Dissertação
Ecological stoichiometry in planktonic communities of inland waters: anthropic influences and spatial gradients
Autor
Fonseca, Layla Mayer
Institución
Resumen
Estequiometria Ecológica é o campo de estudo que relaciona a composição química de
organismos com a disponibilidade dos elementos no ambiente. A maioria dos estudos neste
campo versam sobre Carbono, Nitrogênio e Fósforo devido a sua grande importância na
composição dos organismos para funções metabólicas e por seu importante papel
biogeoquímico. Alfred Redifield, em 1930, associou a composição química do plancton
marinho à disponibildade de nutrientes no meio. Estabeleceu-se assim a constante de Redfield
106 C: 16 N: 1 P esta proporção entre a composição química dos microrganismos e seu meio
foi utilizada durante muito tempo nos estudos de Estequiometria Ecológica, sobretudo no meio
aquático, mas com o avanço das pesquisas percebeu-se que a constante não era válida para
todos os tipos de ecossistemas aquáticos, principalmente os dulcícolas devido a várias
características físicas e químicas que os diferem dos oceanos. Em estudos microbianos, a
Estequiometria Ecológica é uma importante ferramenta no entendimento do metabolismo
desses organismos, assim como na compreensão do funcionamento dos ecossistemas, pois
bactérias são a base das relações tróficas e estão conectadas também com a disponibilização de
matéria orgânica para o meio, assim como na ciclagem de nutrientes. A composição nutricional
das bactérias é fortemente influenciada pela taxa de crescimento desses organismos. Por isso,
fenômenos capazes de regular o metabolismo bacteriano são centrais para o funcionamento dos
ecossistemas aquáticos. A luminosidade, temperatura e precipitação são fatores ambientais
capazes de afetar o metabolismo dos organismos e apresentam ampla variação com a latitude
(e.g. aumento da temperatura média com a diminuição da latitude). Portanto, comunidades
microbianas em diferentes latitudes devem apresentar diferentes composições químicas. Este
trabalho visa, primeiramente, abordar como a Estequiometria Ecológica pode explicar o
funcionamento dos ecossistemas aquáticos naturais, com foco nas comunidades bacterianas e
no séston e também como esta ciência pode ser utilizada na compreensão do funcionamento
ecológico dos ecossistemas frente a impactos antrópicos, como as mudanças climáticas e
descarga excessiva de nutrientes. Depois, investigamos como a latitude em que os ecossistemas
se encontram e seu estado trófico podem influenciar na composição química de séston e
bactérias e como cada compartimento desse se comporta em diferentes situações ambientais
estabelecidas pela latitude, como luminosidade e temperatura e a disponibilidade de nutrientes
como N e P, que determinam o estado trófico do sistema. Para isso, as quantidades de nutrientes
(C, N e P) presentes no séston e nas bactérias foram determinadas em todas as frações filtradas
por meio de análise no TOC-V (Shimadzu + SSM) e por espectrofotometria. Espera-se
encontrar maiores razões C: nutrientes em ambientes de baixas latitudes, devido às condições
associadas (maior luminosidade e temperatura), em comparação com ambientes de alta latitude. Ecological stoichiometry is the field of study that relates the chemical composition of organisms
to the availability of elements in the environment. Most studies in this field deal with Carbon,
Nitrogen and Phosphorus due to their great importance in the composition of organisms for
metabolic functions and for their important biogeochemical role. Alfred Redifield, in 1930,
associated the chemical composition of marine plankton with the availability of nutrients in the
ocean, establishing the Redfield constant of 106 C: 16 N: 1 P. Ecological Stoichiometry is an
important approach for the understanding of microbial metabolism, as well as functioning of
ecosystems, since bacteria are the basis of trophic relationships and are also connected to the
availability of organic matter in the environment, as well as to nutrient cycling. The nutritional
composition of bacteria is strongly influenced by the growth rate of these organisms, and
therefore, phenomena capable of regulating bacterial metabolism are central to the functioning
of aquatic ecosystems. Luminosity, temperature and precipitation are environmental factors
capable of affecting the metabolism of organisms that present wide variation with latitude (e.g.
increase in average temperature with decreasing latitude). Hence, differences in microbial
stoichiometry can be expected at different latitudes in response to these environmental variables
gradient. This work aims first to address how Ecological Stoichiometry can explain the
functioning of natural aquatic ecosystems, focusing on bacterial communities and seston and
also how this science can be used to understand the ecological functioning of ecosystems facing
anthropic impacts, such as climate change and excessive nutrient input. Then, we investigated
how the latitude in which ecosystems are located and their trophic status can influence the
chemical composition of seston and bacteria and how each compartment behaves in different
environmental situations established by latitude, such as luminosity and temperature and the
availability of nutrients such as N and P, which determine the trophic status of the system. For
this, the amounts of nutrients (C, N and P) present in the seston and in the bacterial fractions of
55 lakes along the Americas were determined. The seston C: N, C: P and N: P ratio decreased
at higher latitudes, which was not observed for bacteria. When analyzed separately by trophic
status, the bacterial and seston C: N decreased with the latitude in eutrophic environments, but
not in oligotrophic environments. The C:P ratio of both seston and bacteria did not vary with
both latitude and trophic status. The seston N: P ratio in oligotrophic environments decreased
with latitude, and the opposite occurs in eutrophic environments. This study highlights the
interplay between latitude and trophic state in regulating seston and bacterial stoichiometry. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior