Diferenças nas dinâmicas microbianas entre estuários poluídos e pouco poluídos

Diferenças nas dinâmicas 
microbianas entre estuários poluídos 
e pouco poluídos

Diego Igawa Mar;nez

Orientadora: Prof. Dra. Ana Júlia Fernandes Cardoso de Oliveira

Estrutura da apresentação:

1.Introdução
‐ “Papéis” dos microorganismos
‐ O modelo da “alça microbiana”
‐ Regiões estuarinas e degradação ambiental
‐ Modelo conceitual e pergunta central
2.Obje;vos
3.Materiais e Métodos
‐ Área de estudo e coleta das amostras
‐ Preparação das incubações
‐ Análise dos resultados
4.Resultados e Discussão
‐ Abundância dos microorganismos
‐ Crescimento
‐ Interações presa‐predador
‐ O que pode estar acontecendo nos estuários?

“Small Players, Large Role”
 (Cotner e Biddanda, 2002)

“We now know that every liter of “clear blue water ” is teeming with a billion microbes—bacteria, viruses, and protists—far exceeding all multi-cellular
metazoa in abundance, biomass, metabolic activity, and genetic and biochemical diversity.”

“Because they are a large fracTon of the biomass and, when ac;ve, have relaTvely high metabolic rates, microorganisms dominate the 
ﬂux of energy and biologically important chemical elements in the ocean.”

 (Pomeroy, 2007).

The classic marine food chain – algae, zooplankton, fish – can now be considered as a variable phenomenon in a sea of microbes
(Karl, 1999).

Mar. Ecol. Prog, Ser. 10: 257-263, 1983

n the degradation of DOM, kelp debris, animal loourn jomm ,om
phytoplankton and Spartina debris which all MICRO - ORGANISMS ZOO- FISH
PLANKTON
e same successional pattern in natural seawa- M # c r o b < a l loop

s all the evidence to date suggests a remark-
milar pattern, with heterotrophic microflagel-
ntrolling bacterial numbers with a lag of some
between bacterial and flagellate peaks.
cal and physiological constraints favour small
ms as bacteriovores because of their large sur-
volume ratio which increases the probability of
with bacteria (Fenchel, in press). A notable
on to this is provided by Oikopleura which
ant filters with mesh sizes of bacterial dimen-
Flood, 1978; King et al., 1980), analogous to
whales (Fenchel, in press). Free-living bacteria
water column can b e utilised to some extent by Fig. 3. Semi-quantitative model of planktonic food chains.
Solid arrows represent flow of energy and materials; open
rger animals such as sponges (Reiswig, 1974, arrows, flow of materials alone. It is assumed that 25 % of the
and bivalves (Jergensen, 1966; Stuart et al., net primary production is channelled through DOM and the
Wright et dl., 1982). However, bacteria are at the "microbial loop", bacteria (Bact.),flagellates (Flag.) and other

The classic marine food chain – algae, zooplankton, fish – can now be considered as a variable phenomenon in a sea of microbes
(Karl, 1999).

Regiões estuarinas são conhecidas pela
alta produtividade (Odum, 1962, Duarte e
Cerbián, 1996), servindo como áreas de
berçário para diversas espécies (Day et al.,
1987) e exportando material orgânico
regiões adjacentes na forma de detritos
(Dame et al., 1986) ou biomassa(Odum,
2000).

Estes ecossistemas também provêm um
série de bens e serviços aos humanos 
(MEA, 2005)

Millenium Ecosystem Assesment (2005)

Pergunta:

• Existem diferenças no crescimento e nas interações tróficas dos 
microorganismos ao se comparar regiões estuarinas muito e pouco 
impactadas por esgotos domésTcos?
• Isto poderia influenciar os fluxos de carbono pela teia trófica 
microbiana?

Pergunta:

• Existem diferenças no crescimento e nas interações tróficas dos 
microorganismos ao se comparar regiões estuarinas muito e pouco 
impactadas por esgotos domésTcos?
• Isto poderia influenciar os fluxos de carbono pela teia trófica 
microbiana?

MO + Nut.
Microrganismos 
alóctones

Possível presença de 
outros 
contaminantes

O modelo para o problema:

CO2 O2 Níveis tróﬁcos superiores 
(Microzooplâncton, etc...)

MOD

CO2 O2

CO2 O2

CO2 O2 Níveis tróficos superiores 
(Microzooplâncton, etc...)

Eficiência de 
crescimento
Predação

MOD Eficiência de 
Crescimento

Predação CO2 O2

CO2 O2

ObjeTvo
O objeTvo deste estudo foi avaliar parte das dinâmicas da teia alimentar microbiana (envolvendo 
cianobactéria, bactérias heterotróficas e seus principais predadores, os nanoflagelados heterotróficos), 
compreendendo seu crescimento e relações tróficas em regiões estuarinas com graus dis;ntos de 
poluição.
A comparação entre os dois estuários poderia permiTr inferir sobre os efeitos dos fatores ambientais 
em conjunto com possíveis efeitos da poluição sobre o funcionamento das teias tróficas microbianas 
destes locais.

Materiais e Métodos

•Variáveis isico‐químicas:
-Salinidade
-Temperatura
-pH
-Profundidade de desaparecimento do disco de 
Secchi

•Variáveis microbianas:
-Densidade de ciano., bac. het. e nan. het. para 
todos os pontos
-Incubações para determinação da ECB, taxas de 
ingestão, clearance e eﬁciência de crescimento de 
nan. het. apenas para os pontos 2


* Nos frascos das incubações presa‐predador,   também foram 
medidas variações no CDOM, através de ﬂuorimetria.


Amostra

2,0 µm

120 ml por frasco

t0 t1 t2 t3 t4


(del Giorgio & Cole, 2000)


1.ReTrado  5ml  e  ﬁxado  em 
formol  para  microscopia  de 
epiﬂuorescência.



epiﬂuorescência.

2.Fixação do OD e determinação 
por Winkler.



epiﬂuorescência.

por Winkler.

3.Curvas  de  crescimento  e 
consumo de OD



epiﬂuorescência.

por Winkler.

consumo de OD

4.C o nve rs ã o  d a s  taxa s  d e 
crescimento  e  respiração  para 
unidades de carbono



epiﬂuorescência.

por Winkler.

consumo de OD

4.C o nve rs ã o  d a s  taxa s  d e 
crescimento  e  respiração  para 
Onde unidades de carbono
BP = Produção bacteriana
BR = Respiração bacteriana

Amostra

8,0 µm 0,2 µm

250 ml
por frasco

Filtrados 8,0 µm Filtrados 0,2 µm
Presa‐Predador Controle para CDOM


1.Microscopia de epifuorescência para 
cianobactérias, bactérias heterotróficas e 
nanoflagelados heterotróficos em 
intervalos de tempo pré‐determinados: 
0, 2, 4, 8, 24, 48, 72, 96, 120, 144,
168 e 200 horas.
Filtrados 8,0 µm
Presa‐Predador 2.Determinação do CDOM ao final de 
cada dia de incubação

1.Determinação do CDOM ao final de 
cada dia de incubação

Filtrados 0,2 µm
Controle para CDOM

principally choanoflagellates and colourless chry-
somonads which occur ubiquitously in seawater reach-
ing densities of more than lo3 cells m l l (Sieburth,
Calculando sobre curvas presa‐predador (Andersen e Fenchel, 1985)
1979; Fenchel, 1982a-d). Field observations have
shown predatodprey oscillations between bacteria and

x = Densidade de presas
y = Densidade de predadores
µ = Taxa de crescimento da presa
y = “Resposta funcional” do predador(Taxa de 
ingestão)
Y = “Yield” (eﬁciência bruta de crescimento do 
predador)
d = taxa de mortalidade do predador por falta 
de alimento

INCUBATION TIME IN DAYS

Pig. 2. Oscillations in the density o bacteria and small (3to 10
f
pm) eucaryotic organisms after addition o crude oil to a 10 1
f
sample o natural seawater. Population o eucaryotic organ-
f f
isms was totally dominated by small flagellates. Incubation at
15 'C in darkness. (Thingstad unpubl.)
Presa Predador

Calculando sobre curvas presa‐predador (Andersen e Fenchel, 1985)

Aconselha‐se uTlizar os 
Consideramos d = 0 para 
primeiros picos de densidade 
células em crescimento
para os cálculos

Como são os estuários?
Variáveis isico‐químicas

Itanhaém

Sampling point Secchi depth (m) Temperature (C°) Salinity pH

P1 1.09 20 6 6.58
P2 1.14 21 6 6.8
P3 1.38 21 10 6.86

São Vicente

Sampling point Secchi depth (m) Temperature (C°) Salinity pH

P1 1.85 21 24 7.45

P2 1.15 21.5 26 7.45

P3 1.1 21 30 7.68

248 Como são os estuários?
Relatório de Qualidade das Águas Interiores

Carga orgânica poluidora

Na tabela 13.2 está descrita a carga orgânica poluidora de origem doméstica.

Tabela 13.2: Carga orgânica poluidora de origem doméstica.

Atendimento Carga Poluidora
População IBGE 2008
(%) Eﬁciência (kg DBO/dia)
Município Concessão ICTEM Corpo Receptor
%
Total Urbana Coleta Tratam. Potencial Remanesc.

Bertioga SABESP 42.945 41.714 34 100 81 2.253 1.632 4,3 Rio Itapanhaú
Cubatão SABESP 127.702 126.938 36 100 70 6.855 5.127 3,9 Rio Cubatão
Guarujá SABESP 304.274 304.183 51 0 16.426 16.426 1,0 Enseada/ Est.de Santos
Itanhaém SABESP 85.977 84.966 7 75 96 4.588 4.357 1,9 Rios Poço, Itanhaém e Curitiba
Mongaguá SABESP 43.284 43.092 19 100 88 2.327 1.938 3,1 Mar
Peruíbe SABESP 57.151 55.950 21 100 79 3.021 2.520 3,2 Rio Preto
Praia Grande SABESP 244.533 244.533 49 0 13.205 13.205 0,9 Mar
Santos SABESP 417.518 415.284 97 0 22.425 22.425 1,7 Baia de Santos e Canal S.Jorge
HUMAITA-R.Mariana /
São Vicente SABESP 328.522 328.373 64 30 88 17.732 14.753 2,7 SAMARITA-R.Branco / INSULAR-
Est.de Santos
UGRHI - 09 Municípios 09 Concessões 1.651.906 1.645.033 59 9 88.832 82.384
CETESB (2008)
A tabela 13.3 descreve os pontos de amostragem.

Densidades de microorganismos
Quais as implicações das variáveis isico‐químicas e da poluição? 

Itanhaém

São Vicente


CY tendem a ser menos representativas quanto mais eutróficas forem as condições (Weisse, 1991; Burns e
Galbraith, 2007). Podem até serem consideradas indicadores de contaminantes (Weisse e Mindl, 2002).

Já as HB foram favorecidas pelas condições mais eutróficas (Andersson et al., 2006)

Itanhaém

São Vicente


 As densidades de HNAN são determinadas primariamente 
pela densidade de presas (Berninger et al., 1991; Burns and
Galbraith, 2007)

Itanhaém

São Vicente

Incubação bacteriana “livre” de predadores

Itanhaém São Vicente


Itanhaém São Vicente

 Metabolismo mais rápido do que das bactérias de Itanhaém?
 Vírus introduzidos pelo esgoto? (Rachid, 2002; Bratbak e Heldal, 2000)
  Parte  das  bactérias  são  introduzidas  por  esgoto  e  não  crescem  no 
ambiente? (Munn, 2004)


Itanhaém (IT) São Vicente (SV)

Bacterial specific growth rate
0.0932 0.0496
(mg C L-1 h-1)
Bacterial respiration rate
0.2691 0.3612
(mg C L-1 h-1)
BGE (%) 25.73% 12.08%

 Em regiões estuarinas, BGE varia entre 10 e 60% (del Giorgio e Cole, 1998). UTlizando os mesmos métodos, Lee e Bong 
(2006) obTveram um valor de 18%

P1: PKS
September 28, 1998 14:7 Annual Reviews AR067-18

BACTERIOPLANKTON GROWTH EFFICIENCY 523
0.0932 0.0496
(mg C L-1 h-1)
0.2691 0.3612
(mg C L-1 h-1)
BGE (%) 25.73% 12.08%

ol. Syst. 1998.29:503-541. Downloaded from arjournals.annualreviews.org
by CAPES on 04/06/09. For personal use only.

(del Giorgio e Cole, 1998)
Figure 5 Summary of literature data on direct measurements of BGE for organic matter grouped
according to source. Box-and-whisker plot shows median and upper/lower quartiles (box), and
range of values (bars). Extreme outliers are marked as open circles. The sources of the data are in
 A qualidade do substrato pode inﬂuenciar fortemente a BGE. 
Table 2.

with pyruvate by the photochemical breakdown of DOC, and the summed pro-

P1: PKS
September 28, 1998 14:7 Annual Reviews AR067-18

BACTERIOPLANKTON GROWTH EFFICIENCY 523
0.0932 0.0496
(mg C L-1 h-1)
0.2691 0.3612
(mg C L-1 h-1)
BGE (%) 25.73% 12.08%

> Sink

ol. Syst. 1998.29:503-541. Downloaded from arjournals.annualreviews.org
by CAPES on 04/06/09. For personal use only.

(del Giorgio e Cole, 1998)
Figure 5 Summary of literature data on direct measurements of BGE for organic matter grouped
according to source. Box-and-whisker plot shows median and upper/lower quartiles (box), and
range of values (bars). Extreme outliers are marked as open circles. The sources of the data are in
 A qualidade do substrato pode inﬂuenciar fortemente a BGE. 
Table 2.

with pyruvate by the photochemical breakdown of DOC, and the summed pro-

Incubação presa‐predador

São Vicente


Itanhaém


Local µx (h-1) µy (h-1) f(x) (bac. h-1) f(x)/x (nl flag. -1 h-1) Y (flag./bac.)

0,046 +
São Vicente 0,099 162,98 11,36 6,07 x 10-4
0,049 *

0,057 +
Itanhaém 0,123 212,67 24,16 5,79 x 10-4
0,093 *

+ = Taxa de crescimento obTda na incubação de 8,0 µm.

* = Taxa de crescimento obTda na incubação de 2,0 µm.

Sherr et al.. Protozoan bacterivory analyzed with selective inhibitors 175
Table 4. Con~parison rates of protozoan bactenvory for monospecific flagellate cultures a n d for natural HNAN assemblages
of
esbmated uslng various methods

Method Protozoan Concentration Bacteria Clearance Population Source
of bacteria consumed rate grazing
ml- ' proto- nl proto- rate 10"
zoan-' h ' zoan-' h - ' bacteria m1 '
- - -

Disappearance of Monospecific flagellate 10-G-lO-a 27-254 1.4-79 Fenchel 1982a
cultured bacteria cultures
Disappearance of Monas sp. 107-10' Is75 0.2-0.95 Sherr et al. 1983
cultured bacteria
FDDC method Monospecific flagellate 10'-107 &300 17-336 2.5-60 Davis & Sieburth 1984
cultures from Rhode
Island estuary, shelf
& Sargasso Sea
Differenhal Natural assemblage, 106-10' - 4.2-29 Wright & Coffin 1984
fdtration Massachusetts coast
Dilution method Natural assemblage, 106 17-38 2.5-29 1.5-3.4 Landry et al. 1984
Hawaiian coast
Uptake of Natural assemblage, - 2-25 0.G1.9 McManus & Fuhrman
microbeads Chesapeake Bay 1986
Selechve Natural assemblage, 106-107 4.663 Fuhrman & McManus
inh~bition New York coast 1984
Selechve Natural assemblage, l0~-10' 2G80 2-10 2.2-18 This study
inhibition Georgia coast

returned bacterial growth rates to control levels
Local µx (h-1) µy (h-1) -1 -1 -1
f(x) (bac. h5). In the other 2 experiments, (flag./bac.)
(Table ) f(x)/x (nl flag. h ) Y NH,' addition
further enhanced bacterial growth observed in the
0,046 + eukaryotic inhibitor treatments.
São Vicente 0,099 162,98Variations in the11,36 6,07 x 10-4
natural ammonium concentration
0,049 * were followed in a n experiment conducted on 15 Nov
1984 (Fig. 5); by the end of 24 h, the NH,' concentra-
0,057 + tions in the eukaryotic inhibited samples had
Itanhaém 0,123 decreased by almost an order of magnitudex 10-4 the
212,67 24,16 5,79 below
0,093 * controls. Addltion of glucose to control or inhibited
samples resulted in a more rapid decline of NH,', to

Relação entre resultados


0,046 +
São Vicente 0,099 162,98 11,36 6,07 x 10-4
0,049 *
0,057 +
Itanhaém 0,123 212,67 24,16 5,79 x 10-4
0,093 *

0.0932 0.0496
(mg C L-1 h-1)
0.2691 0.3612
(mg C L-1 h-1)
BGE (%) 25.73% 12.08%

 Os processos que levam a diminuição das abundâncias bacterianas são altamente dependentes de suas densidades. Ou 
seja, quanto maiores as taxas de aumento de biomassa, maiores também serão as taxas de mortalidade (Fuhrman, 1992)

Relação entre resultados


0,046 +
São Vicente 0,099 162,98 11,36 6,07 x 10-4
0,049 *
0,057 +
Itanhaém 0,123 212,67 24,16 5,79 x 10-4
0,093 *

0.0932 0.0496
(mg C L-1 h-1)
0.2691 0.3612
(mg C L-1 h-1)
BGE (%) 25.73% 12.08%

 Aparentemente, a eficiência de crescimento dos flagelados não é muito afetada pela eficiência de suas presas.
 A remineralização é a aTvidade predominante dos nanoflagelados em ambos os estuários.

Talvez, mais importante do que os números seja a forma...

São Vicente

Itanhaém

Conclusões
BGE Ingestão Y nanoﬂag.

212,67
Itanhaém 25,73% 5,79 10‐4

MOD

162,98
São Vicente 12,08% 6,07 10‐4

Conclusões

212,67
Itanhaém 25,73% 5,79 10‐4

MOD

162,98
São Vicente 12,08% 6,07 10‐4

 A poluição pode ter efeitos sobre o crescimento dos microorganismos que se uTlizam 
diretamente da MOD.

Conclusões

212,67
Itanhaém 25,73% 5,79 10‐4

MOD

162,98
São Vicente 12,08% 6,07 10‐4

 O controle do crescimento bacteriano pela predação pelos nanoflagelados exerce uma 
espécie de “balanço” que faz com que os valores de eficiência bruta de crescimento dos 
nanoflagelados heterotróficos nao seja tão discrepante entre os estuários.

Conclusões

212,67
Itanhaém 25,73% 5,79 10‐4

MOD

162,98
São Vicente 12,08% 6,07 10‐4

 Sistemas ecológicos são ﬂexíveis e suportam certo grau de perturbação. (Jørgensen e
Straskraba, 2000; Law, 2003). Em São Vicente, podemos estar diante de uma mudança
de “ponto de equilíbrio”, com alterações nas taxas de transferência (p. ex. ECB) e
grande amplitude das oscilações populacionais (Bjørnsen et al., 1988).

Conclusões

212,67
Itanhaém 25,73% 5,79 10‐4

MOD

162,98
São Vicente 12,08% 6,07 10‐4

 Sistemas ecológicos são ﬂexíveis e suportam certo grau de perturbação. (Jørgensen e
Straskraba, 2000; Law, 2003). Em São Vicente, podemos estar diante de uma mudança
de “ponto de equilíbrio”, com alterações nas taxas de transferência (p. ex. ECB) e
grande amplitude das oscilações populacionais (Bjørnsen et al., 1988).
Hipótese do “Paradoxo do enriquecimento”?

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