissolvido, aumentando significativamente com a diminuição do OD, e
atingindo os valores mais altos (221 e 265 mg C m
-3
h
-1
) sob condição subóxica (< 0.5
mg L
-1
) nos dias 17 de abril e 7 de maio. A produção primária líquida, produção
oxigênica (PPO), apresentou uma diminuição significativa com o tempo, inversamente
94
ao observado para a PPT, chegando ao valor negativo médio de -124 mg O m
-3
h
-1
na
água subóxica de maio (Tabela 1).
Tabela 1. Valores das variáveis: PAR
Io,
e PAR no fundo (PAR
b
), em µE m
-2
s
-1
, temperatura (T),
em
o
C, salinidade (Sal), oxigênio dissolvido (OD), em mg L
-1
, amônio (NH
4
+
), nitrato+nitrito
(NO
3
-
+ NO
2
-
), fosfato (PO
4
3-
), em µM, clorofila a (Chl a) e bacterioclorofila a (Bchl a), em µg
L
-1
, produção primária total (PPT), em mg C m
-3
h
-1
(medida pelo método do
14
C), produção
primária líquida (PPL), em mg O
2
m
-3
h
-1
, (medida pelo método do O
2
) medidas na água de
fundo da estação estratificada 33. Médias, desvio padrão, mínimo e máximo apresentados
somente para OD, PPT e PPO.
Variáveis e
Parâmetros
33 fun
29 jan 2007
10 abril 2007
17 abril 2007
7 maio 2007
PAR
Io
214,67 1336,12 911,24 61,48
PARb 12,74 70,80 78,79 3,92
T 27,00 24,50 24,60 23,60
Sal 32,10 34,10 33,90 33,80
NH
4
+
µM 3,24 7,02 41,07 17,93
NO
3
-
µM 0,48 0,86 0,24 0,63
PO
4
3-
µM 0,73 0,63 0,24 0,53
Chl a µg/L 8,24 4,13 6,83 11,46
BChl a µg/L 5,32 1,43 6,27 10,41
OD mg L
-
1
5,34±0,05
(5,31-5,40)
2,5±0,70
(2,00-3,00)
0,38±0,17
(0,26-0,50)
0,43±0,16
(0,30-0,55)
PPt mg C m
-
3
h
-
1
9,76±0,34
(9,51-10,00)
64,19±36,50
38,38-90,00)
265,45±75,64
(211,96-318,94)
220,80±6,82
(215,98-225,63)
PPO mgO
2
m
-
3
h
-
1
56,03±37,62
(29,43-82,64)
48,75±7,07
(43,75-53,75)
35,98±27,67
(16,41-55,55)
-124,7±11,9
(-116,3- -133,1)
Procariotas
A densidade de cianobactérias (CCY) variou de 1,63 x 10
5
a 3,02 x 10
6
células mL
-
1
e a biomassa de 0,02 a 0,51 µg C mL
-1
. As maiores densidade e biomassa médias, 1,83
± 0,69 x 10
6
células mL
-1
e 0,31 ± 0,12 µg C mL
-1
, respectivamente, observadas em 29
de janeiro e a menor biomassa foi observada no dia 10 de abril (0,075 µg C mL
-1
),
coincidindo com a redução do OD (Tabela 1; Fig. 1A). Entretanto, em maio, quando a
água estava praticamente anóxica, foi observado uma densidade elevada de CCY (9,75
95
± 5,42 x 10
5
células mL
-1
) equivalente a 0,16 ± 0,09 µg C mL
-1
(Fig. 1A) e um
biovolume celular médio de 1,67 µm
3
.
A densidade e a biomassa de bactérias CB (cocus e bastonetes marcados com
laranja de acridina, abrangendo bactérias heterotróficas e bactérias contendo Bchl a)
variaram respectivamente entre 1,95 x 10
5
e 6,30 x 10
6
células mL
-1
e 0,001 e 0,20 µg C
mL
-1
, com máximo e maior média na água subóxica de 7 de maio (3,06 ± 1,43 x 10
6
células mL
-1
; 0,09 ± 0,04 µg C mL
-1
), quando contribuíram com 72 % da densidade
total e 28,5% da biomassa total. A biomassa de CCY foi sempre maior do que a de CB
(Fig. 1A-B) em função do seu maior biovolume. Entretanto, no dia 7 de maio, o volume
celular médio de CB (0,18 µm
3
) foi 9,3 vezes menor do que o de CCY (1,67 µm
3
),
enquanto a sua biomassa foi somente 1,8 vezes menor resultante da maior densidade de
CB comparada à de CCY.
A densidade (2,47 x 10
4
a 5,72 x 10
5
células mL
-1
) e a biomassa (0,005 a 0,08 µg C
mL
-1
)
de bactérias filamentosas heterotróficas (HF) apresentaram médias semelhantes
mais elevadas em janeiro e maio (Fig. 1C). A variação temporal de HF seguiu a
tendência das cianobactérias.
A densidade de cf. sulfobactérias oscilou entre 0 (em 29 de janeiro) e 9,06 x 10
4
células mL
-1
em 17 de abril, equivalente a 0,09 µg C mL
-1
. Este foi o grupo com maior
variação temporal, aumentando inversamente em relação aos níveis de OD (n = 20, r
2
=
0,76) (Fig. 1D). A contribuição de sulfobactérias na abundância total bacteriana variou
entre 0 e 5,8 %, enquanto que, devido ao seu grande biovolume celular (19,2 µm
3
), a
biomassa contribuiu com até 37,7 % da biomassa total bacteriana no dia 17 de abril.
96
As maiores médias de biomassa bacteriana (CCY, CB e HF) foram observadas no
dia 29 de janeiro e 7 de maio, 0,39 e 0,32 µg C mL
-1
, respectivamente (Fig.1).
Figura 1. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de procariotas: cianobactérias (CCY) (A),
bactérias cocóides+bastonetes (CB) (B), bactérias filamentosas heterotróficas (HF) (C) e cf. sulfobactéria
(D) da água de fundo da estação 33. As letras representam os grupos homogêneos resultantes da ANOVA
após teste post-hoc de Tukey. n = 50 – 70 campos.
Flagelados
A densidade de flagelados < 7,5 µm variou de 800 (em 10 de abril) a 10.834
células mL
-1
(em 7 de maio), equivalente a 0,004 a 0,067 µg C mL
-1
. As densidades de
janeiro e maio foram estatisticamente semelhantes, assim como das duas datas em abril
(Fig. 2A).
Os flagelados entre 7,5-25 µm tiveram sua biomassa variando de 0 (10 de abril) a
2.708 células mL
-1
(7 de maio), equivalente a 0,02 e 0,26 µg C mL
-1
. A densidade
média destes organismos no dia 7 de maio (1.616 ± 417,71 células mL
-1
, 0,14 ± 0,03 µg
97
C mL
-1
) foi significativamente maior do que nas demais datas, ressaltando-se que os
valores apresentaram grande variação temporal (Fig. 2B).
A densidade dos flagelados entre 25-50 µm variou entre 0 e 78 células mL
-1
(7 de
maio), equivalente a biomassa máxima de 0,047 µg C mL
-1
, com médias mais elevadas
em 7 de maio (64,32 ± 18,3 células mL
-1
e 0,039 ± 0,008 µg C mL
-1
), em 29 de janeiro
(Fig. 2C).
Já os flagelados > 50 µm apresentaram uma densidade oscilando entre 0 e 9 células
mL
-1
(7 de maio), enquanto a biomassa máxima foi observada em 29 de janeiro (0,072
µg C mL
-1
). A maior biomassa média foi registrada na água subóxica de 7 de maio,
(0,057 ± 0,003
µg C mL
-1
) (Fig. 2D), correspondente à densidade de 8,27 ± 0,63 células
mL
-1
.
Figura 2. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de flagelados agrupados em classes de tamanho na
água de fundo da estação 33. As letras representam os grupos homogêneos resultantes da ANOVA após
teste post-hoc de Tukey. n = 30.
98
Ciliados
A densidade de ciliados entre 7,5 – 25 µm variou entre 0 (abril) e 270 células mL
-1
(7 de maio), equivalente a uma biomassa máxima de 0,016 µg C mL
-1
. Mesmo não
apresentando uma diferença significativa no tempo, a maior densidade média foi
medida no dia 7 de maio (63,20 ± 116,52 células mL
-1
), determinando uma biomassa
média de 0,013 ± 0,027 µg C mL
-1
(Fig. 3A).
Os ciliados entre 25-50 µm tiveram uma densidade oscilando entre 0 e 8 células
mL
-1
(29 de janeiro), equivalente a uma variação de 0 a 0,012 µg C mL
-1
, não
demonstrando diferença significativa entre os tempos (Fig. 3B).
Figura 3. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de ciliados agrupados em classes de tamanho na
água de fundo da estação 33. As letras representam os grupos homogêneos resultantes da ANOVA após
teste post-hoc de Tukey. n = 30.
A densidade de ciliados > 50 µm variou entre 0 e 2 células mL
-1
(7 de maio), o
equivalente a 0,32 µg C mL
-1
. Também para este grupo, não foi constatada diferença
99
estatística significativa entre os tempos, entretanto estes ciliados somente apareceram
na água de fundo em condição subóxica (0,68 ± 1,17 células mL
-1
e 0,11 ± 0,19 µg C
mL
-1
em 17 de abril, 1,02 ± 1,44 células mL
-1
e 0,16 ± 0,23 µg C mL
-1
em 7 de maio),
chegando a contribuir com 89% da biomassa de ciliados em 7 de maio (Fig. 3C).
Comparação entre as estações 33 (estratificada e com anoxia no fundo) e 82
(homogênea e oxigenada)
Fatores abióticos
A quantidade de PAR que chega a 0,5 m da superfície da água variou de 52,45 µE m
-2
s
-1
em maio (# 33) a 1.162 µE m
-2
s
-1
em janeiro (# 82), enquanto no fundo, a estação 33
apresentou os menores valores em ambos o períodos (12,74 e 3,92 µE m
-2
s
-1
). A
temperatura oscilou 10
o
C, variando de 18,1
o
C na estação 82 (fundo) em maio a 28,80
o
C na estação 33 (superfície) em janeiro. A salinidade foi maior em maio nas duas
estações e profundidades, com uma variação vertical observada somente na estação 33
(∆ 2,3-2,9) (Tabela 2). Dentre os nutrientes nitrogenados, o amônio foi o íon
predominante na Lagoa com o máximo de 37,54 µM na estação 82 (fundo) em maio, ou
seja, 10 vezes mais do que a média em janeiro. Os valores de nitrato e fosfato foram
semelhantes nas 2 estações, mas com gradientes verticais inversos, isto é, nitrato
diminuiu e fosfato aumentou no fundo em janeiro. O nitrato apresentou uma maior
variação espacial e vertical em maio, chegando a 3,.19 µM na superfície da estação 33.
Com relação à variação na razão N:P, a concentração de nitrogênio inorgânico
dissolvido (N) e de fósforo inorgânico dissolvido (P) na superfície aumentou nas 2
estações de janeiro para maio, enquanto que na profundidade, N aumentou e P
100
diminuiu. O oxigênio dissolvido esteve abaixo do limite de suboxia somente na água de
fundo da estação 33 em maio. As variáveis biológicas, Chla e Bchla apresentaram as
mesmas tendências, com os valores mais altos no fundo da estação 33 em ambos os
períodos, e os máximos em maio. A produção primária total (PPT, fixação de CO
2
)
aumentou significativamente em maio, apresentando valores cerca de 10 vezes maiores
na água de fundo subóxica da estação 33 comparada à estação 82 nesta data.
A produção primária líquida (PPL, produção de O
2
) foi significativamente menor
em maio, apresentando valores negativos na água de fundo subóxica da estação 33,
sendo cerca de 100 vezes menor do que a taxa medida na água de fundo óxica da
estação 82 em maio.
Procariotas
A densidade de cianobactérias (CCY) variou de 1,63 x 10
5
(estação 82) a 3,02 x
10
6
células mL
-1
(estação 33), equivalente a 0,03 e 0,51 µg C mL
-1
. A biomassa média
foi semelhante na água superficial das 2 estações em ambos os períodos (janeiro e
maio), 0,09 ± 0,04 µg C mL
-1
. No fundo, a biomassa média de CCY foi
significativamente maior na estação 33 em ambos os períodos, com a maior média em
janeiro (0,31 ± 0,12 µg C mL
-1
) (Fig. 4A). As bactérias cocóides e bastonetes
heterotróficas totais (CB) tiveram sua densidade variando de 0,84 x 10
5
(estação 82 -
sup) a 6,30 x 10
6
células mL
-1
(estação 33 - fundo), equivalente a 0,001 e 0,21 µg C mL
-
1
. A sua biomassa média foi significativamente diferente somente em maio, com a
maior média na água de fundo subóxica da estação 33 (0,09 ± 0,04 µg C mL
-1
) (Fig.
4B). A densidade de bactérias filamentosas heterotróficas (HF) variou de 0,67 x 10
4
101
Tabela 2. Valores das
variáveis: PAR, em µE m
-2
s
-1
, coeficiente de atenuação da luz (k), em m
-1
, T, em
o
C, salinidade (Sal), oxigênio dissolvido
(OD)
1
, nutrientes inorgânicos dissolvidos, em µM, amônio ( NH
4
+
), nitrato+nitrito (NO
3
-
+ NO
2
-
), fosfato (PO
4
3-
), razão N:P, clorofila a (Chl
a
bacterioclorofila
a (Bchl a), em µg L
-1
, produção primária total (PPT), em mg C m
-3
h
-1
, medida pelo método do
14
C, produção primária líquida
(PPL)
2
m
-3
h
-1
, medida pelo método do O
2
avaliadas nas estações 33 e 82, a 0.5 m da superfície (sup) e a 0.5 m do fundo (fun), nos dias 29 de
janeiro
maio de 2007.
Médias, desvio padrão, mínimo e máximo apresentados somente para OD (n=3), PPT e PPL (n=2).
Jan
sup #33
Jan
sup #82
Jan
fun #33
Jan
fun #82
Maio
sup #33
Maio
sup #82
Maio
fun #33
Maio
fun #82
PAR 181,81 1162,08 12,74 68,44 52,45 169,41 3,92 11,75
k 0,55 0,48 0,55 0,48 0,53 0,42 0,53 0,42
T 28,80 26,40 27,00 26,10 23,30 19,00 23,60 18,10
Sal 29,80 27,50 32,10 27,20 30,90 30,70 33,80 30,90
NH
4
+
2,51 1,71 3,24 4,30 0,62 34,79 17,93 37,54
NO
3
-
0,65 0,63 0,48 0,21 3,19 1,95 0,63 0,91
PO
4
3-
0,09 0,09 0,73 0,96 0,39 0,14 0,53 0,24
N:P 33,77 24,99 5,11 4,71 9,86 258,47 34,86 160,38
Chl a 5,02 1,41 8,24 2,03 2,34 2,80 11,46 2,28
BChl a 0,04 0,37 5,32 0,02 1,24 0,74 10,41 1,95
OD 6,96 ± 0,19
(6,83-7,1)
6,84±0,04
(6,81-6,88)
5,34±0,05
(5,31-5,40)
5,01±0,007
(5,10-5,12)
6,2±0,03
(6,2-6,25)
5,88±0,19
(5,76-6,02)
0,43±0,16
(0,31-0,55)
5,58±0,18
(5,45-5,70)
PPT 33,43±6,32
(28,9-37,9)
31,04±1,32
(30,1-31,9)
9,76±0,34
(9,5-10,0)
7,63±4,87
(4,2-11,1)
63,33±6,79
(58,5-68,1)
76,56±31,3
(54,4-98,7)
220,80±6,8
(216-225,6)
23,6±19,1
(10,5-37,1)
PPL 114,9±12,0
106,4-123,3
100±33,28
76,47-123,52
56,03±37,62
29,43-82,64
5,88±0,70
5,38-6,38
7,39±8,47
1,19-13,18
34,12±8,32
28,24-40,02
-124,7±11,9
-116,3-133,1
2,94±0,83
2,35-3,52
102
(estação 82) a 5,72 x 10
5
células mL
-1
(estação 33), ou 0,001 a 0,07 µg C mL
-1
. A
biomassa média foi significativamente maior na água de fundo da estação 33 em ambos
os períodos, com a maior média em maio (0,023 ± 0,015 µg C mL
-1
) (Fig. 4C).As cf.
sulfobactérias apareceram somente na amostra de água de fundo subóxica da estação 33
em maio, chegando a 7,58 x 10
4
células mL
-1
ou 0,07 µg C mL
-1
, com média de 0,045 ±
0,014 µg C mL
-1
(4,83 ± 1,64 x 10
4
células mL
-1
) (Fig. 4D).
Figura 4. Variação (média ± erro padrão) na biomassa de procariotas na água de superfície (SUP) e de
fundo (FUN) nas estações 33 e 82 durante os períodos de coleta de janeiro e maio de 2007.
Cianobactérias (CCY) (A), bactérias cocóides+bastonetes (CB) (B), filamentosas heterotróficas (HF) (C)
e cf. sulfobactérias (D). Os asteriscos representam valores significativamente diferentes (p < 0.05) obtidos
pelo teste post-hoc de Tukey depois da ANOVA.
Flagelados
A densidade de flagelados < 7,5 µm variou de 1.625 (na superfície da estação 33) a
13.001 células mL
-1
(na superfície da estação 33), equivalente a uma biomassa de 0,007
e 0,067 µg C mL
-1
. A maior biomassa média na água superficial foi observada na
103
estação 82 em janeiro (0,041 ± 0,01 µg C mL
-1
). Na água de fundo, os valores foram
semelhantes em janeiro, enquanto em maio, a biomassa média na estação 33 foi
significativamente maior do que na estação 82 (Fig. 5A). Os flagelados entre 7,5 e 25
µm tiveram sua densidade oscilando entre 270 (na superfície da estação 33) e 2.708
células mL
-1
(no fundo da estação 33), equivalente a 0,01 a 0,26 µg C mL
-1
. Esta classe
de tamanho de flagelados foi a que contribuiu com a maior parte da biomassa total de
flagelados na laguna, e.g. contribuindo com 52% da biomassa total na água subóxica da
estação 33 em maio. A sua biomassa foi significativamente maior na água superficial da
estação 33 em janeiro e na água de fundo desta estação nos dois períodos, com a maior
biomassa na água subóxica da estação 33 em maio (7 x maior do que na #82) (Fig. 5B).
A densidade de flagelados entre 25 e 50 µm variou entre 0 e 290 células mL
-1
(estação 33), equivalente a uma biomassa máxima de 0,047 µg C mL
-1
. A biomassa
média na água superficial foi semelhante nas 2 estações em janeiro, enquanto a
biomassa medida na água de fundo em janeiro e nas duas profundidades (superfície e
fundo) da estação 33 foi significativamente maior em maio (ca. 8 vezes maior do que na
#82) (Fig. 5C). Com relação à densidade de flagelados > 50 µm, estes apresentaram
uma variação entre 0 e 13 células mL
-1
(estação 33), equivalente a 0 e 0,114 µg C mL
-1
.
A sua biomassa média foi significativamente maior nas duas profundidades da estação
33 em maio (6 x maior do que na #82) (Fig. 5D). Esta classe de tamanho apresentou a
segunda maior contribuição para a biomassa total de flagelados na água subóxica da
estação 33 em maio (22% da biomassa total).
104
Figura 5. Variação (média ± erro padrão) na biomassa das 4 classes de tamanho de flagelados na água de
superfície (SUP) e de fundo (FUN) nas estações 33 e 82 durante os períodos de coleta de janeiro e maio
de 2007. Os asteriscos representam valores significativamente diferentes (p < 0.05) obtidos pelo teste
post-hoc de Tukey depois da ANOVA.
Ciliados
A densidade de ciliados entre 7,5 e 25 µm variou entre 0 e 270 células mL
-1
(água de
fundo da estação 33), com biomassa oscilando entre 0 e 0,16 µg C mL
-1
. A biomassa na
água superficial e na água de fundo foi semelhante nas 2 estações em ambos os
períodos (Fig. 6A). Os ciliados entre 25 e 50 µm tiveram sua densidade oscilando entre
0 e 14 células mL
-1
(estação 33), equivalente a uma biomassa de 0 e 0,021 µg C mL
-1
. A
biomassa na água superficial foi significativamente maior na estação 33 somente em
maio (0,013 ± 0,009 µg C mL
-1
). Na água de fundo não foi verificada diferença
significativa entre as estações (Fig. 6B). Já os ciliados > 50 µm foram observados
somente na #33, com valor mais elevado nas águas de fundo em maio, variando entre 0
105
e 4 células mL
-1
(estação 33), equivalente a uma biomassa máxima de 0,32 µg C mL
-1
.
A maior biomassa média medida na água subóxica em maio (0,16 ± 0,.23 µg C mL
-1
)
(Fig. 6C) contribuiu com 88% da biomassa total de ciliados na água subóxica da
estação 33 em maio.
Figura 6. Variação (média ± erro padrão) na biomassa das 3 classes de tamanho de ciliados na água de
superfície (SUP) e de fundo (FUN) nas estações 33 e 82 durante os períodos de coleta de janeiro e maio
de 2007. Os asteriscos representam valores significativamente diferentes (p < 0.05) obtidos pelo teste
post-hoc de Tukey depois da ANOVA.
A biomassa de bacterioplâncton (bactérias totais) se correlacionou positivamente
com a biomassa de flagelados totais, especialmente entre 25-50 µm, mas também entre
7,5-25 µm e com a transparência da coluna d’água (Tabela 3). Os flagelados entre 25-
50 µm estiveram correlacionados com cianobactérias e bactérias filamentosas (Tabela
3). Já a biomassa total de ciliados totais esteve somente correlacionada positivamente
106
Tabela 3. Matri
z de correlação entre a biomassa (µg C mL
-1
)
de bactérias (filamentosas heterotróficas, HF; cianobactérias, CCY; cocos e bastonetes
heterotróficos totais
, CB; sulfobactérias, sulfo), flagelados (<7,5; 7,5-25; 25-50; >50 µm) e ciliados (7,5-25; 25-50; >50 µm);
oxigênio dissolvido (OD,
), silicato (SiO
4
, µM), produção primária total (PPT, mg C m
-3
h
-1
), bacterioclorofila a e clorofila a (BChl a, Chl a, µg L
-1
) e transparência
(Tran.., em m)
na Lagoa da Conceição. Valores em negrito correspondem a p<0.05; n=12.
Bact
tot
Flag
tot
Cil
tot
HF
CCY
CB
Sulfo
Fl
< 7,5
Fl
7,5-25
Fl
25-50
Fl
> 50
Cil
7,5-25
Cil
25-50
Cil
> 50
OD
SiO
4
PPT
BChla
Chla
1
,00
0
,66
1,00
0
,37 0,52 1,00
0
,74 0,68
0,37 1,00
0
,88
0,54 0,09 0,47 1,00
0
,56 0,41 0,19
0,67
0,20 1,00
0
,23 0,14
0,82
0,23 -0,04 -0,03 1,00
0
,29 0,36 -0,19 0,45 0,29 0,39 -0,42 1,00
0
,60 0,93 0,75
0,58 0,44 0,35 0,36 0,12 1,00
0
,81 0,93
0,38
0,77 0,70
0,48 0,10 0,33
0,81
1,00
0
,50
0,94
0,34 0,55 0,45 0,26 0,04 0,27
0,82 0,89
1,00
0
,26 0,34 0,36 -0,03 0,30 0,09 0,02 0,18 0,39 0,21 0,24 1,00
0
,20 0,42 -0,03 0,22 0,14 0,40 -0,26 0,17 0,39 0,37 0,40 -0,36 1,00
0
,34 0,46
0,99
0,35 0,05 0,15
0,86
-0,23
0,69
0,33 0,29 0,32 -0,11 1,00
0
,35 -0,28
-0,88
-0,31 -0,04 -0,16
-0,94
0,43 -0,52 -0,22 -0,16 -0,19 0,15
-0,89
1,00
0
,29 0,39
0,83
0,50 -0,07 0,21
0,88
-0,29 0,54 0,34 0,31 -0,02 -0,11
0,86 -0,88
1,00
0
,17 0,26
0,86
0,35 -0,16 0,10
0,90
-0,24 0,48 0,13 0,12 -0,07 0,00
0,88 -0,85 0,89
1,00
0
,53 0,56
0,83
0,50 0,35 0,10
0,72
-0,25
0,73
0,52 0,42 0,34 -0,13
0,83 -0,82 0,73 0,63
1,00
0
,13 0,25 0,48 0,13 -0,03 0,25 0,23 -0,29 0,49 0,13 0,08 -0,14
0,63
0,44 -0,37 0,27 0,48 0,33 1,00
0,
60
-0,36 -0,09 -0,52 -0,38
-0,59
-0,04 -0,21 -0,25 -0,56 -0,29 0,25 -0,39 -0,07 0,03 -0,22 -0,08 -0,04 -0,11
107
com a biomassa de cf. sulfobactérias, sendo os ciliados > 50 um os principais
responsáveis por esta correlação. As cf. sulfobactérias estiveram correlacionadas
positivamente com a concentração de Bchl a, silicato, PPT e negativamente com OD. O
mesmo foi observado para os ciliados > 50µm (Tabela 3).
A análise de correspondência canônica mostrou que as variáveis PPT, Chl a, Bchla
salinidade e amônio estiveram relacionadas com as amostras de água subóxica (33f M e
33fAb2) (Fig. 7). A biomassa de ciliados > 50 µm e de sulfobactérias esteve também
agrupada juntamente com estas variáveis ambientais na parte à direita da figura. O
oxigênio foi a variável com maior força no eixo 1, agrupando as amostras coletadas em
águas oxigenadas e o restante da biomassa de protozoários e de bactérias.
O nitrato esteve relacionado com a água superficial da estação 33 em maio que
apresentou a maior concentração da Lagoa, juntamente de ciliados da classe 2 e
flagelados da classe 4. A quantidade de PAR e temperatura estiveram agrupadas
juntamente com flagelados e ciliados da classe 1 e cianobactérias e CB.
DISCUSSÃO
A elevada produção primária (220 mg C m
-3
h
-1
) na água subóxica no fundo da
estação 33 em 7 de maio de 2007, assim como o desacoplamento entre a fixação de CO
2
(método
14
C) e a produção de O
2
demonstraram a importância dos microorganismos
fotoautotróficos anoxigênicos na produção primária da Lagoa da Conceição (Capítulo
2). Além disso, foi estimado que bactérias anoxigênicas fotoautotróficas (AnAnP)
podem contribuir com até 47% da energia produzida pela fotossíntese nestas águas
subóxicas, indicando a provável existência de uma cadeia alimentar especializada que
108
se beneficie do material orgânico produzido em condições de baixo oxigênio dissolvido
e o transfira podendo ser transferido para níveis tróficos superiores (ver Capítulo 2).
Figura 7. Análise de correspondência canônica (CCA) entre variáveis ambientais e biomassa de bactérias,
flagelados e ciliados nas estações 33 e 82, superfície x fundo, em 29 de janeiro (Jan), 10 de abril (Ab1),
17 de abril (Ab2) e 7 de maio (Maio) de 2007. BCCY = biomassa de cianobactérias, BCB = biomassa de
bactérias heterotróficas totais, BHF = biomassa de bactérias filamentosas, Sulfo = biomassa de
sulfobactéria cf.; Ci = ciliado (1= 7,5-25 µm; 2= 25-50 µm; 3 = >50 µm), Fl = flagelado (1= <7,5 µm; 2=
7,5-25 µm; 3= 25-50 µm; 4 = > 50 µm). As amostras são representadas por círculos preenchidos, as
variáveis ambientais por vetores e a biomassa de bactérias e protozoários por triângulos.
Neste trabalho procurou-se estudar a sucessão microbiana (bactérias e
protozoários) na água de fundo na região central da Lagoa da Conceição durante a
transição de uma condição com elevados teores de oxigênio dissolvido (normoxia -
concentrações de oxigênio dissolvido > 3 mg L
-1
) para uma condição de hipoxia (< 3
109
mg L
-1
), avaliando a composição, abundância e biomassa dos diferentes grupos de
microorganismos neste ambiente. A comparação da assembléia microbiana na região
estratificada com água de fundo subóxica com aquela de uma região homogênea e
oxigenada da laguna mostrou uma alteração na composição da assembléia microbiana
(bactérias e protozoários) em função do oxigênio dissolvido, com predomínio de CCY
sob condições óxicas (52% da abundância do bacterioplâncton) e subseqüente queda em
sua abundância, contribuindo com 24% da abundância total de procariotas em maio,
quando a água de fundo esteve subóxica.
A biomassa de flagelados heterotróficos (HF) seguiu a biomassa e abundância de
cianobactérias na Lagoa, como sugerido em estudo com maior resolução espacial
(Fontes & Abreu 2009). Opostamente, a densidade de bactérias heterotróficas cocóides
e bastonetes (CB) foi significativamente maior (72% dos procariotas) na água subóxica
de maio, sugerindo uma predominância de metabolismo heterotrófico; entretanto, a
biomassa de CB foi 1.8 vezes menor do que a de CCY. No trabalho sobre a variação
espaço-temporal do bacterioplâncton, Fontes & Abreu (2009) reportaram que CCY
geralmente apresentam um biovolume significativamente maior do que o das bactérias
heterotróficas de semelhante morfotipo, justificando a menor biomassa de CB. Já as cf.
sulfobactérias ocorreram somente em condições hipóxicas (concentrações de OD < 3
mg L
-1
). A densidade de Sulfobactéria cf. foi pequena comparada à abundância total de
procariotas mas, devido ao seu grande biovolume (média celular de 19,2 µm
3
), este
grupo chegou a contribuir com até 37.7% da biomassa de procariotas no dia 17 de abril,
semelhante ao observado no lago Monte Alegre, SP, onde sulfobactérias ovóides
110
Thiopedia rosea compuseram 61% da biomassa bacteriana total na água de fundo
anóxica (Gomes & Godinho 2003).
Como esperado, verifica-se que a biomassa dos diferentes grupos bacterianos varia
em função das concentrações de OD, apresentando uma diminuição na biomassa
bacteriana total em 29 de janeiro (condições óxicas) para 10 de abril (hipoxia) e um
aumento de 17 de abril (suboxia recente) para 7 de maio (suboxia prolongada). No
estuário de Chesapeake Bay, sabe-se que a composição das comunidades bacterianas é
influenciada pela temperatura, Chl a, oxigênio dissolvido, nutrientes, sulfetos e viroses
(Crump et al. 2004; Kan et al. 2006; Crump et al. 2007). Crump et al. (2007)
mostraram que 50% de espécies bacterianas presentes na água anóxica foram também
encontradas na água com maiores níveis de oxigênio, sugerindo que as populações
bacterianas continuam a crescer após o esgotamento de oxigênio (Crump et al. 2007).
Os autores descrevem ainda que a comunidade bacteriana de água anóxica se diferencia
daquela em superfície ao longo do tempo, dependendo dos compostos presentes na
água; algumas bactérias na ausência de O
2
utilizam compostos oxidados (NO
3-
) como
fonte alternativa de aceptor final de elétrons. Após o esgotamento do nitrato, bactérias
especializadas na utilização de compostos derivados de enxofre começariam a
predominar, diferenciando ainda mais a comunidade bacteriana destes ambientes com
baixos teores de oxigênio das comunidades encontradas em condições óxicas. As
bactérias heterotróficas redutoras de SO
4
-2
, íon abundante na água salgada, produzem
H
2
S que funciona como agente redutor na fotossíntese anoxigênica realizada por
sulfobactérias.
111
Na Lagoa da Conceição, parte da elevada produção anoxigênica nas águas
subóxicas em maio foi canalizada na trama trófica através do consumo de bactérias por
flagelados de 7,5-25 e 25-50 µm e destes por ciliados >50 µm, como observado nas
figuras 2-4 e na correlação de Pearson (Tabela 3). Entretanto, apesar da relação trófica
observada entre flagelados e ciliados, é possível também que ambos os grupos de
protozoários tenham predado as bactérias que cresceram em condições
hipóxicas/subóxicas. A associação entre partículas em suspensão e a produção das
bactérias anoxigênicas, sugerida no capítulo 2, demonstra um importante mecanismo na
transferência de carbono para os níveis tróficos superiores, o que foi corroborado pela
correlação negativa entre transparência da coluna d’água e biomassa bacteriana,
principalmente CB ( heterotróficas e fotoheterotróficas).
As maiores biomassas de flagelados e ciliados foram encontradas na água subóxica
de maio e na água oxigenada de janeiro, seguindo a mesma tendência da biomassa das
bactérias. Os grupos de flagelados que contribuíram com a maior biomassa foram os de
tamanho entre 7,5-25 µm, representando até 57% da biomassa total de flagelados na
água subóxica em maio. A figura 7 mostra que o oxigênio atuou na regulação da
estrutura da assembléia microbiana, sendo que os ciliados > 50 µm e as cf.
sulfobactérias se relacionaram negativamente com o oxigênio, enquanto que o restante
dos microorganismos apresenta uma relação positiva com este gás. O aumento
gradativo na biomassa de flagelados de 7,5-25 µm e ciliados > 50 µm sob condições de
suboxia de 17 de abril para 7 de maio, indica que deva existir um intervalo entre o
efeito da produção primária sobre a produção secundária de protistas, pois mesmo tendo
uma elevada produção primária na água de fundo subóxica de 17 de abril, a biomassa
112
destes protozoários foi pequena, aumentando significativamente em maio, quando a
produção primária ainda estava elevada. A correlação entre a biomassa e a abundância
de flagelados entre 25-50 µm com a biomassa e a abundância de cianobactérias indica a
importância destas como recurso alimentar para estes flagelados. Entretanto, as
bactérias filamentosas também estiveram correlacionadas com os mesmos, sugerindo a
possibilidade de predação de bactérias filamentosas por nanoflagelados heterotróficos,
como reportado por Wu et al. (2004). Esses autores comentam que a probabilidade de
contato entre predador e presa seria o fator regulador da predação das filamentosas, e
não o tamanho das mesmas. Em artigo de revisão, Hahn & Höfle (2001) reportam que
bactérias filamentosas pequenas na faixa de tamanho entre 4 e 10 µm podem ser
sensíveis à ação de predação de flagelados e ciliados > 20 µm. Por outro lado, a forte
correlação entre HF e CCY (r = 0.90, p < 0.05) indica que possa estar havendo uma co-
variação das bactérias filamentosas com as cianobactérias.
A correlação entre a biomassa de flagelados entre 7,5-25 µm e a abundância de
bactérias CB indica a existência de uma preferência deste grupo por células bacterianas
menores, principalmente em maio, quando a biomassa de flagelados desta classe de
tamanho representou 57% da biomassa total de flagelados. A relação direta entre
ciliados > 50 µm e sulfobactérias também demonstra a preferência deste grupo de
ciliados por células com o maior biovolume dentre as bactérias.
Portanto, ciliados > 50 µm podem estar predando as sulfobactérias e os flagelados
entre 7,5-25 µm nas águas subóxicas da Lagoa. Ciliados são abundantes na água
anóxica de ambientes costeiros estratificados, muitos destes sendo estritamente
anaeróbicos e presentes em grande densidade nas zonas com alta concentração de
113
sulfobactérias, como reportado por Bark & Watts (1984) e Gomes & Godinho (2003),
que observaram uma relação de predação entre ciliados Spirostumum teres (> 50 µm) e
Thiopedia rosea (sulfobactéria).
Odebrecht (1988) descreveu a variação mensal e horizontal da densidade de
fitoplâncton, protozooplâcton e metazooplâncton ao longo de 1 ano (julho de 1983 a
junho de 1984) em águas superficiais da Lagoa da Conceição. Em comunicação
pessoal, Odebrecht reportou que a água de fundo do setor central apresentou uma
densidade de ciliados cerca de 200 vezes maior do que na superfície entre janeiro e
junho de 1984 (cerca de 1 a 3 organismos mL
-1
na superfície e 100 a 400 organismos
mL
-1
no fundo) e os mais abundantes foram aqueles com comprimento de 20 µm, do
tipo Holotrichia. Entre os dinoflagelados heterotróficos, Oxyrrhis estiveram sempre em
grande número na água anóxica, chegando a 800 organismos mL
-1
em janeiro de 1984 e
até 4 000 células mL
-1
em junho de 1984. Naquele período houve a predominância de
dinoflagelados heterotróficos sobre ciliados na Lagoa da Conceição e a abundância de
flagelados foi muito maior no presente estudo, mas semelhante ao encontrado pela
autora na água de fundo anóxica (dados não publicados) em 1983-84. Já a abundância
de ciliados foi semelhante, com predominância também de ciliados pequenos entre 7,5-
25 µm, mas com maior contribuição de ciliados > 50 µm para a biomassa de ciliados
em águas subóxicas.
Após a abertura permanente do canal de acesso a lagoa em julho de 1982,
Knoppers et al. (1984) analisaram a variação espacial da matéria orgânica particulada,
apresentando valores de biomassa de protozooplâncton variando de 0,2 x 10
-3
µg C mL
-
1
na área central a 7,4 x 10
-3
µg C mL
-1
na área Norte, muito menores do que a biomassa
114
de flagelados e ciliados observada neste estudo. A principal alteração físico-química na
Lagoa desde 1982 foi na salinidade, que em 1982 foi de 13,5 na água superficial do
setor Central e de 18,5 em 1983-84, cerca de 12-15 unidades inferior a atual salinidade
da região. Entretanto, mesmo com menor salinidade, todas as estações amostradas no
setor Central apresentaram uma coluna d’água estratificada (Knoppers et al. 1984;
Odebrecht & Caruso 1987).
No ambiente marinho, nanoflagelados heterotróficos (2-20 µm) são, geralmente,
conhecidos por serem os principais bacterívoros, enquanto que em águas hipóxicas e
anóxicas, ambos ciliados e flagelados se beneficiam do material orgânico produzido
pelo bacterioplâncton (Fenchel & Finlay 1990; Fenchel et al. 1990; Massana & Pedrós-
Alió 1994; Gobler et al. 2008). Sabe-se que muitos protozoários são tolerantes a
concentrações de oxigênio < 0,72 mg L
-1
ou suboxia e anoxia, e também que, nestas
condições, a abundância de flagelados pode ser igual (Gobler et al. 2008) ou maior
(Gomes & Godinho 2003) à observada na água de superfície óxica. Além disso,
algumas espécies de ciliados >20 µm (microzooplâncton) persistem sob condições
hipóxicas em ambientes marinhos (Setala 1991; Detmer et al. 1993). Gomes & Godinho
(2003) encontraram uma alta correlação entre a abundância e biomassa de protozoários
com bacterioplâncton, demonstrando uma relação próxima entre estes
microorganismos. A presença de substrato químico como sulfato e a disponibilidade de
luz sustenta a elevada biomassa de bactérias anoxigênicas fototróficas que contêm Bchl
a (e.g. sulfobactérias) e que, conseqüentemente, sustentam uma biomassa de ciliados
em águas anóxicas (Guhl & Finlay 1993). Alguns ciliados têm mostrado geotaxia (no
sentido de que sentem a direção da gravidade) como forma de orientação em gradientes
115
de oxigênio, sendo capazes de migrar verticalmente na coluna d’água procurando
permanecer sob uma tensão de O
2
ideal para cada espécie. Além da geotaxia, o controle
na velocidade de movimentação tem sido demonstrado como uma forma de
permanência em regiões favoráveis em gradientes horizontais (Fenchel & Finlay 2008).
Como a migração vertical é comum entre ciliados, visto que a velocidade de
movimentação é maior do que a de sedimentação, ciliados microaeróbicos tendem se
mover para cima quando a água de fundo se torna anóxica, transportando a matéria
orgânica de ambientes anóxicos para a interface óxico/anóxico, onde existem pequenas
concentrações de oxigênio e sulfeto (Dolan & Coats 1991; Hayward et al. 2003; Finlay
& Esteban 2009).
Neste trabalho foi possível mostrar uma maior biomassa e abundância de ciliados >
50 µm na água de fundo subóxica, se comparado às águas de superfície da mesma
estação.
Ao comparar a abundância e biomassa do bacterioplâncton total e de protozoários
entre a água de fundo da estação estratificada #33 e da misturada #82, pôde-se notar que
geralmente os 4 grupos de bactérias foram maiores nas águas subóxicas. Já para a água
superficial, todos os 4 grupos bacterianos apresentaram abundância e biomassa
semelhantes em ambas as estações. A biomassa de cianobactérias apresentou a maior
variação vertical entre as bactérias na coluna d’água da estação #33 que mesmo estando
verticalmente estratificada no verão, o oxigênio da água de fundo foi alto (> 6 mg L
-1
).
Em contraste, as cf. sulfobactérias, células sensíveis a elevadas concentrações de OD, só
apareceram na água de fundo da estação 33 em maio, quando esteve com concentração
de OD < 3 mg L
-1
.
116
No geral, os flagelados apresentaram uma densidade e biomassa semelhante ou
maior na estação #33 comparado à estação #82. Entretanto, os flagelados < 7,5 µm
apresentaram uma biomassa significativamente maior na água superficial da estação
#82 em janeiro. Odebrecht (1988) encontrou também um aumento de outros flagelados,
de tamanho entre 1,5 e 8 µm, no setor central em janeiro de 1984.
Os ciliados de classe de tamanho entre 25-50 µm estiveram ausentes das águas da
estação #82 em maio e aqueles > 50 µm estiveram ausentes nesta estação durante todo o
período amostral. Em geral, a maior biomassa de protozoários na estação #33 em maio,
pode ter ocorrido em função de entrada de frentes mais freqüentes nesta época do ano
(Cruz 1998). Com a intrusão de água salgada existe o transporte de microorganismos
para dentro da laguna (Odebrecht 1988), os quais são acumulados na camada mais
profunda devido à estabilidade da coluna d’água no setor CS, favorecendo a cadeia
alimentar microbiana com conseqüente consumo de OD até desenvolvimento de
suboxia. Assim, a estagnação da coluna d’água parece estar sendo responsável pelo
acúmulo primeiramente de bactérias e posteriormente de flagelados e ciliados. A
presença de ciliados > 50 µm somente na estação #33 (superfície e fundo) sugere que as
espécies são tolerantes à baixa concentração de oxigênio e capazes de migrar
verticalmente na coluna d’água (Fenchel & Finlay 2008; Finlay & Esteban 2009).
A elevada biomassa bacteriana na água de fundo subóxica da estação #33, 5 vezes
maior do que a da água de fundo óxica da estação #82 no mesmo período, assim como a
biomassa de flagelados, 4,8 vezes maior na água subóxica da estação #33 do que na #82
e a biomassa de ciliados entre 25-50 e > 50 µm, cerca de 33 vezes maior do que na
estação #82, mostram a importância deste ambiente como reserva de carbono. A maior
117
biomassa e abundância de bactérias e ciliados em águas anóxicas quando comparadas às
águas superficiais têm sido reportado em outros sistemas aquáticos estratificados
(Gomes & Godinho 2003; Hayward et al. 2003). Outro fator importante que pode
estimular a bacterivoria nas águas com baixo OD é a ação sinergética entre predação e
infecção viral, liberando mais matéria orgânica dissolvida (MOD) ou carbono orgânico
dissolvido (COD) que conseqüentemente estimula a atividade bacteriana e o consumo
de oxigênio (Weinbauer et al. 2007; Gobler et al. 2008). Além disso, o
desenvolvimento de águas subóxicas e o acúmulo de maior biomassa microbiana no
fundo do setor CS podem estar sendo favorecidos pelos processos de sedimentação de
matéria orgânica de origem alóctone e autóctone, visto que este setor da Lagoa tem sido
reportado como acumulador de matéria orgânica no sistema (Odebrecht & Caruso 1987;
Fonseca 2004).
Os dados levantados neste trabalho comprovam a existência de uma cadeia
alimentar especializada na água de fundo subóxica que está consumindo o material
produzido pelos produtores primários anoxigênicos, sendo composta especialmente por
flagelados entre 7,5-25 µm e ciliados > 50 µm. Ciliados são capazes de migração
vertical e tendem a se acumular na interface de águas óxicas/anóxicas (oxiclina)
(Fenchel et al. 1990; Dolan & Coats 1991; Hayward et al. 2003), formando uma fina
camada rica em microorganismos disponível para metazoários capazes de alimentar na
profundidade da oxiclina, geralmente entre 3-4 m de profundidade (Odebrecht &
Caruso 1987; Sierra de Ledo & Soriano-Sierra 1994; Fontes & Abreu 2009. Ciliados
podem servir como um importante elo de ligação entre a cadeia alimentar microbiana e
a clássica (Sheldon et al. 1986 ; Sherr & Sherr 1988).
118
Evidências da transferência trófica do material produzido fotossinteticamente para
os protozoários nas águas anóxicas do setor CS da Lagoa também foram fornecidas por
Odebrecht (1988) que reportou uma acentuada variabilidade na abundância de
protozoários no setor Central e uma grande densidade de pequenos peixes próximos a
base da oxiclina, observado através mergulho (Odebrecht & Caruso 1987). Portanto, as
“zonas mortas” ou hipóxicas (Diaz & Rosenberg 2008) apresentam uma grande
quantidade de biomassa microbiana que pode ser transferida para os metazoários
através dos ciliados, mostrando que estas regiões não podem ser consideradas “zonas
mortas”. Trabalhos futuros necessitam ser feitos na laguna a fim de se confirmar a
existência deste mecanismo de transporte vertical de matéria orgânica entre as águas
anóxicas e óxicas.
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123
6. DISCUSSÕES GERAIS
Considerando-se a ocorrência e importância das zonas mortas na Lagoa da
Conceição, reportadas desde a década de 80 (Odebrecht & Caruso 1987), decidiu-se
realizar um estudo ecológico para se avaliar a biomassa, produção e o possível
estabelecimento de uma cadeia trófica microbiana nesta região. É importante ressaltar
que, até recentemente, não havia maiores estudos sobre o bacterioplâncton na Lagoa da
Conceição. Esses fatos nos levaram a realizar um estudo para se conhecer a distribuição
espaço-temporal do bacterioplâncton na Lagoa da Conceição, assim como as variáveis
físico-químicas e biológicas que afetam estes microorganismos (clorofila a, fitoplâncton
e protozooplâncton). Portanto, o primeiro trabalho desta Tese (capítulo 1) teve por
objetivo responder às seguintes perguntas:
1) Existe uma variação espaço-temporal do bacterioplâncton na Lagoa da
Conceição?
2) Onde e quando as zonas hipóxicas ou anóxicas se desenvolvem?
3) Qual o papel das bactérias na formação de águas com baixos níveis de oxigênio,
em condições estratificadas?
Para este estudo foram realizadas coletas de água em 85 estações, distribuídas em 8
transectos nos quatro setores da Lagoa da Conceição, onde foram medidos, in situ, as
concentrações de O
2
dissolvido (OD), salinidade e temperatura, em intervalos de 1 m de
profundidade até o fundo durante condições meteorológicas distintas: inverno (julho -
124
estação seca) e verão (janeiro - estação chuvosa). Em função do perfil de oxigênio de
cada setor foram selecionadas pelo menos quatro estações por setor para avaliar a
abundância e o biovolume de 3 morfotipos bacterianos dominantes e relacioná-los aos
principais fatores ambientais.
Com relação à variação espacial foi verificada uma tendência com o maior número
de bactérias em direção a região Sul da laguna, seguindo um gradiente de concentração
de clorofila-a, enquanto o oposto foi observado para o biovolume celular, o qual esteve
relacionado principalmente com a concentração de amônio e fosfato. As bactérias
variaram também no tempo, com maiores abundância e biovolume, em geral, no verão,
quando foram registradas as maiores temperatura e intensidade luminosa, o que parece
estimular o crescimento das cianobactérias, demonstrado pela maior abundância deste
grupo. A mesma variação na densidade de bactérias heterotróficas não foi verificada na
Lagoa, o que pode indicar que elas possam estar sofrendo maior controle “top down”,
isto é, por predação de protozoários ou por infecção viral. O oxigênio foi uma variável
importante na água de fundo, pois na superfície a sua concentração sofre uma menor
variação já que processos de mistura são freqüentes e há a constante troca entre
atmosfera e coluna d’água. Entretanto, o oxigênio na água de fundo, nos setores Sul e
CS variou significativamente entre os dois períodos amostrais, estando relacionado ao
predomínio de bactérias fotoautotróficas (oxigênicas x anoxigênicas) ou heterotróficas e
à quantidade de luz que chegava ao fundo da região estratificada do setor CS. Com
relação à luz, verificou-se que, apesar da estratificação da coluna de água, se uma
quantidade elevada de luz chegar ao fundo desta região estratificada haverá produção
125
fotossintética oxigênica, gerando condições saturadas de oxigênio no fundo, como
observado em janeiro de 2006. Ademais, se houver uma incidência menor de luz,
poderá haver predomínio de bactérias fotossintetizantes, pois estas requerem pouca
energia luminosa para fotossíntese.
Portanto, verificou-se que a maior abundância bacteriana na água de fundo ocorreu
somente na região estratificada e que a existência da barreira física causada pela
diferença de densidade da água de superfície e fundo pode promover tanto a depleção
quanto o acúmulo de elevados níveis de OD na camada profunda estagnada, como
observado anteriormente em janeiro e maio de 1984 por Odebrecht & Caruso Gomes
(1987). Conclui-se, portanto, que a intensidade de luz que chega ao fundo regula a
concentração de oxigênio dissolvido na coluna d’água e a predominância de condições
autotróficas ou heterotróficas nestes ambientes estratificados. Os resultados do primeiro
estudo nos possibilitaram conhecer os locais com provável produção de oxigênio no
fundo e os locais onde zonas hipóxicas podem ser observadas na Lagoa da Conceição e
a microbiota característica de cada situação. Baseado nisso, surgiram outras perguntas
que orientaram o segundo trabalho (capítulo 2). São estas:
1) O oxigênio presente na água de fundo no verão resulta da maior taxa de
produção primária de organismos fotoautotróficos oxigênicos?
2) Por outro lado, em águas com baixo OD há produção primária por bactérias
anoxigênicas fototróficas, caracterizado pela incorporação de carbono, mas não pela
produção de oxigênio?
126
Para avaliar a produção primária (PP) na Lagoa da Conceição foram utilizados os
dois métodos para medir a PP de um sistema, o do oxigênio e o do
14
C, o que permitiu a
estimativa de produção oxigênica e total – oxigênica + anoxigênica e a determinação do
Quociente Fotossintético (QF), que relaciona o número de moles de O
2
produzido por
moles de CO
2
incorporado. Ao mesmo tempo, foram avaliadas as concentrações de
clorofila a e bacterioclorofila a, a fim de se determinar a contribuição de bactérias
anoxigênicas fototróficas para a produção primária total do sistema.
Partindo do princípio de que a produção primária oxigênica é maior no verão, foi
avaliada a produção primária no verão e comparada à PP no outono, que é o período no
qual as zonas mortas começam a se desenvolver na águas de fundo da Lagoa
(Odebrecht & Caruso 1987; Sierra de Ledo & Soriano-Sierra 1994; Fonseca 2004;
Fonseca & Braga 2006). As medidas de PP foram realizadas nas estações que
apresentaram uma variação vertical na concentração de oxigênio e em estações
representando condições de mistura, identificadas no primeiro trabalho.
Foi observado comportamentos similares para a produção de oxigênio e
incorporação de
14
C, com valores de QF acima de 1 (2,91 em média) no verão,
confirmando uma elevada produção de oxigênio em relação a fixação de CO
2
neste
período. Entretanto, no outono, a PP total não esteve relacionada com a produção de
oxigênio, e o QF se manteve sempre inferior a 1 (0,32 em média). Estes resultados
confirmaram a contribuição de bactérias anoxigênicas para a produção primária do
sistema. Condições de baixos níveis de oxigênio na água de fundo da estação #33
apareceram em maio de 2007 e a PP total nessas águas foi uma das maiores da Lagoa
127
(220 mg C m
-3
h
-1
), concomitantemente com a maior concentração de Bchl a e o menor
QF (0,02). A maior razão entre Bchl a /Chl a neste período indicou que uma grande
parte de produção primária deveu-se a organismos autotróficos anoxigênicos. É
interessante notar que o desacoplamento entre a PP oxigênica e a incorporação de
14
C
também foi observado em águas superficiais do setor sul.
A caracterização das comunidades bacterianas de ambas as estações através da
técnica de biologia molecular (“Denaturating Gradient Gel Eletrophoresis – DGGE),
mostrou uma similaridade entre as assembléias bacterianas do fundo subóxico da
estação #33 com a superfície óxica da estação #12. Portanto, a PP anoxigênica pode
ocorrer em águas óxicas na Lagoa, estando essas bactérias associadas a partículas
grandes, as quais podem desenvolver condições subóxicas no seu interior. A elevada
quantidade de carbono produzida sem a liberação de oxigênio tanto na água superficial
no setor Sul e nas águas subóxicas da estação #33 no setor CS que conduziu ao terceiro
trabalho desta Tese, baseado nas seguintes perguntas:
1) A alta produção medida na água subóxica da estação #33 é transferida para
níveis tróficos superiores por uma cadeia alimentar microbiana?
2) A comunidade microbiana nas águas de fundo da estação #33 varia com o teor
de oxigênio?
3) Existe diferenças na cadeia alimentar microbiana da região anóxica em
comparação com uma região oxigenada e homogênea?
Para responder a estas perguntas, foi realizado um estudo da abundância e biomassa
de bactérias, flagelados e ciliados em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido
128
nas águas de fundo da estação #33 (representando o setor estratificado). Estes
resultados foram comparados com aqueles obtidos em uma estação que apresentou uma
condição oxigenada e homogênea durante o ano (estação #82). Os resultados do
capítulo 3 mostraram que com a diminuição do OD de fundo, aparecem cf.
sulfobactérias e ciliados > 50 µm, além destes microorganismos, as bactérias
heterotróficas cocus e bastonetes (CB) estiveram presentes em grande quantidade.
Portanto, o carbono produzido através da fotossíntese anoxigênica nas águas subóxicas
parece estar sendo transferido para uma cadeia alimentar especializada, composta
especialmente por bactérias anoxigênicas (principais produtores primários), flagelados
entre 7,5-25 µm e ciliados > 50 µm. Entretanto, o incremento na biomassa de cf.
sulfobactérias quando o oxigênio esteve abaixo de 0,7 mg/L no primeiro momento, em
abril de 2008, parece ter estimulado o crescimento de ciliados > 50 µm, mas não de
flagelados. Ademais, a predação nas águas com baixo OD pode liberar mais matéria
orgânica dissolvida (MOD) ou carbono orgânico dissolvido (COD) e,
conseqüentemente, estimular a atividade bacteriana e o consumo de oxigênio
dissolvido.
A maior quantidade de carbono microbiano na água subóxica da estação #33
comparado à estação #82 em maio sugere que, sob baixa concentração de oxigênio, os
protozoários encontram uma espécie de refúgio contra predação além de alimento
abundante estimulando a produção secundária. Esta biomassa pode ser transferida para
a camada de água oxigenada através da ascensão de alguns protozoários, como
observado em ciliados microaeróbicos que são capazes migrar verticalmente na coluna
d’água tendendo a se acumular na interface de águas óxicas/anóxicas (oxiclina)
129
(Fenchel et al. 1990; Dolan & Coats 1991; Hayward et al. 2003; Finlay 1981). Este
acúmulo de microorganismos poderia servir de alimento para o metazooplâncton e
assim, ligar a cadeia alimentar microbiana à tradicional.
130
7. CONCLUSÕES GERAIS
Nutrientes, temperatura, luz e estratificação da coluna d’água regulam a
distribuição espacial (vertical e horizontal) e temporal do bacterioplâncton (densidade,
biovolume e composição) na Lagoa da Conceição. A produção e consumo do oxigênio
são governados pela predominância de microorganismos autotróficos ou heterotróficos
na água de fundo e pela intensidade de luz.
A produção primária foi predominantemente oxigênica no verão (janeiro/fevereiro)
e anoxigênica no outono (abril/maio). A razão entre os pigmentos de microorganismos
fotossintéticos anoxigênicos por oxigênicos (Bchl a/Chl a) pode ser utilizada como uma
estimativa da contribuição de bactérias fotossintéticas anoxigênicas na geração de
energia fotossintética neste sistema, chegando a um máximo de 47% nas águas
subóxicas quando a produção primária total foi desacoplada da produção oxigênica. A
produção primária anoxigênica deve ser considerada como substancial na Lagoa.
A grande quantidade de carbono produzida na água de fundo subóxica pode ter sido
consumida por protozoários, principalmente flagelados entre 7,5-25 µm e ciliados > 50
µm, os quais apresentaram uma biomassa 5 vezes maior nessas águas do que a
biomassa medida nas águas de fundo de uma estação homogênea e oxigenada.
Com isso, pode-se dizer que as zonas “mortas” observadas na Lagoa da Conceição
consistem em regiões com produção de matéria orgânica significativa, a qual é
transferida na cadeia trófica. A elevada biomassa de microorganismos e a transferência
131
deste material para a cadeia trófica tradicional através dos ciliados sugerem a
inadequação do termo “zona morta” para uma região tão viva.
É bastante provável que processos semelhantes aconteçam em outras regiões com
baixos níveis de oxigênio em regiões costeiras ao redor do mundo. Se isto acontecer, o
conceito de “zonas mortas” precisará ser revisto.
As recomendações para futuros trabalhos na Lagoa da Conceição baseadas
nos resultados apresentados nesta tese são:
1) Determinar a diversidade das bactérias anoxigênicas fototróficas (AnAnP e
AAnP) nas águas subóxicas, seqüenciar e quantificar as espécies dominantes;
2) Caracterizar os pigmentos fotossintéticos presentes na água oxigenada, hipóxica,
subóxica e anóxica;
3) Quantificar a contribuição da fotossíntese anoxigênica para a fotossíntese total
através de medidas da taxa de produção primária obtida através do método do
14
C
usando inibidor para oxigênicas (DCMU);
4) Avaliar mais detalhadamente a intensidade luminosa que chega ao fundo do
setor CS para determinar a intensidade limitante para a produção primária anoxigênica;
5) Avaliar a abundância e a biomassa de ciliados em intervalos de profundidade
mais freqüente do fundo até a oxiclina ao longo de ciclos diários com a finalidade de
avaliar a existência de migração vertical destes microorganismos;
6) Identificar os flagelados e ciliados presentes nas zonas mortas e nas zonas
oxigenadas;
132
7) Quantificar a abundância e a biomassa de metazoários na profundidade da
oxiclina em situações distintas de oxigênio dissolvido na água de fundo: óxica,
hipóxica e anóxica;
8) Calcular a taxa de predação de protozoários sobre o bacterioplâncton nas zonas
mortas e comparar com valores nas zonas oxigenadas;
9)
Avaliar a dinâmica do carbono orgânico dissolvido (COD) e carbono orgânico
particulado (COP)
10)
Comparar a extensão das zonas mortas observadas em 1983-1984 com a de
2005 e 2007.
133
8. LITERATURA CITADA NA INTRODUÇÃO, DISCUSSÕES GERAIS E
CONCLUSÃO GERAL
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105(40):15452-15457.
137
ANEXOS
FOTOS DE ALGUNS DOS PROTOZOÁRIOS MAIS ABUNDANTES DENTRO
DE CADA CLASSE DE TAMANHO
Flagelados < 7,5
µm
Flagelado dominante entre 7,5 - 25
µm
138
Flagelado entre 25 – 50
µm
Flagelados > 50
µm (aumento de 400x)
139
Ciliados entre 7,5 – 25
µm
Ciliado entre 25 – 50
µm
140
Ciliados > 50 µm
141
FOTOS DAS CF. SULFOBACTÉRIAS PRESENTES NA ÁGUA HIPÓXICA E
SUBÓXICA
(em aumento de 400x) (em aumento de 1000x)
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