Escola Secundária Júlio Dantas -Lagos
Grupo: Volvox
Ano lectivo: 2009/2010
Cianobactérias - o que são ?
As cianobactérias ou cianofíceas, também conhecidas popularmente
como algas azuis, são organismos procarióticos aeróbios
fotoautotróficos, que para além da comunidade fitoplanctónica,
também integram uma comunidade bentónica que coloniza as
margens.
Os seus processos vitais apenas requerem água, dióxido de carbono,
substâncias inorgânicas e luz. A fotossíntese é o principal modo de
obtenção de energia para o seu metabolismo.
Cianobactérias - o que são ?
Factores que propiciam o seu desenvolvimento:
O aumento da carga de nutrientes, em resultado das actividades
humanas;
Alterações climáticas, como o aquecimento global;
Elevadas temperaturas;
Águas ricas em nutrientes.
Dependo das condições
ambientais, a dinâmica destes
organismos pode resultar no seu
desenvolvimento em elevadas
densidades, sendo este fenómeno
descrito como florescência ou
bloom;
As cianobactérias são organismos
que produzem compostos tóxicos
com efeitos severos a nível do
sistema nervoso e a nível de órgãos
como o fígado e o intestino;
Neste sentido já foram
documentados casos de morte de
animais por consumo de águas
contaminadas;
O desenvolvimento massivo destes
organismos traz consequências
nefastas para os ecossistemas,
uma vez que, a acumulação de
grandes densidades
fitoplanctónicas à superfície da
água conduz à perda da
transparência, impedindo a
penetração da luz nas camadas
inferiores o que conduz à exaustão
dos nutrientes;
O declínio da transparência da
água conduz à degradação da
matéria orgânica e
consequentemente à acumulação
de compostos tóxicos como a
amónia, o que irá afectar todo o
ecossistema aquático e
consequentemente todos os
organismos que lá habitam.
A origem das cianobactérias foi
estimada há cerca de 3,5 mil
milhões de anos, sendo estes,
provavelmente
os
primeiros
produtores primários de matéria
orgânica a libertarem oxigénio
elementar na atmosfera primitiva.
A capacidade de crescimento nos
diferentes meios é uma das
principais características das
cianobactérias,
sendo
os
ambientes de água doce os mais
favoráveis
para
o
seu
crescimento, visto que a maioria
das espécies apresentam um
melhor crescimento em águas
neutro - alcalinas (pH 6-9), a
temperaturas entre 15ºC a 30ºC
e a elevadas concentrações de
nutrientes,
principalmente
nitrogénio e fósforo ( estes que
integram a composição do meio
Z8).
Os factores ambientais parecem afectar o seu crescimento,
assim como a produção de cianotoxinas (toxinas produzidas
pelas cianobactérias). Factores ambientais, tais como, a idade
das culturas assim como a temperatura, que são os
parâmetros mais frequentes, seguidos da luz, nutrientes,
salinidade, pH e concentrações de micronutrientes no meio.
Grande parte dos estudos indicam que as cianobactérias
produzem a maior parte das toxinas sob condições que são
favoráveis ao seu crescimento.
Etapas do trabalho experimental:
1. Efectuar uma cultura laboratorial de uma estirpe de cianobactéria
da espécie Microcystis aeruginosa e determinar a sua curva de
crescimento;
2. Avaliar a toxicidade da cianobactéria num teste de toxicidade
com uma microalga verde: inibição do crescimento de Chlorella
vulgaris;
3. Avaliar a toxicidade da cianobactéria num ensaio com náuplios
de um crustáceo zooplantónico: indução da morte de náuplios de
Artemia salina.
Microcystis aeruginosa
 São microrganismos dotados de
movimento e coloração que varia
de verde, amarelo, verdeazulado, verde, verde-cinza,
cinza-preto e vermelho;
 A sua reprodução é assexuada,
por simples divisão da célula;
 Estas
cianobactérias
estão
distribuídas
em
diferentes
ambientes: tanto nos solos como
nas águas ( quer sejam limpas
ou eutrofizadas);
O
género
Microcystis
é
conhecido pela sua toxicidade e
a toxina libertada após a lise
celular,
é
denominada
microcistina. Cada género pode
integrar-se de dezenas ou
centenas de espécies, tóxicas ou
não, devido às substâncias
químicas libertadas;
As cianobactérias produzem para além das toxinas irritantes ao
tacto, dois tipos de toxinas: as neurotoxinas, e as hepatotoxicas;
As hepatotoxinas são produzidas por espécies de cianobactérias,
incluíndo os géneros: Anabaena, Microcystis, Nodullaria, Nostoc,
Oscillatoria e Cylindrospermopsis. Estas integram o tipo mais
comum de intoxicações envolvendo cianobactérias e apresentam
uma acção mais lenta, causando a morte entre algumas horas ou
poucos dias.
As toxinas, nomeadamente as
microcistinas, encontram-se no
interior das células, pelo que é
necessário proceder-se à lise
celular de modo a romper a
membrana celular das células
para que estas sejam libertadas.
Para
isso
procedeu-se,
previamente
à
actividade
experimental,
a
sucessivas
congelações
das
células,
aumentando
e
diminuindo
sucessivamente o seu volume;
De acordo com o trabalho de
Mole et al (1997) (in Sivonen e
Jones, 1999) a libertação de
microcistinas de uma cultura de
Microcystis aeruginosa começa a
ocorrer na
fase tardia do
crescimento
exponencial,
aumentando significativamente
durante a fase estacionária. Esta
libertação está relacionada com
o decréscimo da integridade das
células.
Resultados experimentais - Crescimento
Microcystis aeruginosa em função do tempo
da
espécie
A cultura teve início no
dia 19 de Janeiro de
2010.
Tabela 1 - Tabela de
crescimento da espécie
Microcystis aeruginosa em
função do tempo.
Concentração celular (cél /
mL)
Resultados experimentais - curva de crescimento da
Microcystis aeruginosa
Curva de crescimento da espécie
Microcystis aeruginosa
1,600,000,000.00
1,400,000,000.00
1,200,000,000.00
1,000,000,000.00
800,000,000.00
600,000,000.00
400,000,000.00
200,000,000.00
0.00
0
5
10
15
Dias após a cultura
20
25
30
Observações sobre os resultados experimentais - curva de
crescimento da Microcystis aeruginosa
De acordo com os dados obtidos pelo gráfico, pode-se concluir
que existem algumas irregularidades no crescimento da
Microcystis aeruginosa, passados alguns dias da cultura ter sido
efectuada.
Uma das causas possíveis que interferiram neste resultado pode
ter sido a não actuação imediata do lugol na inibição da
multiplicação da mesma.
O lugol foi a substância utilizada na actividade experimental para
imobilizar as células, assim como para preservar a amostra para o
caso de não ser quantificada de imediato.
Classificação científica







Reino: Protista
Filo: Chlorophyta
Classe: Chlorophycae
Ordem: Chlorococcales
Família: Oocystaceae
Género: Chlorella
Espécie: Chlorella vulgaris
Chlorella vulgaris
Chlorella vulgaris
• Chlorella é um género de algas verdes unicelulares, do Filo
Chlorophyta. De forma esférica, cerca de 2-10 μm de
diâmetro, sem flagelo, que contêm os pigmentos verdes
fotossintetizadores, nomeadamente a clorofila a e b nos seus
cloroplastos. Através da fotossíntese multiplica-se
rapidamente requerendo só dióxido de carbono, água, luz
solar e pequenas quantidades de minerais.
• A Chlorella foi a primeira
forma de vida com um
núcleo verdadeiro. Em
condições com muita luz
solar e em água doce
fresca, reproduz-se por
divisão celular, à razão de
quatro novas células a
cada 17/24 horas.
• esta espécie fez a primeira
ligação
na
série
de
organismos
que
caracterizam a base da
cadeia alimentar.
• Durante, aproximadamente, os primeiros
mil milhões de anos de existência da Terra,
a sua atmosfera era repleta de gases fatais
como: amónia, metano e dióxido de
carbono. Então, tornou-se a função destas
algas
filtrar estes elementos fatais,
possibilitando, eventualmente, o surgimento
da fauna e da flora no ambiente terrestre e
marinho.
• Se uma célula de Chlorella se
reproduzisse
livremente,
em
condições ideais, após 63 dias,
haveria células suficientes para
ocupar toda a superfície da Terra.
Porém, a Natureza limita essa taxa
de crescimento: cada célula de
Chlorella requer uma quantidade
substancial de luz solar para se
reproduzir.
•
Além disso, um grupo de Chlorella
causa
uma
diminuição
significativa no espaço disponível
para
a
sua
reprodução,
diminuindo, naturalmente, a sua
taxa de multiplicação.
Importância das microalgas nos
ecossistemas
• A Chlorella vulgaris encontra-se na posição de produtor primário em
quase todas as cadeias alimentares e devido ao facto de ser
fotossintética, oxigena a água em que se encontra. A sua remoção
das cadeias alimentares propicia não só o colapso dos níveis
tróficos superiores devido à remoção de uma fonte de alimento,
como também o envenenamento da água por dióxido de carbono
uma vez que, deixa de haver a sua transformação em oxigénio, vital
para a manutenção da vida dos organismos pluricelulares aeróbios.
• Assim a Chlorella vulgaris ajuda na reabilitação de ecossistemas,
quer a nível do controlo de águas (por exemplo, controlo do nível de
oxigénio na água) quer a nível de controlo biológico , uma vez que é
um elemento fulcral nos diferentes níveis tróficos.
Ao aumento rápido de algas
relacionado com a acumulação de
nutrientes derivados do azoto
(nitratos), do fósforo (fosfatos), do
enxofre (sulfatos), mas também de
potássio, cálcio e magnésio, dá-se o
nome de "florescimento" ou "bloom“.
Observa-se uma coloração azulesverdeada, vermelha ou acastanhada
à água, consoante as espécies de algas
favorecidas pela situação.
Eutrofização
• Quando existe uma grande quantidade de nutrientes numa massa de
água, estes provocam uma exponencial reprodução de fitoplâncton;
• Com isto a luz solar não passa à superfície dada a acumulação do
fitoplâncton na mesma, o que impede os raios solares de progredirem
até às zonas mais profundas, logo os seres fotoautotróficos não
realizam o processo de fotossíntese, acabando por morrer, diminuindo
a quantidade de oxigénio e consequentemente a fonte de alimento
para outros organismos;
Eutrofização
• Apesar das capacidades fotossintéticas do fitoplâncton, o oxigénio
permanece à superfície saturando-a, acabando este na atmosfera,
não restabelecendo os níveis na profundidade;
• Após a morte destes microrganismos, estes depositam-se no fundo;
Eutrofização
•
O aumento dos detritos leva a um aumento de decompositores
(maioritariamente bactérias), que consomem oxigénio, que em
conjunto com os factores referidos anteriormente, aumentam a
mortalidade dos peixes e crustáceos;
• As bactérias não morrem devido ao facto de poderem recorrer à
fermentação e respiração anaeróbia;
• Por outro lado, as bactérias utilizam o oxigénio quando este ainda
está disponível, mantendo sempre um baixo teor em oxigénio no
meio.
Acção da Microcystis aeruginosa sobre a Chlorella
vulgaris
Cél/mL
1:1
1:2
1:4
controlo
1º
1,24E8
1,92E8
2,24E8
2,68E8
2º
9,6E7
2,12E8
2,12E8
2,88E8
3º
9,2E7
1,96E8
1,96E8
2,64E8
Tabela 2:Teste
toxicidade de Chlorella
vulgaris
Observações: Dado que a concentração de Chlorella é superior nos
poços com uma menor concentração de microcistinas, sendo a relação
entre elas inversamente proporcional, pode-se inferir que estas toxinas
provenientes da espécie Microcystis aeruginosa, inibem a multiplicação
de Chlorella vulgaris.
Acção da Microcystis aeruginosa sobre a Chlorella
vulgaris
Valores médios da inibição em cada poço:
Concentração média no poço 1:1 em (cél/mL) = 1,04E8
Concentração média no poço 1:2 em (cél/ mL)=1,44E8
Concentração média no poço 1:4 em (cél/mL)= 2,12E8
Concentração média no poço de controlo em (cél/ mL) = 2,72E8
Percentagem de inibição (%
I)
Inibição da multiplicação de Chlorella sob acção
das toxinas libertadas pela Microcystis aeruginosa
7.00%
Percentagem de inibição (% I) em função da
concentração de microcistinas
6.00%
5.00%
4.00%
3.00%
2.00%
1.00%
0.00%
01:01
01:02
Poços de análise
01:04
Artemia salina - consumidor primário
As artémias são pequenos crustáceos da ordem Anostraca, que
pertencem ao filo Arthropoda e à classe dos crustáceos;
Têm tamanho e coloração variadas - que vão do rosa pálido ao
avermelhado, branco ou esverdeado, dependendo do tipo de
alimento que estas consumirem;
A Artemia salina está em constante estado de locomoção, pois são
animais filtradores que se alimentam de todo o tipo de partículas
suspensas nas águas e que por isso dependem deste mecanismo
para se alimentarem e respirar;
Vivem normalmente em lagos de água salgada ou salobra. Podem,
no entanto, viver em águas preparadas artificialmente ou mesmo
em águas doces, durante algum tempo;
Encontram-se disseminadas por todo o mundo;
• As artémias podem viver em condições extremas, muitas vezes em hipersalinidade, e chegam a viver em lagos com um teor de sal da ordem dos
25%. Nestes meios os predadores são poucos e existem poucos
competidores, originando o ambiente ideal para as mesmas;
• O ciclo de vida da Artemia salina é o seguinte: quisto - antes da eclosão,
náuplios - são as larvas após a eclosão, jovem - com 6 dias de idade e
adulto - quando atinge os 10 dias de idade. O tempo de vida da artémia
é de 6 a 12 meses.
Factores ambientais que influenciam o ciclo da Artemia salina:
Salinidade: Entre 3 e 300 partes por milhar.
Oxigénio: No mínimo de 1 a 2 mg/l
Temperatura: Suporta de 5ºC a 40ºC (óptimo de 25ºC a 28ºC).
Luz: Sensíveis à luz devido aos seus olhos compostos.
pH: Aproximadamente 8,0.
• O ciclo começa a partir de um quisto, que contém um embrião com o
metabolismo suspenso (este estado é conhecido por diapausa). Os
quistos são muito resistentes e podem sobreviver durante cinco ou
mais anos se permanecerem num local fresco e seco;
• As fêmeas, no caso das condições serem perfeitas, produzem artémias
recém - nascidas ,no caso de estas não serem perfeitas, são produzidos
quistos para eclodirem quando as condições forem mais favoráveis.
Condições para a produção dos quistos:
Temperatura
Salinidade
pH
Densidade dos quistos
Iluminação
• Na Natureza, na maioria das
vezes quando existem variações
de temperatura ou na salinidade
da água, os quistos voltam a
hidratar-se e entram no primeiro•
estágio de crescimento (as larvas
deste
estágio
inicial
são
conhecidas por náuplios);
náuplios que se irão alimentar,
directamente de uma larga
variedade de espécies marinhas;
Uma artémia adulta terá, mais ou
menos, 1 cm de comprimento;
• Se as condições forem óptimas, a• Tanto a temperatura como a
afectam
a
fêmea pode produzir cerca de 300 salinidade
sobrevivência
e
o
seu
náuplios ou quistos a cada 4 dias;
crescimento;
• Em
apenas
24
horas
de
submersão em água salgada, estes
quistos
libertarão
pequenos
Indução da mortalidade de Artemia salina por
toxinas libertadas por Microcystis aeruginosa
1:1
1:2
1:4
controlo
1º
8
8
26
25
2º
8
18
10
26
3º
8
9
17
23
Tabela 3: Teste de toxicidade
Artemia salina ( nº de
organismos por poço)
Indução da mortalidade de Artemia salina por
toxinas libertadas por Microcystis aeruginosa
1:1
1:2
1:4
controlo
1º
4
0
0
0
2º
0
0
0
0
3º
1
0
0
0
1:1
1:2
1:4
controlo
1º
8
0
2
0
2º
8
3
0
0
3º
6
2
0
0
Tabela 4 : Teste de
toxicidade da espécie
Artemia salina
(mortalidade passadas 24
horas)
Tabela 5 : Teste de
toxicidade da espécie
Artemia salina
(mortalidade passadas 48
horas)
Indução da mortalidade de Artemia salina por
toxinas libertadas por Microcystis aeruginosa
%
1:1
1:2
1:4
controlo
1º
50
0
0
0
2º
0
0
0
0
3º
12,5
0
0
0
%
1:1
1:2
1:4
controlo
1º
100
0
7,69
0
2º
100
16,67
0
0
3º
75
22,22
0
0
Tabela 6: Teste de
toxicidade Artemia salina
[ taxa de mortalidade
passadas 24 horas (%)]
Tabela 7: Teste de
toxicidade Artemia salina
[ taxa de mortalidade
passadas 48 horas (%)]
Percentagem de mortalidade
Indução da mortalidade de Artemia salina por
toxinas libertadas por Microcystis aeruginosa
Percentagem da mortalidade em função
de concentração de toxinas passadas 24h
25
20
15
10
5
0
01:01
01:02
01:04
Concentração de microcistinas
Percentagem de mortalidade
Indução da mortalidade de Artemia salina por
toxinas libertadas por Microcystis aeruginosa
Percentagem da mortalidade em função da
concentração de toxinas passadas 48h
100
80
60
40
20
0
01:01
01:02
01:04
Concentração de microcistinas
Observações sobre a indução da mortalidade de
Artemia salina por toxinas libertadas pela
Microcystis aeruginosa
• Podemos observar através dos resultados obtidos, que na presença
da toxina produzida pela Microcystis aeruginosa (microcistina) é
induzida a morte da espécie Artemia salina sendo a relação entre
elas directamente proporcional, isto é, quanto maior a concentração
da toxina no meio, maior a taxa de mortalidade apresentada nesta
espécie.
• Podemos também observar que a taxa de mortalidade apresentada
pela a Artemia sob a acção desta toxina aumenta consideravelmente
ao longo do decurso do tempo, dado que obtivemos maior
percentagem de mortalidade passadas mais horas relativamente às
percentagens iniciais.
• Este facto pode dever-se à exposição prolongada da Artemia à acção
da microcistina .
Conclusão do teste efectuado à espécie Chlorella
vulgaris
• Através da observação dos dados experimentais podemos concluir
que a estirpe de cianobactérias Microcystis aeruginosa, inibe a
multiplicação da espécie Chlorella vulgaris, o que pode conduzir a
uma drástica diminuição desta microalga no meio, o que
consequentemente, irá afectar outros níveis tróficos, dado que esta é
um dos principais organismos produtores de oxigénio em meio
aquático.
• Deste modo irá desencadear-se um desequilíbrio ao nível de vários
ecossistemas, dado que estes se encontram intensamente
interligados.
Conclusão do teste efectuado à espécie
Artemia salina
• Apesar de na Natureza não se encontrar uma tão elevada
concentração desta toxina, esta pode aumentar ao longo da teia
alimentar, infiltrando-se nos vários níveis tróficos através dos
consumidores de fitoplâncton e/ou zooplâncton, propagando-se aos
seguintes níveis tróficos, podendo inclusivamente chegar ao último
nível trófico - o Homem, causando graves problemas de saúde
pública, podendo eventualmente ser fatal.
Conclusão do teste efectuado à espécie
Artemia salina
• Exemplo de uma cadeia alimentar simples que pode propiciar a difusão
da toxina produzida pela espécie Microcystis aeruginosa, ao longo de
diferentes níveis tróficos:
Toxina
libertada
pela
Microcystis
aeruginosa
Artemia
Homem
salina
Peixe
• A propagação desta toxina pode ocasionar, em situações extremas a morte
massiva dos seres vivos que entram em contacto com a mesma, podendo
levar a extinções em massa de determinadas espécies, caso ocorra um
elevado desenvolvimento desta espécie de cianobactérias, como é o caso
de um bloom.
Bibliografia
• http://en.citizendium.org/wiki/Microcystis_aeruginosa última
vez visitada a 20 de Fevereiro de 2010, última modificação a 16
Fevereiro 2010, disponibilizado por Creative Commons-AttributionShareAlike;
• http://en.wikipedia.org/wiki/Cyanobacteria última vez visitada
a 12 de Fevereiro de 2010, última modificação a 4 Fevereiro 2010
disponibilizado por: Creative Commons Attribution-ShareAlike
License;
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Chorella última vez visitada a 12 de
Fevereiro de 2010, actualizada a 14 de Agosto de 2009,
disponibilizada por Commons Attribution-ShareAlike License;
Bibliografia
• http://alvaroamorim.no.sapo.pt/relatorios/files/TeseMestrado.pdf
última vez visitada a 13 de Fevereiro de 2010 e última actualização
em 1997, disponibilizado por ÁLVARO MANUEL GOMES
AMORIM;
• http://www.apambiente.pt/politicasambiente/PromocaoCidadani
aAmbiental/formacao/Documents/GNR2009pdf.pdf;
• http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2563536 última
vez visitada a 12 de Fevereiro de 2010, modificada a 22 de Abril de
2008, disponibilizado por Universidade de La Rioja;
• http://www.ehow.com/about_5407194_chlorellavulgaris_.html
última vez visitada a 12 de Fevereiro de 2010, modificada a 12 de
Fevereiro de 2010, disponibilizado por eHow;
Bibliografia
• http://translate.google.pt/translate?hl=ptPT&sl=es&u=http://biblioteca.portalpez.com/la-artemia-salinavp15740.html&ei=VaiFS9zwGMit4Qbmr3fAQ&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=5&ved=0CBkQ7gEw
BA&prev=/search%3Fq%3Dartemia%2Bsalina%2Bciclo%2Bde%2Bvida%26hl%3Dpt-PT última visita a 13 de
Fevereiro de 2010, última actualização a 13 de Fevereiro de 2010,
disponibilizado por Portalpez;
• http://www.peixesornamentais.info/index.php?Itemid=41&id=83
&option=com_content&task=view ultima vez visitada a 27 de
Fevereiro de 2010, última vez modificada a 27 de Fevereiro de 2010,
disponibilizado por Peixesornamentais.