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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA – UEPB CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E SOCIAIS APLICADAS – CCBSA CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS CAMPUS V – MINISTRO ALCIDES CARNEIRO MATERIAL DIDÁTICO SOBRE BOTÂNICA CRIPTOGÂMICA (CÓDIGO 511106) PROFESSOR: ÊNIO WOCYLI DANTAS Matrícula: 5.23782-3 JOÃO PESSOA, PB 2009 DANTAS, Ê.W. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 1 Prefácio Esta apostila foi confeccionada para os estudantes de Botânica Criptogâmica do Curso de Bacharelado em Ciências Biológicas da Universidade Estadual da Paraíba, ministrada pelo professor Ênio Wocyli Dantas. Esta apostila foi elaborada na intenção de auxiliar os estudantes frente a reduzida bibliografia em língua-mãe para o estudo nesta área. A seqüência dos assuntos foi revisada e adequada a ementa anexa ao Projeto Político Pedagógico do curso de Ciências Biológicas desta instituição. Desta forma, a abordagem inicia-se com o próprio plano de curso da disciplina Botânica Criptogâmica, onde os leitores podem perceber a seqüência dos tópicos abordados neste material didático. A Botânica é uma ciência que trata do estudo dos organismos clorofilados em seus aspectos morfológicos, evolutivos, sistemáticos e fisiológicos que junto como a Zoologia e a Ecologia formam os grandes ramos em Biologia. Este presente material didático vem com intuito de trazer os primeiros conhecimentos a cerca do mundo botânico que inicia através da abordagem dos vegetais criptogâmicos, termo que se refere aos vegetais sem flores ou sementes, mais basais na escala evolutiva. São estes as Algas micro e macroscópicas bem como as Briófitas e Pteridófitas ou Fetos. Nosso primeiro estudo sobre a Ciência dos Vegetais necessita de uma introdução a respeito dos conceitos básicos e definições importantes tratadas em Botânica e em seguida adentraremos no vasto caminho evolutivo seguido pelos seres clorofilados iniciando pelas conceituações essenciais a respeito das Algas – um grupo de vegetais muito diversificados tanto no aspecto morfológico ou estrutural e reprodutivo com habitats exclusivamente aquáticos. Logo após abordaremos as principais peculiaridade inerentes a cada uma das divisões de Algas, sendo elas: Cyanophyta (cianobactérias), Rhodophyta (algas vermelhas), Heterocontophyta (algas douradas), que inclui as famílias Phaeophyceae (algas pardas) e Bacillariophyceae (diatomáceas), Dinophyta (dinoflagelados) e Chorophyta ou Viridiplantae (algas verdes). Visto os principais grupos algais, abriremos as portas para o entendimento de como os vegetais colonizaram os ambientes terrestres e como se deu sua origem, concluindo o conteúdo da disciplina com o enfoque das Briófitas e Pteridófitas. A apostila apresenta tópicos didáticos utilizados durante as aulas do curso. Estes tópicos são, em geral, norteadores para a compreensão geral dos conteúdos utilizados na disciplina. Isso serve como estopim para instigar nos estudantes a pesquisa e a busca de novas fontes. Após a apresentação de cada conteúdo programático, a apostila vem com um roteiro de estudo dirigido que são fundamentais para a obtenção de pontos extras do curso. Vale destacar que os estudos dirigidos DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 2 são entregues ao professor 15 dias após o término do conteúdo ao qual se refere o estudo. Este prazo serve para que o estudante possa fundamentar suas respostas com argumentos mais amplos e coerentes com outras bibliografias. No mais, é importante ressaltar que este material não substitui, de maneira alguma, o livro didático, sendo, pois, apenas um complemento e/ou suplemento para o acompanhamento das aulas ministradas nesta instituição. Este suporte é, portanto, passível de ajustes já que o ensino e a aprendizagem é um processo dinâmico. Ênio Wocyli Dantas. Professor. DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 3 Universidade Estadual da Paraíba - UEPB Centro de Ciências Biológicas e Sociais Aplicadas - CCBSA Curso de Ciências Biológicas Componente Curricular: Botânica Criptogâmica Código: 511106 Carga Horária total: 80 horas Período: 1o Atividade: Básica Professor (a): Ênio Wocyli Dantas Período Letivo: PLANO DE CURSO 1. EMENTA: Introdução aos Reinos Monera, Protista, Fungi e Plantae: critérios taxonômicos, morfológicos, reprodutivos, citológicos e químicos utilizados para a divisão. Teoria sobre a origem dos eucariotos fotossintetizantes. Moneras fotossintetizantes: caracterização e importância biológica e evolutiva das cianofíceas. Protistas fotossintetizantes. Reino Plantae: organização vegetativa, reprodução e sexualidade. Conceitos gerais e critérios taxonômicos de algas. Origem e conquista do ambiente terrestre pelas plantas. Características gerais que definem briófitas e pteridófitas. Morfologia; reprodução; ecofisiologia e evolução de briófitas. Sistema de classificação das briófitas. Morfologia; reprodução; ecofisiologia e evolução de pteridófitas. Sistema de classificação das pteridófitas. 2. OBJETIVOS DO CURSO: Fornecer aos alunos uma visão atual sobre os fundamentos básicos da Biologia Celular, preparando- os para o estudo das áreas afins, e dos fenômenos físicos, químicos e moleculares que mantém a célula em funcionamento no seu ciclo vital. 3. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: I Unidade Temática: Definições em Botânica Criptogâmica; Sistemas de classificação dos seres vivos; Introdução aos Reinos Monera, Protista, Fungi e Plantae (Caracteres taxonômicos, morfológicos, químicos, reprodutivos e citológicos); Teoria sobre a origem dos eucariotos fotossintetizantes (Teoria endossimbiótica do cloroplasto e teoria química); Conceitos gerais e critérios taxonômicos em Algas (Organização vegetativa, caracteres químicos e reprodutivos); Cianobactérias (Caracteres gerais, importância biológica e evolutiva); Protistas fotossintetizantes (Algas vermelhas, Criptofíceas, e Heterocontófitas). II Unidade Temática Protistas fotossintetizantes (Dinoflagelados, Euglenofíceas e algas verdes); Origem e conquista do ambiente terrestre pelas plantas; Características gerais que definem briófitas e pteridófitas. Morfologia; reprodução; ecofisiologia e evolução de briófitas. Sistema de classificação das DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 4 briófitas. Morfologia; reprodução; ecofisiologia e evolução de pteridófitas. Sistema de classificação das pteridófitas. 4. METODOLOGIA 4.1. Estratégias de Ensino: aulas expositivas, apresentação de seminários, exercícios de classe e aulas práticas. 4.2. Recursos Técnico-Pedagógicos: Quadro branco, retroprojetor, projetor de slides, vídeo- cassete, televisão, DVD, Data-show, computador e equipamentos de laboratório. 4.2. Avaliação: Avaliação contínua com testes e provas teórico e/ou práticas, estudos dirigidos, trabalhos e apresentação de seminários. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CRANFILL, R. Phylogeny and Evolution of ferns (Monilophytes) with a focus on the early Leptosporangiate Divergences. Journal of Botany. 91 (10). 1582-1598. 2004. DOMÉNECH, J.M.T. Atlas de Botânica. Rio de Janeiro, Ibero Americana. 1977. JOLY, A.B. Botânica. São Paulo, Companhia Editora Nacional. 1979. 777p. LOURENÇO, S.O. Cultivo de microalgas marinhas: princípios e aplicações. São Carlos, Rima. 2006. 606p. MAUSETH, J.A. Plant Anatomy. Menho Park, Benjamin Cunnings Publishing Co. 1985. McNEILL, J.;BARRIE, F.R.; BURDET, H.M.;DEMOULIN, V.; HAWKSWORTH, D.L.; MARHOLD, K.; NICOLSON, D.H.; PRADO, J.; SILVA, P.C.; SKOG, J.E.; WIERSEMA, J.H.; TURLAND, N.J. Código Internacional de Nomenclatura Botânica (Código de Viena, 2006). BICUDO, C.E.M.; PRADO, J. (Trads.). São Carlos, Rima, 2007.181p. PEREIRA, A.B. Introdução ao Estudo das Pteridófitas. Canoas, 2003. 192p. PRYER, K.M.; SCHUETTPELZ, E.; WOLF, P.G.; SCHNEIDER, H.; SMITH, A.R. and QUER, P.F. Dicionário de Botânica. Barcelona, Labor S.A. 1977. 1234p. RAVEN, P.H.; EVERT, R.F.; EICHHORN, S.E. Biologia Vegetal. 7ª ed. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan. 2007. 830p. REVIERS, B. Biologia e filogenia das algas. Porto Alegre, Artmed. 2006.280p. SMITH, G.M. Botânica Criptogâmica. Lisboa, Fundação Caloustre Gulbenkian. V.2. 1987. 387p. SPORNE, K.R. The Morphology of Pteridophytes. London, Huchinson & Co. 1975. 185p. TISSOT-SQUALLI, m.l. Introdução à Botânica Sistemática. 2ª ed. rev. Ijuí, Unijuí. 2007.144p. TRYON, R.M. & TRYON, A.F. Ferns and Allied Plants with Special Reference to Tropical America. New York, Spring – Verlag. 1982. 867p. VAN DEN HOEK, C.; MANN, D.; JAHNS, H.M. Algae: an introduction to phycology. Cambridge, Cambridge University Press, 1995. 640p. Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 5 BOTÂNICA CRIPTOGÂMICA Introdução aos Estudos Botânicos 1. Botânica Ö ciência que estuda as plantas. 9 O que são plantas? Depende da classificação. 9 Mas o que é classificação? 2. Sistemática x Taxonomia Sistemática compreende Ö Identificação, Nomenclatura e Classificação 2.1. Nomenclatura Botânica 2.1.1. Histórico 9 Antiguidade Ö Teophrastus Ö Nomenclatura popular; 9 Renascença Ö Herbalistas Ö Níveis de utilização; 9 Século XVII Ö Níveis de hierarquia Sistemática Taxonomia X Classificação Elaboração de leis para a classificação Código Internacional de Nomenclatura Botânica Princípios Regras Recomendações Filosofia do sistema nomenclatural Ordenam os nomes e orientam a criação de novos nomes. Indicam a melhor forma de escolher um nome Otto Brunfels André Caesalpino Jean Bauhin Ênio Wocyli Dantas Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 6 9 Nomenclatura binomial (1707-1778) 9 Código Internacional de Nomenclatura Botânica 9 Nomes legítimos X Nomes ilegítimos 2.1.2. Princípios do código Internacional de Nomenclatura Botânica 9 A nomenclatura botânica é independente da zoológica; 9 A aplicação de nomes é determinada por tipos nomenclaturais; Tipos nomenclaturais botânicos Tipo nomenclatural: é um simples espécime de herbário, devidamente registrado Ö Exsicata. Herbário: é um local onde se acondicionam coleções de plantas secas e catalogadas de forma ordenada, seguindo um determinado sistema de classificação. Typus: é o espécime conservado em um herbário, do qual se fez uma diagnose original. Holotypus: o espécime ou outro elemento usado pelo autor ou designado por ele como tipo nomenclatural e que, portanto, regulará a aplicação do nome correspondente. Isotypus: uma duplicata do holotypus, que forma parte da coleção original. Carolus Linnaeus Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 7 Lectotypus: espécime ou elemento selecionado a partir de material original para servir como tipo nomenclatural quando não foi registrado um holotypus junto à publicação ou devido à perda da informação. Syntypus: um dos espécimes originalmente citados pelo autor que não designou holotypus ou que enumerou vários, simultaneamente, como typus. Neotypus: é um espécime ou qualquer outro elemento elegido para servir de tipo nomenclatural quando falta todo o material sobre o qual está baseado o nome do táxon. Epitypus: espécime ou elemento selecionado para servir como typus interpretativo quando o holotypus, lectotypus ou neotypus for comprovadamente ambíguo e não possa ser identificadopara os fins da precisa aplicação do nome do táxon. 9 A nomenclatura de um grupo taxonômico baseia-se na prioridade de publicação; 9 Cada táxon pode ter apenas um nome válido; 9 Independente de sua origem, os nomes dos grupos taxonômicos são tratados como nomes latinos; 9 As regras de nomenclatura botânica são retroativas, exceto quando claramente limitadas. 2.1.3. Principais regras do código Internacional de Nomenclatura Botânica I. Terminações das categorias taxonômicas: Categoria Terminação Táxon Reino variável Plantae Divisão -phyta Magnoliophyta Classe -opsida Magnoliopsida Subclasse -idae Asteridae Ordem -ales Asterales Subordem -ineae Asterineae Família -aceae Asteraceae Subfamília -oideae Asteroideae Tribo -eae Heliantheae Subtribo -inae Helianthinae Gênero variável Helianthus Subgênero variável Helianthus Seção variável Helianthus Espécie variável Helianthus annuus Subespécie variável Helianthus annuus sub. annuus Variedade variável Helianthus annuus var. annuus Capítulos Seções Artigos Regras Recomendações Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 8 II. Nome das espécies: 9 É formado de uma combinação binária entre o nome do gênero e o epíteto específico; 9 O nome do gênero deve ser escrito com letra inicial maiúscula; 9 O epíteto específico deve ser escrito com letra inicial minúscula; 9 O nome de gêneros e categorias infragenéricas devem ser destacado do texto. Nome do gênero + epíteto específico Wallacis wocyliana III. O binômio científico deve ser acompanhado do nome da pessoa que descreveu a espécie: Wallacis wocyliana Macêdo IV. Princípio da prioridade Dois nomes para uma mesma espécie Ö conserva o nome descrito primeiro V. Mudança de gênero de uma espécie: VI. Espécies que receberam o nome sem ser descrita 2.1.4. Razões para mudar um nome científico 9 Ser contrário a regra (ilegítimo); 9 Pesquisas adicionais modificam a definição e a delimitação do táxon. 2.1.5. Mudança de nomes 9 Dividido; 9 Unificado; 9 Mudado de posição; 9 Mudado de categoria. 2.1.6 Critérios para a validação de um nome 9 Nome tem que ser efetivamente publicado; 9 O nome deve estar latinizado e hierarquicamente posicionado; 9 Apresentar uma descrição em latim; 9 Tipo nomenclatural deve ser indicado. Wallacis wocyliana Macêdo, 2003 Enis wocyliana (Macêdo) Lira, 2006 Basinômio Nome corrente Wallacis wocyliana Macêdo, 2003 Wallacis dianense Santos, 2004 Nome corrente Sinônimo Cibelis pernambucensis Holanda ex Dantas Autor Responsável pela descrição Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 9 3. Sistemas de classificação 3.1. Histórico de classificação dos seres vivos 9 Aristóteles (350 a.C.) Ö Dois reinos: Animal e Vegetal Diferenças entre Animal e Vegetal: - Nutrição; - Motilidade; - Crescimento; - Reprodução; - Constituição celular; 9 Advento do microscópio (1665) Ö Descoberta do mundo microscópico 9 Ernst Haeckel (1866) Ö Três reinos: proposição do reino Protista. - Introdução do grupo dos Monera Ö dentro dos Protista 9 Fungos (?) Ö Características tanto de animais como de plantas Ö Quatro reinos. 9 Robert Whittaker (1959) Ö Cinco reinos. 9 Margulis & Schwartz (1982) Ö Dois super-reinos: Prokarya e Eukarya Diferenças entre Procariotos e Eucariotos: - Membrana nuclear; - Cromossomos; - Organelas citoplasmáticas; - Flagelos; - Constituição da parede celular. Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 10 3.2. Tipos de sistemas de classificação Sistema Objetivos Características Artificiais Praticidade; Classificação rápida e fácil de ser realizada. Utiliza o mínimo possível de caracteres; São objetivos e fáceis de serem detectados. Naturais Agrupar organismos segundo sua máxima semelhança global. Utiliza maior número possível de caracteres sem pondera-los. Filogenéticos Procura inferir a origem e o relacionamento evolutivo dos grupos Utiliza caracteres derivados para reconhecer ancestrais comuns. Conceitos empregados em uma classificação filogenética: 9 Analogia: Relação de semelhança entre duas estruturas que desempenham a mesma função em um organismo. 9 Homologia: Propriedade de estruturas biológicas com uma origem evolutiva comum. 9 Apomorfia: Estado ou condição derivada de um caráter em uma série de transformação 9 Sinapomorfia: Compartilhamento da condição apomórfica de um caráter por um grupo. 9 Plesiomorfia: A condição mais antiga, pré-existente, em uma série de transformação. 9 Simplesiomorfia: Compartilhamento da condição plesiomórfica de um caráter por um conjunto de populações considerando uma forma apomórfica derivada dela. 9 Reversão: Caso particular de apomorfia em que a condição derivada é semelhante a uma condição plesiomórfica anterior 9 Grupo monofilético: Grupo constituído de uma espécie ancestral e todos os seus descendentes. 9 Grupo parafilético: Grupo constituído por descendentes de uma única espécie ancestral, em que um ou mais descendentes desta são excluídos. Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 11 9 Grupo polifilético: Grupo constituído por descendentes de mais de uma espécie ancestral. A) Grupo monofilético B) Grupo parafilético C) Grupo polifilético Estudo dirigido – Introdução ao estudo Botânico 1) Discuta sobre o que são plantas. 2) Diferencie Identificação, Nomenclatura e Classificação. 3) Resolva os problemas relacionados aos tipos nomenclaturais: a) No Herbário do INPA estava contido o holotipo da espécie Manuelis adrianensis. Uma infiltração no teto levou ao umedecimento do armário onde esta exsicata estava arquivada levando a sua perda total. Quais as conseqüências deste fato? b) Um incêndio no Herbário de Londres levou a perda de exsicatas raras, descritas desde 1750 e cujos originais haviam sido preservadas apenas neste herbário. Quais as conseqüências deste fato? 4) Complete os espaços corretamente: O incidente de Caruaru, aonde mais de 70 pessoas faleceram, foi provocado por toxinas de Microcystis aeruginosa contidas na água da hemodiálise. Esta _________ ocorre nos reservatórios nordestinos que sofrem atualmente de floração de diversos _________ de algas da ________ A B C D E Ancestral A B C D E A B C D E Ancestral Introdução ao Estudo Botânico DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 12 Cyanophyta, como Cylindrospermopsis e Anabaena. As Nostocales, ao contrário das Chroococcales, apresentam heterócitos, razão pela qual faz com que esta __________ se caracterize por fixar nitrogênio. 5) Analisando amostras de água de um reservatório paraibano, você acaba de descobrir uma nova espécie de Volvocales dentro das Chlorophyta: a) Usando os princípios e regras de nomenclatura botânica, atribua corretamente um nome científico hipotético a esta espécie e posicione-o hierarquicamente dentro das categorias taxonômicas correspondentes. b) Quais os procedimentos necessários para tornar esse nome válido. 6) Quais as diferenças encontradas entre: a) um animal e um vegetal. b) Um organismo procarionte e um organismo eucarionte 7) Quais os problemas encontrados nos fungos e nos protistas que dificultaram o posicionamento taxonômico destes grupos na história da sistemática Botânica? Quais as características que definem cada reino. 8) Estabeleça cinco exemplos de: a) estruturas homólogas e idênticas; b) estruturas homólogas e diferentes; c) estruturas análogas. 9) Estabelecendo um estudo com os seres vivos em geral, observa-se a ocorrência das seguintes apomorfias na série de transformação que originaram as plantas: - Desenvolvimento da autotrofia em cianobactérias; - Surgimento da meiose em clorófitas; - Conquista do ambiente terrestre pelas Briófitas com a formação da cutícula; - Vascularização dos tecidos nas Pteridófitas. - Desenvolvimento de flores em fanerógamas. a) Quais as características plesiomorficas de cada apomorfia citada. Cite exemplos de indivíduos que compartilham esta condição primitiva. b) No decurso da evolução dos seres vivos, a exemplo das Euglenophyta, são encontradas espécies tanto heterotróficas como autotróficas, o que não acontece com as Pteridófitas, todas autotróficas. Considerando a apomorfia autotrofia, quais destas duas divisões são considerados grupos naturais. Explique. c) O hábito terrestre apresentado pelas fanerógamas e compartilhado com as algumas briófitas e Pteridófitas, constitui uma apomorfia no curso evolutivo das plantas. Explique porque ainda são encontradas fanerógamas aquáticas. Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 13 ALGAS Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução 1. Conceito de Algas 9 Termo genérico desprovido de significado taxonômico; 9 Não possuem raiz, caule ou folhas; 9 Em sua maioria: - Realizam fotossíntese; - Possuem clorofila a; - Talo predominantemente aquático. 9 Não são semelhantes entre si; 9 Grande diversidade de organização do talo; 9 Não possuem origem evolutiva próxima Ö três reinos distintos. 2. Classificação Os atuais sistemas de classificação incluem: 9 Teoria Endossimbiótica do Cloroplasto; 9 Diversificação química das algas; 9 Informações ultraestruturais da célula (Hoek et al., 1995); 9 Dados moleculares (Reviers, 2003). Atmosfera da terra primitiva Ö organismos fotossintetizantes Ö diversificação das cianobactérias Ö transformação atmosférica. Colapso do CO2 Ö invasão dos organismos fotossintetizantes dentro das células heterotróficas Ö irradiação dos diversos grupos de algas (Kutschera & Niklas, 2005). 2.1. Teoria endossimbiótica do cloroplasto 9 Evidências Ö Similaridade entre os procariotos e as organelas Ö tamanho, enzimas, replicação e tradução, DNA e ribossomos; 9 Etapas da endossimbiogênese na formação do cloroplasto: - Fagocitose de um organismo fotossintetizante; - Transferência lateral dos genes ao núcleo do hospedeiro; - Perda de genes com conseqüente redução de genoma; - Evolução de um sistema de importação de proteínas necessárias; Ênio Wocyli Dantas Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 14 2.2. Megaevolução dos eucariotos Pressuposto Dendrograma evolutivo segundo Bathacharya 2004 Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 15 Evolução dos cromistas Evolução dos alveolados 2.3. Classificação das algas: Hoek et al. (1995) Reviers (2003) Cyanophyta Ö Cyanophyta Prochlorophyta Chlorophyta Chlorophyta Viridiplantae Ö Streptophyta Chlorarachniophyta Cercozoa Ö Chlorarachniophyceae Euglenophyta Euglenozoa Rhodophyta Rhodophyta Heterokontophyta Ochrophyta Haptophyta Haptophyta Cryptophyta Cryptophyta Dinophyta Dinophyta Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 16 Obs.: As Prochlorophyta (sensu Hoek et al., 1995) correspondem a um grupo procariótico formado por três classes polifiléticas para o caráter clorofila b, sem qualquer relação com a origem das glaucocistófitas e/ou algas verdes. Diagrama evidenciando os eventos endossimbióticos primários, secundários e terciários relacionados à filogenia dos principais grupos de algas (extraído de Delwiche, 1999). Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 17 2.4. Diversificação química das algas Caracteres químicos plesiomórficos Ö Pigmentos – Clorofila a, Ficobilinas, Zeaxantina (Xantofila); Reserva – Amido; Estrutura de parede celular – Camada de peptideoglicana Endossimbiose primária Ö desaparecimento da camada de peptideoglicana. Endossimbiose secundária Ö Linhagem verde – Retenção da clorofila b Linhagem vermelha – Retenção ficobilina para origem das criptófitas, formação da clorofila c e diversficação das Xantofilas, Crisolaminarina (reserva) e das paredes celulares. Ficobilinas Clorofila b Xantofilas Clorofila “c” Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 18 3. Diversidade morfológica Unicelulares Ö pluricelulares; diferentes formas de organização celular: 9 Unicelulares - Sem flagelos Formas cocóides; Presença de apêndices; Arranjo de valvas - Com flagelos Isocontes, Anisocontes, Heterocontes; Lisos ou Pleuronemáticos; Disposição apical, subapical ou intercalar 9 Coloniais Irregulares ou regulares (cenóbios); Com ou sem mucilagem; Flagelados ou sem flagelos; Presença ou não de outros apêndices 9 Filamentosos Tricomas das cianobactérias; Simples, simples ramificado, pseudoramificado; Unisseriado ou uniaxial, multisseriado ou multiaxial, polissifônico, heterotríquias Ö Pseudoparenquimatosas 9 Cenocíticas 9 Parenquimatosas Ö Exemplo do Monostroma, Ulva e Laminaria. Formas cocóides Presença de apêndices Arranjo de valvas Isocontes Anisocontes Heterocontes Apical Subapical Intercalar Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 19 Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 20 4. Reprodução 9 Assexuada - Divisão binária Ö maioria (estudo de caso das diatomáceas); - Fragmentação - Formação de esporos Ö aplanósporos, zoósporos, esporos neutros, etc. 9 Parassexualidade das cianobactérias - Conjugação (transferência de genes) ≠ conjugação em Spirogyra (transferência de gametas) 9 Sexuada - Gametas: Isogametas; Anisogametas; Oogametas - Ciclos de vida: Haplobionte haplonte Ö meiose zigótica; Haplobionte diplonte Ö meiose gamética; Diplobionte Ö meiose espórica: Alternância de geração isomórfica Alternância de geração heteromórfica - Casos especiais: Ciclo trifásico das Rodófitas Gametófito Ö Carposporófito Ö Tetrasporófito. Órgãos uniloculares (meiose) e pluriloculares (mitose) das Feófitas. Ciclos haplobiontes encontrados em algas Ciclo diplobionte encontrado nas algas Talo (2n) Gameta Gameta R! (n) (n) Zigoto (2n) Talo (n) Gameta Gameta E! (n) (n) Zigoto (2n) E! R! Haplobionte diplonte Haplobionte haplonte Gametófito (n) Gameta Gameta E! (n) (n) Zigoto (2n) Esporófito (2n) E! Esporos (n) R!E! Diplonte Anisogamia OogamiaIsogamia Tipos de reprodução sexuada baseada na forma dos gametas Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 21 Ciclo das feófitas com alternância de gerações Ciclo trifásico encontrado em Rodófitas Estudo dirigido – Algas: classificação, diversidade morfológica e classificação 1) O que você entende por algas? 2) Quais as premissas básicas para o surgimento de um cloroplasto em um organismo eucarioto? Como se deu o surgimento de um cloroplasto? Se um cloroplasto foi uma cianobactéria, porque não existem cloroplastos livres? 3) Comente, tomando por base a teoria Endossimbiótica do cloroplasto e a diversificação química das algas, as principais tendências evolutivas observadas para os grupos algais irradiados a partir das Rodófitas? E a partir das Clorófitas? Como explicar o surgimento dos dinoflagelados? 4) Quais as principais formas de organização celular encontrado nas algas? Estabeleça um paralelo entre as formas de organização celular das algas e sua origem. 5) Todo filamento de uma cianobactéria possui tricomas, mas nem todos os tricomas de cianobactérias constituem um filamento. Estabeleça comentários sobre esta afirmativa, explicando as diferenças entre um filamento e um tricoma em uma cianobactéria. 6) A reprodução sexuada nas algas se dá com a formação de gametas. Quais os principais tipos de gametas encontrados nas algas. Descreva-os. 7) Estabeleça semelhanças e diferenças entre: a) Algas com flagelos isocontes e anisocontes b) Filamentos uniaxial e multiaxial c) Anisogamia e Oogamia d) Ciclos Haplobionte haplonte e Hablobionte diplonte e) Ciclos Haplobionte haplonte e Diplobionte f) Órgãos unilocular e plurilocular Gametófito (n) Gameta (n) Gameta (n) Zigoto (2n) Esporófito (2n) E! Órgão plurilocular Órgão Unilocular Esporos (n) E! Órgão plurilocular Esporos neutros (2n) E! R!E! Gametófito (n) Gameta Gameta E! (n) (n) Zigoto (2n) Carposporófito (2n) E! R! E! Carpósporos (2n) Tetrasporófito (2n) Terásporos (n) E! E! Ciclo trifásico Algas – Classificação, Diversidade Morfológica e Reprodução DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 22 8) O que tem no ciclo de vida de algumas Rodófitas e Feófitas que as diferenciam dos ciclos de vida básicos encontrados nas algas? 9) Analisando a evolução das algas, observa-se a ocorrência das seguintes apomorfias na série de transformação que as originaram: - Clorofila a em Cianobactérias; - Clorofila b em Chlorophyta; - Clorofila c em Cryptophyta; - Clorofila d em Rhodophyta. a) Cite exemplos de grupos que compartilham cada condição derivada b) Caracterize cada conjunto de grupos algais do exemplo anterior em relação a sua origem em monofilética, polifilética ou parafilética. c) Dentro de Rhodophyta, encontramos espécies sem clorofila d. Explique a origem deste grupo de algas a partir da clorofila. d) Dentro de Euglenophyta e Dinophyta, alguns táxons não apresentam clorofila. Explique a origem deste grupo a partir deste caráter. CIANOBACTÉRIAS Características Gerais, Importância Biológica e Evolutiva 1. Introdução 9 150 gêneros e 2400 espécies; 9 Célula procariótica Ö semelhança com as bactérias; 9 Não possuem flagelos; 9 Algas azuis Ö pigmentos Ö Cianofíceas; 9 Fotossíntese Ö modificação da atmosfera primitiva; 9 Habitats diversos Ö água doce, salobra e marinha, terrestre, fontes termais, neve e no deserto; 9 Hábito planctônico e/ou perifítico, podendo ser encontrado em associação com outros organismos Ö líquens. 9 Grande parte não são cosmopolitas Ö específicas de determinados tipos de ambientes. 2. Caracteres gerais 9 Caracteres derivados próprios Ö clorofila a e ficobilissomos. Ênio Wocyli Dantas Cianobactérias DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 23 Enzima nitrogenase 9 Citologia: - Ausência de núcleo definido e organelas citoplasmáticas; - Plasmídio Ö DNA circular; - Tilacóide Ö membranas lipoprotéicas localizadas na periferia da célula; - Ficobilissomos Ö contém os pigmentos fotossintetizantes Ö localizam-se nos tilacóides; - Grânulos de glicogênio (amido das cianofíceas) Ö proeminentes na falta de nitrogênio; - Carboxissomos (corpos poliédricos) Ö contém a enzima RubisCO Ö fixação de CO2; - Grânulos de cianoficina (reserva de nitrogênio) Ö numerosos nos acinetos; - Grânulos de polifosfato Ö comuns em células adultas e ausentes nas células jovens; - Ribossomos 70S. - Aérotopos Ö estruturas que acumulam gases resultantes do metabolismo Ö flutuabilidade e migração vertical. × Luz; × Fotossíntese; × Carboidrato; × Pressão de turgor; × Densidade celular (Colapso dos aerótopos) Ö Ø Migração. - Parede celular Ö quatro camadas semelhantes às das bactérias gram-negativas (ácido diaminopimélico, ácido murâmico e ácido glutâmico). Bainha mucilaginosa (ácidos pécticos e mucopolissacarídeos); Presença de plasmodesmos em formas filamentosas. 9 Morfologia do talo - Unicelular - Colonial - Filamentoso sem ramificação - Filamentoso com ramificação Ö falsa (bainha) e verdadeira (conseqüência da mudança do plano de divisão). 9 Células diferenciadas Ö presentes apenas nos talos filamentosos. 9 Heterócito - Paredes espessas e conteúdo homogêneo; - Fixação de nitrogênio: Na ausência de O2: N2 NH4 Glutamina. - Pouca quantidade de ficobiliproteínas; - Carboxissomos ausentes; - Glicogênio ausente; - Possui alta taxa de respiração; - Reprodução – Germinação. Cianobactérias DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 24 Obs.: Algumas células vegetativas podem também fixar N2 quando em condições de anoxia. Fotossíntese e fixação de N2 ocorrem em período de tempo diferentes. 9 Acineto - Paredes espessas e de conteúdo heterogêneo; - Acúmulo de substâncias de reserva; - Estruturas de resistência; - Resistentes à dessecação e às baixas temperaturas; - Diferenciação dos acinetos: × fosfatos; Ø nitrogênio; Ø luz. - Condições desfavoráveis Ö produção de acinetos Ö sedimento. - Condições favoráveis Ö germinação dos acinetos. 3. Reprodução - Não se conhece reprodução sexuada (gamética) - Implicações Ö Conceito de espécie - Como definir uma espécie de cianobactéria? Paradoxo das cianobactérias 9 Reprodução parassexual Ö conjugação (combinação gênica). - DNA plasmidial pode incorporar pedaços do DNA genômico e transferir para outras células Ö variabilidade genética. 9 Reprodução assexuada - Simples divisão celular; - Fragmentação – quebra do filamento; - Hormogônios – quebra do filamento a partir de uma célula morta; - Endócito – divisão endógena do citoplasma; - Exócito – divisões sucessivas de uma das porções terminais; - Acineto – germinação. 4. Importância biológica 9 Importantes produtores primários; 9 Fixação de N2 Ö input biótico de N2 na natureza - Síntese de substâncias orgânicas; Cianobactérias DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 25 - Na agricultura Ö substitui fertilizantes – Ex. Associação Anabaena/Azolla nos arrozais. 9 Alimentação – Spirulina e Aphanizomenon (Tchad) – Suplementos. 9 Indústria farmacêutica – Produção de diversas substâncias bioativas. 9 Bioindicadoras da qualidade da água Ö poluição. 9 Podem provocar florações em ambientes naturais 9 Produção de metabólitos secundários (toxinas) Ö bioacumulação Ö importância ecológica e sanitária. 5. Evolução das cianobactérias 9 Origem: 3,5 bilhões de anos 9 Registros fósseis Ö estromatólitos 9 Terra primitiva Ö Atmosfera anóxica Ö cianobactérias sem heterócitos Ö favorecimento da fixação de N2 9 Diversificação das cianobactérias Ö transformação da atmosfera Ö Aumento do O2 e colapso do CO2 Ö problemas na fotossíntese e fixação de N2 9 Soluções: - Invasão das cianobactérias dentro das células heterotróficas Ö irradiação dos diversos grupos de algas Vantagem competitiva Ö diversificação química e tolerâncias ecológicas Cianobactérias DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 26 Estudo dirigido – Cianobactérias: caracteres gerais, importância biológica e evolutiva 1) As cianobactérias são também chamadas de cianofíceas e de algas azuis. Justifique o porquê destes três nomes. 2) Caracterize em linhas evolutivas os diferentes tipos de talo das cianobactérias? Qual a importância da mucilagem neste processo? E do plano de divisão celular? 3) Quais as características encontradas nas cianobactérias que não são encontradas nas demais algas? E quais as características que são compartilhadas? Responda as duas perguntas anteriores, relacionando cianobactérias com bactérias. 4) Em vista da afirmativa: “As cianobactérias não possuem cloroplastos, no entanto realizam fotossíntese”, responda: a) Como se dá o processo fotossintético das cianobactérias? b) Como isso interfere na fixação de nitrogênio realizada pelas cianobactérias? c) Como funcionam os heterócitos na fixação de nitrogênio? d) Como pode existir cianobactérias que fixam nitrogênio e não possuem heterócitos? 5) O que são aerótopos? Qual sua importância ecológica para a sobrevivência das cianobactérias? Cianobactérias DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 27 6) Se as cianobactérias não possuem reprodução sexuada, nem a divisão celular se dá através de meiose, como se justifica a diversidade genética e biológica das cianobactérias? 7) Em relação às florações de cianobactérias, redija um texto respondendo as seguintes perguntas: a) Como se dá a formação destas florações em ambientes aquáticos? b) Como as cianobactérias se comportam durante as florações? c) Quais as repercussões ecológicas deste processo? d) Quais os impactos causados na sociedade humana? 8) Jogo da contradição Uma certa cianobactéria foi encontrada causando floração em um dos reservatórios de abastecimento de João Pessoa. Pela descrição que os técnicos deram à espécie, os estudantes de biologia ficaram preocupados com a veracidade das informações. A descrição dada foi: “A cianobactéria de hábito perifítico, possui um talo cocóide com mucilagem evidente, e células esféricas com aerótopos. Foi observada presença de hormogônios e, constantemente eram encontradas células especiais para fixação de nitrogênio”. a) Considerando como verdade que a cianobactéria causadora da floração formavam hormogônios, quais as contradições apresentadas na descrição dos técnicos. Reescreva efetuando as devidas correções. b) Considerando agora como verdade que a cianobactéria tinha de fato um talo cocóide, quais as contradições apresentadas na descrição. Reescreva com as devidas correções. c) Na sua opinião, qual a principal preocupação dos estudantes frente a descrição dos técnicos. Justifique. RHODOPHYTA Algas Vermelhas 1. Introdução 9 700 gêneros e mais de 10000 espécies descritas – grande número de sinônimos – 4000 - 6000 espécies efetivas. 9 Apresentam um tamanho médio (de alguns milímetros a dezenas de centímetros) Ö raros unicelulares e quase sempre apresentam talos filamentosos. 9 Formam um grupo homogêneo e bem definido. 9 Cloroplasto com duas membranas com ficobilissomos comparáveis as cianobactérias Ö ficobilinas dão a cor característica e permitem colonização em águas mais profundas (até 268m, com 0,05% de intensidade luminosa). Ênio Wocyli Dantas Rhodophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 28 9 Substância de reserva Ö amido das florídeas (semelhante ao glicogênio) Ö armazenado no citoplasma. 9 Não possuem flagelos, inclusive nos gametas Ö ausência de centríolos; 9 Habitat predominantemente marinho Ö 100 espécies de água doce. 9 Hábito bentônico ou planctônico (raro), podendo ser também epífita ou endofítica, parasita ou hemiparasita de outras algas. 9 Distribuição predominantemente tropical. 2. Caracteres derivados próprios: Sinapse (pit-connection) Ö abertura na parede celular de duas células vizinhas: - Mitose Ö divisão incompleta Ö orifício Ö rolha sináptica (proteínas e polissacarídeos ácidos) - Sinapse primária Ö entre duas células do mesmo filamento - Sinapse secundária Ö entre células de filamentos diferentes. 3. Citologia: 9 Plastídeos Ö um ou vários, parietais ou centrais, providos ou não de pirenóides. 9 Tilacóides isolados, eqüidistantes e, muitas vezes, dispostos na periferia do plastídeo. 9 Pigmentos Ö Clorofila a e d (em algumas espécies), ficobilinas, α e β-caroteno e algumas xantofilas (Zeaxantina, Luteína e Violaxantina). 9 Células muitas vezes multinucleadas: - Várias causas Ö divisão apenas do núcleo, fusão celular ou sinapses secundárias - Parasitismo e sinapses secundárias Ö transferência de núcleos para o hospedeiro Ö controlar e reconduzir a fisiologia do hospedeiro a seu favor. 9 Inclusões citoplasmáticas: - de natureza fenólica Ö iridescência. - de natureza protéica Ö reserva nitrogenada. 9 Parede celular: - Componente interno rígido (microfibrilas de celulose); - Camada externa mucilaginosa (polímero de galactose sulfatada – ágar ou carragenano) Ö confere a flexibilidade e textura escorregadia as algas Ö dificulta a colonização de outros organismos e facilita a absorção de luz; - Depósito de carbonato de cálcio (em algumas algas) Ö função incerta Ö armazenamento de CO2 da água para a fotossíntese e resistência a choques mecânicos. Rhodophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 29 4. Morfologia do talo 9 Estrutura: - Unicelular - Filamentosos (uniaxial, multiaxial, polissifônico e heterotríquias). 9 Crescimento: - Apical; - Difuso; - Terminal; - Intercalar. 5. Reprodução 9 Reprodução assexuada: - Formação de propágulos; - Diversos tipos de esporos Ö monósporos (um só esporo por esporocisto). - Propágulos e monósporos liberados na água do mar Ö condições favoráveis Ö fixação no substrato Ö mitoses sucessivas Ö indivíduo. 9 Reprodução sexuada: - Problemas Ö indivíduos fixos e ausência de gametas flagelados. - Conseqüências Ö fecundação casual e rara formação de zigotos Ö baixa diversidade genética da progênie Ö colapso populacional. - Soluções Ö alternância de geração (ciclo diplobionte) e meiose espórica. - Avanço evolutivo posterior Ö geração diplóide carposporofítica (ciclo trifásico). - Direção da fecundação: Gametófito Masculino Ö espermatângios Ö espermácio (sem parede) Ö Gametófito Feminino Ö Tricógine (germinação do espermácio) Ö oosfera (dentro do carpogônio) Ö zigoto. - Destino do zigoto: Ciclo diplobionte – zigoto (deposição de parede celular) Ö carpósporo Ö esporófito Ö gametófito Ciclo trifásico – zigoto (mitoses sucessivas) Ö filamento gonimoblasto (indivíduo carposporofítico) Ö carposporângio Ö carpósporos diplóide Ö tetrasporófito Ö tetrasporângio Ö meiose Ö tetrásporos Ö gametófito Casos especiais Ö Ciclos bifásicos (sem formação do tetrasporófito) - Meiose zigótica - Meiose carposporófita Rhodophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 30 6. Importância biológica e econômica 9 Importantes produtores primários; 9 Alimentação Ö Porphyra (nori) 9 Fertilizantes Ö adubo calcário; 9 Utilizadas na constituição de próteses ósseas (coralináceas); 9 Papel de cimentação indispensável à formação e sobrevivência dos recifes de coral; 9 Galactanos sulfatados (importância econômica): - Carragenano Geleificantes e espessantes de sobremesas lácteas, em carnes, geléias e em cosméticos. - Agar Formam géis muito resistentes, termoreversíveis � laboratórios. Geleificante (exceto no leite), espessante e emulsificador, usados na indústria farmacêutica (remédios) e agroalimentar (coberturas e glacês de bolos, doces geleificados). Ciclo diplobionte Ciclo bifáfico Ciclo bifáfico Rhodophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 31 Oosfera Carpogônio Tricógine Gametófito feminino Espermatângio Espermácio Gametófito masculino Zigoto (2n) Filamento gonimoblasto Filamento gonimoblasto Carposporângio Carposporângio Carposporófito Carpósporo Carpósporo Fecundação e estrutura carposporofítica Estudo dirigido – Rodófitas 1) O que justifica o grande número de sinônimos para as Rodófitas? 2) Analisando a teoria endossímbiótica do cloroplasto, admite-se que as Rodófitas foram originados a partir das cianobactérias. Partindo desta premissa, quais as características apresentadas pelas Rodófitas de cunho morfológico, químico e fisiológico que justifica a afirmativa. Gametófito (n) Gameta Gameta E! (n) (n) Zigoto (2n) Carposporófito (2n) E! R! E! Carpósporos (2n) Tetrasporófito (2n) Terásporos (n) E! E! Ciclo trifásico Rhodophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 32 3) O que são sinapses e como elas podem contribuir para a organização celular e a sobrevivência das espécies parasitas? 4) Quais as características apresentadas pelas algas vermelhas que as fazem sobreviver em condições extremas de pouca luminosidade, de baixa quantidade de nutrientes e também de fortes forças de corrente? 5) “Diante de todas as dificuldades apresentadas pelas algas vermelhas, duas merecem destaque: o destino dos gametas e do zigoto”. a) Quais as explicações para estas preocupações? b) Quais foram as estratégias que as Rodófitas desenvolveram para garantir o sucesso de cada uma destas estruturas? c) Por que estas algas apresentaram tantas estratégias diferentes para garantir o sucesso do zigoto? 6) Por que falar que as Rodófitas apresentam oogamia especial. Explique. HETEROKONTOPHYTA OU OCHROPHYTA Algas Castanho-douradas 1. Introdução 9 Apresentam plastídeos formados de endossimbiose secundária (quatro membranas) com clorofilas a e c; 9 Grande diversificação de xantofilas; 9 Células flageladas (fases vegetativas, esporos ou gametas) Ö heterocontes. 9 Apresentam diversas classes Ö Chrysophyceae, Xanthophyceae, Eustigmatophyceae, Bacillariophyceae, Raphydophyceae, Dictyochophyceae, Phaeophyceae (Hoek et al., 1995) Phaeophyceae Algas pardas 1. Introdução 9 Grupo muito homogêneo que envolve as algas mais complexas; 9 Não existem formas unicelulares, coloniais ou filamentosas sem ramificação Ö talo varia de milimetros a muitos metros (Kelps). Ênio Wocyli Dantas Ênio Wocyli Dantas Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 33 9 Apresentam de 900 a 2000 espécies Ö noção de espécie complexa Ö alternância heteromórfica, ciclo neutro e grande plasticidade fenotípica; 9 Substância de reserva Ö Laminarina, manitol e lipídeos; 9 Clorofila a e c, α e β carotenos e várias xantofilas (principalmente fucoxantina e violaxantina Ö dão a cor parda); 9 Parede celular Ö celulose, ácido algínico (interesse econômico) e fucoidina; 9 Maioria das células uninucleadas com cloroplastos discóides; 9 Esporos e gametas flagelados heterocontes e dispostos lateralmente Ö em Dictyota o gameta é uniflagelado, mesmo com dois corpos basais. 9 Hábitat predominantemente marinho Ö 4-5 gêneros de água doce; 9 Hábito bentônico ou planctônico (raro) 9 Pouco abundantes nos mares tropicais Ö menor tamanho; 9 Em mares de águas frias Ö maior abundância e tamanho. 9 Comuns no mesolitoral Ö apressório; 9 No sublitoral Ö águas claras (Kelps) ou sua capacidade de flutuação (mar de Sargaços). 2. Caracteres derivados próprios 9 Órgãos uniloculares (meiose) e pluriloculares (mitose); 9 Dentro das Heterokontófitas, são as únicas que não possuem plasmodesmas. 3. Morfologia do talo: 9 Estrutura: - Filamentoso ramificado (ereto ou heterotríquio) - Pseudoparenquimatoso; - Parenquimatoso (divididas em várias regiões e apresentando vários tipos de células Ö pigmentos e reserva). 9 Crescimento: Divisão: - Apical - Tricotálico - Intercalar Origem: - Meristodérmica (epiderme) - Difusa (todas as células) 9 Fixação: - Sistema prostrado Ö heterotríquias; - Rizóide Ö filamentos que penetram no substrato; - Apressório Ö estrutura parenquimatosa que envolve o substrato; Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 34 9 Formação do Estipe: - Estruturas longas e flexíveis entre o apressório e a lâmina celular; - Funções: - Resistência aos movimentos d’água; - Elevação das partes fotossintetizantes na coluna d’água. 9 Flutuadores ou aerocistos Ö bolsas de ar encontradas em algumas espécies. 4. Reprodução 9 Ocorrem reprodução vegetativa (propágulos, fragmentação, formação de esporos), espórica e gamética; 9 Verifica-se isogamia, anisogamia e oogamia; 9 Gerações isomórficas ou heteromórficas; 9 Ciclos biológicos afetados por: - Fotoperíodo; - Temperatura; - Disponibilidade de nutrientes; - Salinidade da água. 9 Órgão plurilocular: - Ocorre no gametófito (produz gametas) como no esporófito (gerando o ciclo neutro); - Produz as estruturas de reprodução através de mitose. 9 Órgão unilocular: - Ocorre apenas no esporófito (produz a alternância de geração); - Produz as estruturas de reprodução através de meiose. 9 Conceptáculos Ö Cavidade do talo onde se encontram as estruturas de reprodução Ö protegidas pelas paráfises (elementos estéreis) Ö o conjunto encontra-se inserido nos receptáculos (presentes só nas Fucales). 5. Importância biológica e econômica 9 Importantes produtores primários; 9 Alimentação Ö Laminaria (kombu), Undaria (wakame) 9 Fertilizantes Ö importante fonte de potássio; 9 Ácido algínico Ö agente geleificante, estabilizante e emulsificante. Importante na indústria de sorvetes, tintas e cervejas (permite a formação da espuma) 9 Fonte de Iodo Ö utilizado pelos chineses há mais de 1500 anos. 9 Na medicina Ö fucanos sulfatados Ö anticoagulante, tônicos, estimulantes e remineralizantes. Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 35 Ciclo diplobionte das Feófitas evidenciando os órgãos uni e pluriloculares, bem como o ciclo neutro. Bacillariophyceae Diatomáceas 1. Introdução 9 10000 a 12000 espécies atuais, com rica diversidade fóssil; 9 São organismos unicelulares, podendo estar reunido em colônias ou apresentar estrutura filamentosa. 9 Organismos desprovidos de flagelos Ö exceto nos gametas masculinos de algumas espécies (um único flagelo pleuronemático) 9 Apresentam uma organização celular externa muito complexa Ö frústula (formada de duas valvas), importantes na determinação taxonômica das espécies. 9 Núcleo mesocariótico com dois ou vários plastídeos Ö tilacóides em grupos de três Ö pigmentos fotossintetizantes (clorofila a e c, xantofilas como fucoxantina e diatoxantina, e β caroteno) Ö substância de reserva (crisolaminarina) Ö citoplasma. 9 As células podem armazenar também lipídeos. 9 Parede celular Ö sílica Ö frústulas. 9 Simetria celular Ö bilateral (Pennales) ou radial (Centrales). 9 Habito Ö perifítico (principalmente Pennales) e planctônico (principalmente Centrales). 9 Estratégias de flutuação Ö Substância de reserva e simetria 9 Habitat Ö abundantes em água doce e salgada, podendo ser encontrada em solos úmidos e bem iluminados Lagos e oceanos Ö predomínio das Centrales Rios e regiões litorâneas de lagos e oceanos Ö predomínio das Pennales Gametófito (n) Gameta (n) Gameta (n) Zigoto (2n) Esporófito (2n) E! Órgão plurilocular Órgão Unilocular Esporos (n) E! Órgão plurilocular Esporos neutros (2n) E! R!E! Ênio Wocyli Dantas Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 36 9 Ampla distribuição geográfica Ö todos os ecossistemas aquáticos. 2. Caráter derivado próprio Ö frústula silicosa 9 Implicações: Aumento da densidade Ö sedimentação Ö colapso populacional; Não pode ser hidrolizada por enzimas Ö barreira aos predadores; Deposição exige pouca energia Ö paredes silicosas não são comuns em outros organismos; Divisão celular Ö redução de tamanho 9 Frústula Ö duas valvas (epivalva e hipovalva) que se encaixam (cíngulo) 9 Características taxonômicas presentes nas frústulas Ö rafe (Pennales), nódulo central, nódulos apicais (Pennales), estrias, pontuações (poros). 9 Quanto a rafe: arafidada, monorafidada e birafidada. 3. Movimento 9 Problemas: ausência de flagelos e baixa flexibilidade celular (frústula). 9 Propulsão Ö Centrales. 9 Sistema de rafe Ö mucilagem Ö deslizamento Ö Pennales. Nódulos e poros Ö liberação de mucilagem Rafe e estrias Ö distribuição da mucilagem 9 Mucilagem Ö locomoção, fixação e proteção. 4. Reprodução 9 Reprodução assexuada Ö divisão celular Ö cada valva se porta como uma epivalva, reconstituindo a hipovalva Ö diminuição do tamanho. 9 Solução Ö reprodução sexuada Ö formação do auxósporo (zigoto) Ö reestabelece o tamanho normal Ö secreção de sílica Ö formação de nova frústula. 9 Ciclo haplobionte diplonte com oogamia. 9 Pennales Ö gametas aflagelados Ö reprodução por conjugação. 9 Centrales Ö gametas masculinos flagelados 5. Importância biológica e econômica 9 Importantes produtores primários Ö principalmente nos oceanos; 9 Importantes facilitadores ecológicos; 9 Importante fonte alimentar para a cadeia trófica dos ambientes aquáticos Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 37 9 Importantes bioindicadores das condições ambientais Ö específicas a diferentes condições de temperatura, pH, salinidade, nutrientes, etc. 9 Importante agente paleográfico Ö ótima conservação das frústulas Ö sedimentação Ö rochas de diatomito Ö reconstituição da história. 9 Diatomito Ö abrasante, isolante térmico e acústico, bem como meio filtrante. 9 Eutrofização Ö marés marrons Ö Pseudonitzschia (espécie marinha) Ö ácido domóico Ö bioacumulação Ö importância ecológica; 9 Filtração da água potável Ö evitar o acúmulo de frústulas nos rins. Exemplos de Phaeophyceae Reprodução sexuada Esquema da reprodução em diatomáceas Ectocarpus Dictyopteris Gametângios de Ectocarpus Receptáculos de Fucus Apressórios de Laminaria Rizóides de Padina Sargassum Conceptáculos Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 38 Exemplos de Diatomáceas Estudo dirigido – Heterokontófitas 1) Analisando o cladograma simplificado que originou as Heterokontophyta, responda. a) Complete a, b e c com caracteres derivados que satisfaçam o cladograma b) As Heterokontophyta surgiram do ramo das Rhodophyta. Quais características são compartilhadas entre Rhodophyta e Heterokontophyta. c) As cianobactérias foram os ancestrais das algas eucarióticas. Quais vestígios e/ou características são observadas em Heterokontophyta que justificam a sua ancestralidade a partir de Cyanophyta? d) Quais as diferenças entre Heterokontophyta e Chlorophyta. ChlorophytaRhodophytaHeterokontophytaCyanophyta a b c ChlorophytaRhodophytaHeterokontophytaCyanophyta ChlorophytaRhodophytaHeterokontophytaCyanophyta a b c Heterokonthophyta ou Ochrophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 39 2) Estabeleça um paralelo entre as Rhodophyta e Phaeophyceae quanto aos problemas ligados a reprodução e fotossíntese. A partir dessa discussão, o hábito bentônico destas algas é uma característica positiva? O que elas desenvolveram para minimizar a predação? 3) Os “kelps” são feofíceas de grande interesse econômico. A extração do ácido algínico se dá especialmente com o corte das longas lâminas destas algas. A partir dessas informações responda: a) Como as fazendas de extração de “kelps” podem ser exploradas de maneira sustentável? b) Na célula, onde é encontrado o ácido algínico? Cite pelo menos três usos econômicos desta substância. 4) Jogo dos 5 erros. Um pesquisador encontrou uma macroalga na praia de Seixas que apresentava as seguintes características: “Tinha um habitat planctônico, parede celular formada de celulose, crisolaminarina como substâncias de reserva, clorofila a e c, corpo formado por 2 valvas que se encaixam, presença de 2 flagelos, simetria radial com uma rafe central.” Sabendo que a alga encontrada era uma diatomácea da ordem Centrales, identifique os 5 erros e reescreva todo o enunciado corrigindo os erros. 5) Explique como a simetria das diatomáceas interferem na sua reprodução, mobilidade, habitat, habito e estrutura de parede celular? 6) Como é que os aerótopos, os óleos, os aerocistos e a simetria radial permitem uma melhor flutuabilidade as algas? 7) Como as diatomáceas podem ajudam a reconstituir a história? Por que? DINOPHYTA Dinoflagelados 1. Introdução 9 4000 espécies Ö 2000 fósseis. 9 Geralmente unicelulares, biflagelados e microscópicos. Formas filamentosas são raras. 9 Formam um grupo enigmático Ö Tem ligação evolutiva com Chlorophyta, Rhodophyta, Haptophyta e com protozoários (ciliados e esporozoários). 9 Constitui um grupo de amplo espectro de padrões metabólicos Ö fotossintetizantes, mixotróficos, heterotróficos, osmiotróficos, sapróbicos e parasitas. Ênio Wocyli Dantas Dinophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 40 9 Apresenta vários plastídios (formas fotossintetizantes e mixotróficas) Ö clorofila a e c2, β- caroteno e várias xantofilas (como peridinina, fucoxantina e diatoxantina) Ö substância de reserva (amido e várias substâncias lipídicas) Ö citoplasma. 9 Núcleo apresenta cromossomos sempre condensados Ö pouca quantidade de histonas. 9 Hábito Ö planctônico (maioria) e perifítico. Algumas espécies são parasitas. 9 Habitat Ö marinho (90%) e de água doce. 2. Caracteres derivados próprios 9 Anfiesma (estrutura pericelular) Ö pode ou não conter placas celulósicas (caráter taxonômico Ö fórmula da placa) Ö tecas Ö problemas para os organismos heterotróficos Ö emissão de pedúnculos e pseudópodes. Teca ≠ Frústula Ö constituição química, arranjo de suas partes e disposição do cíngulo. Estrutura da teca: Epiteca Ö placa apical (X’), Placa intercalar (Xa) e Placa pré-cingular (X’’); Sulco equatorial ou cíngulo Hipoteca Ö placa pós-cingular (X’’’) e placa antapical (X’’’’). Fórmula da placa: (2-6)’ (0-4)a (5-8)”; (5-8)’’ (1-2)’’’’ 9 Dois flagelos desiguais particulares - Dinoflagelados dinocontes: - Um flagelo com disposição longitudinal (duas fileiras de mastigonema) Ö inserido no sulco longitudinal Ö dá direção ao movimento; - Outro flagelo de disposição transversal (uma fileira de mastigonema) Ö inserido no cíngulo Ö movimento de rotação; - Dinoflagelados desmocontes Ö dois flagelos inseridos na parte anterior da célula; 3. Outras características 9 Estigma Ö formado por glóbulos lipídicos contendo carotenóides Ö determina a orientação dos dinoflagelados à luz (fototaxia positiva); 9 Púsula Ö Localizado próximo a base dos flagelos Ö participam da osmorregulação, absorção de macromoléculas orgânicas e secreção celular Ö são invaginações de membrana, mas não são vacúolos contráteis (não realizam movimentos de contração e relaxamento). 9 Organelas ejetáveis Ö liberadas quando o indivíduo é perturbado por fatores externos (temperatura, turbulência,...): Tricocistos Ö bastonetes protéicos derivados do complexo de Golgi Ö defesa celular; Dinophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 41 Mucocistos Ö corpos poliédricos que quando lançados formam aglomerados mucilaginosos Ö defesa celular; Nematocistos Ö corpúsculo fusiforme contendo um longo filamento espiralado Ö captura de presas. 9 Bioluminescência Ö produção de estímulos luminosos Ö enzima luciferase catalisa a oxidação do composto luciferina Ö estímulo pode ser mecânico, elétrico, químico ou osmótico Ö se produz à noite e é controlado pelo relógio biológico Ö meio de afastar dos predadores. 4. Reprodução 9 Reprodução assexuada por simples divisão binária ou formação de esporos. 9 Ciclo haplobionte haplonte com iso ou anisogamia O zigoto pode formar cistos Ö forma de resistência ou repouso (hipnozigotos) Ö parede pode conter disporina (semelhante à esporolenina) ou celulose ou carbonato de cálcio Ö formam em condições de escassez de nutrientes e mantém-se viáveis por anos. 5. Importância biológica 9 Importantes produtores primários dos oceanos; 9 Formam as Zooxantelas (sem tecas) Ö responsáveis pelo desenvolvimento de corais em águas tropicais pobres em nutrientes Ö aminoácidos dos pólipos estimulam a produção do glicerol em vez de amido Ö ajuda na respiração dos corais Ö corais maximizam a captura de luz Ö produção fotossintetizante dos dinoflagelados. 9 Responsáveis pelas marés vermelhas Ö florações de dinoflagelados Ö ligados a eutrofização dos mares e oceanos Ö cepas tóxicas Ö problemas de bioacumulação trófica Ö afeta o homem indiretamente (consumo de peixes e moluscos); 9 Cistos fósseis são utilizados como indicadores bioestratigráficos, em especial, na pesquisa petroleira. Exemplos de Dinoflagelados Ceratium Peridinium Dinophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 42 Estudo dirigido – Dinófitas 1) Os dinoflagelados podem ter tido quatro origens diferentes. Enumere cada uma destas origens apresentando as apomorfias apresentadas pelos dinoflagelados que embasam cada uma destas origens. 2) Quais as implicações mecânicas, fisiológicas e ecológicas dos flagelos dos dinoflagelados. Explique. 3) A teca de um dinoflagelado é análoga a frústula de uma diatomácea. Explique esta afirmativa apontando as diferenças estruturais e as semelhanças funcionais. 4) 1000 células por mililitro de uma floração de dinoflagelados, podem causam igual quantidade de problemas que uma floração de cianobactérias, caracterizada por apresentar 20000 células por mililitro. Explique esta afirmativa e estabeleça as semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de florações. 5) Estabeleça a fórmula da placa dos seguintes dinoflagelados: Cystodinium Dinophysis Noctyluca Maré vermelhaEpiteca Hipoteca Gymnodinium Ornithocercus Polykrikus Dinophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 43 a) b) c) VIRIDIPLANTAE CHLOROPHYTA Algas Verdes 1. Introdução 9 Algas verdes Ö não existem um conjunto de caracteres que as definem sem englobar as Embriófitas Ö grupo parafilético. 9 Sub-reino Viridiplantae Ö grupo monofilético com duas linhagens: Chlorophyta: inclui somente algas Streptophyta: inclui algas e Embriófitas 9 Problema persiste Ö as algas pertencentes à Streptophyta são parafiléticas. 9 Algas verdes: 16.000 spp.; Embriófitas: > 300.000 spp. 9 São organismos cosmopolitas; 9 Grupo de algas mais grandemente estudadas por: Sua ampla distribuição; Suas relações com os vegetais superiores; Facilidade com que muitas espécies têm de serem cultivadas em laboratório. 9 Habitat Ö Marinho, água doce (predominância), solo (Trentepohlia), Ambientes hipersalinos, de altas temperaturas e até na neve (Chlamydomonas). 9 Hábito Ö Bentônico, perifítico, planctônico e endossimbionte. Ênio Wocyli Dantas Viridiplantae - Chlorophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 44 2. Caracteres derivados próprios 9 Plastídio envolto por duas membranas, contendo as clorofilas a e b; 9 Amido intraplastidial, como substância de reserva; 9 Peça H dos flagelos. 3. Outras características 9 Cloroplasto com formas (importância taxonômica) e número variáveis. 9 Tilacóides agrupados de 2 a 6 (parecido com o grana) Ö depende da disponibilidade de nutrientes; pirenóides associados ou não. 9 Clorofila a e b (predominância Ö maior dependência de luz), α e β-carotenos e algumas xantofilas (principalmente Neoxantina Ö relacionada ao Fotossistema II). 9 Substância de reserva Ö amido e lipídeos. 9 Parede celular: Muitas apresentam ornamentações (importância taxonômica). Estrutura fibrilar Ö Celulose (maioria), xilose (Caulerpa), manose (Acetabularia), carbonato de cálcio (Halimeda Ö podem participar na formação dos recifes de corais) ou nua (apenas pectina). Matriz não-fibrilar Ö hemicelulose. 9 Núcleo Ö um a vários, formando estruturas cenocíticas. 9 Divisão celular Ö dois tipos: Ficoplasto Ö perpendicular ao fuso mitótico que desaparece após divisão Ö característico das Chlorophyta; Fragmoplasto Ö paralelo ao fuso mitótico que persiste após divisão Ö plasmodesmos Ö característico das Streptophyta; Para reprodução Ö a divisão celular ocorre dentro da parede celular da célula-mãe sem esta parede incorporar nas células-filhas. 9 Morfologia muito variada: Unicelulares Ö móveis ou imóveis; Coloniais Ö móveis ou imóveis, podendo ser palmelóides ou cenóbicos; Filamentosos Ö com ou sem ramificação; Cenocíticos; Parenquimatosos Ö com dois (Monostroma) ou três (Ulva) planos. Em Charales Ö crescimento apical e corpo dividido em nó e internó. Viridiplantae - Chlorophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 45 4. Reprodução 9 Reprodução assexuada com a produção de esporos (móveis ou não), bem como por fragmentação; 9 Reprodução sexuada mais variada entre todos os organismos fotossintetizantes Ö todas as formas de gametas e ciclos de vida: 9 Destaque: Formação de células estéreis de proteção ao redor dos gametângios (Charales). 5. Importância biológica 9 Importantes produtores primários, principalmente em ambientes de água doce. 9 Várias clorófitas (p.e. Chlorella) apresentam crescimento rápido e alta tolerância às condições de cultivo Ö produzidas para alimentar organismos aquáticos. 9 Extração de carotenóides (Dunaliella) Ö corantes naturais. 9 Alimentação no Oriente (Enteromorpha e Monostroma Ö movimentam milhões de dólares ao ano). 9 Algumas clorófitas microscópicas podem formar florações em ambientes aquáticos, mas não produzem ficotoxinas. 9 São bons bioindicadores ambientais. 9 Algumas clorófitas multicelulares (Ulva, Enteromorpha e Cladophora) são resistentes à poluição Ö apresenta dominância em locais rasos sob forte impacto antrópico. 9 Algumas clorófitas multicelulares (p.e. Caulerpa taxifolia) podem se tornar invasores Ö interferem na flora e fauna locais. Exemplos de Chlorophyta Ankistrodesmus Monoraphidium Chlorella Dictyosphaerium Pediastrum Scenedesmus Spirogyra Oedogonium Viridiplantae - Chlorophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 46 Estudo dirigido – Clorófitas 1) Considere dois diferentes ambientes de água doce e responda. Ambiente A Ö oligotrófico (baixa quantidade de nutrientes e elevada camada eufótica); Ambiente B Ö eutrófico (alta quantidade de nutrientes e reduzida camada eufótica). a) Comente sobre a ocorrência de algas verdes nestes dois tipos de ambientes. b) A partir dos estudos com algas até o momento, enumere os prováveis grupos de algas que podem competir com as clorófitas nestes dois ambientes. Quais as vantagens competitivas destes grupos de algas em cada um destes ambientes. c) Quais as repercussões ambientais se as clorófitas vencerem a competição com os outros grupos de algas? E se os outros grupos vencerem? 2) As algas verdes correspondem um grupo monofilético dentro das algas, entretanto eles não representam um grupo natural. Explique cada uma destas orações através de caracteres que suportam a afirmativa. 3) Estabeleça semelhanças e diferenças entre: a) Hábito bentônico e perifítico b) Ficoplasto e fragmoplasto c) Plasmodesmos e sinapses Caulerpa Monostroma Ulva Codium Chlamydomonas Trentepohlia Acetabularia Halimeda Closterium Bulbocaete Chara Anterídio e Oogônio Viridiplantae - Chlorophyta DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 47 4) As algas verdes são ditas ancestrais das Embriófitas. Esta premissa é suportada através de caracteres morfológicos, fisiológicos, bioquímicos, ecológicos e reprodutivos. Enumere estas características e reconte como provavelmente se deu a origem das plantas. ROTEIRO DE AULAS PRÁTICAS 1. Aula de campo - Microalgas Local: Três lagoas/ João Pessoa – PB Objetivos da aula: 1. Conhecer a compartimentalização dos ambientes continentais e relaciona-los aos grupos biológicos que nele se inserem, com destaque para as algas. 2. Aprender metodologias de coleta de microalgas. 3. Trabalhar a percepção de campo em estudos com microalgas. 4. Extrapolar o conhecimento adquirido na disciplina para a elaboração e solução de hipóteses geradas em campo. Abordagens: 1. Tipos de ambientes continentais: lóticos, lênticos e artificiais 2. Bacia hidrográfica Tamanho de bacia Influência nos corpos aquáticos 3. Eutrofização Ö Causas e consequências 4. Lagoa Ö região litorânea e região limnética 5. Macrófitas aquáticas Ö amfíbia, emergente, flutuante fixa, flutuante livre, submersa fixa, submersa livre e epífita 6. Comunidades algais Ö Fitoplâncton e Perifíton 7. Metodologia de coleta de microalgas Determinação do plano amostral Ö tempo e espaço Escolha das variáveis ambientais Ö dependente da hipótese Análise qualitativa: Fitoplâncton Ö arrastos com redes de plâncton Perifíton Ö coleta de diferentes substratos Ö raspagens. Análise quantitativa: Fitoplâncton Ö amostra direta da água, sem filtração Perifíton Ö raspagem de uma área conhecida de um determinado substrato Ênio Wocyli Dantas Roteiro de aulas práticas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 48 8. Microalgas Grupos algais Ö Cyanophyta, Chlorophyta, Bacillariophyceae, Euglenophyta, Cryptophyta e Dinophyta Florações algais Perguntas de orientação 1. Há diferenças ambientais entre as lagoas observadas? Comente sobre estas diferenças enfatizando a necessidade de coleta nos diferentes lugares. 2. Há diferenças entre um método qualitativo de um método quantitativo para o estudo de microalgas? É possível quantificar uma amostra qualitativa? Quais os problemas que isso pode trazer? 3. Há diferenças entre a comunidade de algas que vivem no plâncton e a que vive no substrato? 2. Aula laboratorial – Microalgas Objetivos da aula: 1. Aprender a confecção de lâminas semipermanentes para o estudo de microalgas 2. Identificar a partir dos conhecimentos aprendidos na disciplina, as microalgas encontradas nas amostras, pelo menos em nível de grupo. 3. Analisar os caracteres morfológicos externos apresentados pelas microalgas e relacioná-los com suas estratégias de sobrevivência na natureza. Procedimentos a) Montagem das lâminas semipermanentes com a comunidade fitoplanctônica e perifítica das duas lagoas amostradas em aula de campo. b) Reconhecer e anotar as características que separam os grupos de microalgas. c) Discutir e anotar os conceitos e funções de cada estrutura externa e interna apresentada pelas microalgas. d) Desenhar todos os morfotipos (espécies) encontrados, relacionando-o ao tipo de substrato, ao ambiente amostrado e ao grupo a que pertence, de maneira a discutir os resultados encontrados no final do estudo. e) Quantificar a riqueza específica e observar o morfotipo mais abundante nas amostras analisadas. Perguntas de orientação: 1. Quais as diferenças florísticas entre a comunidade fitoplanctônica e perifítica? 2. Em que embasam estas diferenças? E o que explica as espécies em comum? 3. Quais as diferenças florísticas entre a comunidade fitoplanctônca das duas lagoas? Explique. 4. Comente sobre o estado de eutrofização dos lagos, com base no estudo das microalgas. Roteiro de aulas práticas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 49 3. Aula de campo - Macroalgas Local: Praia de Cabo Branco/ João Pessoa – PB Maré: Preferencialmente 0.0 Referência: Porto de Cabedelo Objetivos da aula: 1. Conhecer a compartimentalização do ambiente marinho e relaciona-los aos grupos biológicos que nele se inserem, com destaque para as algas. 2. Aprender metodologias de coleta de macroalgas. 3. Observar zonações bióticas atentando às estratégias ecofisiológicas das macroalgas que colonizam estas regiões. 4. Extrapolar o conhecimento adquirido para a elaboração e solução de hipóteses geradas em campo. Abordagens: 1. Regiões do ambiente marinho Ö Nerítica e Oceânica 2. Ciclo de maré Tipos de marés Ö diurno, semidiurno e misto; Classificação da região quanto à influência de maré Ö infralitoral, mesolitoral e supra-litoral 3. Arrecifes Zona de rebentação Zona de Platô Poças, piscinas e paredes verticais. Zona de remanço 4. Metodologia de coleta de macroalgas Transecto horizontal à praia Comprimento do transecto Ö variável (preferencialmente 500m) Direção da coleta Ö do arrecife a praia Uso de espátulas e sacos plástico 5. Macroalgas Grupos algais Ö Chlorophyta, Rhodophyta e Phaeophyceae Estruturas de fixação Ö rizóides, apressórios e talos heterotríquios; Algas arribadas. Pedúnculos e estolões Níveis de organização das algas Ö filamentoso, laminar, cenocítico e foliáceo. Algas calcáreas Iridescência Roteiro de aulas práticas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 50 Perguntas de orientação 1. A que se deve a baixa diversidade de macroalgas no local de estudo? Comente sobre todas as possíveis causas e defenda seu ponto de vista. 2. O que explica a grande quantidade de algas arribadas no local de estudo? Comente sobre cada grupo de algas. 4. Aula laboratorial: Macroalgas Objetivos da aula: 1. Reconhecer as formas de organização dos talos nos diferentes grupos de macroalgas. 2. Analisar os caracteres morfológicos externos apresentados pelas macroalgas e relacioná-los com suas estratégias de sobrevivência na natureza. Procedimentos a) Análise das macroalgas frescas coletadas em Cabo Branco. b) Reconhecer e anotar as características que separam os grupos de macroalgas. c) Discutir e anotar os conceitos e funções de cada estrutura externa apresentada pelas macroalgas. Estruturas e abordagens: i. Cor Ö pigmento. ii. Estrutura do talo Ö filamentoso, laminares, foliáceo, cenocítico. iii. Estruturas de fixação Ö apressório, rizóide e filamentos heterotríquios. iv. Ramificações dos talos Ö difusa ou dicotômica. v. Crescimento Ö apical, concêtrico, intercalar (estipe), difuso, estolonífero. vi. Estrutura estolonífera. vii. Algas calcáreas. viii. Estruturas de reprodução. ix. Estruturas foliáceas. Perguntas de orientação: 1. É possível reconhecer a que grupo pertence uma macroalga apenas através de sua morfologia externa? Explique. 2. Discuta as implicações que uma má coleta e uma fixação em campo podem interferir na identificação das macroalgas marinhas? Conquista do ambiente terrestre pelas plantas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 51 CONQUISTA DO AMBIENTE TERRESTRE PELAS PLANTAS 1. Condições prístinas Por que a vida não se originou no ambiente terrestre? Problemas: - Ausência de camada protetora da Terra Ö incidência de raios solares deletérios ao DNA. - Altas temperaturas impedindo a formação de proteínas e compostos orgânicos Ö organização celular. Origem da vida Ö mares primitivos: Dissipação de raios solares Ö Redução da temperatura em grandes profundidades Ö Formação de compostos orgânicos Ö organização de células. Terra primitiva Ö Atmosfera anóxica Ö organismos fotossintetizantes Ö Cianobactérias sem heterócitos Ö favorecimento da fixação de N2 e conseqüente formação da camada de ozônio. Diversificação das cianobactérias Ö transformação da atmosfera Ö Aumento do O2 e colapso do CO2 Ö problemas na fotossíntese e fixação de N2. Colapso do CO2 Ö invasão dos organismos fotossintetizantes dentro das células heterotróficas Ö irradiação dos diversos grupos de algas (Kutschera & Niklas, 2005). 2. A colonização do ambiente aquático Sucesso das cianobactérias Ö evolução dos heterócitos Ö vantagem competitiva. Diversificação das algas eucariontes Ö diversificação química e tolerâncias ecológicas Diversificação química: Pigmentos que captem comprimentos de onda mais curtos Ö colonização em regiões mais rasas Ù crescimento limitado pela pressão dos fatores físicos. Metabólitos secundários Ö sucesso competitivo em mar aberto. Diversificação da parede celular Ö minimizar os efeitos das variáveis físicas Ö sucesso competitivo em região nerítica. Conseqüências: Evolução dos talos: unicelulares Ö filamentosos Ö parenquimatosos. Aumento de tamanho Ö mudança de hábito: planctônico Ö bentônico. Ocupação de nicho: Vertical Ö ascendente; Horizontal Ö em direção a região litorânea. Ênio Wocyli Dantas Conquista do ambiente terrestre pelas plantas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 52 Esquematização da evolução das algas em direção a superfície e ao litoral. Teoria paralela Ö ocupação do nicho vertical descendente Ö limitação de luz subaquática pelos vulcões Ö origem das cianobactérias na superfície dos mares 3. A conquista das águas continentais Dispersão lenta Ö ventos e correntes. Mudança de salinidade Ö adaptações osmóticas. Ambientes mais rasos Ö susceptíveis a secas periódicas. Estratégia Ö desenvolvimento de células de resistência Ö sobreviver períodos variáveis fora d’água. Problemas da exposição ao ar: Ressecamento celular; Colapso populacional Ö inviabilidade reprodutiva; Ausência de locomoção. Interface água-terra: Problema central para a sobrevivência dos organismos Ö água. Condição biótica elementar Ö estrutura multicelular Questões a serem solucionadas Ö absorção e retenção de água no organismo, reprodução. 4. A transição das algas para as plantas Conquista do ambiente terrestre pelas plantas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 53 Indicações que as plantas terrestres originaram-se das algas verdes: Clorofila b; Celulose; Fragmoplasto; Reserva de carboidratos; Oogamia; Gametângios pluricelulares com células estéreis Descendentes das plantas: Oogamia; Retenção do zigoto no gametófito sendo dependentes do mesmo; Formação de embrião. 5. Adaptações para a vida fora d’água O ambiente terrestre exigiu: Sistema para garantir o sucesso reprodutivo Ö Camada de células estéreis ao redor dos gametângios e o estabelecimento da Oogamia Ö gameta feminino fixo Ö retenção posterior do zigoto no gametófito Ö esporófitos dependentes do gametófito, pelo menos no início da evolução. Sistema de absorção de água do solo Ö aparecimento do órgão que penetrasse no solo Ö fixação (geotropismo positivo) e absorção Ö rizóides Ö raízes verdadeiras (pêlos absorventes Ö aumentam a superfície de absorção Ö água e sais minerais). Problema Ö absorção do carbono Ö advém do reservatório atmosférico. Sistema de condução d'água na planta Ö difusão célula – célula Ö evolução dos tecidos vasculares (Hadroma e leptoma; esclereides e elementos de vaso e elementos crivados e células companheiras). A difusão é um processo lento Ö organismos pequenos. Sistema de manutenção do equilíbrio hídrico Ö conservar a água dentro da célula Ö deposição de substâncias impermeabilizadoras na epiderme Ö cutícula. Problema Ö impede a troca de gases com a atmosfera Sistema de comunicação com o ambiente externo Ö câmaras aeríferas e estômatos Ö controlar o estado hídrico das plantas e o fluxo de gases. Problema Ö perda de água por transpiração Importância Ö condução da seiva bruta e no controle da temperatura da planta Sistema de sustentação Ö o aparecimento da lignina (fator chave para a vida fora d’água) Ö substância impermeabilizante, resistente e capaz de dificultar o ataque de fungos e bactérias Desencadeou: Formação dos tecidos vasculares Ö maior eficiência Evolução bioquímica Postura ereta da planta x Aumento em estatura da planta Ö melhor posicionamento das estruturas fotossintetizantes e formação de troncos e ramos resistentes Ö suportar grande quantidade de folhas (fotossíntese), flores (reprodução) e frutos (dispersão). Conquista do ambiente terrestre pelas plantas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 54 Estudo dirigido – Conquista do ambiente terrestre 1) Por que a vida não se originou no ambiente terrestre? 2) Reescreva a evolução dos diferentes grupos algais tomando como base a conquista do ambiente terrestre. Considere as duas teorias de ocupação de nicho vertical em ambiente marinho. 3) “Embora existam no mundo atual algas que vivam fora d’água e plantas com flores que vivam dentro da água, inclusive nos mares, não se acredita que esses grupos tenham uma ligação filogenética mais próxima com as plantas terrestres primitivas”. a) Teça comentários acerca desta afirmação explicando como é possível estes dois organismos sobreviverem a estas duas condições alheias a seu hábitat natural. b) A luz da evolução, qual o nome é dado a este caso apresentado acima. Explique. 4) Pensando em uma alga e uma planta... a) Que características são observadas em uma alga que impede seu sucesso no ambiente terrestre. b) Quais foram as soluções que as plantas encontraram para adaptar-se no ambiente terrestre. 5) Como seriam as plantas se não houvesse sido formado a lignina. As plantas teriam conseguido conquistar o ambiente terrestre? Explique. BRIÓFITAS Classificação, Diversidade Morfológica e reprodução 1. Conceito 9 Termo genérico que designa um grupo de plantas: - Briófitas Ö termo coletivo para hepáticas, antóceros e musgos; 2. Briófitas 2.1. Caracteres gerais 9 Plantas com alternância de geração heteromórfica: - Gametófito constitui a geração conspícua, independente nutricionalmente do esporófito e; - Esporófito é dependente do gametófito. 9 Plantas desprovidas de raízes, caule e folhas verdadeiras; 9 Gametófitos podem ser talosos ou folhosos; 9 Esporófito em geral, dividido em pé, seta e cápsula; 9 Sua diversificação ocorreu em concomitância à conquista do ambiente terrestre. Ênio Wocyli Dantas Briófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 55 2.2. Classificação Três divisões: 9 Hepatophyta ou Marchantiophyta (hepáticas); 9 Antocerophyta (antóceros); 9 Bryophyta (musgos) Evolução das Briófitas 2.3. Diversidade morfológica em Briófitas Gametófito 9 Rizóides: - unicelulares em hepáticas e antóceros; - multicelulares ramificados em musgos. 9 Talosos (hepáticas e antóceros) Ö achatados e dicotomicamente ramificados. - Hepáticas: i. Conspícua ramificação dicotômica; ii. Anterídeos originam-se em gametóforos capitados e discóides (Anteridióforos); iii. Arquegônios em gametóforos capitados e em forma de guarda-chuva (Arquegonióforos). - Antóceros: Briófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 56 i. Talos assemelham-se a rosetas; ii. Ramificações dicotômicas não são frequentemente aparentes; iii. Gametângios mergulhados no tecido do gametófito. 9 Folhosos (hepáticas e musgos) Ö diferenciados em rizóides, caulídeos e filídeos - Hepáticas Ö filídeos em um único plano; - Musgos Ö filídeos dispostos espiraladamente Esporófito Ö Diferenciado em pé, seta e cápsula 9 Seta: - Sem estômatos em hepáticas; - Com estômatos em antóceros e musgos; 9 Cápsula: - Hepáticas: Abrem-se em quatro valvas; Presença apenas de elatérios Ö ajuda na dispersão. - Antóceros: Meristema intercalar Ö longa cápsula; Presença de columela e elatérios. - Musgos: Não se observa elatérios; Há uma grande diversidade de cápsulas Ö presença de columela, peristômio, opérculo e caliptra. Classe Sphagnidae Ö presença apenas de opérculo; Classe Andreidae Ö presença apenas de columela e caliptra; Classe Bryidae Ö presença de columela, peristômio, opérculo e caliptra. Diversidade e Classificaçao de Briófitas Hepatophyta Estrutura talosa Arquegonióforo Anteridióforo Briófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 57 Conceptáculo Arquegonióforo Esporófito Antocerophyta Estrutura talosa com esporófito Bryophyta Estrutura folhosa Estrutura folhosa com esporófito Esporófito em Bryophyta. 2.4. Reprodução em Briófitas 9 Reprodução assexuada: - Fragmentação (propagação vegetativa); - produção de gemas (propágulos pluricelulares) em conceptáculos. Briófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 58 9 Reprodução sexuada - Alternância de geração heteromórfica - Oogamia Ciclo de vida em Briófitas PTERIDÓFITAS Classificação, Diversidade Morfólogica e Reprodução 1. Conceito 9 Termo genérico que designa um grupo de plantas: - Pteridófitas Ö vegetais que possuem tecidos vasculares, mas não possuem sementes. 2. Pteridófitas 2.1. Caracteres gerais 9 Plantas com tecidos vasculares lignificados; 9 Raízes, caules e folhas verdadeiras; 9 Alternância de geração heteromórfica: - Esporófito dominante e dependente do gametófito apenas na fase inicial do seu desenvolvimento; - Gametófito independente. 2.2. Classificação Gametófito (n) Oosfera (n) Anterozóide (n) Zigoto (2n) Esporófito (2n) E! Esporos (n) R!E! Arquegônio (n) Anterídio (n) E! E! E! Pé Seta Cápsula Permanece ligado ao gametófito Protonema (n) (musgos) E! E! Ênio Wocyli Dantas Pteridófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 59 Scagel et al. (1965) Pryer et al. (2001) Raven et al.(2007) Lycophyta ou Lycopodophyta Lycophyta Lycopodiophyta Ophioglossales Psilophyta Marattiales Equisetophyta ou Arthrophyta Ö Monilophyta Ö Pteridophyta Osmundales Pterophyta Filicales Marsileales 2.3. Diversidade morfológica em Pteridófitas Salviniales Gametófito Lycophyta Ö Clorofilado e subterrâneo; 9 Psilophyta Ö Aclorofilado e subterrâneo; 9 Equisetophyta Ö Clorofilado e de vida livre; 9 Pterophyta Ö Clorofilado e associado a um fungo micorrízico. Esporófito Ö diferenciado em raízes, caule e folhas verdadeiras. 9 Raízes Ö ausentes apenas em Psilophyta 9 Caule - Ramificados dicotomicamente em Psilophyta e em Lycophyta; - Com crescimento secundário em Isoetes (Lycophyta); - Articulado em Equisetophyta; - Rizomatosos em Pterophyta; - Protostélicos (Lycophyta, Psilophyta e Equisetophyta); - Sifonostélicos (Pterophyta). 9 Folha - Lycophyta Ö Microfila de disposição espiralada; - Psilophyta Ö Escamas (enações); - Equisetophyta Ö Microfila de disposição verticilada; - Pterophyta Ö Megáfilo, na maioria das vezes, podendo ser inteira ou fortemente pinatipartida Em Salviniales Ö Uma das três folhas encontradas por nó é diferenciada, assemelhando-se a raiz. 9 Agrupamentos de Esporângios - Estróbilo (Lycophyta e Equisetophyta); - Esporocarpo (Marsileales e Salviniales); - Sinângio (Psilophyta e Marattiales); - Espiga (Ophioglossales e Osmundales); - Soros com ou sem indúsio (Filicales). Pteridófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 60 9 Esporângios - Eusporângio Ö formada por várias células iniciais; parede com mais de uma camada; - Leptosporângio Ö uma célula inicial; parede com uma camada (Salviniales, Osmundales e Filicales). 9 Esporos Ö Monolete ou trilete 9 Diferenciação dos esporos - Homosporia - Heterosporia Ö Micrósporo e Megásporo Ö Isoetes, Marsileales e Salviniales Evolução em Pteridófitas 2.4. Reprodução em Pteridófitas Gametófito (n) Oosfera (n) Anterozóide (n) Zigoto (2n) Esporófito (2n) E! Esporos (n) R!E! Arquegônio (n) Anterídio (n) E! E! E! Pteridófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 61 Diversidade e Classificação das Pteridófitas Lycophyta (estróbilo) Isoetes Psilophyta (sinângio) Equisetophyta Ophioglossales (espiga) Salviniales Filicales Esporófito (2n) Micrósporo (n) Megásporo (n) R! Microsporângio (2n) Megasporângio (2n) E! R! Microgametófito (n) Megagametófito (n) Anterídio (n) Arquegônio (n) Oosfera (n) Anterozóides (n) Zigoto (2n) E! E! E! E! E! Pteridófitas DANTAS, Ê.W.; COSTA, D.F. 2009. Material didático da disciplina Botânica Criptogâmica/UEPB – Campus V. 62 Soros indusiados Soros sem indúsio Esporocarpo Estudo dirigido – Briófitas e Pteridófitas 1) Os rizóides, caulídeos e filídeos das briófitas folhosas são análogas às raízes, caule e folhas verdadeiras das plantas vasculares. Justifique esta afirmativa. 2) Estabeleça as diferenças entre os gametófitos talosos e folhosos das divisões de briófitas. 3) Conceitue as estruturas encontradas nas cápsulas dos esporófitos das briófitas. 4) Caracterize as divisões e/ou ordens de Pteridófitas, conforme as três classificações estudadas. 5) Estabeleça diferenças e semelhanças entre: a) Hadroma e Traqueídes; b) Caule protostélico e sifonostélico; c) Sinângio e Esporocarpo; d) Eusporângio e Leptosporângio 6) As Briófitas e Pteridófitas apresentam ambas alternância de geração hetermórfica, com ciclos de vida semelhantes, especialmente quando trata-se de uma Pteridófita homosporada. Quais as diferenças na reprodução sexuada entre uma briófita e uma pteridófita homosporada? 7) Quais as vantagens e desvantagens da heterosporia para as plantas? Nesse sentido, por que os grupos de pteridófitas que possuem este caráter não podem ser considerados monofiléticos? Espoto Monolete Espoto Trilete Espoto Monolete Espoto Trilete