Gisele Carolina Marquardt
Comparação da biodiversidade e distribuição das diatomáceas planctônicas e de sedimentos superficiais em seis reservatórios do sul do Estado de São Paulo
ABSTRACT
Diatoms (Bacillariophyceae) are cosmopolitan, unicellular, microscopic algae that occur in different ecosystems. Their main morphological feature is the silica built cell wall possessing a rich sculpted surface that constitutes the frustule. Diatoms are sensitive to a variety of environmental features necessary for its optimal growth that makes them excellent indicators of aquatic ecosystems changes and especially the eutrophication. Despite this, knowledge about diatoms of tropical regions is still considered very insufficient. Present research is part of the AcquaSed project (2010-2014) and focuses, therefore, on tropical systems and their diatom communities. For this purpose, six reservoirs located in the Alto Paranapanema (3 sampling stations) and Ribeira do Iguape/Litoral Sul (17 sampling units) basins locates in the south of the State of São Paulo were sampled. Water (summer and winter) and surface sediments (winter) samples were collected for the analyses of the reservoirs environmental characteristics and their respective diatom communities. Despite the established paradigm that microorganisms are ubiquitous dispersed, recent taxonomic studies confirmed a distinctive endemic component in the freshwater diatom flora of several localities round the world, and in Brazil a growing number of taxonomic works containing new species description has been published. In the present thesis, some species that occur in the study area and were included in the AcquaSed database are presented as new based on light (LM) and scanning electron microscopy (SEM) analyses, and also as supported by ecological information, type material analysis, and comparison among populations of different habitats and ecosystems. Analyses of samples collected from Brazilian reservoirs revealed a very diverse diatom flora, with unknown and unique diatom species enlightening the importance of tropical diatoms identity and distribution evaluation. Diatom community composition reflects an entire complex of ecological characteristics of a particular location. In this sense, taxonomical studies and floristic surveys are of utmost importance for applied research projects, such as water quality monitoring as well as of a wide range of basic research such as taxonomic monographs and reviews, phylogenetic reconstruction, biogeography, ecology, physiology, and restoration and conservation questions. Diatom biodiversity main drivers and distribution in tropical reservoirs were investigated from the ecological point of view, and their effects on the diatom datasets separated into different rarity categories were evaluated, evidencing the importance of the latter group that constitutes the major part of the diatom community, but that is usually excluded from the statistical analyses. Current study shows that processes in nature are scale dependent and that dispersion limits may be more important on small scales (< 100 km). In addition, the unaccented study area can be considered an important factor for determination of the relative contribution of the geographic components to the diatom community structure. Finally, it was indicated that high levels of hydrological connectivity favor the organisms exchange through a passive dispersion, thus increasing the similarity of the metacommunities composition and decreasing beta diversity, and consequently demonstrating that hydrological connectivity plays a considerable role in explaining metacommunities dynamics. Consequently, this variable must be not neglected in models that aims at predicting the ecosystem functioning. For conservation purposes, the results suggest large-scale protection, ensuring beta diversity between sites, and conserving total diversity. In addition, development and testing of different biomonitoring approaches are essential to provide information on the current state of freshwater ecosystems.
Key words: bioassessment, β-diversity, phytoplankton, diatom, reservoir, RMSP, surfacesediments.
RESUMO
As diatomáceas (Bacillariophyceae) são algas unicelulares, microscópicas, de distribuição cosmopolita, que ocorrem em diferentes ecossistemas. Sua principal característica é a parede celular bivalve composta quimicamente por sílica, cuja superfície é ricamente esculpida e o conjunto das duas valvas de um indivíduo constitui a frústula. Tais algas são sensíveis a uma variedade de fatores ambientais necessários para seu ótimo crescimento sendo, por isso, consideradas excelentes indicadores de mudanças que ocorrem nos ecossistemas aquáticos, em especial da eutrofização. Apesar disso, o conhecimento das diatomáceas das regiões tropicais ainda é considerado bastante insuficiente. A atual pesquisa é parte do projeto AcquaSed (2010- 2014) e enfoca seis sistemas tropicais e suas comunidades de diatomáceas. Para tanto, foram amostrados seis reservatórios localizados nas bacias do Alto Paranapanema (três estações de amostragem) e do Ribeira do Iguape/Litoral Sul (17 estações de amostragem), situados no sul do Estado de São Paulo. Amostras de água coletadas durante o verão e inverno e de sedimentos superficiais amostrados no inverno foram utilizadas para analisar as características ambientais dos seis reservatórios, além de suas respectivas comunidades de diatomáceas. Apesar do paradigma estabelecido sobre a dispersão ubíqua dos microrganismos, estudos taxonômicos recentes confirmaram um componente endêmico distintivo na flórula de diatomáceas de água doce em diversas localidades ao redor do mundo e, no Brasil, um crescente número de trabalhos taxonômicos contendo descrição de novas espécies vem sendo publicado. Na presente tese, algumas espécies que ocorrem na área de estudo e relacionadas no banco de dados do projeto AcquaSed são apresentadas como novas com base em análises de microscopia de luz (ML) e eletrônica de varredura (MEV), além do suporte de dados ecológicos, da análise de materiaistipo e da comparação com populações de diferentes hábitats e ecossistemas. As amostras coletadas nos reservatórios brasileiros revelaram uma flórula muito diversa, com espécies desconhecidas e únicas de diatomáceas, que clarificam a importância de avaliar a identidade e a distribuição dessas algas nas regiões tropicais. A composição das comunidades de diatomáceas reflete todo um complexo de variáveis ecológicas de um local particular. Consequentemente, estudos taxonômicos e levantamentos florísticos não só apoiam projetos de pesquisa aplicada como também permitem o monitoramento da qualidade da água, além de uma ampla gama de questões de pesquisa básica de revisão e monografias taxonômicas, reconstrução filogenética, estudos biogeográficos, ecológicos, fisiológicos, de restauração e conservação. Do ponto de vista ecológico, investigou-se os principais direcionadores da biodiversidade e da distribuição de diatomáceas nos seis reservatórios e avaliaram-se seus efeitos também em conjuntos de diatomáceas de diferentes categorias de raridade, evidenciando a importância desse grupo que compõe a maior parte da comunidade, mas que é, em geral, excluído das análises estatísticas. O presente estudo mostra que os processos na natureza são dependentes da escala e que os limites da dispersão podem ser mais importantes em pequenas escalas (< 100 km). Além disso, a área de estudo não impactada pode ser considerada um fator importante na determinação das contribuições relativas dos componentes geográficos na estrutura da comunidade de diatomáceas. Finalmente, expôs-se que altos níveis de conectividade hidrológica favorecem a troca de organismos através da dispersão passiva, aumentando a similaridade na composição das metacomunidades e diminuindo a diversidade beta, demonstrando que a conectividade hidrológica desempenha um papel de capital importância na explicação da dinâmica das metacomunidades. Consequentemente, esta variável não deve ser negligenciada em modelos que predigam o funcionamento do ecossistema. Para fins de conservação, os resultados sugerem uma proteção em grande escala, assegurando a diversidade beta entre sítios e conservando a diversidade total. Por fim, o desenvolvimento e o teste de diferentes abordagens de biomonitoramento tornam-se fundamentais no fornecimento de informações sobre o estado atual dos ecossistemas de água doce.
Palavras-chave: bioindicação, diatomácea, diversidade beta, fitoplâncton, represa de abastecimento, RMSP, sedimentos superficiais.
Gisele Carolina Marquardt
Comparação da biodiversidade e distribuição das diatomáceas planctônicas e de sedimentos superficiais em seis reservatórios do sul do Estado de São Paulo