Cianobacterias para estudo

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Cianobactérias: características e importância ecológica
Por
 Felipe Diniz
É fato que esses seres são extremamente importantes no ponto de vista ecológico e evolutivo. Responsáveis pela ciclagem de carbono, nitrogênio e vários outros compostos, bem como entre outros fatores, são uma das linhagens evolutivas mais importantes dentro do subreino Eubacteria.
Características das Cianobactérias
Dentre suas características destacamos a presença de ficobilinas (grupo de substâncias pigmentosas), subdivididos em ficoeritrina (pigmento avermelhado) e ficocianina (pigmento azulado), presença de clorofila a, que diga-se de passagem, ocorre em todos os seres fotossintetizantes, além de presença de carotenóides, responsáveis por fotoproteção.
Um fator interessante é a presença de tilacóides, que são arranjados paralelamente uns aos outros e com isso ocupam todo o tamanho da célula. Essas membranas tilacoidais correspondem aos tilacóides encontrados em cloroplastos dos seres eucariotos, como por exemplo os de algas vermelhas (Rhodophyta), sendo essa divisão uma das mais antigas dentre as atuais algas.
Esse evento reitera a Teoria da Endossimbiose de Lynn Margulis, onde os cloroplastos são resultados do englobamento de uma célula procariótica fotossintetizante (cianobactéria) por uma célula eucariótica heterotrófica e com presença de citoesqueleto, responsáveis pela formação e emissão dos pseudópodes.
Outra característica bem peculiar é a presença de um envoltório mucilaginoso, sendo também denominado de bainha, onde tem a função de manter as células unidas, ou seja manter a adesão entre as células/filamentos, sendo sua composição basicamente constituídas por carboidratos, cuja uma das funções biológicas é justamente a adesão.
A coloração dessa bainha varia em inúmeros tons (de preto-azulado até um tipo de dourado-claro), desmistificando a ideia “ Algas Azuis”, anteriormente utilizada. Em relação as suas formas são encontradas das mais variadas, desde colônias filamentosas a seres unicelulares, exemplificados por alguns gêneros como Calothrix, Oscillatoria e Nostoc.
Nostoc sp. Fonte da imagem.
Em relação à sua movimentação é interessante pois são realizadas ondas contrácteis devido a extrusão, ou seja, expulsão de mucilagem através de pequenos poros de sua parede celular e com isso giram em torno do seu eixo longitudinal. Importante salientar que nem todas as cianobactérias contém essa capacidade, apenas as filamentosas móveis.
Sua reprodução é bem peculiar, onde ocorre formações de “ponto de ruptura”, denominados Hormogônios, ocasionando o afastamento das células e posteriormente sua fragmentação. Além da presença de esporos de resistência, caracterizados por serem células maiores e mais espessas, denominado de Acineto, importantíssimos para manter a integridade da espécie, visto à ocorrência de  períodos desvaforáveis, como por exemplo calor e falta de água.
Calothrix sp. Fonte da imagem.Oscillatoria simplicissima. Fonte da imagem.
Onde podemos encontrar as Cianobactérias?
Bom, esses seres são encontrados em inúmeros ambientes, tanto de água salgada quanto em água doce, ambientes inóspitos enfrentando temperaturas termais (águas extremamente quentes), até regiões frias do globo. Aparecem também em interações com animais, fenômeno denominado epizoísmo, crescendo na pelagem de ursos polares, entre outros seres.
São formadoras também do chamado Perifíton, onde ocorrem inúmeras interações entre cianobactérias e algas marinhas, sendo encontradas em abundancias vivendo sobre gêneros como Ulva sp., Rhizoclonium sp., Bostrychia radicans e gêneros de macroalgas encontrados em região de água doce.
Outro local onde elas ocorrem são em associações com sedimentos calcários, ricos em cálcio, denominados Estromatólitos. Evidências geológicas sugerem que essa interação tenha surgido a aproximadamente 2,7 bilhões de anos. O interessante que com essa interação as cianobactérias, por serem fotossintetizantes, desempenharam uma função importantíssima na elevação dos níveis de oxigênio na atmosfera, contribuindo por exemplo com a camada de ozônio e o aparecimento de seres mais complexos.
Outro exemplo é a interação entre cianobactérias e pólipos de corais, formando os conhecidos Recifes de Corais, encontrados nas grandes barreiras australianas, região do nordeste brasileiro e etc. Essa interação ocorre de forma simbionte, assim como as zooxantelas (Dinoflagelados – Divisão Dinophyta), com o fornecimento de carboidrato resultante da fotossíntese e o pólipo oferecendo proteção devido à sua estrutura rica em carbonato de cálcio (CaCO3).
Podemos encontrar cianobactérias em ambiente terrestre também! Assim como as algas verdes, as cianobactérias podem ser encontradas associadas à fungos, cuja interação é denominada Líquen. Em proporções, a Divisão Ascomycota é encontrada quase que unanimamente, cerca de 98%, com cianobactérias ou com algas verdes, sendo a outra Divisão Basidiomycota apenas 2%. Em relação às cianobactérias o gênero Nostoc, enunciado acima, é o representante. Vale salientar que os Líquens são compostos por fungos associados com algas e fungos associados com cianobactérias, porém não ocorre os três juntos. A interação também ocorre com o ser fotossintetizante doando carboidrato de seu metabolismo para o fungo, que por sua vez serve de proteção.
É interessante salientar a importância das cianobactérias na fixação de nitrogênio, necessário para a síntese de DNA e proteínas, pois compõem as estruturas de nucleotídeos e aminoácidos. Esse fenômeno ocorre devido à presença de  células especializadas denominadas Heterocisto, onde o nitrogênio é fixado a partir do ar atmosférico por exemplo e convertido em amônia (NH3). Essas células contém paredes celulares bem espessas (importante para que não haja difusão de oxigênio para seu interior), contém a presença de uma enzima nitrogenase, que é responsável por catalisar a reação química de conversão do nitrogênio e a ausência de Fotossistema 2, onde não se resulta na formação de oxigênio, através da reação de fotólise da água (Reação de Hill), encontrado comumente em vegetais superiores (Gimnospermas e Angiospermas). Um exemplo de gênero fixador de N2 é o Trichodesmium, ocorrente em oceanos tropicais por exemplo.
As Cianobactérias
Extremamente parecidas com as bactérias, as cianobactérias são também procariontes. São todas autótrofas fotossintetizantes, mas suas células não possuem cloroplastos. A clorofila, do tipo a, fica dispersa pelo hialoplasma e em lamelas fotossintetizantes, que são ramificações da membrana plasmática.
Além da clorofila, possuem outros pigmentos acessórios, como os carotenoides (pigmentos semelhantes ao caroteno da cenoura), ficoeritrina (um pigmento de cor vermelha, típico das cianobactérias encontradas no Mar vermelho) e a ficocianina (um pigmento de cor azulada, que originou o nome das cianobactérias, anteriormente denominadas "algas azuis") . Elas vivem no mar, na água doce e em meio terrestre úmido.
Há espécies que possuem células isoladas e outras que formam colônias de diferentes formatos.
A reprodução nas cianobactérias
Nas cianobactérias unicelulares, a reprodução assexuada dá-se por divisão binária da célula. Nas espécies filamentosas, é comum a ocorrência de fragmentação do filamento, produzindo-se vários descendentes semelhantes geneticamente uns aos outros. A esses fragmentos contendo muitas células dá-se  o nome de homogônios.
As Arqueobactérias e seu Incrível Modo de Viver
Atualmente muitos autores consideraram oportuna a separação das Arqueobactérias (bactérias primitivas) das chamadas Eubactérias (bactérias verdadeiras).
Com base em estudos bioquímicos (sequências de RNA ribossômico, ausência de ácido murâmico na parede, composição lipídica da membrana), concluiu-se que há mais de 3000 M.a. teria ocorrido uma divergência na evolução dos organismos procariotas, tendo surgido duas linhagens distintas. 
Até este momento não foi identificada recombinação genética neste grupo de organismos. O ramo que originou as Arqueobactériasteria, mais tarde, originado os eucariotas.
Considera-se que as arqueobactérias atuais pouca alteração sofreram, em relação aos seus ancestrais. Estes procariontes vivem em locais com condições extremamente adversas para outros seres vivos, provavelmente semelhantes às que existiriam na Terra primitiva.
As arqueobactérias podem ser divididas em três grandes grupos principais:
· Halófilas - vivem em concentrações salinas extremas, dezenas de vezes mais salgadas que a água do mar, em locais como salinas, lagos de sal ou soda, etc. A sua temperatura ótima de crescimento é entre 35 e 50ºC. 
Estas bactérias são autotróficas, mas o seu mecanismo de produção de ATP é radicalmente diferente do habitual, pois utilizam um pigmento vermelho único - bacteriorrodopsina - que funciona como uma bomba de prótons (como os da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias) que lhes permite obter energia;
· Metanogeneas - este grupo de bactérias foi o primeiro a ser reconhecido como único. Vivem em pântanos, no fundo dos oceanos, estações de tratamento de esgotos e no tubo digestivo de algumas espécies de insetos e vertebrados herbívoros, onde produzem metano (CH4) como resultado da degradação da celulose. 
As reservas de gás natural que conhecemos são o resultado do metabolismo anaeróbio obrigatório e produtor de metano de bactérias deste tipo no passado. Algumas conseguem produzir metano a partir de CO2 e H2, obtendo energia desse processo. 
O gênero Methanosarcina consegue fixar azoto atmosférico, capacidade que se julgava única das eubactérias;
· Termoacidófilas -vivem em zonas de águas termais ácidas, com temperaturas ótimas entre 70 e 150ºC e  valores de pH ótimo perto do 1. Na sua grande maioria metabolizam enxofre: podem ser autotróficas, obtendo energia da formação do ácido sulfídrico (H2S) a partir do enxofre, ou heterotróficas
Cianobactérias são microrganismos procariontes e fotossintetizantes. Por sua característica procarionte, assemelham-se a bactérias. Mas por serem produtoras fotossintetizantes, como as algas eucariontes, são conhecidas pelos botânicos como cianofíceas. Atualmente existem mais de 7500 espécies identificadas e que estão distribuídas nos mais diversos ambientes, sendo eles terrestres, de água doce, marinhos, até mesmo nos mais extremos, como fontes termais e neve.
São conhecidas também como “algas azuis”, pois seus pigmentos fotossintetizantes fazem com que apresentem uma coloração verde azulada quando observadas em microscópio. As cianobactérias apresentam diversos pigmentos fotossintetizantes:
· clorofila a: esverdeada;
· ficocianina: azul;
· ficoeritrina: vermelho – presente em algumas espécies.
Importância ecológica
· São produtoras e fazem parte da base das cadeias tróficas aquáticas, sendo, assim, extremamente importantes para o funcionamento dos ecossistemas;
· Participam do ciclo do carbono;
· Participam do ciclo do nitrogênio. Elas possuem células especializadas, os heterocistos, que fixam o nitrogênio, convertendo-o em amônio para ser utilizado nas reações biológicas.
Evolução
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As cianobactérias, quando se ligam a sedimentos ricos em cálcio sob determinadas condições climáticas, formam os estromatólitos, que são depósitos calcários em camadas. Esses estromatólitos formam grandes registros que auxiliam nos estudos evolutivos, pois permitem entender como era o clima há bilhares de anos, onde as cianobactérias tiveram um papel importante no aumento do oxigênio na atmosfera.
Curiosidades
- Muitas espécies vivem em simbiose com outros organismos, como é o caso das espécies que vivem em associação com alguns fungos, formando os líquens;
- As cianobactérias também podem causar problemas ao meio ambiente e à saúde humana. Em ambientes onde há grande aporte de nutrientes e altas temperaturas, pode ocorrer um aumento na quantidade de cianobactérias, formando grandes massas visíveis, denominadas florações (blooms). Além do fato dessas florações causarem a eutrofização dos corpos d'água, algumas espécies produzem toxinas que podem causar problemas sérios à saúde humana e até mesmo causar a morte de muitos organismos.