PLANCTON
I. Principais grupos. Critérios de classificação
RESUMO
Distribuição e relação com os factores físico-químicos e
biológicos
Distribuição horizontal
Distribuição vertical
Microdistribuição
FCTUNL - 2002/2003
Migrações
II. Produção planctónica. Fotossíntese e quimiossíntese.
Selecção de alimento. Resposta funcional e numérica
Relação inversa
Repartição de energia
Cadeia alimentar e transferência de energia
Métodos de medida da produção planctónica
Estações oceânicas
Variações sazonais. Exemplos
PLANCTON
Seston
Plancton
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Necton
(micronecton)
Domínio bêntico
(Benthos)
Suprabenthos
Benthos
Coluna de água
Domínio pelágico
(Pelagos)
Neuston
(hiponeuston)
PLANCTON
Plancton
Divisões clássicas
BacterioFitoZoo-
Divisões clássicas
holoplancton
meroplancton
Neuston (p.ex Sifonóforos)
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Micronecton (p.ex Cifozoários)
Suprabenthos (p.ex Misidáceos)
PLANCTON
FCTUNL - 2002/2003
DIMENSÕES
DOS
ORGANISMOS
PLANCTON
ADAPTAÇÕES À VIDA PELÁGICA
Flutuabilidade
Aumento da relação superfície:volume
Morfologia do corpo, ramificação dos
apêndices, presença de sedas,
organização em colónias
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Diminuição do peso
Regulação fisiológica (flutuadores de
pressão variável, inclusões lipídicas,
controlo iónico, vacuolização)
Espessura das conchas e frústulas
Transparência (homocromia)
Bioluminescência
PLANCTON
DIMENSÕES E BIOMASSA
FCTUNL - 2002/2003
<2µm
Contribuição dos
principais grupos
planctónicos para a
biomassa
(nº indiv x volume esférico
equivalente)
PLANCTON
DIMENSÕES E ABUNDÂNCIA
FCTUNL - 2002/2003
1µm (d)
Mediterrâneo.
Abundância
relativa de
organismos de
diferentes
tamanhos
(Rodriguez, 1994)
PICO- NANO- e MICROPLANCTON
µ flagelados
Metabolismo versátil
Autotrofia (produtores
<2µm
primários)
Heterotrofia
bactérias
cocolitoforídeo
Parasitismo
2-20µm
Simbiose
diatomáceas
20-200µm
BIOMASSA E CLOROFILA
dinoflagelados
(Pacífico tropical)
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•Picoplancton (<2µm): 39-63%
•Nanoplancton (2-20µm): 27-42%
•Microplankton (20-200µm): 9-16%
foraminífero
ciliado
tintinídeo
PRODUTORES PLANCTÓNICOS UNICELULARES
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diatomáceas
dinoflagelado
Microfotografias de esqueletos
cocolitoforídeo
silicoflagelado
Barras
: 5µm
SEDIMENTOS DOS FUNDOS OCEÂNICOS
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Si
CaCO3
Vasas
calcáreas
Vasas
siliciosas
Argilas
vermelhas
Sedimentos derivados das massas
continentais adjacentes
Sedimentosde
origem glaciar
(adaptado de Wright, 1977-78)
DISTRIBUIÇÃO
DISTRIBUIÇÃO HORIZONTAL E VERTICAL
Factores físico-químicos
Viscosidade (temperatura)
Circulação oceânica global (larga escala)
Gradientes de luz, temperatura e nutrientes
Upwelling
Correntes de maré
Escorrências dos rios
FCTUNL - 2002/2003
Factores biológicos
Hábitos alimentares
Ciclo de vida e parâmetros demográficos
SISTEMAS DE UPWELLING E DIVERGÊNCIA
C
B
Divergência Tropical
D
A
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Divergência Antártica
SISTEMAS DE UPWELLING COSTEIRO:
A- Peru; B - Corrente da Califórnia;
C - noroeste de Africa; D - sudoeste de África
NUTRIENTES
DISTRIBUIÇÃO DE NITRATO À ESCALA GLOBAL
NO3 (µM)
B
C
FCTUNL - 2002/2003
A
D
FITOPLANCTON
DISTRIBUIÇÃO À ESCALA GLOBAL
http://daac.gsfc.nasa.gov
B
C
Divergência
Tropical
A
D
Divergência Antártica
FCTUNL - 2002/2003
> produtividade
SISTEMAS DE UPWELLING COSTEIRO:
A- Peru; B - Corrente da Califórnia;
C - noroeste de Africa; D - sudoeste de África
< produtividade
PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA PLANCTÓNICA
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mg C m-2 d-1
BIOMASSA FITOPLANCTÓNICA (CLOROFILA)
http://daac.gsfc.nasa.gov
Atlântico Norte
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(inverno)
> produtividade
< produtividade
>2
0,25 - 2
PRODUTIVIDADE
FITOPLANCTÓNICA
E NUTRIENTES
< 0,25
PO4- P (µg at l-1)
OCEANO PACÍFICO
> 250
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100 - 250
< 100
Produtividade fitoplanctónica
(mg C m-3 d-1)
ZOOPLANCTON - ATLÂNTICO NORTE
Distribuição horizontal e relação com a hidrografia
BIOVOLUME
(ml 1000m-3)
Correntes
G - Golfo
G
C - Canárias
A
C
NEq - Norte equatorial
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A - Antilhas
NEq
ECOSSISTEMAS PLANCTÓNICOS SUBTROPICAIS
Características:
Upwelling
costeiro
Divergência
equatorial
Giro central
102-103
10-3-10-4
10-4-10-5
NO3-N (µg at l-1)
20-30
20-30
0-5
Produção primária (gm-2d-1)
1-10
1-5
0,1-0,5
Fitoplancton (mgC mgCla-1h-1)
60-180
45-90
15-30
Dimensão das células
grandes
Biomassa média dos herbívoros (µgC ind-1)
40-100
4-40
4-40
Mobilidade dos herbívoros
alta
baixa
+baixa
Variabilidade temporal dos herbívoros
alta
baixa
+baixa
Níveis tróficos
1-2
3-4
5-6
Produção no topo
alta
intermédia
baixa
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Velocidade vertical (cm s-1)
pequenas
(Adaptado de Walsh,1976)
BACTERIOPLANCTON
Distribuição vertical de
bactérias
decompositoras
(Oceano aberto)
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t0
t1
t2
t3
FITOPLANCTON
Distribuição vertical de clorofila (mg m-3)
Set
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t0
Baía de S.Francisco, EUA
http://sfbay.wr.usgs.gov
Abr
t1
t2
Gyre, Mar da Irlanda
t3
DISTRIBUIÇÃO VERTICAL- LUZ
Penetração dos diferentes comprimentos de onda (%)
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t0
t1
t2
t3
ESPECTRO DE ABSORÇÃO DE DIFERENTES PRODUTORES
Pigmentos
Absorção
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Cl a, b e c
Ficoxantinas
Ficoeritrinas
Ficocianinas
v b g y o r
visível
A presença de pigmentos acessórios é uma importante adaptação fisiológica
às condições de mistura turbulenta e ao afundamento.
TEMPERATURA – DISTRIBUIÇÃO VERTICAL
PERFIL DO OCEANO ATLÂNTICO
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Divergência
Tropical
TEMPERATURA – DISTRIBUIÇÃO VERTICAL
PERFIL DO OCEANO ATLÂNTICO
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2000m
Divergência
Tropical
ZOOPLANCTON - DISTRIBUIÇÃO VERTICAL
Oceano Pacífico
I
40°
60°
II
(140° -160°E)
20°
0°
20°
(170° -180°W)
40°
500
Profundidade (m)
2000
4000
6000
8000
10000
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>500
500-100
100-50
10-5
1-0,5
50-10
5-1
0,5-0,1
Biomassa (mg PF m-3)
0,1-0,05
<0,05
60°
MICRODISTRIBUIÇÃO (PATCHINESS)
Causas da microdistribuição:
• Mecanismos físicos
Circulação e turbulência à escala regional (ventos)
Condições de fronteira, gradientes de luz, temperatura, salinidade
• Mecanismos sociais e demográficos
Taxas de reprodução
Associação em grupos móveis
(protecção, reprodução)
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• Mecanismos fisiológicos e comportamentais relacionados
com o consumo de recursos
Heterogeneidade de nutrientes
Diferentes respostas numéricas
Competição interspecífica
MICRODISTRIBUIÇÃO
ESCALA REGIONAL / LOCAL
Topografia
Formação de termoclinas,
nutriclinas...
Estuários
Upwelling costeiro
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Estratificação
Mistura gradiente de
salinidade
MICRODISTRIBUIÇÃO
Factores físicos (hidrodinâmica)
Vórtices de Langmuir
>3m s-1
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até 400m compr
.
A - flutuabilidade neutra (ao acaso)
B - flutuabilidade negativa (agregação em upwelling)
C - flutuabilidade positiva (agregação em downwelling)
D, E, F - agregação nadando contra a corrente (relação com a luz)
MICRODISTRIBUIÇÃO
Mecanismos sociais e
demográficos
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Associação em grupos
móveis
(protecção, reprodução)
Agregação de misidáceos
FITOPLANCTON
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PERFIS DE BIOMASSA
Biomassa
(mgCla m-3)
http://botany.uwc.ac.za
FITOPLANCTON
Produção primária e microdistribuição
Biomassa (mgCla m-3)
Taxa de fotossíntese (mgC mgCla d-1)
PPB
Respiração
Prof
Prof.Comp.
P=R
t0
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R
PPL
t2
t1
FACTORES: Luz
Nutrientes
Taxa de crescimento
ESTRATIFICAÇÃO / MICRODISTRIBUIÇÃO
t3
Profundidade (m)
MIGRAÇÕES VERTICAIS
As
Asmigrações
migraçõesverticais
verticaissurgem
surgem
em
resposta
a
em resposta a
Condições
Condiçõesfísico-químicas
físico-químicasdo
do
meio
(luz,
temperatura,
meio (luz, temperatura,
correntes)
correntes)
Preferências
Preferênciasalimentares
alimentares
Evitamento
Evitamentode
depredadores
predadores
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Estratégias
Estratégiasreprodutivas
reprodutivas
Comportamento
Comportamentosocial
social
MIGRAÇÕES VERTICAIS
Intensidade luminosa (%)
min
opt
max
Profundidade (m)
2m
DISTRIBUIÇÃO
VERTICAL EM
RESPOSTA À LUZ
A – Curva de
penetração da luz
16 m
B – Distribuição
vertical de uma
espécie eurilume
24 m
27 m
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Nº ind
C - Distribuição
vertical de uma
espécie estenolume
MIGRAÇÕES VERTICAIS
DISTRIBUIÇÃO VERTICAL EM RESPOSTA À TEMPERATURA
Verão
Temperatura ºC
10
15
10
15
20
10
5
15
Profundidade (m)
5
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termoclina
10 indm-3
Temperaturas à superfície superiores a ~12 ºC impedem a migração nictemeral de Mysis relicta
(óptimo a 10ºC, > nº de indivíduosm-3)
A termoclina condiciona as migrações
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Profundidade
MIGRAÇÕES NICTEMERAIS
Calanus
Cosmetria
Misidáceo
MIGRAÇÕES
NICTEMERAIS
Variação com o
estado de
desenvolvimento
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estados larvares
(copepodito V)
Calanus finmarchicus,
Calanus
Loch Fyne Escócia
Cosmetria
Misidáceo
ZOOPLANCTON
DSL - DEEP SCATTERING LAYER
0m
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Prof. (m)
40 m
Ecograma registado entre as 23:00
e 1:00 (Pacífico Este)
Densidade de C. cristatus (ind.m-3)
MICRODISTRIBUIÇÃO - ESCALAS
Microdistribuição em larga
escala - 3 Km
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Microdistribuição em
pequena escala distância mínima entre
manchas detectadas 14m
Zooplancton em registo
contínuo (Wiebe, 1970)
MICRODISTRIBUIÇÃO
VARIABILIDADE NO ESPAÇO
ESCALAS: 105 m a 10-1 m
Zooplancton - arrasto sup.
CO2
sup.
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regressão
Clorofila (10m prof)
Fitoplancton - uptake de 14C
MICRODISTRIBUIÇÃO
RELAÇÃO COM A
HIDRODINÂMICA
E FACTORES
BIOLÓGICOS
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agregação
Os organismos do plancton
não são meros traçadores
dos movimentos das massas
de água...
MICRODISTRIBUIÇÃO
CONSEQUÊNCIAS ECOLÓGICAS
•
Alimentação - resposta agregada dos predadores a elevadas densidades de presas (maior
eficiência)
•
Redução do risco de ser comido - a agregação reduz o risco mesmo que possa atrair predadores
•
Efeitos demográficos - a baixa turbulência pode promover a microdistribuição de presas e a
frequência dos encontros. Turbulência elevada é prejudicial para o crescimento e reprodução
•
Uso e selecção do habitat - os organismos seleccionam manchas diferentes consoante os
recursos nelas presentes
•
Organização social - quando a competição é do tipo interferência (contest) as manchas mais
favoráveis são ocupadas primeiro. Excesso de indivíduos tenderão a utilizar áreas menos
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favoráveis (efeitos demográficos)
•
Dispersão - muitos indivíduos percorrem distâncias curtas numa mesma mancha; poucos
indivíduos percorrem distâncias longas de uma mancha para outra. A distribuição espacial das
manchas e a frequência de alterações que estas sofrem afectam a necessidade ou as vantagens
da dispersão a longas distâncias
PRODUÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA
BACTERIOPLANCTON - quimiossíntese
nAO+4n[H++e-]
nH2A+2H2O
substrato reduzido
12NADH2+18ATP+6CO2
produto oxidado
C6H12O6+6H2O+18ADP+18P+12NAD
FITOPLANCTON - fotossíntese
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nCO2+2nH2A
H2O - em presença de oxigénio
H2S – em anóxia
RESPIRAÇÃO AERÓBIA
luz
pigmentos
nCH2O+2nA+nH2O
C6H12O6
C6H12O6+6O2
6CO2+6H2O+36ATP
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PRODUÇÃO PRIMÁRIA
PRODUÇÃO PRIMÁRIA - Substratos, oxidantes e produtos finais
Dadores de eReceptores de e- Produto final
(substratos reduzidos) (oxidantes)
(oxidado)
FOTOSSÍNTESE (LUZ)
Presença de O2
H 2O
CO2
O2
Ausência de O2
H2S, H2
CP2
S0, SO42QUIMIOSSÍNTESE
B. nitrificantes
NO2-, NH4+, NH2OH
O2,NO3NO3-, NO2B. sulfo-redutoras* H2S, S0, S2O3O2
S0, SO42B red. hidrogénio* H2
O, SO4
H 2O
O2
CO2
B. red. metano*
CH4
2+
B. red. ferro*
Fe
O2
Fe3+
B. red. CO*
CO
H2
CH4
* também heterotróficos
BACTERIOPLANCTON
Dimensões:
Dimensões:<2µm
<2µm
Fotossíntese
Quimiossíntese
Fotossíntese
Prof (m)
• ALGUNS GÉNEROS:
Bacillus
Bacterium
Desulfovibrio
Micrococcus
Methanomonas
Nitrobacter
Pseudomonas
Sarcina
Spirillum
Streptomyces
Thiobacillus
PRODUÇÃO QUIMIOSSINTÉTICA NO MAR NEGRO
Actividade de
Actividade de
Thiobacillus
Thiobacillus
Quimiossíntese
• MORFOLOGIA:
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Cocos
Bastonetes
Espiral
• HABITAT:
Águas doces e
marinhas
Fontes hidrotermais
de profundidade
Sedimentos
(Adaptado de Sorokin, 1964)
PRODUÇÃO PRIMÁRIA
RELAÇÃO COM A LUZ
3
Taxa de fotossíntese (P)
saturação
Taxa de fotossíntese (P)
Pmax
2
1
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Ponto de compensação
Intensidade luminosa (I)
Intensidade luminosa (I)
Fotossíntese vs. luz
1, 2 - comunidades de luz atenuada
3 - comunidade de luz intensa
NUTRIENTES/TEMP
NUTRIENTES/TEMP
Pmax mgCmgCla h-1
Pmax mgCmgCla h-1
PRODUÇÃO PRIMÁRIA - Factores limitantes
LUZ/TEMP
LUZ/TEMP
Pmax mgCmgCla h-1
Temperatura ˚C
NUTRIENTES/TEMP
NUTRIENTES/TEMP
Temp °C
FCTUNL - 2002/2003
Fosfato (µg at l-1)
Temp
Pmax
P pot
Variações sazonais (Baia de Tóquio)