ECOLOGIA DE ORGANISMOS DO SOLO

1
ECOLOGIA DE ORGANISMOS DO SOLO
Histórico, evolução e classificação
Professor Admir J. Giachini
2
Surgimento da vida na terra

• Atmosfera primitiva redutora ou oxidativa?
• Redutora a terra coalescendo devagar, gerando
  pouco calor, o Fe exposto na superfície
  capturaria todo o oxigênio molecular. Assim, a
  atmosfera primitiva seria basicamente constituída
  de H2O, H2, N, NH3, CH4 com pouco CO ou CO2
  (Oparin, 1924 Oparin e Haldane)
• Ligeiramente oxidativa a terra coalescendo
  rápido, gerando muito calor, a maioria do Fe
  derreteria e escorreria para o centro da terra,
  permitindo com que o O2 combinasse com CO2.
  Assim, a atmosfera primitiva seria constituída
  basicamente de H2O, CO e CO2, com traços de N,
  sulfitos, NH3, CH4 e pouco O2

3
Surgimento da vida na terra

• Água na terra surgiu a 4 bilhões de anos,
  demonstrado pela presença de rochas sedimentares
  (3,8 bilhões de anos) na Groelândia, que requerem
  água para se formar
• Primeiramente expelida por vulcões, expandiu e se
  resfriou, e então se condensou e caiu na forma de
  chuva

4
Surgimento da vida na terra

• Água na terra surgiu a 4 bilhões de anos,
  demonstrado pela presença de rochas sedimentares
  (3,8 bilhões de anos) na Groelândia, que requerem
  água para se formar
• A elevada temperatura da crosta da terra fez com
  que a água da chuva evaporasse antes de tocar o
  solo, resultando em ciclos contínuos de expansão,
  resfriamento, condensação e chuva, iniciando o
  ciclo da água

5
Surgimento da vida na terra

• Água na terra surgiu a 4 bilhões de anos,
  demonstrado pela presença de rochas sedimentares
  (3,8 bilhões de anos) na Groelândia, que requerem
  água para se formar
• Essa água vagarosamente esfriou a superfície da
  terra, permitindo com que gotas se formassem,
  dando origem a pequenas poças, fontes, lagos,
  rios e oceanos

6
Surgimento da vida na terra

• Água na terra surgiu a 4 bilhões de anos,
  demonstrado pela presença de rochas sedimentares
  (3,8 bilhões de anos) na Groelândia, que requerem
  água para se formar
• Considerando que a água era acídica (CO2, SO2,
  etc.), a água dissolveu a porção granítica da
  superfície basáltica liberando sal para
  salinização e formação dos oceanos

7
Origem da vida na terra

• A 4,5 bilhões de anos a terra era um lugar
  inospitável

http//en.wikipedia.org
8
Origem da vida na terra

• Cerca de 1 bilhão de anos mais tarde apareceram
  os primeiros organismos capazes de metabolizar
  (capacidade de acumular e modificar nutrientes e
  energia) e de reproduzir-se (capacidade de gerar
  indivíduos como eles)
• provavelmente anaeróbios termofílicos (como
  geravam energia?)
• Como eles chegaram aqui?

9
Teorias sobre a origem da vida na terra

• A sopa primordial propõe que os primeiros
  organismos eram organotróficos termofílicos
  anaeróbios (como a maioria dos fermentadores) que
  obtinham tanto energia quanto o carbono de
  compostos orgânicos
• Reações químicas formaram ácidos graxos,
  açúcares, aminoácidos, purinas, pirimidinas,
  nucleotídeos, e polímeros ( 4,1 Ba) quando a
  atmosfera foi exposta a descargas elétricas e
  radiação UV
• Acumulo de compostos gerou os primeiros nichos
  de vida na terra
• Agregação espontânea de lipídios e proteínas (3,9
  Ba) propiciou a formação de membranas primitivas
  e internamente incorporada a combinação certa de
  componentes químicos orgânicos e inorgânicos

10
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Miller-Urey (University of Chicago) nos anos 50,
  recriaram, num balão, como teria sido a formação
  das reações químicas responsáveis pela criação da
  vida água, CH4, NH3, H2, descargas elétricas,
  produzindo moléculas como formaldeído e cianeto
  de hidrogênio, precursores da glicina

http//www.goldiesroom.org/Note20Packets/2120Evo
lution/0020Evolution--WHOLE.htm
11
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Miller-Urey (University of Chicago) nos anos 50,
  recriaram, num balão, como teria sido a formação
  das reações químicas responsáveis pela criação da
  vida água, CH4, NH3, H2, descargas elétricas,
  produzindo moléculas como formaldeído e cianeto
  de hidrogênio, precursores da glicina

Miller, Stanley L. (May 1953). "Production of
Amino Acids Under Possible Primitive Earth
Conditions" (PDF). Science 117(3046)
5289. Bibcode 1953Sci...117..528M.doi10.1126/sci
ence.117.3046.528. PMID 13056598. Miller,
Stanley L. Harold C. Urey (July 1959). "Organic
Compound Synthesis on the Primitive
Earth". Science 130(3370) 24551. Bibcode 1959Sci
...130..245M.doi10.1126/science.130.3370.245. PMI
D 13668555. Miller states that he made "A more
complete analysis of the products" in the 1953
experiment, listing additional results.
12
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Miller-Urey (University of Chicago)
• CO2 ? CO O (atomic oxygen)
• CH4  2O ? CH2O H2O
• CO NH3 ? HCN H2O
• CH4  NH3 ? HCN 3H2
• formaldeido, ammonia e HCN reagem formando
• CH2O HCN NH3 ? NH2-CH2-CN H2O
• NH2-CH2-CN 2H2O ? NH3  NH2-CH2-COOH (glicina)

13
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Mesma condição vista em meteoro (Austrália) e
  encontrada no espaço sideral - 90 aa diferentes
  (19 deles encontrados na terra)
• Meteoritos carbonáceos também têm Adenina e
  Guanina
• Onde nascem as estrelas há uma abundância de H2O,
  NH3, formaldeído e cianeto de H2, compostos da
  sopa primordial
• Essa situação só seria possível numa atmosfera
  redutora, e não oxidativa como é hoje
• Hipóteses mais recentes duvidam da atmosfera
  redutora da terra mas mostram que o H constituía
  cerca de 40 dos gases terrestres

14
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teorias de superfície propõe que os primeiros
  organismos eram litotróficos termofílicos
  anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o
  carbono de compostos inorgânicos
• Pirita

Rauchfuss, 2008
http//en.wikipedia.org
15
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teorias de superfície propõe que os primeiros
  organismos eram litotróficos termofílicos
  anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o
  carbono de compostos inorgânicos
• Pirita
• O Fe da pirita apresenta cargas positivas e
  permite a ligação de fosfatos (PO43-)
  possibilitando reações de polimerização
• A polimerização de lipídios criou membranas
  semipermeáveis através das quais foi possível
  gerar e manter um gradiente de prótons,
  produzindo energia para a síntese das reações
  sintéticas envolvendo compostos orgânicos gerados
  tanto dentro quanto fora da membrana

16
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teorias de superfície propõe que os primeiros
  organismos eram litotróficos termofílicos
  anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o
  carbono de compostos orgânicos
• Partículas de argila
• Graham Cairns-Smith (University of Glasgow)
  propôs, na década de 70, que a origem teria sido
  inorgânica, na configuração de cátions em
  partículas de montmorilonita como o repositor da
  informação genética
• Seven clues to the origin of life (1995)

http//environment.uwe.ac.uk/geocal/SoilMech/class
ification/soilclas.htm
17
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria criacionista
• Antes do século XVII a maioria das pessoas
  acreditava que Deus criou o homem e que outras
  criaturas menores fossem criadas via geração
  espontânea a partir da MO em decomposição

http//quiprona.wordpress.com/2011/01/29/o-ensino-
da-teoria-da-evolucao-e-a-ficha-que-ainda-nao-caiu
/
18
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria evolucionista/evolutiva
• Século XIX duas hipóteses derrubaram teoria da
  geração espontânea
• Pasteur e o experimento do pescoço de cisne
• Darwin e Wallace e a teoria da maior
  adaptabilidade resultando maior sucesso
  reprodutivo, fazendo com que suas proles herdem e
  perpetuem essas características (pressão
  ambiental seleciona características mais
  apropriadas)
• Seleção natural faz com que indivíduos simples
  evolvam a indivíduos mais complexos
• Variações impostas pela seleção natural e
  incorporadas são responsáveis pela variabilidade
  genética e a criação de novos indivíduos

19
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• Walter Gilbert, da Harvard University, em 1986,
  sugeriu que tudo se originou a partir de um
  precursor de RNA o mundo do RNA, onde essa
  molécula catalisou todas as reações necessárias
  para que o último ancestral comum sobrevivesse e
  se replicasse

Gilbert, W. (1986). "Origin of life The RNA
world". Nature 319 (6055) 618.
20
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• Na verdade essa hipótese vou primeiro sugerida
  por Carl Woese (Univeristy of Illinois) na década
  de 60, e mais tarde também adotada Francis Crick
  (Medical Research Council in England) e Leslie
  Orgel (Salk Institute in San Diego)

Francis Crick
Leslie Orgel
http//estudante-de-biogeo-11.blogspot.com/2008_10
_01_archive.html
Carl Woese
http//www.nytimes.com/2007/11/05/us/05orgel.html
http//www.astrobio.net/amee/summer_2008/Interview
s/AnthonyPooleInterview.php
21
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• No entanto, quem tenta explicar essa teoria
  encontra um paradoxo
• Qual é esse paradoxo?

22
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• No entanto, quem tenta explicar essa teoria
  encontra um paradoxo
• Ácidos nucléicos somente são sintetizados com o
  auxilio de proteínas
• Proteínas somente são sintetizadas se a sequência
  de nucleotídeos correspondente estiver presente
• É muito improvável que ambas originaram-se
  espontaneamente no mesmo lugar e ao mesmo tempo.
• É muito improvável que um tenha sido gerado sem a
  presença do outro
• Isso gera indícios que, aparentemente, a vida não
  poderia ter sido gerada através de reações
  químicas

http//www.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/AN
JUM04/
23
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• Esse RNA teria, subsequentemente, a habilidade de
  ligar aminoácidos para formar proteínas
• Esse cenário só é possível se o RNA prebiótico
  tivesse 2 condições que não são evidentes hoje
• A capacidade de se replicar sem o auxílio de
  proteínas
• Habilidade de catalisar cada passo da síntese de
  proteínas
• A descoberta de ribozimas, enzimas de RNA, em
  trabalhos independentes em duas universidades dos
  EUA nos anos 80 deu credibilidade para essa
  teoria
• Essas ribozimas conseguem ligar nucleotídeos,
  como se faz na síntese de RNA ou DNA
• Leva a indícios de que, dessa forma, existiu um
  ancestral comum as formas de vida, dando suporte
  a teorização do mundo de RNA

24
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• Como explicar a questão de existir um ancestral
  comum?

25
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do mundo de RNA
• Como explicar a questão de existir um ancestral
  comum?
• Coisas vivas consistem de compostos orgânicos
  similares (ricos em C)
• Roll de proteínas sintetizadas a partir de 20
  aminoácidos
• Essas proteínas incluem enzimas essências ao
  desenvolvimento, sobrevivência e reprodução
• Organismos contemporâneos carregam sua informação
  genética em ácidos nucleicos (DNA e RNA) e usam o
  mesmo código genético
• Esse código genético define o roll de
  aminoácidos, proteínas e o funcionamento do
  organismo
• Dessa forma a questão muda para que série de
  reações químicas criou esse sistema
  interdependente de ácidos nucleicos e proteínas?

26
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria da origem dos constituintes do espaço
  (panspermia) ou de fendas marinhas
• Ainda fica a questão de como o RNA foi
  constituído sem enzimas é muito difícil
  sintetizar ribose
• Ribose pode ser formada tendo formaldeído como
  precursor, mas em quantidade ínfimas, sendo
  inibida por outros açúcares que são produzidos em
  maior quantidade

Io9.com
http//tallbloke.files.wordpress.com/2011/02/amers
ham.jpg
27
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do RNA piranosílico (6 carbonos)
• Eschenmoser (1996) e outros sugerem molécula
  chamada de RNA piranosílico como precursora da
  vida no planeta

RNA piranosílico
28
Teorias sobre a origem da vida na terra

• Teoria do RNA piranosílico (6 carbonos)
• Eschenmoser (1996) e outros sugerem molécula
  chamada de RNA piranosílico como precursora da
  vida no planeta

http//cas.bellarmine.edu/tietjen/Ecology/chemical
_etiology_of_nucleic_aci.htm
29
Evolução da atmosfera

• A atmosfera evoluiu a medida que o O2 tornou-se
  mais abundante ( 2,5 Ba)
• O conteúdo de O2 aumentou gradativamente
• 0,1 de O2 na atmosfera depois de 0,1 Ba ( 2,4
  Ba)
• 1,0 de O2 na atmosfera depois de 0,5 Ba ( 2
  Ba)
• 10 de O2 na atmosfera depois de 1 Ba ( 1,5 Ba)
• 21 de O2 na atmosfera depois de 1,6 Ba ( 0,9
  Ba)
• Organismos evoluíram (maior diversidade) com a
  mudança de uma atmosfera reduzida a uma oxidada
  (O2 como aceptor final de eletrons)
• A diversidade microbiana aumentou 0,5 Ba depois
  do início da geração de O2
• Eucarióticos modernos evoluíram 1,3 Ba (1,2 Ba
  após o início da geração de O2)

30
Evolução da atmosfera

• Mutações (UV e outros) e a seleção natural
  fizeram com que microrganismos mais adaptados
  aparecessem, com parede celular distinta,
  distintas capacidades biossintéticas, membranas
  mais complexas, citocromos, clorofilas, fazendo,
  assim, com que surgissem os fototróficos que
  obtêm energia do sol e carbono de compostos
  inorgânicos
• Fotossintetizantes anoxigênicos
• Evoluíram cerca de 0,2 Ba depois dos primeiros
  organismos
• Usavam apenas o fotossistema I
• Fotossintetizantes oxigênicos
• Evoluíram cerca de 1,2 Ba depois dos primeiros
  organismos
• Usavam tanto o fotossistema I quanto o II

http//en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis
31
O processo evolutivo

• Processo de mudanças pelos quais organismos vivos
  passam e estão sujeitos
• Evidência do processo evolutivo é visto nos
  fósseis (paleontologia), nos estudos comparativos
  sobre a estrutura dos organismos (anatomia
  comparativa), bioquímica, embriologia e
  biogeografia

http//www.goldiesroom.org/Note20Packets/2120Evo
lution/0020Evolution--WHOLE.htm
32
O processo evolutivo

• Leslie Orgel (1997) cerca de 2 milhões de
  espécies vivas
• Michael Rosenzweig (2003) Ecologia
  reconciliatória 2 a 100 milhões de espécies
  vivas
• Mark Neumann (1994) 99.9 de todas as espécies
  vivas já foram extintas
• 2 bilhões de espécies evoluíram nos últimos 600
  milhões de anos
• Portanto, qual é o período de existência de uma
  determinada espécie ou a taxa de extinção?

Michael Rosenzweig
33
O processo evolutivo

• Leslie Orgel (1997) cerca de 2 milhões de
  espécies vivas
• Michael Rosenzweig (2003) 2 a 100 milhões de
  espécies vivas
• Mark Neumann (1994) 99.9 de todas as espécies
  vivas já foram extintas
• 2 bilhões de espécies evoluíram nos últimos 600
  milhões de anos
• Portanto, qual é o período de existência de uma
  determinada espécie ou a taxa de extinção?
• Número de espécies 1.980.000.000
• Período 600 milhões
• Número espécies extintas/ano 3,3 espécies
• Uma espécie típica é extinta 10 milhões
• de anos depois de sua primeira aparição

34
(No Transcript)
35
Evolução e os fósseis

• Archaea
• Fósseis do período Precambriano (3,8 Ba) têm sido
  detectados na Groelândia, sendo os mais antigos
  fósseis conhecidos

36
Evolução e os fósseis

• Archaea
• Como definir se o fóssil pertence a uma bactéria
  ou a uma Archaea?

37
Evolução e os fósseis

• Archaea
• Como definir se o fóssil pertence a uma bactéria
  ou a uma Archaea?
• Presença de estruturas como isoprenos/isoterpenos
  (CH2C(CH3)CHCH2) das membranas

38
Evolução e os fósseis

• Its just astounding to see how constant, how
  conserved, certain sequences motifs proteins,
  genes have been over enormous expanses of time.
  You can see sequence patterns that have persisted
  probably for over three billion years. Thats far
  longer than mountain ranges last, than continents
  retain their shape
• É impressionante verificar o quão constante,
  conservado, certas sequências proteínas, genes
  tem sido por períodos de tempo muito grandes.
  Você pode ver que o padrão das sequências tem
  persistido por, provavelmente, mais de 3 bilhões
  de anos. Isso é muito mais tempo que o tempo de
  existência de uma cadeia de montanhas, ou mais
  tempo que aquele nos quais os continentes mantêm
  sua forma
• (Carl Woese, 1997)

39
Evolução e os fósseis

• Bacteria fósseis do período Precambriano (3,5
  Ba) - cianobactérias em estromatótilos
  (aglomerações de cianobactérias com deposições de
  carbonatos)

40
Evolução e os fósseis

• Bacteria fósseis do período Precambriano (3,5
  Ba) - cianobactérias em estromatótilos
  (aglomerações de cianobactérias com deposições de
  carbonatos)

41
Evolução e os fósseis

• Bacteria fósseis do período Precambriano (3,5
  Ba) - cianobactérias em estromatótilos
  (aglomerações de cianobactérias com deposições de
  carbonatos)

42
Evolução e os fósseis

• Eukarya
• Fósseis de Eukarya conhecidos do Proterozóico
  (2,5 Ba 543 Ma) algas (?)
• Fósseis de animais somente do período Vendiano
  (650 543 Ma) e Cambriano (542 488,3 Ma)
  trilobitas e braquiopodes
• Como detectar se são fósseis de eucariotos?

43
Evolução e os fósseis

• Eukarya
• Presença de esteranos (produtos de esteróis das
  membranas) precursor dos esteróis

44
(No Transcript)
45
Classificação e nomenclatura

• A partir de um ancestral comum foram criados
  inúmeras formas de vida
• Variabilidade genética aumentou
• Necessidade de classificar (sistemática) e dar
  nome aos indivíduos (taxonomia)
• Os sistemas de classificação
• Variação ampla
• Reclassificações constantes
• Controvérsias
• Indefinições ainda persistem

simpsonstrivia.com.ar
46
Classificação e nomenclatura

• Os sistemas de classificação
• 2 reinos Aristótoles (384 322 AC) animais e
  plantas
• 3 reinos (2 proposições)
• Linnaeus (1707 1778)
• Regnum Animale
• Regnum Vegetabile
• Regnum Lapideum (minerais)
• Haeckel (1866)
• Reino Protista (unicelular)
• Reino Plantae (multicelular)
• Reino Animalia (multicelular)

vida
http//en.wikipedia.org
vida
47
Classificação e nomenclatura

• Os sistemas de classificação
• 4 reinos Copeland (1938)
• Reino Monera (procariotos, p. ex. bactérias e
  algas verde-azuladas)
• Reino Protista (eucariotos unicelulares, p. ex.
  leveduras)
• Reino Plantae
• Reino Animalia
• A partir de 1960 a criação dos Impérios ou
  Domínios acima de Reino, proposta por Chatton

48
Classificação e nomenclatura

• Os sistemas de classificação
• 5 reinos Whittaker (1969)
• Veja a adoção do sistema de impérios
• Reino Monera (unicelulares mais simples)
• Reino Protista (unicelulares mais simples)
• Reino Plantae (autotrofos multicelulares)
• Reino Fungi (saprotrofos multicelulares)
• Reino Animalia (heterotrofos multicelulares)

http//en.wikipedia.org
49
Classificação e nomenclatura

• Os sistemas de classificação
• 6 reinos Woese (1990)
• Impérios transformam-se em domínios
• Reino Bacteria
• Reino Archaea
• Reino Protista
• Reino Plantae
• Reino Fungi
• Reino Animalia

Domínio Bacteria
Domínio Archaea
http//en.wikipedia.org
vida
Domínio Eukarya
50
Classificação e nomenclatura

• Os sistemas de classificação
• 6 reinos Cavalier-Smith (1998)
• Nesse sistema adota-se o sistema de Impérios
• Reino Bacteria Archaeabacteria como
  sub-reino
• Reino Protozoa ex. Amoebozoa, etc.
• Reino Chromista ex. Alveolata, Heterokonta
• Reino Plantae ex. algas, plantas terrestres
• Reino Fungi
• Reino Animalia

http//en.wikipedia.org
Império Procariota
vida
Império Eucariota
51
Classificação e nomenclatura
Chlorobacteria
Hadobacteria
Cyanobacteria
LUCA/LUA
Gracilicutes
Eurybacteria
Endobacteria
Actinobacteria
Last (Common) Universal Ancestor
Archaea
Neomura
Eukarya
Dominios Archaea e Eukarya originados de Bacteria
Cavalier-Smith
Parede com outras glicoproteinas
Parede com peptideoglicano
52
Classificação e nomenclatura

• Neomura
• Inclui todas as espécies multicelulares e todos
  os extremófilos
• Os neomuranos tem histonas que ajudam a
  estabilizar seu DNA

Eucariotos
Archaea
53
Classificação e nomenclatura

• Neomura
• A grande maioria tem introns
• Todos usam metionia (MET) como aminoácido
  iniciador
• da síntese protéica (Bacteria usa
  formilmetionina)
• Usam vários tipos de RNA polimerase (Bacteria usa
  
• somente um tipo)
• Tem colesterol e proteasomas (proteínas complexas
  de
• alto PM) encontradas apenas em poucas bactérias
• (Actinobacteria grupo mais evoluído de todos
  nas
• bactérias)
• Mitocôndrias presentes em Eukarya é outra
  evidência
• surgiram por endossimbiose em a-Proteobacteria

54
Classificação e nomenclatura

• Os sistemas de classificação
• Sociedade Internacional de Protistologistas
  (2005)
• Sistema de domínios
• Bacteria
• Archaea
• Excavata vários protozoários flagelados
• Amoebozoa amebóides e fungos limosos
• Opisthokonta animais, fungos,
  choanoflagelados, etc.
• Rhizaria Foraminifera, Radiolaria,
  protozoários amebóides
• Chromalveolata Stramenopilos (Heterokonta),
  Alveolata, etc.
• Archaeplastida (ou Primoplantae) plantas
  terrestres, algas, etc.

55
Classificação e nomenclatura

• Bacteria
• Bergeys Manual of Systematics Classification
  (2001-2008) Springer
• David Bergey foi professor de Bacteriologia na
  Universidade da Pensilvânia no inicio do século
  XX
• Era membro da Sociedade Americana de
  Bacteriologia (SAB), hoje a Sociedade Americana
  de Microbiologia
• Em 1923 foi publicada a primeira edição do
  Bergeys Manual of Determinative Bacteriology,
  hoje na nona edição
• Além dela outras publicações como Bergeys
  Manual of Systematics Classification

56
Classificação e nomenclatura

• Fungos
• Interational Code of Botanical Nomenclature
• 10a edição do The Dictionary of the Fungi

57
Classificação e nomenclatura

• Virus
• Interational Committee on Taxonomy of Viruses
• Baltimore System

Exemplos Exemplos
Classe Descricção do genoma e estratégia de replicação Vírus bacterianos Vírus de animais
I DNA fd Lambda, T4 Herpesvirus, poxvirus
II DNA fs ? ?174 Vírus de anemia de aves
III RNA fd ? 6 Reovírus
IV RNA fs (sentido ) MS2 Poliomielite
V RNA fs (sentido -) Influenza, raiva
VI RNA fs (replicação intermediária DNA) Retrovírus (AIDS, cânceres)
VII DNA fd (replicação intermermediária RNA) Hepatite B
58
Procedimentos moleculares e filogenia

• Distância evolucionária ou distância filogenética
  
• Medida da divergência evolutiva entre duas
  sequências homólogas
• Mais popularmente é o número de substituições
  que ocorreram entre duas sequências de
  nucleotídeos desde o momento que elas
  separaram-se de um ancestral comum, expresso
  tanto em número quanto em percentual
• Distâncias evolucionárias entre grupos
  filogenéticos podem ser medidas pela diferença na
  sequência de ácidos nucléicos (aminoácidos), se
  as moléculas usadas forem
• Distribuídas universalmente no grupo estudado
• De função idêntica (funcionalidade homóloga)
• Devidamente alinhadas homologia e
  heterogeneidade podem ser devidamente
  identificadas
• Com razão de mudança das sequências coerente com
  as distâncias evolucionárias entre os membros

59
Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas
• Inicialmente proteínas com funções fisiológicas
  fundamentais, tais como citocromo C
• RNA ribossomal (rRNA) 5S pelo tamanho reduzido e
  facilidade de isolar. Desvantagens a pouca
  complexidade

Internal transcribed spacer (ITS) region primers
http//www.biology.duke.edu/fungi/mycolab/primers.
htm
60
Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas
• Atualmente ATP sintase
• Tem funcionalidade homóloga nas espécies onde é
  encontrada
• Alinha-se apropriadamente
• As razões de mudanças das sequências condiz com
  os métodos de distância evolucionária
• Os genes são de fácil isolamento

61
Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas
• A maioria dos estudos atuais usa 16S rRNA (18S
  rRNA em eucariotos) isolado da subunidade menor
  do ribossomo. Porque?

62
Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas
• A maioria dos estudos atuais usa 16S rRNA (18S
  rRNA em eucariotos) isolado da subunidade menor
  do ribossomo
• É altamente conservado
• Tem as características descritas anteriormente
• Tem um nível de complexidade adequado
• É relativamente fácil de isolar e de trabalhar
• Mas qual é o principal problema dessa molécula?

63
Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas
• A maioria dos estudos atuais usa 16S rRNA (18S
  rRNA em eucariotos) isolado da subunidade menor
  do ribossomo
• É altamente conservado
• Tem as características descritas anteriormente
• Tem um nível de complexidade adequado
• É relativamente fácil de isolar e de trabalhar
• Mas qual é o principal problema dessa molécula?
• Baixa variação a nível interespecífico

64
Procedimentos moleculares e filogenia

• Moléculas usadas
• Outras opções
• Fatores de elongação Ef-Tu, Ef-G (proteínas
  responsáveis pelos fatores de elongação)
  procariotos
• Genes ribossomais, mitocondriais e proteínas
  estruturais - eucariotos

65
Classificação e nomenclatura

• Os três domínios (Woese, 1990) e as árvores
  filogenéticas da vida
• Porque as árvores filogenéticas da vida ?

66
Classificação e nomenclatura
LUCA/LUA
67
(No Transcript)
68
Classificação e nomenclatura
E os vírus?
melecofone.com.br
69
Transição de RNA a DNA
Archaea
Mundo de DNA viral
fvA
fvE
fvB
Eukarya
Bacteria
Linhagens extintas
LUCA (Genoma de RNA)
LUCA last universal common ancestor
70
Classificação e nomenclatura
www.tolweb.org
71
Classificação e nomenclatura

• Classificação hierárquica na biologia com oito
  ranks principais

72
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de bactérias
• 40 milhões de bactérias em 1 g de solo
• 5 x 1030 bactérias na terra
• Massa muito gt que a massa de plantas e animais

http//en.wikipedia.org/wiki/bacteria
73
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de Archaea
• Número desconhecido de espécies
• Muitos são extremófilos
• Organismos de onde se originaram os eucariotos?

http//en.wikipedia.org/wiki/Archaea
74
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de fungos
• 1,5 milhão de espécies (Hawskworth 2001)
• 5,1 milhão (Blackwell 2011)
• Um pouco mais de 100.000 espécies descritas
• Indivíduo pode ter várias toneladas (Armillaria
  solidipes- Oregon) 20 km2 ou 1000 ha, sendo
  estimado que tem cerca de 2.400 anos com uma
  massa de 605 toneladas

http//en.wikipedia.org/wiki/Armillaria_solidipes
http//en.wikipedia.org/wiki/fungi
75
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de Protozoários
• 200.000 espécies no planeta (Adl et al., 2005)
• 30 a 40 filos
• Uni ou multicelulares

http//en.wikipedia.org/wiki/FileProtist_collage.
jpg
76
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de algas microscópicas
• 6.000 espécies no planeta (Thomas, 2002)
• 30 a 40 filos
• Uni ou multicelulares

http//en.wikipedia.org/wiki/FileIntertidal_green
algae.jpg
77
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de animais microscópicos
• Inclui o zooplâncton e as planarias
• Número de espécies desconhecido
• Importância para peixes e outros animais aquáticos

http//en.wikipedia.org/wiki/FileAntarctic_krill_
(Euphausia_superba).jpg
http//en.wikipedia.org/wiki/FileHyperia.jpg
78
Diversidade microbiana

• Estimativas do número de vírus
• 1031 vírus no planeta (Breitbart Rohwer, 2005)
• 5000 tem sido descritos em detalhe
• Grande maioria bacteriófagos

http//en.wikipedia.org/wiki/FileHepC_replication
.png
79
Conceitos de espécie

• Morfológico usa apenas características
  morfológicas. Indivíduos agrupados em função de
  similaridades e distinguidos entre si em função
  de descontinuidade de caracteres
• Biológico (Dobzhansky 1937, Mayr 1942, 1965)
  população natural ou população de indivíduos com
  potencial de cruzar entre si e que estão isolados
  reprodutivamente de outras populações. Não se
  aplica a indivíduos com reprodução assexuada,
  como é o caso de muitos fungos
• Ecológico um grupo de organismos adaptados a um
  determinado recurso, nicho, ou ambiente
• Filogenético (Hibbett) grupo de indivíduos que
  tem relação genética determinada via meios
  filogenéticos
• Filogenético (cladístico) grupo de indivíduos
  que tem o mesmo ancestral comum. Mantém sua
  integridade com respeito a outras linhagens tanto
  no tempo quanto no espaço
• Genético indivíduos ou população com DNA
  similar. Formas de detecção hibridização,
  fingerprinting, etc.
• Fenético baseado nos fenótipos

80
Conceito de espécie em Microbiologia

• De Queiroz - espécies são linhagens de
  metapopulações (Ernst Mayr and the modern
  concept of species PNAS, May 2005)

81
Conceito de espécie em Microbiologia

• De Queiroz - espécies são linhagens de
  metapopulações (Ernst Mayr and the modern
  concept of species PNAS, May 2005)
• Metapopulações são grupos de sub-populações
  conectadas
• Uma linhagem pode ser entendida como uma
  metapopulação que se estende ao longo do tempo e
  que ocupa uma zona adaptativa mínina não ocupada
  por nenhuma outra linhagem e que evolui
  independentemente de todas as outras linhagens
  distantes de sua confluência
• Diferentemente de outros conceitos, linhagens
  metapopulacionais não necessitam ser
  fenotipicamente distinguíveis ou diagnosticáveis,
  nem monofiléticas, ou isoladas reprodutivamente,
  ou ecologicamente divergentes para ser
  consideradas espécies
• Microrganismos unidos por força coesiva podem ser
  caracterizados como pertencentes a uma única
  espécie

82
Conceito de espécie em Microbiologia
Cohesion (n. lat. cohaerere "stick or stay
together") or cohesive attraction or cohesive
force is the action or property of like molecules
sticking together, being mutually attractive.
This is an intrinsic property of a substance
that is caused by the shape and structure of its
molecules which makes the distribution of
orbiting electrons irregular when molecules get
close to one another, creating electrical
attraction that can maintain a macroscopic
structure such as a water drop wikipedia.org
83
Conceito de espécie em Microbiologia
E então, como definir espécie em microbiologia?