Regime pluvial como regulador de algas carófitas no solo: Novas evidências sobre a origem dos solos e plantas terrestres"
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Luiz Eduardo Vieira Del Bem
Aristóteles Góes Neto
Heron Oliveira Hilário
Jascieli Carla Bortolini
Victor Satler Pylro
Luis Gustavo Carvalho Pacheco
Aristóteles Góes Neto
Heron Oliveira Hilário
Jascieli Carla Bortolini
Victor Satler Pylro
Luis Gustavo Carvalho Pacheco
Resumo
As crostas fotossintéticas de solo (CFS) representam análogos modernos importantes para
compreender os processos evolutivos e ecológicos envolvidos na terrestrialização das algas
carófitas, grupo irmão das plantas terrestres. A transição destas algas para o ambiente terrestre
representa um evento evolutivo crucial, cujas bases moleculares estão bem estabelecidas
através de estudos filogenômicos e funcionais. No entanto, o papel das interações ecológicas e
das dinâmicas temporais de estresse neste processo permanece pouco compreendido. O objetivo
do estudo foi analisar como diferentes condições sazonais de pluviosidade afetam a composição
e a dinâmica dessas comunidades microbianas, que incluem cianobactérias e algas eucarióticas.
A metodologia envolveu a coleta de amostras de CFS em períodos de alta e baixa precipitação,
seguida de análises metataxonômicas dos marcadores 16S rRNA, 18S rRNA e ITS por
sequenciamento para identificar a composição microbiana e avaliar as interações ecológicas.
Os resultados mostraram que, durante a temporada seca, as CFS apresentaram uma dominância
de interações microbianas complexas, centradas em consórcios liquênicos, evidenciando
estratégias de sobrevivência baseadas em relações simbióticas, essenciais para a resistência à
dessecação e à escassez de nutrientes. Na temporada úmida, algas verdes eucarióticas,
particularmente da classe Zygnematophyceae, predominaram, formando populações mais
autônomas, possivelmente devido a adaptações moleculares, como genes de resistência a
estresses que podem ter sido adquiridos por transferência horizontal de bactérias do solo.
Apesar de sua regulação pela sazonalidade, estas algas demonstraram capacidade efetiva de
colonizar ambientes terrestres distantes de corpos d'água através de uma estratégia de ocupação
oportunista mediado pela precipitação e pelo vento, combinando explosões populacionais em
condições favoráveis com a formação de estruturas resistentes em períodos desfavoráveis. Essa
dicotomia entre estratégias - autonomia em condições favoráveis versus interdependência em
condições adversas - reflete diferentes respostas às dinâmicas temporais de estresse ambiental.
A variância sazonal representa estratégias de alternância entre estados ativo e quiescente,
enquanto o gradiente crescente de aridez enfrentado durante a terrestrialização representou uma
pressão seletiva direcional que favoreceu adaptações permanentes. Esta perspectiva sugere que
a transição para a vida em terra não envolveu apenas o desenvolvimento de características
moleculares e interações simbióticas, mas foi fundamentalmente moldada pela natureza
temporal das pressões seletivas envolvidas. A persistente vulnerabilidade à escassez hídrica
mesmo em linhagens derivadas de algas carófitas sugere que esta limitação pode ter sido uma
pressão seletiva crucial para o desenvolvimento de estruturas mais complexas nas primeiras
embriófitas, representando uma transição fundamental de estratégia: da sobrevivência ao
estresse para a capacidade de viver através dele.
Abstract
Photosynthetic Soil Crusts (PSCs) represent important modern analogs for understanding the
evolutionary and ecological processes involved in the terrestrialization of charophyte algae, the
sister group of land plants. The transition of these algae to the terrestrial environment represents
a crucial evolutionary event, whose molecular bases are well established through phylogenomic
and functional studies. However, the role of ecological interactions and temporal patterns of
stress in this process remains poorly understood. The aim of this study was to analyze how
different seasonal rainfall conditions affect the composition and dynamics of these microbial
communities, which include cyanobacteria and eukaryotic algae. The methodology involved
collecting PSC samples from a preserved forest area in southeastern Brazil (19°52'37.2"S,
43°58'12.0"W), characterized by a tropical highland climate during periods of high and low
precipitation, followed by metabarcoding analyses of 16S rRNA, 18S rRNA, and ITS markers
to identify microbial composition and assess ecological interactions. Results showed that during
the dry season, PSCs exhibited a dominance of complex microbial interactions centered on
lichenized consortia, suggesting survival strategies based on symbiotic relationships essential
for resistance to desiccation and nutrient scarcity. During the wet season, eukaryotic green
algae, particularly from the Zygnematophyceae class, predominated, forming more autonomous
populations, possibly due to molecular adaptations such as stress resistance genes that may have
been acquired through horizontal gene transfer from soil bacteria. Despite their regulation by
seasonality, these algae demonstrated effective capability to colonize terrestrial environments
far from permanent water bodies through an opportunistic occupation pattern possibly mediated
by precipitation and wind, combining population explosions under favorable conditions with
the formation of resistant structures during unfavorable periods. This dichotomy between
strategies - autonomy under favorable conditions versus interdependence under adverse
conditions - reflects different responses to temporal patterns of environmental stress.
Seasonality represents a cyclical pattern that favors alternating strategies between active and
quiescent states, while the increasing aridity gradient faced during terrestrialization represented
a directional selective pressure that favored permanent adaptations. This perspective suggests
that the transition to land life involved not only the development of molecular characteristics
and symbiotic interactions but was fundamentally shaped by the temporal nature of the selective
pressures involved. The persistent vulnerability to water scarcity even in derived lineages of
charophytes suggests that this limitation may have been a crucial selective pressure for the
development of more complex structures in early embryophytes, representing a fundamental
transition in strategy: from surviving stress to living through it.
Assunto
Bioinformática, Crosta do solo, Estreptófitas, Evolução Molecular, Código de Barras de DNA Taxonômico
Palavras-chave
crostas fotossintéticas de solo, evolução das plantas primitivas, algas carófitas, metabarcoding, terrestrialização de estreptófitas.
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