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CENTRO DE ESTUDOS GERAIS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS MESTRADO EM GEOCIÊNCIAS - GEOQUÍMICA AMBIENTAL

RODRIGO DE LIMA SOBRINHO

CARACTERÍSTICAS GEOQUÍMICAS RELACIONADAS À DISTRIBUIÇÃO DA BACTÉRIA MAGNETOTÁTICA "Candidatus Magnetoglobus multicellularis"

NOS SEDIMENTOS DA LAGOA HIPERSALINA DE ARARUAMA, RJ

NITERÓI 2008

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ORIENTADOR: PROF. DR. MARCELO CORRÊA BERNARDES CO-ORIENTADOR: PROF. DR. ULYSSES GARCIA CASADO LINS

NITERÓI 2008

Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Geociências da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção de Grau de Mestre – Área de Concentração: Geoquímica Ambiental

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S237 Sobrinho, Rodrigo Lima

Características geoquímicas relacionadas à distribuição da

bactéria magnetotática "Candidatus Magnetoglobus multicellularis"

nos sedimentos da lagoa hipersalina de Araruama, RJ / Rodrigo de

Lima Sobrinho. – Niterói: [s. n.], 2008.

Dissertação (Mestrado em Geociências – Geoquímica

Ambiental) Universidade Federal Fluminense, 2008.

1. Bactérias magnetotáticas 2. Biogeoquímica 3. Diagênese

4. Marcadores isotópicos. I. Título.

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BANCA EXAMINADORA

NITERÓI 2008

Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Geociências da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção de Grau de Mestre – Área de Concentração: Geoquímica Ambiental.

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AGRADECIMENTOS

Ao Dr. Prof. Marcelo Corrêa Bernardes pela credibilidade, apoio e orientação

durante a realização deste trabalho.

Ao Dr. Prof. Ulysses Garcia Casado Lins, co-orientador, pelo incentivo, apoio

técnico e pelas idéias fundamentais à elaboração e realização deste projeto.

Ao professor Ricardo Santelli pela colaboração nas análises obtidas por

extração sequencial e à equipe do CENA pela colaboração nas anélises de isótopos

estáveis e composição elementar.

À FAPERJ pelo suporte através do projeto proc. n. E-26/170643/04.

Aos professores do curso de pós-graduação em geoquímica pelas aulas e

pelos conselhos, que me permitiram evitar muitos erros.

Aos alunos do Laboratório de microscopia e ultra-estrutura de procariotos na

UFRJ, em especial à Thaís e Juliana, pela importante colaboração na elaboração e

realização das metodologias.

Aos colegas do curso de mestrado em geoquímica, pela companhia no

cumprimento dos trabalhos exigidos pelo curso, pela amizade e pelas boas risadas.

Aos outros alunos orientados pelo Prof. Marcelo Bernardes, pelas dicas e

parcerias nas práticas laboratoriais e pela troca de informações necessárias a área

de pesquisa.

Aos amigos, pela companhia de sempre.

A meus pais, pelo apoio de sempre.

A Isabela Perry, a quem dedico esse agradecimento, por sua dedicação e

força inabalável na realização de nossos sonhos, por todos os dias e por seu sorriso.

Agradeço finalmente a Deus pelo mistério, que me faz caminhar.

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“O céu é constante, a terra é duradoura

O que permite a constância e a

duração do céu e da terra

E´ o não criar para si

Por isso são constantes e duradouros”

Lao Tse

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RESUMO

Candidatus Magnetoglobus Multicelularis são organizações multicelulares,

classificada como pertencentes ao grupo de sulfato redutoras e que possuem em

seu citoplasma cristais de greigita, que dá a eles a característica magnetotática. São

encontrados em ambientes aquáticos na região de transição oxica-anóxica onde há

uma estratificação química vertical. Entretanto, pouco conhecimento se tem sobre as

características ambientais que favorecem seu crescimento e sua sobrevivência, o

que impede seu cultivo em laboratório e a compreensão sobre sua influência nos

ciclos biogeoquímicos dos ambientes onde são encontrados. O presente trabalho

tem, neste sentido, o objetivo de caracterizar as condições geoquímicas que

exercem influência sobre a população de Candidatus Magnetoglobus Multicelularis

através de uma avaliação das variáveis mais relevantes para seu metabolismo.

Foram realizadas, para isso, duas coletas nos meses de março e junho de 2007 em

três pontos da Lagoa de Araruama, quantificando a distribuição vertical da

população de Ca. M. multicellularis em extratos de sedimento e as variáveis

abióticas nos mesmos extratos. Os resultados mostraram que o ferro exerce

influência sobre o crescimento populacional na maioria dos pontos. Entretanto, no

ponto da Praia da baleia, onde foram encontrados 89% de todos os indivíduos

quantificados, o ferro encontra-se em concentrações maiores e outros fatores

exercem maior influência sobre o crescimento populacional, como a disponibilidade

de enxofre e nitrogênio. O trabalho conclui que Ca. M. multicellularis são

encontrados em maior abundância em sedimentos que favorecem a formação de

sulfetos de ferro e a população concentra-se em extratos onde as condições

ambientais favorecem a formação e a manutenção dos cristais encontrados no

citoplasma ou onde há maior disponibilidade de nutrientes, de acordo com a

necessidade metabólica das células.

Palavras-chave: Bactéria magnetotática; Geoquímica; Greigita; Ferro; Nitrogênio

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ABSTRACT

Candidatus Magnetoglobus Multicelularis consist of multicellular aggregate

that are classified as sulfate reductors, with greigite crystals in their cytoplasm, which

give them magnetotactic characteristics. They are found in aquatic environments, on

the oxi-anoxi transition zone, where a vertical chemical stratification. However, little is

known about the environmental characteristics that favor their survival and growth.

This fact prevents their controlled breed and culture in a laboratorial environment and

also impairs the understanding of their influence on biogeochemical cycles of the

environments where they are found. Therefore, the objective of the present work is to

characterize the environmental conditions that favor the Ca. M. multicellularis survival

through an in situ evaluation of the variables that are more important to the cellular

metabolism. In order to obtain this data, two sample collections were conducted in

three spots of the Araruama lagoon, in the months march and in june of 2007

quantifying the vertical distribution of the Ca. M. multicellularis population in sediment

extracts and their abiotic variables. The results showed that the quantified iron acts

as a limiting factor in most of the collection spots. However, in Praia da Baleia, where

89% of the total quantified individuals were found, a higher concentration of iron was

also found and it does not act as a limiting factor. At the latter collection spot, other

factors such as sulfur and nitrogen availability regulate the population growth. As a

conclusion, this work demonstrates that Ca. M. multicellularis are found in more

abundance in sediments that enable iron sulfide formations. Moreover, they use their

magnetotactic characteristics to adapt themselves to environmental variations that

occur frequently in the referred sediment region and they try to find a region where

the environmental conditions may allow the formation and maintenance of the

crystals found in the cytoplasm or where there are more nutrients available.

Key words: Magnetotactic Bacteria; Geochemistry; Greigite; Iron uptake; Nutrient budge

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - a)Microscopia eletrônica de transmissão mostrando a organizaçção radial das células e o meio intracelelular. Os cristais de greigita estão localizados abaixo da membrana plasmática como indicado pelo círculo. b) Microscopia eletrônica de varredura mostrando a morfologia de Ca. M. multicellularis....................................................................................

[

Figura 2 - Análise de raio-X (EDXX) de um magnetossomo de Ca. M. multicellularis mostrando picos de ferro e enxofre (Keim, Abreu et al. 2004)................................................................................................

Figura 3 - Mapa da lagoa de Araruama mostrando a distribuição de Ca. M. multicellularis coletados na superfície do sedimento. Os números indicam o número de indivíduos/ml. Os números em parênteses referem-se ao valor da salinidade (%o)............................................

Figura 4 - Microscopia eletrônica de varredura mostrando os magnetossomos. As setas indicam a membrana que reveste o cristal de greigita..............................................................................................

Figura 5 - Processo de formação de pirita intermediado pela atividade bacteriana havendo a formação de greigita como sulfeto de ferro metaestável......................................................................................

Figura 6 - Fotografia da Lagoa de Araruama indicando os pontos onde foram coletadas as amostras (fonte: google earth)...................................

Figura 7- Fotografias do ponto da Praia Seca...................................................

Figura 8 - Fotografias do ponto Iguaba Grande..................................................

Figura 9 - Fotografias do ponto da Praia da Baleia............................................

Figura 10 - Metodologia utilizada para obtenção de amostras de extratos do sedimento da lagoa de Araruama. As amostras foram utilizadas para quantificação da população de Ca. M. multicellularis e variáveis químicas............................................................................................

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Figura 11 - a) Extratos de sedimento obtidos à partir de uma seringa, estes foram guardados em tubos de 1,5ml e congelados para as análises químicas posteriores. b) Sedimento colocado na lâmina com água filtrada da lagoa de Araruama. O ímã foi colocado com a polaridade sul voltada para o sedimento de modo a atrair os Ca. M. multicellularis para a borda gota, sendo feita a contagem direta ao microscópio óptico............................................................................ 39

Figura 12 - Extração seqüencial utilizada para obtenção das espécies de ferro e enxofre ............................................................................................ 41

Figura 13 - Sedimentos coletados na Praia Seca (a), Iguaba Grande (b) e Praia da Baleia (c)........................................................................................... 47

Figura 14 - Análise de cluster agrupando os pontos de coleta e os meses em que a coleta ocorreu (M-março; J-junho). .................................................. 47

Figura 15 - Médias do número de Ca. M. multicellularis nos pontos de coleta nos meses de março e junho de 2007..................................................... 48

Figura 16 - Gráficos das médias da população em cada extrato de sedimento quantificado nos meses de março e junho de 2007................................................................................................. 49

Figura 17 - Distribuição vertical da população no sedimento da lagoa de Araruama em três pontos de coleta. As coletas foram realizadas nos meses de março e junho de 2007..................................................................... 49

Figura 18 - Concentração média de ferro e enxofre medidos em cinco extratos de sedimento nos meses de março e junho de 2007.................................................................................................. 50

Figura 19 - Concentração média de carbono e nitrogênio totais nos sedimentos coletados nos meses de março e junho de 2007................................................................................................. 51

Figura 20 - Médias dos isótopos estáveis de carbono e nitrogênio nos três pontos de coleta nos meses de março e junho de 2007.............................. 52

Figura 21 - Correlação entre nitrogênio e ferro no sedimento da Praia da Baleia. a) Considera todos os extratos quantificados. b) Somente os extratos

11

quantificados na Praia da Baleia nos meses de março e junho (r2= 0,82; n=10) ...................................................................................... 54

Figura 22 - Correlação entre carbono e nitrogênio entre todos os extratos quantificados......................................................................................... 55

Figura 23 - Correlação entre as média de enxofre e Eh em cada ponto............. 57

Figura 24 - Gráficos: Distribuição vertical da concentração de ferro e enxofre nos sedimentos coletados em três pontos da lagoa de Araruama nos meses de março e junho de 2007.................................................. 58

Figura 25- a) Correlação entre a população de Canditdatus Magnetoglobus multicullularis quantificados e a concentração média de ferro em cada ponto nas duas coletas, com exceção do ponto referente à coleta realizada na Praia da baleia em junho. .... ....................................... 60

Figura 26 - Distribuição da população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis em função dos parâmetros físico-químicos no sedimento da Lagoa de Araruama, RJ. Foram utilizados valores obtidos nas medidas realizadas em todas as amostras dos extratos de sedimento........................................................................................ 61

Figura 27 - Distribuição percentual da população de Canditdatus Magnetoglobus multicullularis ao longo do perfil vertical do sedimento nos três pontos de coleta nos meses de março e junho de 2007................................................................................................ 62

Figura 28 - Gráfico de pH e Eh mostrando as espécies de ferro formadas em ambiente aquoso à 25oC. Os campos em escala de cinza representam a estabilidade da pirita (FeS2) com concentrações de Fe e S totais variando entre 10-7m e 10-1m (Butler and Rickard 2000). As linhas tracejadas mostram os limites de valores medidos nos sedimentos coletados. A área em branco representa a região onde são encontrados 91,3% da população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis quantificados. Os pontos em branco e preto indicam os valores medidos nos extratos onde ocorrem as concentrações populacionais em sua distribuição vertical no sedimento................... 63

12

Figura 29 - Análise de cluster realizada com as variáveis medidas na Praia da baleia nos meses de março e junho de 2007.......................................

Figura 30- a) Correlação entre a população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis e os valores de 15N; b) Correlação entre Nitrogênio total e 15N. As medidas foram realizadas nos extratos de sedimento coletados na Praia da baleia no mês de junho de 2007...................................................................................................

Figura 31 - Distribuição da população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis em função dos valores de 15N e Nitrogênio total medidos nos extratos de sedimento coletados na Praia da baleia no mês de junho de 2007..............................................................................................

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13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Dados obtidos a partir de amostras coletadas em três pontos da lagoa de Araruama no mês de março de 2007........................................................

Tabela 2: Dados obtidos a partir de amostras coletadas em três pontos da lagoa de Araruama no mês de junho de 2007..........................................................

Tabela 3: Planilha apresentando o resultado referente à correlação de spearman (p < 0,01 ; n=30).....................................................................................

Tabela 4: Razão entre as médias de ferro e enxofre em cada ponto........................

Tabela 5: Dados de campo medidos na Praia Seca.................................................

Tabela 6: Dados de campo medidos em Iguaba Grande..........................................

Tabela 7: Dados de campo medidos na Praia da Baleia..........................................

Tabela 8: Valores da concentração (mg/kg) de ferro e enxofre nos três pontos de coleta nos meses de março e junho. As facões foram obtidas por extração seqüencial (ver materiais e métodos).......................................................

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO..................................................................................16

1.1 OBJETIVO GERAL............................................................................18

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................18

1.3 HIPÓTESE.........................................................................................19

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.........................................................19

2.1 Candidatus Magnetoglobus multicellularis.........................................19

2.1.2 Geobiologia das Bactérias magnetotáticas.. ...............................23

2.1.3 Magnetotaxia...................................................................................24

2.1.4 Magneto-aerotaxia..........................................................................24

2.1.5 Redoxtaxia................................................... ...................................25

2.2 DIAGÊNESE.....................................................................................27

2.2.1 Ferro.................................................................................................28

2.2.2 Enxofre.............................................................................................28

2.2.3 Sulfetos de Ferro.............................................................................29

2.2.4 Composição elementar (C,N) e isotópica (δδδδ13C, δδδδ15N)...................31

3. ÁREA DE ESTUDO...........................................................................33

3.1 PONTOS E COLETA.........................................................................34

4. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................37

4.1 COLETA.............................................................................................37

4.2 AMOSTRA DE SEDIMENTO............................................................38

4.3 ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS.........................................................39

4.4 CONTAGEM POPULACIONAL.........................................................40

4.5 EXTRAÇÃO SEQÜENCIAL...............................................................41

4.6 ANÁLISE DE CARBONO, NITROGÊNIO E ISÓTOPOS...................43

4.7 TABELAS E GRÁFICOS...................................................................43

5. RESULTADOS.................................................................................45

5.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO SEDIMENTO.............................45

5.2 DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA POPULAÇÃO.................................49

5.3 DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA POPULAÇÃO.................................50

5.4 FERRO E ENXOFRE........................................................................52

5.5 PORCENTAGEM DE CARBONO E NITROGÊNIO TOTAIS............53

5.6 ISOTOPOS δ13C E δ15N.....................................................................54

15

6. DISCUSSÃO...............................................................................................55

6.1 VARIAÇÕES ESPACIAIS E SAZONAIS NA FONTE DE

NUTRIENTES..........................................................................................................55

6.2 DIAGÊNESE DE FERRO E ENXOFRE......................................................59

6.3 OCORRÊNCIA DE Canditdatus Magnetoglobus Multicellularis..................60

6.3.1 Teores de ferro e enxofre e a densidade populacional........................60

6.3.2 Zoneamento ecológico determinado por parâmetros físico-

químicos.................................................................................................................62

6.3.3 Magnetotaxia versus limitação de nutrientes..........................................65

7. CONCLUSÃO...............................................................................................69

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................70

9. APÊNDICE...................................................................................................75

16

1. INTRODUÇÃO

Bactérias magnetotáticas foram primeiramente descritas por Bellini (1958), o

qual descreveu o movimento de bactérias, coletadas em sedimentos de ambientes

marinhos ou de água doce, que apresentam sensibilidade a um campo magnético. O

referido autor sugeriu que as "bactérias magnetosensíveis" migrariam através do

campo geomagnético e observou que o sentido de seu deslocamento se inverte com

a mudança na polaridade de um campo magnético induzido. O mesmo autor

observa, também, a importância de sais minerais, especialmente o ferro orgânico

solúvel, na sensibilidade das bactérias ao campo magnético e propõem a existência

de uma estrutura "biomagnética" no interior das células, a qual daria a estas a

capacidade de responder ao campo.

O termo magnetotaxia foi proposto inicialmente por Blakemore (1975) e refere-

se à capacidade das bactérias em orientar seu movimento em função de um campo

magnético. O autor observou pequenas estruturas de alta densidade eletrônica ricas

em ferro alinhadas em cadeia ao longo do citoplasma, propondo que estas

estruturas poderiam estar relacionas à característica magnetotática apresentada

pelas bactérias. Essas estruturas foram, posteriormente, denominadas

magnetossomos. Estes são compostos por cristais de magnetita (Fe3O4) e/ou

greigita (Fe3S4) envolvidos por uma membrana biológica composta por fosfolipídeos

e proteínas específicas.

A magnetotaxia, em ambientes naturais, parece orientar a célula ao campo

geomagnético. Isto permite, em teoria, que a célula encontre uma concentração

ótima, de algum elemento ou nutriente, em regiões onde há uma estratificação

química vertical, predominantemente, na zona de transição oxi-anóxica de

ambientes marinhos, de água doce ou lagoas hipersalinas (Frankel, Williams et al.

2007). Esta zona pode estar localizada na coluna d´água ou no sedimento destes

ambientes.

Os microrganismos que possuem cristais de magnetita, vivem

preferencialmente, na região superior da zona de transição óxica-anóxica, enquanto

aqueles que, possuem cristais de greigita, vivem, preferencialmente, na região

inferior desta zona ou na região anóxica adjacente (Simmons, Sievert et al. 2004). A

presença desses cristais sugere a participação destes microrganismos no ciclo do

17

ferro e enxofre, o que pode influenciar as características do sedimento onde são

encontrados, especialmente sobre a formação de sulfetos de ferro.

Bactérias magnetotáticas são encontradas em diferentes partes do mundo, mas

somente algumas espécies produtoras de Magnetita como Magnetospirillum

magnetotacticum foram, até o momento, cultivadas em laboratório. Devido ao pouco

conhecimento que se tem sobre os fatores geoquímicos dos ambientes onde são

encontradas, ainda não há bactérias produtoras de greigita sendo cultivadas

(Bazylinski e Frankel 2003; Frankel, Williams et alii. 2007). Isso dificulta os estudos

referentes ao seu metabolismo e à sua ecologia.

A filogenia proposta para as bactérias magnetotáticas está baseada na análise

comparativa do sequenciamento do gene rRNA 16S. Os resultados obtidos mostram

a magnetotaxia como uma característica polifilética, sendo encontradas nos grupos

Alphaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Gammaproteobacteria e no filo Nitrospira.

Os morfotipos são classificados como spirilos, cocos, víbrios, ovoid, bacilos e

bactérias multicelulares (Amann, Peplies et al. 2007). Essa última, objeto do

presente estudo, é classificada como pertencente ao grupo das sulfato redutoras

(deltaproteobactérias) e recebe o nome de Candidatus Magnetoglobus multicellularis

(Abreu, Martins et al. 2007).

A compreensão dos processos biogeoquímicos em sistemas lagunares é

relevante para a comunidade científica pelos avanços que promove nos estudos

sobre esses ecossistemas. É conseqüentemente relevante para a sociedade, já que

uma parte considerável desses ecossistemas sofrem influência de atividades

antrópicas que têm neles, atrativos econômicos variados.

Estudar as atividades biogeoquímicas realizadas pela microbiota nesses

ambientes, assume papel importante para solucionar questões sobre os processos

geoquímicos do ecossistema, ou sobre o nicho ocupado por dada espécie de

microrganismo de vida livre naquele ambiente. Ambas as abordagens estão em igual

dificuldade para serem respondidas, seja pela metodologia ou pela complexidade do

assunto.

Candidatus Magnetoglobus multicellularis (Ca. M. multicellularis) foi escolhido

como espécie de estudo por sua característica magnetotática que favorece seu

isolamento e sua extração, em amostras naturais, através da utilização de um

campo magnético e por sua morfologia, que permite identificação e contagem

populacional ao microscópio óptico. Os cristais de greigita, encontrados no interior

18

das células, sugerem a participação de Fe e S em seu metabolismo, o que

direcionou a pesquisa teórica e a escolha dos elementos alvos nas medidas

ambientais.

Segundo (Flies, Jonkers et alii. 2005), bactérias magnetotáticas podem

constituir uma parcela significativa da comunidade microbiana em certas regiões de

ambientes aquáticos. Entretanto, as interações biogeoquímicas, que controlam sua

ocorrência nos extratos sedimentares, têm permanecido pouco compreendidas.

A caracterização geoquímica do ambiente onde é encontrada a referida

população, resulta em informações relevantes sobre o nicho ocupado por ela e

sobre as necessidades metabólicas das células que a compoe.

1.1 OBJETIVO GERAL

O presente trabalho tem por objetivo caracterizar as condições geoquímicas

onde são encontrados Ca. M. multicellularis e evidenciar, dentre as variáveis

medidas, as que mais exercem influência sobre a população.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Quantificar a população de Ca. M. multicellularis em extratos de sedimentos

coletados em três pontos da lagoa de Araruama nos períodos de chuva e estiagem

de modo a obter sua distribuição vertical no sedimento e sua distribuição espacial e

sazonal na lagoa.

- Medir, nos mesmos extratos onde foi quantificada a população, as variáveis

abióticas que possuem maior relevância para o metabolismo da espécie estudada.

Estando entre estas, ferro, enxofre, carbono, nitrogênio e variáveis físico-químicas

como Eh e pH.

- Medir a concentração de isótopos estáveis de carbono (δ13C) e nitrogênio

(δ15N) para caracterização do material orgânico depositado nos sedimentos

coletados e identificação de suas fontes.

- Correlacionar todas as variáveis abióticas medidas, com a população. Aquelas

que mantiverem maior correlação com esta serão comparadas em suas distribuições

verticais de modo a avaliar sua interação.

19

1.3 HIPÓTESE

A população de Ca. M. multicellularis localiza-se nos primeiros centímetros de

profundidade de sedimento por ser, no ambiente estudado, a região de tranzição

óxica-anóxica e, por ser uma região onde os materiais orgânicos e terrígenos são

depositados, encontra-se a maior concentração de nutrientes necessários ao

metabolismo bacteriano.

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 ORGANISMOS MULTICELULARES MAGNETOTÁTICOS (Candidatus

Magnetoglobus multicellularis)

São organizações ou agregados celulares compostos por 20 a 30 células,

apresentando formato esférico com 5 a 10µm de diâmetro (Farina, 1983). As células

estão dispostas radialmente em torno de um compartimento interno (figura 1). Esta

distribuição permite que todas as células tenham contato com o meio externo e com

este compartimento interno. Com isso, todas as células que compõem o agregado,

têm acesso aos nutrientes do meio extracelular e podem utilizar o compartimento

interno, como meio para troca de sinalizadores moleculares, mantendo uma eficiente

comunicação entre elas (Keim, Martins et alii. 2007).

A eficiente coordenação na movimentação dos flagelos durante o deslocamento

de Ca. M. multicellularis em resposta ao campo magnético, assim como sua divisão,

que não inclui uma etapa unicelular, podem ser resultado dessa eficiente

comunicação entre as células. Isso mostra que o Ca. M. multicellularis possui um

comportamento diferenciado em relação a outras formas de organizações celulares

de bactérias (Keim, Abreu et al. 2004; Keim, Martins et alii. 2007).

20

A eficiente coordenação na movimentação dos flagelos durante o deslocamento

de Ca. M. multicellularis em resposta ao campo magnético, assim como sua divisão,

que não inclui uma etapa unicelular, podem ser resultado dessa eficiente

comunicação entre as células. Isso mostra que o Ca. M. multicellularis possui um

comportamento diferenciado em relação a outras formas de organizações celulares

de bactérias (Keim, Abreu et al. 2004; Keim, Martins et alii. 2007).

Os cristais encontrados no interior dos Ca. M. multicellularis são classificados

como greigita (Fe3S4) (figura 2) podendo ser encontrados, também, sulfetos de ferro

metaestáveis como makinawita (FeS). Os magnetossomos estão organizados em

cadeias alinhadas no citoplasma, logo abaixo da região de membrana que está em

contato com o meio externo (figura 1a), próximo à região de inserção dos flagelos.

Propondo uma relação entre os cristais e a movimentação do microrganismo.

Algumas evidências sugerem que os Ca. M. multicellularis são sulfato redutores

(Abreu, Martins et alii. 2007). São encontrados, no estado do Rio de Janeiro, na

Lagoa de Itaipú, Lagoa Robalo, Lagoa Rodrigo de Freitas e Lagoa de Araruama.

aa

bb

Figura 1: a) Microscopia eletrônica de transmissão mostrando a organizaçção radial das células e o meio intracelular. Os cristais de greigita estão localizados abaixo da membrana plasmática como indicado pelo círculo. b) Microscopia eletrônica de varredura mostrando a morfologia de Ca. M. multicellularis (Keim, Abreu et al. 2004).

Figura 2: Análise de raio-X (EDXX) de um magnetossomo de Ca. M. multicellularis mostrando picos de ferro e enxofre (Keim, Abreu et al. 2004).

1µµµµm 1µµµµm

21

Foram coletadas, em um mesmo dia, amostras de sedimento em diferentes

pontos no entorno desta última de modo a verificar a distribuição espacial da

população(Keim, Martins et alii. 2007). O mapa (figura 3) mostra que a concentração

de indivíduos pode variar entre os pontos. O ponto do rio das moças, onde a

salinidade da água é 23 %o, foi o único dentre eles, onde a presença de Ca. M.

multicellularis não foi observada. Isto indica que os indivíduos são encontrados

apenas em ambientes hipersalinos. Esta afirmação é corroborada por experimentos

em microcosmos onde os limites de salinidade para a sobrevivência de Ca. M.

multicellularis foi avaliada, concluindo que a população não sobrevive à extremos de

salinidade abaixo de 30ppt e acima de 65ppt (dados não publicados).

2.1.1 Magnetossomos

Os cristais de greigita e/ou magnetita encontrados no citoplasma de bactérias

magnetotáticas são envoltos por uma membrana biológica composta por fosfolipídios

e algumas proteínas específicas (figura 4). Estas estruturas são denominadas

magnetossomos. Estes são alinhados em cadeia durante sua formação através da

interação entre diferentes proteínas e o citoesqueleto no citoplasma, freqüentemente

próximo à membrana plasmática (Frankel e Bazylinski 2006; Komeili 2007). A

formação dos cristais parece ser controlada pela célula de acordo com o

desenvolvimento do magnetossomo, que se inicia com o alinhamento da membrana

fosfolipídica ligando-se ao citoesqueleto, seguido pela formação do cristal no interior

Figura 3: Mapa da lagoa de Araruama mostrando a distribuição de Ca. M. multicellularis coletados em 5cm de sedimento. Os números indicam o número de indivíduos/ml. Os números em parênteses referem-se ao valor da salinidade (%o) (Keim, Martins et alii. 2007).

22

da membrana, através da aquisição gradual dos íons de ferro ligando-se à matriz de

sulfeto e ferro (Pósfai e Dinnin-Borkowski 2006).

Nos Ca. M. multicellularis encontram-se cristais de FeS cúbico, makinawita

(tetragonal) e greigita (tetragonal). O FeS cúbico e a makinawita são encontradas no

final da cadeia de magnetossomos (Keim, Martins et alii. 2007), sugerindo que a

formação de greigita se dá pela transformação de FeS cúbico em makinauita (FeS

tetraédrico) e esta em greigita e que a manutenção dos sulfetos de ferro na forma de

greigita é regulada pela célula, provavelmente por sua característica magnética

(Bazylinski e Frankel 2003).

A organização e a interação magnética entre os magnetossomos de todas as

células que compõem os Ca. M. multicellularis, permite que os momentos

magnéticos dos cristais de greigita promovam um dipolo magnético total ao

microrganismo como um todo. Podendo ser esse o eixo a ser alinhado com o campo

geomagnético e que orienta a movimentação das células, permitindo que o

organismo se desloque, de forma eficiente, como uma unidade.

O tamanho e a forma dos cristais de magnetita (cuboctaédrica) e greigita

influenciam em sua característica magnética, indicando que são regulados pelas

células de modo a otimizar esta propriedade. Como os cristais de magnetita

possuem maior indução magnética, são encontrados no interior das células alinhado

em cadeias simples, enquanto que os cristais de greigita são encontrados em maior

quantidade em cadeias múltiplas, provavelmente como uma estratégia

compensatória às suas características magnéticas. Isto propõe que, a otimização na

utilização das propriedades magnéticas desses cristais, foi favorecida ao longo do

processo evolutivo (Pósfai e Dinnin-Borkowski 2006).

Figura 4: Microscopia eletrônica de varredura mostrando os magnetossomos. As setas indicam a membrana que reveste o cristal de greigita (Keim, Abreu et alii. 2004).

23

2.1.2 Geobiologia das Bactérias magnetotáticas

Bactérias magnetotáticas são encontradas em estratos do sedimento ou da

coluna d´água de ambientes aquáticos na região de transição óxica-anóxica onde

pode ser observado uma estratificação vertical de concentração química (Simmons,

Sievert et al. 2004; Frankel, Williams et alii. 2007). Esta interface permite que a

célula absorva energia das reações de oxidação e/ou redução. Aqueles que

produzem cristais de magnetita são encontrados na região superior da interface

óxica-anóxica, enquanto que, os produtores de gregita estão em maior quantidade

na região inferior da interface ou na região anóxica adjacente.

Os cristais de magnetita ou greigita dos magnetossomos sugerem que, a

oxidação ou redução do ferro, compõe uma etapa significativa no metabolismo

desses microrganismos. A quantidade de indivíduos na população, que pode

corresponder a 30% da biomassa microbiana na faixa do estrato em que são

encontradas e a concentração de ferro no interior das células, que consiste em 3%

do peso seco, isto é, acima de espécies não-magnetotáticas em várias ordens de

magnitude (Bazylinski e Williams 2007). Em função disso, estima-se que estes

microrganismos têm significativa contribuição para o ciclo do ferro nos ambientes

onde são encontrados, entretanto, não há dados quantitativos sobre esse processo

(Simmons e Edwards 2007).

Sendo a região de gradiente químico muito estreita e a zona de transição

oxica-anóxica uma faixa horizontal específica desta região, presume-se que, as

condições ótimas para o desenvolvimento de bactérias magnetotáticas seja

transitória, especialmente em ambientes expostos a perturbações físicas ou

biológicas. Isso poderia explicar o aparecimento de grande quantidade de indivíduos

em alguns períodos, especialmente em períodos de estiagem e sua aparente

ausência durante períodos de chuva forte ou prolongada. Não há dados

quantitativos que expliquem satisfatoriamente as variações na população, em micro

escala, em função das variações ambientais.

As condições geoquímicas que possibilitam o desenvolvimento de bactérias

magnetotáticas produtores de greigita conhecidas são: pH neutro ou levemente

alcalino, condição sub-óxica ou anóxica, presença de ferro dissolvido e sulfetos. São

abundantes em ambientes ricos em matéria orgânica. A presença de

24

microrganismos heterotróficos aeróbicos e anaeróbicos (redutores de ferro ou

sulfato) contribuem para a presença de Bactérias Magnetotáticas, pois

disponibilizam alguns íons ou moléculas, tais como S0, Fe++ e SO4, utilizadas na

formação dos magnetossomos e tornam favorável o estabelecimento de uma região

de transição óxica-anóxica (Simmons e Edwards 2007).

2.1.3 Magnetotaxia

A magnetotaxia refere-se à capacidade de um microrganismo, denominado

magnetotático, se orientar em relação à um campo magnético, sendo este campo,

em ambientes naturais, o campo geomagnético (Blakemore 1975). Este campo

tende a inclinar-se em direção à superfície do planeta, sofrendo aumento gradual no

ângulo de inclinação, ao distanciar-se da linha do equador em direção aos pólos. No

hemisfério sul, o sentido sul do campo está apontado para o solo enquanto que, no

hemisfério norte, o sentido norte do campo é que está apontado para o solo.

No hemisfério norte, encontram-se, predominantemente, bactérias

magnetotáticas que se deslocam em direção ao pólo norte de um campo magnético

enquanto que, no hemisfério sul, encontram-se, predominantemente, células que se

deslocam em direção ao pólo sul do campo. Isto permite concluir que, em ambos os

casos, o deslocamento destes microrganismos está orientado para regiões de maior

profundidade e, conseqüentemente, menor concentração de oxigênio, seja na

coluna d´água ou no sedimento. Em alguns casos as células parecem não ter

preferência pela polaridade do campo, servindo este, apenas como eixo de

orientação, sem influenciar o sentido do deslocamento (Frankel, Bazylinski et alii.

1997).

2.1.4 Magneto-aerotaxia

Os bactérias magnetotáticas, durante sua procura pela região de transição

óxica-anóxica, percebem as variações na concentração de oxigênio, deslocando-se

em direção à uma concentração ótima, o que pode ser classificado como aerotaxia.

Entretanto, o campo magnético pode ser utilizado como eixo para orientar seu

deslocamento. Isto torna a procura pelas condições ótimas da concentração de

oxigênio mais eficiente, pois simplifica seu deslocamento tridimensional para um

25

deslocamento unidimensional. Este princípio é denominado magneto-aerotaxia,

sendo proposta inicialmente por (Frankel, Bazylinski et alii. 1997).

Esta hipótese apresenta a magnetotaxia como uma forma de orientar o

movimento da célula, mas incapaz de promover seu deslocamento. Isto é, as

células, em ambiente naturais, podem orientar seu deslocamento de acordo com o

campo geomagnético, entretanto o sentido do deslocamento pode ser paralelo ou

anti-paralelo ao campo, de acordo com a concentração de oxigênio. A inversão de

sentido no movimento da célula ocorrerá com a inversão no sentido de rotação do

flagelo permitindo que a célula se desloque verticalmente pelo sedimento invertendo

seu sentido de deslocamento de forma eficiente.

Nos casos em que há preferência pela polaridade do campo, isto é, a

orientação da célula se dá no sentido sul ou norte, a magneto-aerotaxia é

denominada polar, enquanto que nos casos em que essa preferência não ocorre a

magneto-aerotaxia é denominada axial (Frankel, Bazylinski et alii. 1997).

2.1.5 Redoxtaxia

A magnetotaxia pode estar associada a outros fatores ambientais como a

presença de elementos redutores ou oxidantes. Os principais elementos nesta

situação são o enxofre e o oxigênio respectivamente. Isto permitiria à célula variar

sua posição no sedimento de acordo com suas concentrações relativas. Deste

modo, quando a célula está num ambiente mais redutor pode adquirir e armazenar

maior quantidade de enxofre reduzido. Quando deslocada para um ambiente mais

oxidado, pode haver a oxidação do enxofre tendo o oxigênio como receptor final de

elétrons. A energia liberada na reação pode ser utilizada pela célula em seu

metabolismo.

Entretanto pode haver contestação a essa hipótese, uma vez que se

observam bandas formadas em meios de cultura e que não se deslocam

verticalmente pelo sedimento a não ser que a concentração de oxigênio sofra

alguma modificação. Além disso, não existe nenhum cálculo de compensação

referente ao esforço realizado pela célula ao se deslocar constantemente pelo

sedimento e a energia adquirida nas reações de oxi-redução referidas (Frankel,

Williams et alii. 2007).

26

2.2 DIAGÊNESE

A diagênese é definida como a soma de processos ocorridos no sedimento

logo após sua deposição sob a coluna d´água (Berner, 1980). Este processo é

importante em ecossistemas aquáticos, pois nele ocorre a decomposição da matéria

orgânica e, como conseqüência, a disponibilização dos elementos reciclados ao

ecossistema.

A maior parte das reações químicas que ocorrem durante a diagênese são

mediadas pela atividade microbiana, especialmente por bactérias que catalisam

reações de oxidação e redução e se utilizam da energia liberada para manutenção

de sua atividade metabólica. Durante este processo, a oxidação da matéria orgânica

ocorre, preferencialmente, a partir de elementos com maior potencial de oxidação e

que atuam como receptores finais na cadeia transportadora de elétrons durante a

respiração celular. Em ambientes com grande diversidade de elementos disponíveis,

a seqüência proposta é: O2 > MnO2 > NO3- > Óxidos de Fe > SO4

2- > CO2.

Esta seqüência, nos sedimentos de ecossistemas aquáticos, ocorre temporal

e espacialmente após a deposição de compostos orgânicos ou de material terrígeno.

Inicia-se na superfície do sedimento em contato com a água, que pode ser

classificado como um ambiente oxidado em locais de águas rasas. Seguindo em

direção a regiões mais profundas, é observado queda abrupta na concentração de

oxigênio. O que ocorre devido a seu consumo na respiração celular pela

comunidade microbiana durante a decomposição da matéria orgânica. Isto leva à

formação de um ambiente redutor nos primeiros centímetros de profundidade.

Entretanto, esta região sofre perturbações constantes em diferentes escalas,

isto pode ocorrer como conseqüência da construção de tocas por organismos

bentônicos ou da revirada do sedimento por peixes e crustáceos, além da

resuspensão causada por ventos fortes e chuvas. Em alguns casos, como em

ambientes estuarinos e lagoas costeiras, a variação no fluxo de maré ou no fluxo dos

rios que neles deságuam, também podem ocasionar perturbações na camada

superficial do sedimento.

Portanto, para que a seqüência padrão de eventos apresentada acima

ocorra, o sedimento deve passar por um período de estabilidade, ou seja, sem

sofrer as perturbações citadas. Sabe-se que em ambientes naturais dificilmente

27

podemos encontrar essa condição, o que dificulta os estudos in situ e a construção

de modelos para o processo de diagênese (Sundby 2006).

2.2.1 Ferro

O ferro encontrado nos sedimentos de ambientes aquáticos advém da

erosão de argilo-minerais, sendo transportados pelas correntes de água e

depositados, principalmente, na forma de óxidos de ferro. Pode ser encontrado na

forma Fe2+ e Fe3+ sendo que, as concentrações de um ou de outro, num dado

ambiente, variam de acordo com potencial de oxidação no meio. A composição

molecular dos minerais que serão formados durante o processo de diagênese

dependerá da concentração de outros elementos como enxofre, carbono e fósforo e

do pH.

Os óxidos de ferro em concentrações acima de sua constante de

solubilidade serão precipitados, depositando-se sobre o sedimento. Após a

deposição, são difundidos para regiões mais redutoras onde passam para a forma

reduzida Fe ++. Nesta forma, o ferro poderá reagir com outros elementos, entre

estes o oxigênio formando magnetita (Fe2O3) e o fósforo, formando, por exemplo,

vivianita (Fe3(PO4)2.8(H2O)). Em ambientes ricos em enxofre, ele tende a reagir

com H2S formando sulfetos de ferro, sendo a Pirita (FeS2), a forma mais estável

destes sulfetos. Tanto a oxidação quanto a redução do ferro e a formação de

sulfetos, podem ser mediados pela ação de bactérias.

Os sulfetos de ferro são muito insolúveis e tendem a permanecer

depositados no sedimento. Entretanto, caso o ambiente torne a se oxidar, o íon

Fe++ pode ser liberado e re-oxidado, tornando-se Fe+++ (Berner 1971).

2.2.2 Enxofre

Em ambientes marinhos ou hipersalinos o enxofre encontra-se na forma de

sulfato dissolvido na coluna d´água. Quando ocorrem em concentrações acima de

sua constante de solubilização constituem importante fonte de enxofre para o

sedimento.

28

A decomposição da matéria orgânica também é uma importante fonte de

enxofre para o sedimento quando encontrada em grandes concentrações ou em

ambientes de água doce.

Após o início da decomposição da matéria orgânica, os íons sulfatos são

liberados na forma de óxidos de enxofre, sendo este processo mediado pela

atividade bacteriana. Os óxidos de enxofre precipitados sobre o sedimento, são

difundidos para regiões mais redutoras. Nessas condições, o enxofre que se

encontrava na forma de sulfato (SO4) pode ser transformado em enxofre elementar

(S0) ou íons sulfetos (S2-), dependendo das condições físico-químicas e químicas

do meio. O íon sulfeto, liberado em sua forma solúvel, tende a reagir com íons H+,

formando H2S ou HS-, estes poderão retornar para regiões mais oxidas do

sedimento reagindo novamente com o oxigênio, assumindo formas mais oxidadas.

Ou podem reagir com metais encontrados no sedimento, entre eles o ferro,

podendo formar minerais mais estáveis e insolúveis. Neste caso, o enxofre tende a

ficar retido no sedimento tornando-se indisponível para os microrganismos. Todas

as etapas de redução ou oxidação dos íons de enxofre podem ser mediadas pela

atividade bacteriana.

2.2.3 Sulfetos de Ferro

A formação de sulfeto de ferro se dá pela reação entre H2S e Fe ++ .

Diferentes cristais metaestáveis são formados a partir desta reação, como

makinawita e greigita que, posteriormente, tendem a reagir com enxofre elementar,

assumindo uma estrutura mais estável, a pirita. Segundo (Sweeney e Kaplan 1973),

a formação de pirita se dá segundo a seguinte seqüência de reações:

3FeS(mk) + S0 → Fe3S4 (gr)

Fe3S4 (gr) + 2S0 → 3FeS2(pi)

Portanto, de acordo com os autores, para que se forme pirita, à temperatura

ambiente próxima de 25oC, sulfetos de ferro metaestáveis como makinawita e

greigita, devem ser formados previamente. Além disso, haveria a necessidade de

enxofre elementar disponível para que greigita e pirita se formem. A atividade

29

bacteriana, como no gênero Beggiatoa, pode interferir na oxidação de H2S,

formando enxofre elementar.

(Wilkin e Barnes 1997), propuseram a seguinte seqüência de reações para a

formação de greigita:

3FeS(mk) + 2H+(aq) + ½ O2(aq) + HS- → Fe3S4 (gr) + H2O(l)

4FeS(mk) + ½ O2(aq) + 2H+(aq) → Fe3S4 (gr) + Fe++ + H2O(l)

Segundo estes autores é necessário a presença de oxigênio em baixas

concentrações para que ocorra a reação entre FeS e H2S para a formação de

greigita. Richard (1999) propôs que nesta reação o oxigênio age como iniciador e

permite maior concentração de enxofre na forma de enxofre elementar (S0).

A formação de pirita pode ocorrer sem a formação de greigita como produto

intermediário (Rickard 1999). Entretanto essa reação ocorre estritamente em

ambientes muito redutores e com altas temperaturas, como em fontes hidrotermais

(Butler e Rickard 2000).

Em ambientes naturais, tem sido documentado a presença de greigita em

lagoas hipersalinas ou ambientes de água doce, onde ocorrem variações nas

concentrações de oxigênio. Nestes ambientes a greigita pode ser produto

intermediário na formação de pirita.

O esquema abaixo (figura 4) representa a formação de pirita, podendo

passar pela forma de greigita, em sedimentos de ambientes marinhos. Neste

esquema, pode-se observar que, os principais componentes que regulam a

formação de greigita e pirita em ambientes naturais são: matéria orgânica, ferro

reativo e sulfatos.

O enxofre elementar não costuma ser um fator limitante na formação de

pirita. É produto da oxidação de FeS ou H2S. Esta reação pode ser abiótica, mas

geralmente é mediada pela atividade de microrganismos.

A concentração de ferro encontrada no sedimento da maioria dos ambientes

aquáticos não é fator limitante para a formação de pirita. Esta limitação pode

ocorrer em sedimentos predominantemente calcários. Entretanto, nos casos em

que há grande concentração de H2S e minerais contendo ferro reativo, pode-se

chegar próximo à 100% na transformação desse ferro em pirita (Berner 1983).

30

Em sedimentos mais estáveis, observa-se uma rápida queda de ferro reativo

nos primeiros centímetros de profundidade associado à uma baixa concentração de

sulfetos. Enquanto que se observa um grande aumento na taxa de reação entre

sulfetos e ferro minerais na mesma região. Disto conclui-se que a principal fonte de

ferro para a formação de sulfetos de ferro são os óxidos de ferro, sendo

insignificativa a participação do ferro associado a silicatos (Canfield 1989).

A qualidade da matéria orgânica depositada no sedimento pode influenciar

na formação de pirita. Sendo assim, a matéria orgânica exposta por um período

mais longo à degradação óxica disponibiliza menos compostos orgânicos para

sofrerem sulfato redução. Com isso, menos pirita será formada (Berner 1983)

2.2.4 Composição elementar (C,N) e isotópica (δδδδ13C, δδδδ15N)

A razão entre carbono e nitrogênio (C/N) pode ser usada como indicador de

fonte de matéria orgânica ou como indicador do processo de degradação sofrido

por esta. Isto porque o material orgânico advindo de algas e fitoplâncton apresenta

tipicamente uma razão C/N menor, uma vez que essas plantas produzem maior

quantidade proporcional de proteínas e não produzem celulose, por outro lado,

plantas vasculares apresentam valores maiores no cálculo desta razão, pois

produzem maior quantidade de celulose(Meyers 1994; Silliman, Meyers et alii.

Fe 3 S4

SO4 --

Matéria Orgânica

H2S Ferro minerais (Reativo)

Fe S

S0

Fe S2 (pirita) (greigita)

Bactérias Bactérias

Bactérias

Figura 5: Processo de formação de pirita intermediado pela atividade bacteriana havendo a formação de greigita como sulfeto de ferro metaestável (Aragon 1997) adaptado de (Berner, 1970).

31

2000). Entretanto, o processo de degradação da matéria orgânica pode mascarar o

resultado obtido na razão C/N, pois, durante esse processo, o nitrogênio fica retido

na comunidade microbiana do solo ou sedimento, enquanto que o carbono é

liberado na forma de CO2 (Silliman, Meyers et alii. 2000).

Isótopos estáveis de carbono, isto é, 12C e 13C, possuem, na atmosfera, uma

abundância relativa de, aproximadamente, 99% e 1% respectivamente. Entretanto,

o carbono encontrado em material biológico tende a ser enriquecido em seu isótopo

mais leve. Esta observação é resultado do fracionamento isotópico ocorrido na

membrana da célula durante o processo de captação de CO2 atmosférico, etapa da

fotossíntese. Isto ocorre porque os isótopos mais leves, e menores em tamanho,

tendem a atravessar a membrana celular mais facilmente, enquanto que os mais

pesados são retidos no meio extracelular. A proporção entre os isótopos de

carbono é calculada pela seguinte equação:

O valor de δ13C obtido pode ser correlacionado com os valores da razão C/N

para identificar a fonte da matéria orgânica (Meyers 1994).

A equação acima pode ser utilizada para medir a concentração relativa dos

isótopos de nitrogênio, 14N e 15N. O δ15N pode ser utilizado, principalmente, para

inferir sobre o tempo de residência do nitrogênio depositado sobre o solo ou

sedimento (Martinelli, Piccolo et alii. 1999). Isto porque o fracionamento isotópico

deste elemento ocorre durante o processo de degradação da matéria orgânica. Os

microrganismos que realizam esse processo utilizam-se com mais freqüência dos

isótopos mais leves. Portando, o sedimento onde a matéria orgânica sofreu maior

degradação, tende a ser enriquecido em 15N apresentando maiores valores de δ15N.

O mesmo padrão de enriquecimento de 15N pode ser observado no perfil vertical do

sedimento, uma vez que o material mais antigo encontra-se no fundo,

conseqüentemente, os valores de δ15N tendem a aumentar com a profundidade.

δ13C (%o) = [(13C/12C)amostra / (13C / 12C)padrão – 1] x 103

32

3 ÁREA DE ESTUDO

A Lagoa de Araruama pertence ao conjunto de lagoas da costa leste

fluminense no Estado do Rio de Janeiro. Possui uma área de 220 km2 com

profundidade média de 3m. Está localizada nas coordenadas S 22o 40` W 42o 15`

entre os municípios de Araruama e Cabo Frio. Esta região possui clima semi-árido,

com precipitação anual de 800mm. A evaporação anual da lagoa é de 1400mm,

permitindo que esta permaneça hipersalina ao longo de todo o ano, com salinidade

média de 52 ppt, sofrendo um pequeno aumento durante os meses de inverno.

Um pequeno canal localizado na cidade de Cabo Frio mantém contato

constante da água da lagoa com o mar. As fontes de água doce, além das chuvas e

da água utilizada pela população local transportada para a lagoa pelo sistema de

esgoto, são os rios Das Moças, Mataruna e Iguaçaba, que transportam, também,

matéria orgânica e nutrientes. O tempo médio de permanência da água (T50%) no

sistema é de 83 dias. A variação diária de temperatura é de 3 – 4 oC. Isto permite

uma dinâmica horizontal e vertical na coluna d`água, refletindo na homogeneização

da salinidade, nutrientes e biomassa planctônica. Essa dinâmica pode ser

influenciada por brisas marinhas e fortemente afetada pela predominância do vento

NE e pelo SE, quando se intensificam na região a chegada de frentes frias.

No entorno da lagoa estão localizados os municípios de Araruama, Iguaba

Grande, São Pedro d`aldeia, Cabo Frio, Arraial do Cabo, além de Iguabinha, Praia

Seca, Monte Alto e Figueira. As principais atividades antropogênicas atuais

relacionadas à lagoa são o desmatamento florestal com fins à atividade agrícola e

pecuária, pesca artesanal, urbanização de áreas baixas, recreação e lançamento

de efluentes domésticos, lançados diretamente na lagoa ou nos rios que nela

deságuam. Esta última merece especial atenção, já que, sendo uma área de

intensa atividade turística, especialmente em períodos de alta temporada como

Carnaval e ano novo, a população dos municípios aumenta consideravelmente.

Tendo como conseqüência o aumento da descarga de efluentes domésticos sobre

a lagoa (Knoppers 1999; Bidegain e Bizerril. 2002).

33

3.1 Pontos e Coleta

O ponto da praia seca (S 22o 55` 31``; W 42o 15` 14``) foi escolhido como

ponto controle. Este representa o sedimento da lagoa que menos sofre influência

antropogênica direta. Há uma área de proteção ambiental no entorno, na qual não

há utilização do solo para agricultura ou construções, sendo coberto por vegetação,

especialmente gramíneas e gimnospermas. Não há rios que deságuam próximos

ao ponto de coleta. Portanto, o sedimento coletado neste ponto deve representar a

drenagem ao solo encontrado das margens da lagoa. Não há registro prévio sobre

a presença de Ca. M. multicellularis na praia seca (Keim, Martins et alii. 2007).

Figura 6: Fotografia da Lagoa de Araruama indicando os pontos onde foram coletadas as amostras (Google Earth®).

9,8 km Altitude do ponto de visão: 33,88km

N Iguaba Grande

Praia Seca

Praia da Baleia

Rio de Janeiro

9,8 km Altitude do ponto de visão: 33,88km

N Iguaba Grande

Praia Seca

Praia da Baleia

Rio de Janeiro

Fonte: Google Earth

34

O ponto de Iguaba Grande (S 22o 50` 23``; W 42o 17`0``) recebe forte

influência de ação antrópica. A coleta foi realizada próxima à uma saída de esgoto

doméstico e próximo à boca do rio Iguaçaba, o qual também recebe grande aporte

de esgoto doméstico, além de material terrígeno originados, principalmente, em

solos utilizados para agricultura. Esta região, foi amplamente coberta pela

urbanização. A presença de Ca. M. multicellularis já foi registrada neste ponto,

entretanto estes organismos aparecem em pequenas quantidades na maior parte

do ano(Keim, Martins et alii. 2007).

Figura 8: Fotografia do ponto Iguaba Grande tirada no momento da coleta no mês de março (Google Earth®)

Fonte: Google Earth

Figura 7: Fotografia do ponto da Praia Seca tirada no momento da coleta no mês de março (Google Earth®).

35

O ponto da Praia da Baleia (S 22o 52` 47``; W 42o 6` 59``) está localizado no

município de São Pedro d`Aldeia. O solo à margem da lagoa neste ponto possui

origem diferente comparado aos outros dois pontos (Knoppers 1999), apresenta

relevo mais inclinado, o que aumenta o transporte direto de material terrígeno para

a lagoa. A maior parte do entorno é coberta por vegetação, especialmente

gramíneas e angiospermas. Não há rios que deságuam próximo ao ponto, mas a

construção de algumas casas próximas à margem da lagoa, sugere que há aporte

de esgoto doméstico próximo ao ponto. Este ponto pode receber maior influência

da renovação das águas devido à sua proximidade ao canal que liga a lagoa ao

mar. O registros prévios sobre a presença de Ca. M. multicellularis neste ponto,

mostram que estes microrganismos são encontrados em grandes quantidades na

maior parte do ano(Keim, Martins et alii. 2007).

Figura 9: Fotografia do ponto da Praia da Baleia tirada no momento da coleta no mês de março (Google Earth®)

Fonte: Google Earth

36

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 COLETA

As coletas foram realizadas nos meses de março e junho de 2007 na Lagoa

de Araruama, localizada no Estado do Rio de Janeiro. O mês de março foi

escolhido como representativo do período úmido (Barbiére and Neto 1999),

representando também o final do verão, estação em que a lagoa recebe maior

quantidade de esgoto doméstico, como consequêcia do turismo(Bidegain and

Bizerril. 2002). O mês de junho foi escolhido como representativo do período seco

e também o período onde as atividades turísticas sobre a lagoa são menores

comparados a outros períodos do ano.

Os pontos de coleta foram escolhidos de acordo com a freqüência e a

quantidade com que são encontrados os Ca. M. multicellularis (figura 2). Sendo

assim, foi escolhido um ponto na Praia da Baleia onde os Ca. M. multicellularis são

encontrados com freqüência e em grandes quantidades, outro na praia de Iguaba

Grande onde são encontrados com freqüência, mas em menor quantidade e na

APA da Praia Seca onde não há registros de sua ocorrência(Keim, Martins et al.

2007). Desse modo, pôde-se comparar os resultados analíticos de cada ponto,

evidenciando aqueles que podem estar favorecendo ou não a presença de Ca. M.

multicellularis nos estratos de sedimento no respectivo ponto.

4.2 AMOSTRA DE SEDIMENTO

Em cada ponto foram coletados cinco testemunhos de PVC de 5cm de

diâmetro e 15cm de altura, ficando um terço ocupado por água e dois terços por

sedimento. Os testemunhos foram mantidos próximos entre si e foi evitada a

perturbação do sedimento no momento da coleta. Em função disto, todas as

amostras foram coletadas próximo à margem da lagoa. Um testemunho de acrílico

foi coletado em cada ponto para observar a coloração do sedimento e fotografado.

Após a coleta as amostras foram levadas para o laboratório de microbiologia e

ultra-estrutura de procariotos na Ilha do Fundão (UFRJ).

Em cada testemunho de PVC coletado foram inseridas duas seringas de

10ml com a ponta cotada. O sedimento coletado em cada seringa foi retirado

37

utilizando-se um pistão e fatiado em extratos de 1cm até o quinto centímetro de

profundidade, somando-se 5 amostras com volume de 2cm3 para cada seringa.

Essas amostras foram identificadas e utilizadas para análise biológica e variáveis

químicas, de acordo com a figura 10.

Sendo assim, em cada ponto de coleta, foram obtidas 10 seringas (uma

duplicata para cada testemunho) que foram utilizadas para contagem da população

de Ca. M. multicellularis e 4 destas amostras utilizadas para as análises químicas

(figura 11a). Sendo 2 utilizadas para extração seqüencial e 2 para Isótopos δ15N e

δ13C, carbono (%) e nitrogênio (%).

4.3 ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS

Temperatura, Eh, pH foram medidos, no momento da coleta, com eletrodos

colocados diretamente no sedimento da lagoa, nos respectivos extratos. A

salinidade foi medida na superfície e no fundo da coluna d´água. Entretanto, devido

à espessura e sensibilidade do eletrodo, as medidas foram feitas a cada dois

centímetros de profundidade. Os valores dos extratos intermediários entre os

centímetros medidos com os eletrodos foram, calculados pelo valor médio dos

extratos adjacentes.

38

Figura 10: Metodologia utilizada para obtenção de amostras de extratos do sedimento da lagoa de Araruama. As amostras foram utilizadas para quantificação da população de Ca. M. multicellularis e variáveis químicas.

Core

Extratos1 cm

2 cm

3 cm

4 cm

5 cm

Fatores abióticos

Contagem Populacional

SeringasCoreCore

Extratos1 cm

2 cm

3 cm

4 cm

5 cm

Fatores abióticos


Extratos1 cm

2 cm

3 cm

4 cm

5 cm

Fatores abióticos


SeringasSeringas

Ferro e Enxofre Carbono, nitrogênio e isótopos

Extração seqüencial

Analisador elementar acoplado a espectrômetro de massa

Temperatura, Eh e pH foram medidos, nos mesmos extratos,no momento da coleta com eletrodos,

Core

Extratos1 cm

2 cm

3 cm

4 cm

5 cm

Fatores abióticos


SeringasCoreCore

Extratos1 cm

2 cm

3 cm

4 cm

5 cm

Fatores abióticos


Extratos1 cm

2 cm

3 cm

4 cm

5 cm

Fatores abióticos


SeringasSeringas

Ferro e Enxofre Carbono, nitrogênio e isótopos

Extração seqüencial

Analisador elementar acoplado a espectrômetro de massa

Temperatura, Eh e pH foram medidos, nos mesmos extratos,no momento da coleta com eletrodos,

Volume = 2cm3

1/3

Testemunho

39

4.4 CONTAGEM POPULACIONAL

O sedimento destinado para a contagem da população em cada ponto de

coleta foi distribuído em lâminas. Foi adicionado então, água da lagoa filtrada, com

filtro milipore 0,2 mm, em cada em cada uma das lâminas. Isto permitiu a

sobrevivência e locomoção dos Ca. M. multicellularis. Em seguida foi colocado um

ímã próximo à extremidade da gota, com a extremidade sul votada para o

sedimento, seguido de um tempo de espera (entre 3 e 5 minutos) necessário para

que os indivíduos se concentrassem na extremidade da gota (figura 11b). As

lâminas foram, então, levadas ao Microscópio Óptico Zeiss Axioplan II e os Ca. M.

multicellularis localizados na margem foram quantificados.

De acordo com a metodologia descrita acima, em cada ponto foram obtidas

dez amostras por extrato de sedimento utilizadas para contagem populacional.

Sendo assim, foi feito a média entre as dez amostras de cada extrato, sendo

excluídas aquelas que, no momento da contagem, apresentaram algum erro, como

o ressecamento da amostra na lâmina, por exemplo.

Como apenas 1/3 das amostras dos extratos de sedimento foram utilizadas

para contagem na lâmina e o volume total de cada amostra de extrato da seringa

era 2cm3 (Figura 10), o valor obtido na quantificação dos indivíduos foi multiplicado

por 1,5 para obter o número de indivíduos por cm3 de sedimento.

O volume de sedimento retirado para contagem populacional foi medido

visualmente. Não foi possível realizar a pesagem do material pois havia risco de

Figura 11: a) Extratos de sedimento obtidos à partir de uma seringa, estes foram guardados em tubos de 1,5ml e congelados para as análises químicas posteriores. b) Sedimento colocado na lâmina com água filtrada da lagoa de Araruama. O ímã foi colocado com a polaridade sul voltada para o sedimento de modo a atrair os Ca. M. multicellularis para a borda gota, sendo feita a contagem direta ao microscópio óptico.

b

a

40

ressecamento da amostra. Além disso, o tempo necessessário para realizar esta

etapa inviabilizaria a contagem de todas as amostras em um mesmo dia, dado o

grande número de amostras, o que poderia ampliar a margem de erro sobre o

resultado final da contagem.

4.5 DETERMINAÇÃO DE FERRO E ENXOFRE

Os sedimentos destinados à análise de ferro e enxofre foram submetidos à

extração seqüencial (Figura 12). As amostras foram secas em estufa à 50 oC por

24hs. Para obter a fração 1 (carbonatos) foi adicionado 20ml de ácido acético 0,11

mol.L-1 em 0,5g de amostra. A solução foi mantida em agitação constante por 16hs,

sendo posteriormente centrifugado a 3000rpm por 20 minutos. O sobrenadante foi

armazenado em geladeira até o momento da análise. Na fração 2 (óxidos) foi

adicionado 20ml de cloridato de hidroxilamina 0,5 mol.L-1 em ácido nítrico no

resíduo obtido na fração 1. A solução foi mantida em agitação constante por 16hs,

sendo posteriormente centrifugado a 3000rpm por 20 minutos. O sobrenadante foi

armazenado em geladeira até o momento da análise. As amostras extraídas foram

lidas em Espectrômetro de emissão ótica com fonte de plasma indutivamente

coplado (ICP OES), seqüencial, com vista radial, Jobin Yvon (Longjumeau, França),

modelo Ultima 2, equipado com um amostrador automático, modelo AS 421. Para a

aquisição dos dados, foi em empregado o software Analyst JY 5.2.

A metodologia utilizada não permitiu diferenciar espécies, dos elementos

medidos, que se encontravam reduzidas ou oxidadas no ambiente natural. Portanto,

para interpretação dos dados, as médias obtidas entre as duplicatas nas duas

frações foram somadas. Deste modo, foram obtidas espécies de ferro e enxofre que

se encontravam adsorvidas, com ligações fracas ou moderadas, estando, portanto,

biodisponíveis.

41

Amostra

Estufa 50oC por 24hs

Ácido Acético

Agitação 16hs

O,5g

F1

Cloridato de hidroxilamina em Ácido nìtrico

Centrífuga 3000rpm / 20min

F2


Agitação 16hs

Amostra

Estufa 50oC por 24hs

Ácido Acético

Agitação 16hs

O,5g

F1

Cloridato de hidroxilamina em Ácido nìtrico


F2


Agitação 16hs

Figura 12: Extração seqüencial utilizada para obtenção das espécies de ferro e enxofre.

42

4.6 ANÁLISE DE CARBONO, NITROGÊNIO E ISÓTOPOS

As amostras de sedimento não foram descarbonatadas devido à pouca

quantidade de volume de cada amostra e a baixa concentração de material

orgânico. O processo de descabonação poderia retirar material orgânico, que

encontrava-se em baixas concentrações, isto poderia afetar a capacidade de

detecção do equipamento, especialmente sobre o nitrogênio, que encontra-se,

predominantemente, em concentrações menores.

As análises da composição elementar da matéria orgânica (concentrações

de C e N) foram realizadas em analisador elementar Carlo Eba modelo EA 1110,

acoplado a um espectrômetro de massa Finigan Delta Plus, permitindo a

determinação simultânea da composição elementar (% C e N) e das razões

isotópicas 13C/12C (δ13C) e 15N/14N (δ15N). O método consiste na combustão do

material a temperatura de 1020 oC sob atmosfera de oxigênio puro, sendo os gases

gerados por condutividade térmica (CO2 e N2O) carreados através de uma coluna

cromatográfica até o espectrômetro de massas, para detecção. A quantificação é

feita por comparação com padrões externos. Todas as medidas de composição

isotópica e elementar foram realizadas no Centro de Energia Nuclear na Agricultura

(CENA).

4.7 TABELAS E GRÁFICOS

Os gráficos de barras apresentados nos resultados (figuras 12, 14, 15 e 16),

foram processados no programa MS Excel. Os gráficos de correlação apresentados

na discussão (figuras 17, 18, 19, 21 e 23) e as tabelas foram construídos no mesmo

programa.

A análise de cluster foi realizada no programa statística, utilizando-se para tal

o método de Ward e distância euclidiana. Foram consideradas as medidas obtidas

em todos os estratos de cada ponto, sendo assim, cada ponto possuía 5 amostras

de cada variável, representativas daquele ponto. Entretanto, deve ser considerado,

que as medidas foram feitas em estratos verticais do sedimento, apresentando

variações entre elas que não podem ser classificas como extremo ou outlier. Sendo

assim, ao considerar a média de cada ponto, estamos considerando o valor médio

43

obtido entre os cinco extratos de sedimento. Também foi construída neste programa

a tabela de spearman, considerando valor p<0,01 e n=30.

Os gráficos da distribuição vertical da população no sedimento, assim como, a

de ferro e enxofre, foram construídos no programa Sigma Plot.

4.8 TESTES ESTATÍSTICOS

Para verificar as possíveis variações entre as médias dos meses de março e

junho de cada variável exposta nos gráficos das figuras 15, 18, 19 e 20, foi realizado

o teste de hipótese. Durante o teste foi considerado H0 como sendo casual a

diferença entre as duas médias. Para realizar o teste foi utilizado a seguinte

equação:

O resultado (tc) obtido como produto final da equação foi comparado com t0

obtido na tabela t de Student. Nos casos em que tc > t0 , H0 foi rejeitada, isto é, a

diferença entre as médias foi significativa. Nos casos em que tc < t0 , H0 foi aceita,

isto é, a diferença entre as médias não foi significativa.

√t = X - Y

∑∑∑∑ xi2 + ∑∑∑∑ yi

2

n1 + n2( ) n1 + n2

n1n2( )√

t = X - YX - Y

∑∑∑∑ xi2 + ∑∑∑∑ yi

2

n1 + n2( )∑∑∑∑ xi

2 + ∑∑∑∑ yi2

n1 + n2

∑∑∑∑ xi2 + ∑∑∑∑ yi

2

n1 + n2n1 + n2( ) n1 + n2

n1n2( )n1 + n2

n1n2( )

44

5. RESULTADOS

Os resultados obtidos nas análises laboratoriais e medidas de campo foram

utilizados para a construção das tabelas 1 e 2. As médias calculadas entre os cinco

extratos de sedimento permitiram obter o valor médio das variáveis em cada ponto

nos dois meses de coletas. Os valores obtidos foram utilizados para a construção

dos gráficos.

Os dados de campo obtidos nas duas coletas, mostram que a água da lagoa

sofreu queda de uma ordem de grandeza nos valores de pH e aumento de

aproximadamente 32% nos valores de Eh na mês de junho em relação a março,

isto mostra que, neste período, a concentração de oxigênio na água aumentou

como conseqüência da maior taxa de fotossíntese em comparação à taxa de

respiração celular.

Em todas as medidas observa-se uma queda abrupta dos valores de Eh na

transição da água para o primeiro extrato de sedimento. O mesmo acontece com os

valares de pH, reduzido em uma ordem de grandeza na mesma região na maioria

dos pontos. A temperatura em junho apresentou queda média de 21,5%, tanto na

água quanto no sedimento, enquanto a salinidade medida na água não sofreu

variação significativa entre as duas coletas. Apresentando valores que variam entre

53 ppt e 54 ppt em todos os pontos de coleta.

5.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO SEDIMENTO

O sedimento coletado em todos os pontos de coleta apresentou cheiro de

gás sulfídrico, indicando atividade de sulfato redução. No ponto da praia seca, os

sedimentos coletados nos dois meses, apresentaram uma camada de areia cinza

na região de transição sedimento-água e uma camada de areia escura alguns

centímetros abaixo. O sedimento coletado em Iguaba Grande nos dois meses

apresentou coloração escura e composição arenosa, além de grande quantidade de

fragmentos de concha. Na Praia da baleia o sedimento possuía composição de

areia mais fina comparada aos outros dois pontos, com coloração escura e com

grande número de conchas e fragmento de rocha.

Pra

ia S

eca

Eh (mV) pH T (oC) Fe (F1 ) Fe (F2) Fe (Total) S (Total) δδδδ13C δδδδ15N C (%) N (%) Indivíduos / cm3 Água Superfície -109,4 9,0 29,1

Fundo -134,0 9,0 28,9

Sedimento 1cm -345,7 7,5 84,1 72,3 156,4 369,6 -3,7 6,7 0,4 0,01 2

2cm -378,1 7,6 28,9 42,9 77,9 120,8 431,0 -3,3 6,6 0,4 0,02 11

3cm -410,5 7,8 29,0 70,2 99,2 703,2 -2,0 11,0 0,4 0,01 17

4cm -417,8 7,7 28,9 40,9 70,1 111,1 449,5 -2,4 10,1 0,3 0,01 34

5cm -425,0 7,7 34,3 64,4 98,7 529,0 -3,2 12,0 0,3 0,00 61

Máxmo -345,7 7,8 28,9 84,1 77,9 156,4 703,2 -2,0 12,0 0,4 0,02 61,1

Mínimo -425,0 7,5 28,9 29,0 64,4 98,7 369,6 -3,7 6,6 0,3 0,00 2,0

Média -395,4 7,6 28,9 46,2 71,0 117,2 496,5 -2,9 9,3 0,4 0,01 24,9

Igu

aba

Gra

nd

e

Eh (mV) pH T (oC) Fe (F1) Fe (F2) Fe (Total) S (Total) δδδδ13C δδδδ15N C (%) N (%) Indivíduos / cm3 Água Superfície 31,3 9,1 32,3

Fundo -36,8 9,1 31,4

Sedimento 1cm -420,9 7,8 4,4 240,8 245,3 1825,4 -1,8 5,0 3,1 0,06 11

2cm -457,0 7,6 30,9 13,5 369,2 382,7 1288,4 -1,9 5,4 2,9 0,06 36

3cm -493,0 7,4 1,5 283,1 284,6 1460,6 -2,1 5,8 2,8 0,05 23

4cm -497,0 7,8 30,7 4,8 398,9 403,7 1533,1 -2,7 5,9 3,4 0,07 16

5cm -501,0 8,1 2,6 225,9 228,5 1504,9 -1,9 5,8 3,7 0,07 9

Máxmo -420,9 8,1 30,9 13,5 398,9 403,7 1825,4 -1,8 5,9 3,7 0,07 35,9

Mínimo -501,0 7,4 30,7 1,5 225,9 228,5 1288,4 -2,7 5,0 2,8 0,05 9,3

Média -473,8 7,8 30,8 5,4 303,6 308,9 1522,5 -2,1 5,6 3,2 0,06 19,0

Pra

ia d

a B

alei

a


Fundo -92,0 9,1 31,2

Sedimento 1cm -205,0 8,6 91,2 430,2 521,4 778,1 -4,4 6,2 1,5 0,05 53

2cm -298,5 8,1 30,9 83,8 390,4 474,2 742,2 -4,6 6,4 0,9 0,04 115

3cm -392,0 7,7 68,7 615,1 683,8 816,9 -5,3 7,5 0,7 0,03 279

4cm -418,5 7,6 30,9 40,5 607,5 647,9 779,9 -7,9 8,2 0,9 0,06 96

5cm -445,0 7,6 83,5 816,8 900,3 874,5 -6,2 8,6 1,6 0,08 62

Máxmo -205,0 8,6 30,9 91,2 816,8 900,3 874,5 -4,4 8,6 1,6 0,08 279,2

Mínimo -445,0 7,6 30,9 40,5 390,4 474,2 742,2 -7,9 6,2 0,7 0,03 53,0

Média -351,8 7,9 30,9 73,5 572,0 645,5 798,3 -5,7 7,4 1,1 0,05 121,0

Tabela 1: Dados obtidos a partir de amostras coletadas em três pontos da lagoa de Araruama no mês de março de 2007. Valores de ferro e enxofre em mg/kg

46

Tabela 2: Dados obtidos a partir de amostras coletadas em três pontos da lagoa de Araruama no mês de junho de 2007. Valores de ferro e enxofre em mg/kg

Pra

ia S

eca


Fundo 122 8,4 22,9

Sedimento 1cm 69,8 8,3 15 61,4 75,9 432,3 -2,4 8,2 0,3 0,01 2

2cm -169,1 8,2 22,8 13 58,3 71,2 570,0 -1,7 7,1 0,4 0,01 6

3cm -408 8,1 17 61,5 78,3 441,5 -2,6 7,3 0,3 0,01 6

4cm -425 7,8 22,6 21 58,2 79,5 524,4 -4,0 7,5 0,2 0,01 5

5cm -442 7,6 15 42,7 57,8 509,9 -3,1 6,7 0,4 0,01 13

Máxmo 69,8 8,3 22,8 21,3 61,5 79,5 570,0 -1,7 8,2 0,4 0,01 12,8

Mínimo -442,0 7,6 22,6 12,9 42,7 57,8 432,3 -4,0 6,7 0,2 0,01 2,3

Média -274,9 8,0 22,7 16,1 56,4 72,6 495,6 -2,8 7,4 0,3 0,01 6,4

Igu

aba

Gra

nd

e


Fundo 118,2 8,4 24,4

Sedimento 1cm -396,4 7,2 4,4 80,2 84,6 1715 -0,3 7,0 3,4 0,03 1

2cm -426,55 7,1 23,8 0,8 90,2 91,0 1550 -0,4 7,7 3,1 0,02 7

3cm -456,7 7,0 0,4 74,3 74,7 1354 -0,4 6,9 3,8 0,02 13

4cm -487,45 7,0 24 1,3 76,4 77,8 1374 -0,3 6,6 4,1 0,02 20

5cm -518,2 7,1 0,7 91,7 92,4 1428 -0,1 3,4 1,9 0,01 17

Máxmo -396,4 7,2 24,0 4,4 91,7 92,4 1714,9 -0,1 7,7 4,1 0,03 20,3

Mínimo -518,2 7,0 23,8 0,4 74,3 74,7 1354,4 -0,4 3,4 1,9 0,01 1,0

Média -457,1 7,1 23,9 1,5 82,6 84,1 1484,2 -0,3 6,3 3,3 0,02 11,6

Pra

ia d

a B

alei

a

Eh (mV) pH T (oC) Fe (F1) Fe (F2) Fe (Total) S (Total) δδδδ13C δδδδ15N C (%) N (%) Indivíduos / cm3 Água Superfície 87,3 8,3 25

Fundo 59,4 8,3 23

Sedimento 1cm -264,1 7,4 50 468,8 518,8 1043 -5,3 9,0 0,4 0,02 874

2cm -331,1 7,3 23,1 54 472,2 526,2 702 -4,5 9,2 0,5 0,02 278

3cm -398,1 7,1 40 392,9 432,7 792 -3,7 10,4 0,7 0,02 211

4cm -455,35 7,2 22,8 28 407,0 435,2 973 -3,0 11,9 0,8 0,02 74

5cm -512,6 7,2 34 309,0 343,1 756 -2,5 12,9 0,7 0,02 73

Máxmo -264,1 7,4 23,1 54,0 472,2 526,2 1043,5 -2,5 12,9 0,8 0,02 874,5

Mínimo -512,6 7,1 22,8 28,2 309,0 343,1 701,6 -5,3 9,0 0,4 0,02 73,1

Média -392,3 7,2 23,0 41,2 410,0 451,2 853,2 -3,8 10,7 0,6 0,02 302,1

Figura 14: Análise de cluster agrupando os pontos de coleta e os meses em que a coleta ocorreu (M-março; J-junho). Praia Seca e Praia da Baleia apresentam proximidade entre si.

A análise de cluster (figura 14), utilizando todas as variáveis medidas,

agrupou os pontos de coleta em dois grandes grupos como mostra o dendograma.

Deste modo foi possível identificar o sedimento de Iguaba Grande como o mais

distinto entre os três pontos. Praia Seca e Praia da Baleia aparecem como sub-

grupos distintos, mas próximos entre si. O mesmo gráfico demonstra que não

houve variação sazonal nas características do sedimento, uma vez que os dados

de cada ponto aproximam-se entre cada período de coleta.

Iguaba Grande (J)Iguaba Grande (M)

Praia da baleia (J)Praia da baleia (M)

Praia Seca (J)Praia Seca (M)

1

2

3

4

5

6

7

8

Link

age

Dis

tanc

e

Figura 13: Sedimentos coletados na Praia Seca (a), Iguaba Grande (b) e Praia da Baleia (c)

A B C

48

5.2 DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA POPULAÇÃO

Comparando as populações entre cada um dos pontos (figura 15), a partir

das médias calculadas, observa-se que a maior parcela (88,7%) de todos os

indivíduos quantificados estão concentrados na Praia da Baleia, enquanto que nos

outros dois pontos a densidade populacional apresenta valores menores e

aproximados entre si. Observa-se diminuição (T0= 3,63 e 1,026; Tc= 1,684)

proporcional na população na Praia Seca e em Iguaba Grande no mês de junho,

enquanto que, na Praia da Baleia, é observado aumento (T0= -9,47; Tc= -1,689) de

aproximadamente 60% da população no mesmo mês comparado ao mês de março.

5.3 DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA POPULAÇÃO

Os gráficos da figura 17 mostram que, apesar do número de indivíduos variar

entre os cores coletados e entre seus extratos, um padrão de comportamento da

população pode ser observado em cada ponto. Isto é demonstrado no gráfico onde

são apresentados os valores médios do número de indivíduos totais em cada

extrato de sedimento (figura 16).

A partir dos gráficos das médias de indivíduos por extrato (figura 16),

observa-se que a população distribui-se verticalmente no sedimento. Entretanto

essa distribuição não é uniforme, havendo concentração no número de indivíduos

em alguns extratos, que variam de acordo com cada ponto e com o mês em que foi

realizada a coleta.

Figura 15: Médias do número de Ca. M. multicellularis nos pontos de coleta nos meses de março e junho de 2007

Março

Junho

Março

Junho

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Praia Seca Iguaba Grande Praia da baleia

Ind

ivid

ual

s.cm

-3

49

Figura 17: Distribuição vertical da população de Ca. M. multicellularis no sedimento da lagoa de Araruama em três pontos de coleta. As coletas foram realizadas nos meses de março e junho de 2007.

Figura 16: Gráficos das médias da população em cada extrato de sedimento quantificado nos meses de março e junho de 2007

Praia Seca (march)

Individuals.cm -3

0 50 100 150 200 250

Dep

th

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia Seca (june)

Individuals.cm -3

0 20 40 60 80

Dep

th

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Iguaba grande (march)

Individuals.cm -3

0 20 40 60 80 100 120

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia da Baleia (March)

Individuals.cm -3

0 200 400 600 800

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Iguaba Grande (june)

Individuals.cm -3

0 20 40 60 80 100

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia da baleia (june)

Individuals.cm-3

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Average of individuals (march)

Individuals.cm-3

0 50 100 150 200 250 300

Dep

th

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia SecaIguaba grandePraia da Baleia

Average of individuals (june)

Individuals.cm-3

0 200 400 600 8001000

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

50

5.4 FERRO E ENXOFRE

As concentrações de ferro e enxofre obtidas a partir da soma entre as duas

frações estão demonstradas na figura 18. A maior concentração de ferro foi medida

no sedimento da Praia da Baleia, nos outros dois pontos a concentração foi menor,

com valores próximos entre si. A concentração média de ferro diminuiu (tabela 9)

no mês de junho em todos os pontos, provavelmente devido à diminuição de

chuvas neste período que diminui o aporte de material terrestre para a lagoa. O

enxofre manteve seus valores nas duas coletas, nos respectivos pontos,

apresentando maior concentração em Iguaba Grande, possivelmente como

conseqüência do maior aporte de material orgânico advindo do município como

esgoto doméstico.

Figura 18: Concentração média de ferro e enxofre medidos em cinco extratos de sedimento nos

meses de março e junho de 2007.

0100

200

300

400500

600

700

800900


Fe (m

g/kg

)

0

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

1 600

1 800

2 000

Praia Se ca Iguab a Gran de Praia da baleia

S (

mg

/kg

)

Março

Junho

Março

Junho

51

5.5 CARBONO E NITROGÊNIO TOTAIS

Os valores médios da porcentagem total de carbono (figura 19) medidos nos

sedimentos apresentaram maior valor em Iguaba grande, sofrendo pouca variação

entre as duas coletas neste ponto. O sedimento da Praia Seca apresentou a menor

porcentagem total deste elemento, não sofrendo variação significativa (tabela 9)

entre os dois meses de coleta. Na Praia da Baleia a concentração total de carbono

sofreu queda de aproximadamente 50% no mês de junho.

Os valores médios de nitrogênio total (figura 19) sofreram queda de 65% e

60% no mês de junho nos pontos de Iguaba Grande e Praia da Baleia

respectivamente. Na praia Seca os valores não sofreram variação, apresentando os

menores valores médios comparados aos outros dois pontos.

Figura 19: Concentração média de carbono e nitrogênio totais nos sedimentos coletados nos meses de março e junho de 2007

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08


N (

%)

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5


C (%

)

Março

Junho

Março

Junho

52

5.6 ISÓTOPOS δ13C E δ15N

Os valores médios de δ15N foram menores em Iguaba Grande (figura 20),

sem sofrer variação significativa entres os meses de coleta, mantendo-se próximos

a 6,0. Na Praia Seca em março o valor médio de δ15N foi 9,3 sofrendo queda para

7,4 em junho, indicando que no primeiro mês o material orgânico encontrado no

sedimento sofreu maior processo de degradação antes ou após sua deposição. Na

Praia da baleia, os valores de δ15N apresentaram valores próximos aos da praia

seca, entretanto observa-se aumento nesses valores no mês de junho, sendo esta

amostra a que apresentou maior valor médio total comparado á todas as outras.

Os valores médios de δ13C medidos em todos os pontos variaram entre –0,3

e –5,7 (figura 16) indicando que os valores obtidos desse isótopo correspondem ao

carbono encontrado em carbonatos. Não podendo ser, portanto, utilizado como

traçador de matéria orgânica.

6. DISCUSSÃO

-6,00

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00


13C

/12

C

Figura 20: Médias dos isótopos estáveis de carbono e nitrogênio nos três pontos de coleta nos meses de março e junho de 2007.

Março

Junho

Março

Junho

0

2

4

6

8

10

12

14


15N

/14N

53

6. DISCUSSÃO

6.1 VARIAÇÕES ESPACIAIS E SAZONAIS NA FOTE DE NUTRIENTES

A tabela 3, referente aos resultados obtidos na correlação de spearman,

mostra correlação significativa entre enxofre e carbono e deste último com Eh e

δ15N. Isto mostra que, do carbono total, parcela majoritária é composta de carbono

orgânico. Como a concentração de 15N tende a aumentar no sedimento em função

da decomposição da matéria orgânica (Martinelli, Piccolo et alii. 1999), sua

presença ocorrerá em maior quantidade em ambientes onde o carbono orgânico foi

liberado na forma de CO2, produto da respiração celular. O que conseqüentemente

torna o ambiente mais redutor, tornando os valores de Eh mais negativos.

A população mostrou maior correlação com a fração 2 do ferro em

comparação a fração 1, mostrando que o ferro utilizado no metabolismo celular

encontra-se no meio extracelular na forma de óxidos de ferro ou monosulfetos.

Como conseqüência da eliminação do nitrogênio, espera-se um

enriquecimento em 15N e uma correlação significativa entre eles, o que não ocorre

(-0,44). Isto indica que nem toda a matéria orgânica que entra no sistema tem a

mesma fonte.

O enxofre apresenta correlação negativa com os valores de Eh, indicando

que a maior parte do enxofre medido encontrava-se na forma de sulfetos em

ambientes com baixa concentração de oxigênio. Ferro possui correlação

significativa, porém inversa, com δ13C, indicando que este último representa o sinal

de carbonatos e possui fonte diferente do ferro, uma vez que o sedimento da lagoa

Tabela 3: Planilha apresentando o resultado referente à correlação de spearman (p < 0,01; n=30)

Eh pH Ferro Total Fe (F1) Fe (F2) Enxofre δδδδ13C δδδδ15N C (%) N (%) População

Eh 1,00 pH 0,42 1,00 Ferro Total 0,08 0,04 1,00 Fe (F1) 0,58 0,28 0,62 1,00 Fe (F2) -0,05 -0,16 0,93 0,38 1,00 Enxofre -0,52 -0,33 0,18 -0,57 0,44 1,00 δδδδ13C -0,41 -0,24 -0,67 -0,86 -0,48 0,43 1,00 δδδδ15N 0,22 -0,17 0,14 0,40 0,04 -0,38 -0,35 1,00 C (%) -0,53 -0,37 0,17 -0,49 0,44 0,87 0,39 -0,53 1,00 N (%) -0,24 0,00 0,61 -0,02 0,74 0,67 -0,17 -0,44 0,75 1,00 População 0,00 -0,21 0,76 0,50 0,73 0,07 -0,56 0,37 0,02 0,29 1,00

54

é rico em carbonato e a única fonte de ferro é produto de intemperismo de material

terrestre. Isto explica o aumento deste durante o período de chuvas e sua escassez

na praia seca e em Iguaba Grande, uma vez que, a única fonte de ferro para essas

praias é o rio das moças e o rio Iguaçaba respectivamente. Estes transportam para

a lagoa o ferro, produto do processo de erosão, na forma de óxidos, hidróxidos e

colóides. Na Praia da Baleia o ferro tem origem no sedimento da encosta à margem

da praia. Seu transporte se dá pelo escoamento de água sobre o solo em períodos

de chuva. O ferro será depositado nas mesmas formas em que ocorrem nos outros

pontos.

O nitrogênio apresenta correlação significativa com ferro, enxofre e carbono,

mas estes dois últimos não apresentam correlação significativa com o ferro,

indicando que parte do nitrogênio possui a mesma fonte que o ferro, isto é, produto

da erosão. Outra parte do nitrogênio total, pode ser depositada como nitrogênio

orgânico autóctone ou esgoto. Esta correlação é mais evidente no sedimento

coletado na Praia da Baleia nas duas coletas (R2= 0,82; n=10), mostrando que a

matéria orgânica advinda de material terrestre, para este ponto, tem maior

contribuição para sua concentração total (figura 21).

Figura 21: Correlação entre nitrogênio e ferro. a) Considera todos os extratos quantificados. b) Considera somente os extratos quantificados na Praia da Baleia nos meses de março e junho (r2= 0,82; n=10)

0

0,01

0,020,030,04

0,05

0,06

0,070,08

0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0

Fe (mg/kg)

N (

%)

a)

b)

00,010,020,030,040,050,060,070,08

20,0 220,0 420,0 620,0 820,0 1020,0

Ferro (mg/kg)

N (

%)

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

55

A distribuição de valores correlacionados entre C(%) e N(%) (Figura 22),

mostra que cada ponto apresentou características distintas sobre a proporção

relativa entre esses dois elementos. No gráfico (figura 22), observam-se

agrupamentos de pontos, que correspondem a cada coleta realizada. O mesmo

ocorre com a correlação entre nitrogênio e ferro (Figura 21a).

Na Praia Seca a relação entre eles mantém valores baixos e proporcionais

nas duas coletas, este ponto, portanto, sofreu menos variação em função da

freqüência de chuvas e da descarga de esgoto sobre a lagoa. Neste ambiente

prevalece a fonte de matéria orgânica advinda da produção primária realizada pelo

fitoplâncton (autóctone).

O ponto de Iguaba Grande apresentou grandes concentrações de ambos os

elementos no mês de março. Entretanto, os valores de nitrogênio sofreram queda

desproporcional em relação à concentração de carbono no mês de junho, sugerindo

que, neste momento, houve diminuição na concentração de nitrogênio devido à sua

liberação na forma de gases, produtos da decomposição orgânica. Esta

decomposição pode ocorrer no sedimento, após a deposição do material orgânico,

ou durante seu transporte para a lagoa. A afirmativa é corroborada pelo aumento na

concentração de δ15N nesta mesma coleta.

Na Praia da Baleia, houve diminuição na concentração de ambos os

elementos no mês de junho, acompanhada de aumento na concentração de δ15N

indicando que neste mês, o ambiente recebeu menos material orgânico fresco,

diminuindo sua concentração total e aumentando seu tempo de residência na

00,010,020,030,040,050,060,070,08

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5C (%)

N (

%)

Figura 22: Correlação entre carbono e nitrogênio considerando todos os extratos quantificados.

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

Praia Seca

Iguaba Grande

Praia da baleia

março

junho

56

região superficial do sedimento. Isto permitiu sua decomposição prolongada pela

comunidade microbiana residente nesta mesma região.

Observa-se também que, nesta mesma coleta, houve diminuição na

concentração de nitrogênio em comparação às concentrações de carbono e ferro

(Figuras 18 e 19), indicando maior perda proporcional de nitrogênio, em relação aos

outros dois.

A fonte de matéria orgânica para os três pontos de coleta não sofreu

mudança entre os dois períodos, sofrendo apenas, diminuição na concentração do

material orgânico total depositado sobre o sedimento.

Os valores de Eh e pH medidos na água da lagoa nos meses de março e

junho, assim como os valores de carbono, nitrogênio e δ15N (Tabelas 1 e 2),

mostram que menos material orgânico fresco foi depositado no sedimento durante o

período seco, que também corresponde ao período de menor atividade turística nos

municípios em torno da lagoa.

Neste período a lagoa aumentou sua produção primária, aumentando a

concentração de oxigênio na água. A matéria orgânica aumentou seu tempo de

residência na região superficial do sedimento, o que explica o aumento (tabela 9)

da concentração de δ15N na Praia da Baleia e em Iguaba Grande no referido

período (Figura 20). A tendência inversa para esta variável, observada na Praia

Seca indica que, no período seco, maior quantidade de material orgânico autóctone

(fitoplâncton) está sendo depositado sobre o sedimento.

Os valores de δ13C tornaram-se menos negativos (tabela 9) nos pontos de

Iguaba Grande e Praia da baleia no período seco (figura 20) indicando que há

maior concentração de carbono na forma de carbonato, o que pode ocorrer como

conseqüência do consumo de CO2 pelo fitoplâncton (Meyers, 2003).

6.2 DIAGÊNESE DE FERRO E ENXOFRE

O gráfico da figura 19 mostra que há regressão linear inversa entre os

valores médios de enxofre e Eh em cada ponto apresentou valor significativo (R2=-

0,7; n=6), o que havia sido observado previamente pela correlação de spearman

(Tabela 3), indicando que as espécies de enxofre medidas estão na forma de

sulfetos em ambientes redutores podendo, portanto, interagir com o ferro reativo de

57

acordo com as variações físico-químicas e da concentração relativa de ambos. A

distribuição vertical desses dois elementos no sedimento permite observar mais

detalhadamente a forma como estes interagem entre si (Figura 24).

Na Praia Seca observa-se que o enxofre sofre aumento com a profundidade,

enquanto a concentração de ferro não sofre mudança significativa (tabela 9) em sua

distribuição vertical. Isto indica que a interação entre esses dois elementos não se

dá de forma expressiva e que pouco sulfeto de ferro estável está sendo formado

com a profundidade. O que explica o aumento na concentração de enxofre nos

extratos mais redutores.

Em Iguaba Grande, o ferro, assim como na Praia Seca, não sofre variação

significativa com a profundidade. O enxofre, que é encontrado em concentrações

bem maiores, sofre queda nos primeiros centímetros de profundidade e depois, um

pequeno aumento. Podendo indicar que formas de sulfetos mais estáveis estão se

formando nos primeiros centímetros mas, possivelmente, devido à escassez de

ferro, deixam de ser formados poucos centímetros abaixo. Os valores da

concentração de ferro, em sua distribuição vertical, não acompanham as variações

esses dois elementos neste ambiente.

No mês de março, as concentrações de ferro e enxofre aumentam com a

profundidade na Praia da Baleia, enquanto que no mês e junho a concentração de

ambos diminui no mesmo sentido. É possível observar, a forte interação entre

esses dois elementos neste ambiente, uma vez que a concentração de ferro é

maior e as distribuições verticais das concentrações de ambos sofrem variações

mais aproximadas entre si. Entretanto, no mês de março, alguma variável, parece

desfavorecer a formação de pirita, pois a concentração de ferro disponível para sua

0,0

300,0

600,0

900,0

1200,0

1500,0

1800,0

-500,0-400,0-300,0-200,0

Eh (mV)

S (

mg

/kg

)

Figura 23: Correlação entre as média de enxofre e Eh em cada ponto.

58

Figura 24: Distribuição vertical da concentração de ferro e enxofre nos sedimentos coletados em três pontos da lagoa de Araruama nos meses de março e junho de 2007.

Praia Seca (março)

mg/kg

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Pro

fund

idad

e

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Iguaba Grande (março)

mg/kg0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Pro

fund

idad

e

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia da Baleia (março)

mg/kg

400 500 600 700 800 900 1000

Pro

fund

idad

e

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia Seca (junho)

mg/kg0 100 200 300 400 500 600

Pro

fund

idad

e

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Iguaba Grande (junho)

mg/kg

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Pro

fund

idad

e1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia da baleia (junho)

mg/kg300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Pro

fund

idad

e

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Ferro

Enxofre

Ferro

Enxofre

59

formação aumenta em direção a um ambiente mais redutor. Esta variável pode ser

a concentração de enxofre. Isto porque o aumento, com a profundidade, da razão

ocorridas nas concentrações de enxofre, o que representa fraca interação entre

entre as concentrações de ferro e enxofre (Fe/S), indica que a alta concentração de

ferro em relação à concentração de enxofre, permite que parte do ferro não seja

depositado na forma de sulfetos, permanecendo no meio em formas mais reativas.

No mês de junho, a queda nos valores da concentração de ambos, mostra o

perfil esperado para sedimentos onde há formação de pirita (Canfield, 1989). Isto

porque, nestes ambientes, o ferro e o enxofre tendem a ser depositados na forma

de pirita, o que leva à queda na concentração destes, em suas formas mais

reativas, nas regiões mais profundas do sedimento. Evidenciando que, entre os

sedimentos coletados, o da Praia da Baleia do mês de junho, é o mais favorável,

para a formação de sulfetos de ferro.

6.3 OCORRÊNCIA DE Canditdatus Magnetoglobus Multicellularis

6.3.1 Teores de ferro e enxofre e a densidade populacional

A concentração de ferro apresentou correlação significativa com o número

de indivíduos da população (r2=0,97; n=5), com exceção do ponto coletado na Praia

da baleia em junho (figura 25b). Isto indica que o ferro, nos pontos da Praia Seca,

Iguaba Grande e na Praia da Baleia no mês de março, está atuando como fator

limitante para o crescimento populacional. Entretanto, no mês de junho, na Praia da

Baleia, apesar de haver redução na concentração de ferro, houve aumento

populacional, o mesmo ocorrendo com a concentração de enxofre. Propondo que,

neste ponto, a fonte de enxofre pode estar sendo limitante pra o

crescimento populacional. Isto é melhor observado quando comparamos as razões

entre as concentrações destes dois elementos. Em março a razão entre as médias

de ferro e enxofre é igual à 0,8 enquanto que, no mês de junho, este valor cai para

0,5. Nos outros pontos essa razão é menor ou igual a 0,3 (tabela 4). O gráfico da

figura 25a apresenta a correlação entre a razão Fe / S e a população em cada

extrato dos sedimentos analisados.

60

6.3.2 Zoneamento ecológico determinado por parâmetros físico-

químicos

A distribuição vertical da população de Ca. M. multicellularis em todos os

cores analisados, comparada com os valores de Eh e pH medidos nos respectivos

extratos de sedimento mostra que, mais de 90% da população total, se encontra

Figura 25: a) Correlação entre a população e a razão Fe / S em todos os extratos de sedimento analizados. b) Correlação entre a população de Canditdatus Magnetoglobus multicullularis quantificados e a concentração média de ferro em cada ponto nas duas coletas, com exceção do ponto referente à coleta realizada na Praia da baleia em junho.

R2 = 0,875

0,020,040,060,080,0

100,0120,0140,0

0,0 200,0 400,0 600,0 800,0Fe (mg/kg)

Ind

ivíd

uo

s/cm

3

Março Junho Praia Seca 0,24 0,15

Iguaba Grande 0,20 0,06 Praia da Baleia 0,81 0,53

Tabela 4: Razão entre as médias de ferro e enxofre em cada ponto

R2 = 0,495

0

50

100

150

200

250

300

0,00 0,50 1,00 1,50

Fe / S

Ind

ivíd

uo

s / c

m3

a)

b)

61

dentro de um limite de valores de Eh, que variam entre –260mV e –460mV e de

valores de pH, que variam entre 7,0 e 8,0 (figura 26).

Os gráficos da figura 27 mostram que, a população de Canditdatus

Magnetoglobus multicullularis não se distribui uniformemente ao longo de seu perfil

vertical no sedimento. Em alguns extratos pode haver concentração de até 60% do

número de indivíduos quantificados no respectivo ponto. A população concentra-se

em diferentes profundidades, de acordo com o local e com o mês em que foram

coletadas. Isto mostra sua capacidade de deslocar-se verticalmente em resposta às

variações ocorridas nas condições ambientais, comuns nesta região do sedimento.

Na praia da Baleia ocorrem dois picos bem definidos com valores de 47% e

60% em março e junho respectivamente. Nos outros pontos, a maior concentração,

com 48% da população, acorreu na Praia Seca em março. Sendo assim, a coleta

Figura 26: Distribuição da população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis em função dos parâmetros físico-químicos no sedimento da Lagoa de Araruama, RJ. Foram utilizados valores obtidos nas medidas realizadas em todas as amostras dos extratos de sedimento.

62

realizada na Praia da Baleia em junho apresentou o maior número total de

indivíduos e a maior concentração destes em um único extrato.

Com o objetivo de identificar as condições ambientais que caracterizam os

extratos onde ocorre a concentração populacional de Canditdatus Magnetoglobus

multicullularis, os valores de pH e Eh medidos nestes extratos foram marcados em

um gráfico onde são caracterizadas as espécies de ferro formadas em função

destas variáveis (figura 28).

Com exceção do ponto referente à coleta realizada na Praia da baleia em

junho (preto), todos os outros pontos mostrados no gráfico (brancos) localizam-se

bem próximos entre si. Isto mostra que as células apresentam alto grau de

sensibilidade às condições físico-químicas do meio.

A área retangular demarcada com a linha branca, referente aos limites onde

são encontrados mais de 90% de todos os indivíduos quantificados, mostra que a

população de Ca. M. multicellularis, limita-se a um ambiente em que a formação de

cristais de pirita é favorecida pelas condições físico-químicas. Estando a maior

parte dos indivíduos localizados na região de transição entre monosulfetos de ferro

e pirita, isto é, onde há a formação de greigita.

Figura 27: Distribuição percentual da população de Canditdatus Magnetoglobus multicullularis ao longo do perfil vertical do sedimento nos três pontos de coleta nos meses de março e junho de 2007.

0.0 20.0 40.0 60.0

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Dep

th

0.0 20.0 40.0 60.0

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

0.0 20.0 40.0 60.0

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia seca Iguaba Grande Praia da baleia

% %%0.0 20.0 40.0 60.0

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Dep

th

0.0 20.0 40.0 60.0

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

0.0 20.0 40.0 60.0

1cm

2cm

3cm

4cm

5cm

Praia seca Iguaba Grande Praia da baleia

% %%

63

O ponto referente à coleta realizada na Praia da Baleia em junho mostra

que a população está localizada numa região menos reduzida, que no gráfico, está

localizada próxima à zona de sulfato redução

.

6.3.3 Magnetotaxia versus limitação de nutrientes

A análise de cluster (figura 29) realizada no ponto da praia da baleia mostra

que, diferente do que ocorre nos outros dois pontos, a população aparece

diretamente associada ao enxofre. Estas observações indicam que as células, em

condições onde não há escassez de ferro, buscam a região do sedimento onde há

maior disponibilidade de enxofre e onde este enxofre pode ser usado como fonte de

energia metabólica através de sua redução ou oxidação (Abreu, Martins et alii.

2007)

Figura 28: Gráfico de pH e Eh mostrando as espécies de ferro formadas em ambiente aquoso à 25oC. Os campos em escala de cinza representam a estabilidade da pirita (FeS2) com concentrações de Fe e S totais variando entre 10-7

m e 10-1m (Butler e Rickard 2000). As linhas

tracejadas mostram os limites de valores medidos nos sedimentos coletados. A área em branco representa a região onde são encontrados 91,3% da população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis quantificados. Os pontos em branco e preto indicam os valores medidos nos extratos onde ocorrem as concentrações populacionais em sua distribuição vertical no sedimento.

64

A concentração de nitrogênio total e do isótopo δ15N também exerce

influência sobre o comportamento populacional. O gráfico que correlaciona essas

três variáveis, no mês de junho (figura 31), mostra que a população de Ca. M.

multicellularis, concentrou-se em grande número na região onde há maior

concentração de nitrogênio e menor concentração de δ15N.

A gráfico da figura 30a mostra que há regressão exponencial inversa (R2=

0,82; n=5) entre o número de indivíduos e os valores de δ15N medidos em cada

extrato de sedimento no mês de junho. A regressão inversa (figura 30b) entre os

valores de nitrogênio total e os valores de δ15N (R2= 0,86; n=5) é esperada, uma

vez que a comunidade microbiana tende a consumir o nitrogênio mais leve (14N), e

concentrar o 15N na região do sedimento onde a matéria orgânica sofreu maior

degradação. Portanto, no sedimento coletado no mês de junho, a matéria orgânica

mais degradada encontra-se no fundo, estando o material orgânico recém

depositado na superfície.

Figura 29: Análise de cluster realizada com as variáveis medidas na Praia da baleia nos meses de março e junho de 2007

15N13C

PopulaçãoEnxofre

Fe (F2)Fe (F1)

CarbonoNitrogênio

FerropH

Eh0

2

4

6

8

10

12

Link

age

Dis

tanc

e

65

Sendo assim, no mês de junho, a população de Canditdatus Magnetoglobus

Multicullularis quantificada no sedimento coletado na Praia da Baleia, apresentou

crescimento desproporcional comparado às outras amostras e concentrou-se, em

sua maioria, no primeiro centímetro de profundidade, onde está localizada a zona

de transição oxica-anóxica.

R2 = 0,8639

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

5,00 10,00 15,0015N/14N

Nit

rog

ênio

To

tal

Figura 31: Distribuição da população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis em função dos valores de δ15N e Nitrogênio total medidos nos extratos de sedimento coletados na Praia da baleia no mês de junho de 2007.

Figura 30: a) Correlação entre a população de Canditdatus Magnetoglobus Multicullularis e os valores de δ15N; b) Correlação entre Nitrogênio total e δ15N. As medidas foram realizadas nos extratos de sedimento coletados na Praia da baleia no mês de junho de 2007.

R2 = 0,8228 exp

0

200400600

8001000

1200

5,0 10,0 15,015N/ 14N

Ind

ivíd

uo

s / c

m3

66

Esta região é caracterizada pelo grande número de reações de oxidação e

redução que são, em sua maioria, intermediadas pela atividade metabólica de

microrganismos e pelo intenso processo de decomposição da matéria orgânica

depositada sobre o sedimento. Esta região seria, portanto, um ambiente favorável

para a obtenção de nutrientes e para a redução do sulfato, utilizado na respiração

de Ca. M. Multicellularis.

67

7. CONCLUSÃO

A população de Canditdatus Magnetoglobus multicellularis mostrou variação

sazonal, aparecendo em maior quantidade no mês de março, correspondente ao

período de verão. Neste período também há maior transporte de ferro para a lagoa

sugerindo que a disponibilidade de ferro limita o crescimento populacional em

sedimentos carbonatados. Dos pontos coletados, a praia da baleia é o único que

não apresenta este tipo de sedimento e neste ponto, o ferro não atua como

limitante para o crescimento da população, neste caso, o fator limitante é a

disponibilidade de nutrientes como nitrogênio e enxofre.

O deslocamento vertical mostrou sensibilidade aos valores de pH e Eh,

permitindo à população concentrar-se em limites e de valores referentes às

condições físico-químicas favoráveis à formação de sulfeto de ferro. Deste modo as

condições ambientais parecem favorecer a manutenção dos cristais no citoplasma.

O campo magnético pode ser, então, utilizado como eixo de deslocamento para a

célula, que se move em direção a estas condições.

Em situações onde a concentração de nutrientes limita o crescimento da

população ou afetam a estabilidade desta, os indivíduos podem deslocar-se para

regiões onde estes estão disponíveis em maiores concentrações. O ferro utilizado

no metabolismo de Canditdatus Magnetoglobus multicellularis encontra-se, no meio

extracelular, na forma de óxidos ou monosulfetos. O ferro orgânico, carbonatos ou

silicatos influenciam de forma menos significativa sobre a população.

A presença de Canditdatus Magnetoglobus multicullularis pode indicar

ambientes onde a formação de sulfetos de ferro está ocorrendo e pode interferir na

retenção de ferro e enxofre no sedimento, entretanto estudos mais aprofundados

precisam ser realizados nesse sentido.

68

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72

APÊNDICE

Março Junho Hora 09:15 Hora 10:00 Vento SE Brisa Vento Fraco NE GPS S 22o 55`31,1`` GPS S 22o 55`31,1``

W 42o 15`14,2`` W 42o 15`14,2``

Água Superfície Temperatura (oC) 29,1 Água Superfície Temperatura (oC) 24,3 Salinidade (ppt) 54,7 Salinidade (ppt) 52,4 O2 (%) 101,20% O2 (%) 122,90%

Condutividade

(ms) 78,1 Condutividade

(ms) 76,3 Fundo Temperatura (oC) 28,9 Fundo Temperatura (oC) 22,9 Salinidade (ppt) 54,7 Salinidade (ppt) 53 O2 (%) 95,40% O2 (%) 135,20%

Condutividade


(ms) 76,3 pH Eh (mV) pH Eh(mV)

Água Superfície 8,963 -109,4 Água Superfície 8,379 102,1 Fundo 8,972 -134 Fundo 8,395 122

Sedimento 0 a 2cm 7,462 -345,7 Sedimento 0 a 2cm 8,314 69,8 2 a 4cm 7,772 -410,5 2 a 4cm 8,054 -408

4 a 6cm 7,65 -425 4 a 6cm 7,606 -442

Tabela 5: Dados de campo medidos na Praia Seca

74

Março Junho Hora 12:00 Hora 12:00 Vento SE moderado Vento Fraco NE GPS S 22o 50`23,1`` GPS S 22o 50`23,1``

W 42o 13`0,01`` W 42o 13`0,01``

Água Superfície Temperatura (oC) 32,3 Água Superfície Temperatura (oC) 25,2 Salinidade (ppt) 54,1 Salinidade (ppt) 53,4 O2 (%) 205,5 O2 (%) 157,8

Condutividade


(ms) 76,7 Fundo Temperatura (oC) 31,4 Fundo Temperatura (oC) 24,4 Salinidade (ppt) 54,5 Salinidade (ppt) 53,7 O2 (%) 205,4 O2 (%) 167,9

Condutividade


(ms) 73,3

pH Eh (mV) pH Eh(mV) Água Superfície 9,095 31,3 Água Superfície 8,397 123,9

Fundo 9,107 -36,8 Fundo 8,432 118,2 Sedimento 0 a 2cm 7,839 -420,9 Sedimento 0 a 2cm 7,23 -396,4

2 a 4cm 7,424 -493 2 a 4cm 7,018 -456,7

4 a 6cm 8,131 -501 4 a 6cm 7,064 -518,2

Tabela 6: Dados de campo medidos em Iguaba Grande.

75

Março Junho Hora 14:40 Hora 14:00

Vento SE moderado

forte Vento Moderado NE GPS S 22o 52`47,9`` GPS S 22o 52`47,9``

W 42o 6`59,4`` W 42o 6`59,4``

Água Superfície Temperatura (oC) 31,5 Água Superfície Temperatura (oC) 25 Salinidade (ppt) 53,2 Salinidade (ppt) 53,3 O2 (%) 170,3 O2 (%) 166,4

Condutividade

(ms) 77 Condutividade

(ms) 76,8 Fundo Temperatura (oC) 31,2 Fundo Temperatura (oC) 23 Salinidade (ppt) 53,4 Salinidade (ppt) 53,7 O2 (%) 208,9 O2 (%) 147,7

Condutividade


(ms) 76,9

pH Eh (mV) pH Eh(mV) Água Superfície 9,084 15 Água Superfície 8,345 87,3

Fundo 9,082 -92 Fundo 8,32 59,4 Sedimento 0 a 2cm 8,61 -205 Sedimento 0 a 2cm 7,403 -264,1

2 a 4cm 7,66 -392 2 a 4cm 7,101 -398,1

4 a 6cm 7,62 -445 4 a 6cm 7,215 -512,6

Tabela 7: Dados de campo medidos na Praia da Baleia

76

Março Enxofre Ferro Junho Enxofre Ferro

Pra

ia S

eca

F1 F2 F1 + F2 F1 F2 F1 + F2

Pra

ia S

eca

F1 F2 F1 + F2 F1 F2 F1 + F2 1cm 367 2 370 84,1 72,3 156,4 1cm 431 1 432 15 61,4 75,9 2cm 429 2 431 42,9 77,9 120,8 2cm 568 2 570 13 58,3 71,2 3cm 700 3 703 29,0 70,2 99,2 3cm 441 1 441 17 61,5 78,3 4cm 448 2 450 40,9 70,1 111,1 4cm 522 2 524 21 58,2 79,5 5cm 525 4 529 34,3 64,4 98,7 5cm 510 0 510 15 42,7 57,8

Igu

aba

Gra

nd

e

Igu

aba

Gra

nd

e 1cm 1286 539 1825 4,4 240,8 245,3 1cm 1286 429 1715 4,4 80,2 84,6 2cm 1133 155 1288 13,5 369,2 382,7 2cm 1141 409 1550 0,8 90,2 91,0 3cm 1152 308 1461 1,5 283,1 284,6 3cm 949 405 1354 0,4 74,3 74,7 4cm 1236 297 1533 4,8 398,9 403,7 4cm 1033 341 1374 1,3 76,4 77,8 5cm 1175 330 1505 2,6 225,9 228,5 5cm 1009 419 1428 0,7 91,7 92,4

Pra

ia d

a B

alei

a

Pra

ia d

a B

alei

a 1cm 762 16 778 91,2 430,2 521,4 1cm 1031 13 1043 50 468,8 518,8 2cm 727 15 742 83,8 390,4 474,2 2cm 683 18 702 54 472,2 526,2 3cm 789 28 817 68,7 615,1 683,8 3cm 765 27 792 40 392,9 432,7 4cm 749 31 780 40,5 607,5 647,9 4cm 955 18 973 28 407,0 435,2 5cm 840 34 875 83,5 816,8 900,3 5cm 744 13 756 34 309,0 343,1

Tabela 8: Valores da concentração (mg/kg) de ferro e enxofre nos três pontos de coleta nos meses de março e junho. As fracões foram obtidas por extração seqüencial (ver materiais e métodos)

77

Março Junho

Variável Média n Variância Média n Variância T calculado T tabelado

Praia Seca População 24,90 25 1055,67 6,71 20 126,15 3,63 1,684

Ferro 117,24 5 562,29 72,56 5 78,32 7,87 2,02

Enxofre 496,48 5 16591,52 495,60 5 3376,61 0,03 2,02

13C / 12C -2,93 10 2,53 -2,78 10 1,18 0,74 1,73

15N / 14N 9,28 10 7,83 7,35 10 0,84 6,23 1,73

% C 0,37 10 0,02 0,32 10 0,01 2,50 1,73

% N 0,01 10 0,00 0,01 10 0,00 0,00 1,73

Iguaba Grande População 19,02 25 661,78 11,55 15 272,90 1,026 1,584

Ferro 308,95 5 6385,80 84,09 5 61,26 12,52 2,02

Enxofre 1522,45 5 37698,58 1484,24 5 22405,13 0,70 2,02

13C / 12C -2,08 5 0,13 -0,34 9 0,04 26,24 1,78

15N / 14N 5,59 5 0,13 7,03 9 0,51 -11,25 -1,78

% C 3,19 5 0,13 3,63 9 0,43 -3,67 -1,78

% N 0,06 5 0,00 0,02 9 0,00 0,00 1,78

Praia da Baleia População 121,02 25 18071,29 313,65 25 230384,36 -9,47 -1,689

Ferro 645,54 5 27785,40 84,09 5 61,26 15,05 2,02

Enxofre 798,30 5 2512,14 853,20 5 21646,92 -1,58 -2,02

13C / 12C -5,66 10 4,90 -3,80 10 2,02 10,39 1,73

15N / 14N 7,38 10 1,37 10,67 10 3,07 -14,82 -1,73

% C 1,11 10 0,41 0,62 10 0,04 7,00 1,73

% N 0,05 10 0,00 0,02 10 0,00 0,00 1,73

Tabela 9: Dados referentes ao teste de hipótese relizado com todas as variáveis entre os meses de março e junho de 2007.

centro de estudos gerais instituto de geociÊncias … · figura 28 - gráfico de ph e eh mostrando...

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