Cianobactérias, Algas, Azuis, O que são Cianobactérias
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DIVISÃO CYANOPHYTA Procarióticas
Ficobiliproteínas (pigmentos acessórios e reserva de nitrogênio): c-ficocianina, aloficocianina (azuis), c-ficoeritrina e ficoeritrocianina (vermelhos)Xantofilas e carotenos (grandes proporcões de betacaroteno)
Glicogênio (amido das cianofíceas)
Mucopolissacarídeos (presente ne bainha de mucilagem)
Ausência de flagelos
O<sub>2</sub> como produto final da fotossíntese
As cianofíceas representam um grupo muito antigo, tendo sido os primeiros organismos fotossintetizantes com clorofila a, que surgiram na Terra há aproximadamente 3,5 bilhões de anos. Existem evidências fósseis, os estromatólitos, que datam do Pré-Cambriano. Estromatólitos são formações calcárias dispostas em camadas, onde se encontram evidências de algas azuis. Possivelmente, foram os responsáveis pelo acúmulo de O<sub>2</sub> na atmosfera primitiva, o que possibilitou o aparecimento da camada de Ozônio (O3), que retém parte da radiação ultra-violeta, permitindo a evolução de organismos mais sensíveis à radiação UV. As cianofíceas são pouco sensíveis a esta radiação, possuindo um sistema de reparo do material genético.
A fotossíntese em algas azuis é estimulada por baixos teores de O<sub>2</sub>, refletindo talvez, a adaptação à ausência de O<sub>2</sub> livre na atmosfera do Pré-Cambriano.
As algas azuis podem viver em ambientes extremamente diversos. A maioria é aquática de água doce, podendo sobreviver a temperaturas de até 74°C em fontes termais (ex. Synechococcus) ou a temperaturas muito baixas, de lagos antárticos, onde podem ocorrer sob a calota de gelo. Existem formas marinhas que resistem a altas salinidades, ou a períodos de dessecamento, como as cianofíceas que habitam o supra-litoral. Algumas formas são terrestres, vivendo sobre rochas ou solo úmido. Outras vivem em associações com fungos, como nos líquens Cora e Leptogium, entre outros. Ainda existem algumas que se associam a outros vegetais (Anthoceros, briófita; Azzola, pteridófita; Cycas, gimnosperma) ou a protozoários.
1. Ramificação Verdadeira
Quando a ramificação origina-se em consequênciade uma mudança no plano de divisão da célula.
2. Ramificação Falsa
Quando a ramificação origina-se sem que hajauma mudança no plano de divisão da célula. Ocorre em formas que possuem uma bainha resistente ou espessa.
Pigmentos: clorofila a, ficobiliproteínas e carotenos
Carboxissomos (corpos poliédricos)
Grânulos de amido
Grânulos de cianoficina
Grânulos de polifosfato
Vesículas de gás
Simples divisão celular
Hormogônios
Exósporo
Em ambientes anóxicos, algumas cianofíceas podem usar H2S como doador de elétrons, de modo semelhante ao que ocorre em bactérias fotossintetizantes. Têm, portanto, a habilidade de fotossintetizar sob condições aeróbicas ou anaeróbicas. São fototróficas anaeróbicas facultativas, e preenchem um importante nicho ecológoco nos sistemas aquáticos.
As algas azuis, algas cianofíceas ou cianobactérias, não podem ser consideradas nem como algas e nem como bactérias comuns. São microorganismos com características celulares procariontes (bactérias sem membrana nuclear), porém com um sistema fotossintetizante semelhante ao das algas (vegetais eucariontes), ou seja, são bactérias fotossintetizantes. Existe uma confusão na nomenclatura destes seres, pois a princípio pensou tratar-se de algas unicelulares, posteriormente os estudos demonstraram que elas possuem características de bactérias. Para simplificação, neste texto, serão denominadas simplesmente cianobactérias. As cianobactérias são representantes de um grupo de seres vivos muito antigo, provavelmente, são os primeiros organismos fotossintetizantes com clorofila-A. De acordo com registros fósseis, surgiram na Terra há mais de 3,5 bilhões de anos, sendo que sua grande proliferação ocorreu à cerca de dois bilhões de anos. Possivelmente, foram as responsáveis pelo acúmulo de O<sub>2</sub> na atmosfera primitiva, o que possibilitou o aparecimento da camada de Ozônio (O3), que retém parte da radiação ultravioleta, permitindo a evolução de organismos mais sensíveis à radiação UV. O material genético das cianobactérias fica no interior de nucleotídeos serpentados, que são pouco sensíveis à radiação UV e, além disto, possuem um sistema de reparo do material genético. As cianobactérias podem viver em diversos ambientes e condições extremas. A maioria das espécies é dulcícola, algumas espécies representantes do gênero Synechococcus podem sobreviver em águas de fontes termais em temperaturas de até 74°C e outras espécies podem ser encontradas até em lagos antárticos, onde podem ser encontradas sob a calota de gelo com temperaturas próximas de 0°C. Existem formas marinhas que resistem a alta salinidade, outras que suportam períodos de seca. Algumas formas são terrestres, vivem sobre rochas ou solo úmido, estas podem ser importantes fixadoras do nitrogênio atmosférico, sendo essenciais para algumas plantas. As cianobactérias podem produzir gosto e odor desagradável na água e desequilibrar os ecossistemas aquáticos. O mais grave é que algumas cianobactérias são capazes de liberar toxinas, que não podem ser retiradas pelos sistemas de tratamento de água tradicionais e nem pela fervura, que podem ser neurotoxinas ou hepatotoxinas. Originalmente estas toxinas são uma defesa contra devoradores de algas, mas com a proliferação das cianobactérias nos mananciais de água potável das cidades, estas passaram a ser uma grande preocupação para as companhias de tratamento de água. Em uma mesma espécie podem ser encontrados indivíduos incapazes de produzir toxinas ou outras capazes de produzir toxinas muito fortes e mortais. As neurotoxinas são identificadas como substâncias alcalóides ou organofosforados neurotóxicos e caracteriza-se pela ação rápida, causando morte por asfixia. As hepatotoxinas podem ser identificadas como peptídeos ou alcalóides hepatotóxicos possuem atuação menos rápida e causa diarréias, vômitos, diminuição dos movimentos e hemorragia interna. As cianobactérias podem ser encontradas na forma unicelular, como nos gêneros Synechococcus e Aphanothece ou em colônias de seres unicelulares como Microcystis, Gomphospheria, Merispmopedium ou, ainda, apresentarem as células organizadas em forma de filamentos, como Oscillatoria, Planktothrix, Anabaena, Cylindrospermopsis, Nostoc. Quando as cianobactérias estão agrupadas em colônias, muitas vezes, há uma capa mucilaginosa, gelatinosa, que envolvendo e protegendo a colônia. Não possuem flagelos, mas algumas cianobactérias filamentosas podem se locomover por movimentos oscilatórios rudimentares, como, por exemplo, as dos gêneros Oscillatoria, Nostoc. Quando testadas pelo método de coloração de Gram, comportam-se como bactérias Gram-negativas, com isto demonstram que possuem paredes celulares pouco permeáveis aos antibióticos. A coloração das cianobactérias pode ser explicada através da presença dos pigmentos clorofila-A (verde), carotenóides (amarelo-laranja), ficocianina (azul) e a ficoeritrina (vermelho). Todos estes pigmentos atuam na captação de luz para a fotossíntese. Algumas espécies podem apresentar mais de um tipo de pigmento, isto explica a existência de cianobactérias das mais variadas cores. Uma curiosidade, apesar de também serem conhecidas com algas azuis, apenas metade das espécies de cianobactérias apresentam cor azul-esverdeada. O Mar Vermelho recebe este nome, pois, em sua superfície são visíveis enormes concentrações de algas azuis... Vermelhas! Como as cianobactérias vivem e se proliferam?
As cianobactérias são microorganismos autotróficos, a fotossíntese é seu principal meio para obtenção de energia e manutenção metabólica. Seus processos vitais requerem somente água, dióxido de carbono, substâncias inorgânicas e luz. A reprodução das cianobactérias não coloniais é assexuada, ocorrendo por divisão binária, semelhante à das bactérias. As formas filamentosas podem reproduzir-se assexuadamente por fragmentação ou por hormogonia, que ocorre quando os filamentos quebram-se em alguns pontos e dão origem a vários fragmentos pequenos chamados hormogônios, que através da divisão de suas células dão origem a novas colônias filamentosas. Algumas espécies de colônias filamentosas são capazes de produzir esporos resistentes, os acinetos, que, ao se destacarem, originam novas colônias filamentosas. A atividade fotossintética das cianobactérias é maior em ambientes com baixas concentrações de O<sub>2</sub>, característica da atmosfera do Pré-Cambriano, que apresentava baixas concentrações deste gás. Hoje as bacterias vivem numa atmosfera e meios mais oxigenados mas guardam esta potencialidade. É interessante notar que as cianobactérias encontradas em fósseis de 3,5 bilhões de anos , em nada se diferenciam das cianobacterias atuais, o que é, de certa forma, um enigma para a teoria do evolucionismo. Mesmo que as cianobactérias prefiram se desenvolver sob condições de menor oxigenação, não há evidências suficientes para afirmar que em ambientes bem oxigenados elas não se desenvolvam. Pelo contrário, em um ambiente rico em oxigênio elas podem utilizar-se de artifícios, como dividir o período em que elas fazem a fotossíntese produzindo O<sub>2</sub>, do noturno, quando fixam o nitrogênio. E também existem cianobactérias que fazem estas duas funções, mesmo na presença de luz. Tomando-se como base os estudos promovidos em mananciais de água potável, percebemos que os motivos principais para o aumento da incidência de cianobactérias são: 1) O aumento anormal da quantidade de componentes nitrogenados e fosfatados na água. As cianobactérias têm três elementos que limitam o seu crescimento são, o Nitrogênio, o Oxigênio e o Fósforo. 2) O aumento da matéria orgânica favorece o aumento da quantidade de microorganismos decompositores livres na água e nos sedimentos, que acabam consumindo o oxigênio dissolvido na água, favorecendo com isto a atividade fotossintética das cianobactérias. Além disto, nos meios anaeróbicos a disponibilidade das formas inorgânicas de nitrogênio e fósforo aumentam, facilitando as grandes infestações. 3) Existem outros fatores, ligados, principalmente, à interferência humana sobre a natureza, tais como: construção de barragens e represamentos de rios, atividade agrícola, adensamento demográfico desordenado, etc, mas, todos eles nos remetem de volta aos dois primeiros itens. As cianobactérias possuem uma característica que lhes proporciona uma vantagem em relação aos demais seres vivos, na falta de nitrogênio fixado (amônia, nitritos, nitratos), elas podem obter este elemento químico aproveitando o gás N2 da atmosfera. O N2 é uma substância bastante inerte e o aproveitamento de suas propriedades pelo organismo demanda um grande gasto energético; mas em caso de ausência de uma fonte de nitrogênio mais fácil, esta possibilidade confere as cianobactérias uma alternativa de sobrevivência em condições altamente desfavoráveis a qualquer outro ser vivo. O fósforo é o elemento menos disponível que as cianobactérias precisam. É geralmente, entre o Nitrogênio, Oxigênio e o Fósforo, o mais escasso em nosso planeta e certamente em aquários. Afinal, ele não é reduzido como o nitrogênio, pois entra nas reações orgânicas na forma de composto. As árvores, florestas reciclam o fósforo na Natureza. No aquário, ele é relativamente escasso por ser metabolizado pelos organismos dos peixes, plantas, etc. O uso de aditivos para as plantas que contenham fósforo em sua fórmula pode ter o mesmo efeito que excesso de alimentação rica em fósforo. Tem o mesmo efeito de organofosforados colocados em plantações à beira de rios. Deixar restos orgânicos no aquário, o mesmo que jogar esgoto nos mananciais. Como podemos controlar os surtos de cianobactérias?
De acordo com estes estudos e minhas experiências, todas bem sucedidas, na erradicação de cianobactérias, é possível concluir que: As cianobactérias são seres muito antigos, resistentes e altamente adaptáveis à vida em um aquário.
A diminuição dos níveis de O<sub>2</sub>, aquários superpopulosos, mal filtrados e/ou acúmulo de detritos podem facilitar o surgimento destas pragas. Cianobactérias preferem viver fixadas, pois não possuem grande capacidade de locomoção. Fixam-se através de uma camada gelatinosa que envolve e protege toda colônia, possibilitando, mesmo após uma sifonagem, a permanência de indivíduos suficientes para formação de uma nova colônia. Além disto, as cianobactérias podem se fixar em áreas que não podem ser sifonadas, como, por exemplo, em frestas, muito estreitas, de rochas, ou troncos. Elas não se reproduzem apenas por esporos, por isto um filtro UV pode eliminar os esporos, mas ainda restarão as cianobactérias que se reproduzem através de divisão celular ou fragmentação. A composição de sua membrana celular dificulta a ação dos antibióticos. A dosagem incorreta do antibiótico, ou por prazo insuficiente, pode gerar cianobactérias resistentes, obrigando a utilização de outros antibióticos, gerando possiveis problemas com a filtragem biológica. Nem todas as bacterias do filtro biológico são gram-negativas e portanto nem todas morrerão pelo efeito da eritromicina. Mas, já que usamos este antibiótico com sucesso e sem grandes problemas, é necessario manter seu uso adequadamente, evitando o aparecimento de bacterias resistentes e necessidade de uso de outros antibióticos cujos efeitos no aquario não conhecemos. Concluo que a melhor forma para evitar infestações com cianobactérias é a minuciosa lavagem e desinfecção de qualquer elemento a ser introduzido no aquário, correto dimensionamento dos equipamentos de filtragem e circulação de água, jamais promover a superpopulação, evitar falhas na rotina de manutenção (sifonagens, trocas parciais semanais e limpeza de filtros). A melhor forma para erradicação das cianobactérias é a realização de uma rotina de tratamento, que consiste na realização concomitante de sifonagens e aplicação de um antibiótico que tenha ação sobre bactérias Gram-negativas. Atualmente, de acordo com artigo do colega Vladimir Simões, o antibiótico mais recomendado é a Eritromicina. Aplica-se, diariamente, uma dose de 250 mg de Eritromicina para cada 100 litros de água, por um período de três dias. Antes e durante o tratamento é necessário executar sifonagens diárias para retirada de parte das colônias e também para manter sob controle os níveis de amônia. No quarto dia, um dia após o término do tratamento é indispensável a realização de sifonagem e troca de no mínimo 50% da água do aquário, o que recolocará os níveis de amônia em um patamar aceitável. Esta rotina de tratamento deve ser executada com rigor e seriedade, pois a sobrevivência de cianobactérias a este tratamento pode causar o desenvolvimento de uma geração de cianobactérias resistentes a Eritromicina.
Algas azuis(= Cianobatérias)
As algas azuis são unicelulares, mas formam freqüentemente colônias laminares ou filamentosas. Apesar de estruturalmente semelhantes às bactérias, as algas azuis diferem delas por possuírem clorofila, pigmento encontrado em todos os eucariontes fotossintetizantes. Existem algumas bactérias que realizam fotossíntese, mas nesse caso, o pigmento é denominado bacterioclorofila. Estrutura celular:
"LAMELAS FOTOSSINTETIZANTES":
(Pigmentos) - clorofila a -ficocianina (azul) ficobilinas (tetrapirrólicos de cadeia aberta) - ficoeritrina (vermelho) Os pigmentos nos Monera estão associados a um sistema de membranas internas na célula, porém não há formação de nenhuma organela citoplasmática definida.
Apresentam somente ribossomos. Reprodução nas Algas Azuis
A reprodução das cianofíceas não coloniais é assexuada, por divisão binária, semelhante à das bactérias.
As formas filamentosas podem reproduzir-se assexuadamente por fragmentação ou hormogônia: quebram-se em alguns pontos, dando origem a vários fragmentos pequenos chamados hormogônios, que, por divisão de suas células, darão origem a novas colônias filamentosas. Algumas formas coloniais filamentosas produzem esporos resistentes, denominados acinetos, que podem destacar-se e originar novos filamentos. Além de acinetos, algumas espécies possuem uma célula especial denominada heterocisto, cuja função ainda não está esclarecida, mas há indícios de que sejam células fixadoras de nitrogênio e de que auxiliem na sobrevivência e flutuação dos organismos sob condições desfavoráveis.
O que são cianobactérias ?
Cianobactérias são microorganismos procarióticos, isto é, tem estrutura celular que corresponde a célula de uma bactéria. São fotossintetizantes, apresentando fotossistemas I e II mas sem estar organizados em cloroplastos, como as plantas. Algumas espécies são fixadoras de Nitrogênio atmosférico (N2) e outras produtoras de hepatoxinas ou neurotoxinas.
As cianobactérias são indivíduos muito antigos e os seus fósseis são datados de períodos muito distantes no pré-cambriano. Uma grande flexibilidade a adaptações bioquímicas, fisiológicas, genéticas e reprodutivas, garantiram aos organismos a sua perpetuação na superfície terrestre e a sua distribuição em diversos ambientes terrestres, aquáticos (de rios, estuários e mares) e na interface úmida da terra com o ar (rochas, cascas de árvores, paredes, telhados, vidros, etc.). Igualmente, esta grande flexibilidade também nos permite isolá-las e mantê-las em cultivos com certa facilidade. Vide abaixo a relação de cianobactérias existentes no Banco de Cultivos da UPC.
As cianobactérias no ambiente podem ocorrer de forma unicelular, isto é de vida resumida a uma célula solitária, como nos gêneros Synechococcus e Aphanothece ou serem unicelulares coloniais como Microcystis, Gomphospheria, Merispmopedium ou apresentarem as células organizadas em uma unidade em série, o filamentos, como Oscillatoria, Planktothrix, Anabaena, Cylindrospermopsis, Nostoc.
Fonte: www.cianobacterias.furg.br
As cianobactérias fazem parte do Reino Monera (um dos cincos Reinos existentes na Natureza, do qual fazem parte também as bactérias) e podem ser encontradas na forma unicelular, filamentosa ou formando colônias que são agregados de muitas células, como é o caso da espécie Microcystis aeruginosa. Elas existem há mais de 3 bilhões de anos e tiveram um papel fundamental ao longo do processo evolutivo. Se hoje temos uma atmosfera rica em oxigênio, o gás que respiramos, isto deve-se em grande parte às cianobactérias. As cianobactérias são organismos fotossintetizantes, ou seja, realizam um processo denominado fotossíntese, a partir do qual produzem seu próprio alimento. Neste processo, elas produzem também o gás oxigênio (O<sub>2</sub>), que é lançado para a atmosfera. Não só as cianobactérias, mas também as algas e as plantas realizam fotossíntese! Na figura abaixo, podemos observar várias cianobactérias; veja a seta vermelha apontando uma delas! Como são muito pequenas (medem em torno de 0,0005 centímetros!), só podemos vê-las com a ajuda de um microscópio. Alguns grupos de cianobactérias produzem substâncias tóxicas (toxinas) que podem fazer mal ao ser humano e outros seres vivos.
Imagem da cianobactéria Microcystis aeruginosa. A seta em vermelho aponta para uma delas. Fonte: www.cienciaviva.org.br
A crescente interferência do Homem no ambiente, materializada, por exemplo, na utilização de fertilizantes na agricultura, nas descargas de esgotos urbanos e na rejeição de efluentes de agro-indústrias e de outros setores industriais, é o principal fator conducente ao enriquecimento das massas de água em nutrientes, especialmente na forma azotada (amónia e nitratos) e fosfatada. A eutrofização destes sistemas, coadjuvada por temperaturas elevadas e períodos longos de luminosidade, tal como se verifica desde o final da Primavera até ao fim do Verão, são as condições essenciais para que o desenvolvimento excessivo das populações de cianobactérias ocorra.
De acordo com estes efeitos, as toxinas podem ser classificadas em três categorias: neurotóxicas, hepatotóxicas e irritantes ao contato. As neurotoxinas atuam ao nível da transmissão dos impulsos nervosos, e podem provocar a morte por paragem respiratória, devido à paralisia muscular. As hepatotoxinas são responsáveis por lesões ao nível do fígado, podendo mesmo conduzir à morte por hemorragia intra-hepática e choque hipovolémico. Em doses não letais, estas toxinas tem sido relacionadas com o desenvolvimento de tumores, pois atribuem-se-lhes efeitos carcinogénicos. Apesar de não serem letais para os organismos, pois não são tão perigosas como as neuro e hepatotixas, as toxinas irritantes ao contato são igualmente compostos bioativos, que podem lesar as células. Os animais mais afetados pelas cianobactérias tóxicas são os aquáticos (peixes, zooplâncton e macroinvertebrados), podendo ocorrer mortandades devido quer às toxinas, quer à desoxigenação das águas. Estas elevadas mortalidades vão contribuir para o agravamento da qualidade da água, pela sobrecarga de compostos azotados e fosfatados resultantes da decomposição desta matéria orgânica. Os animais que utilizem fontes de água contaminada podem, do mesmo modo, ser afetados apresentando, principalmente, distúrbios do foro hepático, gastrointestinal, neurológico e alérgico, que podem conduzir à morte. A sintomatologia é diversa, dependendo sempre da intensidade da contaminação e do tipo de toxina em questão. Mas as cianobactérias podem, também, constituir um risco para a saúde pública, pela utilização de água contaminada para consumo ou em atividades de recreio.
O consumo destas águas, sem o tratamento adequado para a retenção dos microrganismos e das suas toxinas, pode ser responsável por surtos de doenças agudas ou crónicas, dependendo da dose e tempo de exposição. A saúde humana pode ser afetada por inalação de cianobactérias ou de esporos, pela ingestão de água ou contato direto.
A inalação e o contato podem ocorrer acidentalmente ou na prática de desportos aquáticos. A inalação pode produzir sintomas tipo alérgico semelhantes à "febre dos fenos", como rinite, conjuntivite e dispneia ou bronquite aguda. O contato pode desencadear irritação ocular, conjuntivite, dermatite, obstrução nasal, asma, podendo mesmo provocar queimaduras na pele. A ingestão acidental de água com doses elevadas de toxinas pode provocar intoxicações agudas, caracterizadas por um quadro de gastroenterite com diarreias, vómitos, náuseas, cólicas abdominais e febre, ou hepatite com anorexia, astenia e vómitos. A ingestão continuada de baixas doses de toxinas pode trazer alterações hepáticas crónicas. Estas situações podem ser também desencadeadas pela ingestão de moluscos, que como filtradores que são, acumulam nos seus tecidos doses não letais destes produtos, que são passados ao longo das cadeias alimentares, cujo elo final pode ser o Homem.
Tendo em conta que em Portugal se observa uma acelerada eutrofização das massas de água utilizadas para consumo e recreio, torna-se necessário a elaboração de um plano nacional eficaz de monitorização das cianobactérias e suas toxinas, com vista a prevenir intoxicações, quer animais, quer humanas. Esta prevenção passa pelo controlo do estado trófico das águas, por evitar o contato com florescências, através de campanhas de sensibilização, e pelo tratamento da água para consumo.
A ocorrência de florescências em águas de superfície utilizadas para consumo põe, essencialmente, dois problemas do ponto de vista do seu tratamento. Por um lado, sendo organismos de dimensões muito reduzidas e existindo em grande densidade, podem passar pelos filtros usados nas Estações de Tratamento de Água (ETA's), atingindo densidades importantes na rede de distribuição. Por outro lado, as suas toxinas não são removidas pelos tratamentos usuais (coagulação, floculação, filtração e desinfecção), pelo que, existindo em grandes quantidades na água bruta, podem manter esses níveis na água de consumo. Além destes aspectos, os tratamentos habituais podem aumentar o risco de formação de compostos organoclorados do grupo dos trialometanos, que atuam como compostos cancerígenos, sempre que uma água rica em matéria orgânica é tratada com cloro. É, pois, importante, pelo menos na altura de maior densidade de cianobactérias tóxicas, não recorrer à pré-cloragem e utilizar filtros de carvão ativado e ozono, o que remove, com uma eficácia próxima dos 100%, as toxinas existentes na água.
Atualmente os esforços a serem desenvolvidos neste âmbito concentram-se nos aspectos da vigilância, acompanhamento e depuração, e nos aspectos mais básicos de compreensão geral dos fenómenos e possibilidade da sua previsão, para que os objetivos de prevenção sejam alcançados. Maria Carlos Reis Fonte: www.naturlink.pt