Dinâmica da comunidade microbiana entre múltiplas escalas espaciais e temporais em lagos rasos costeiros do extremo sul do Brasil

Abstract

A comunidade bacteriana aquática foi estudada quanto à composição, biomassa e à atividade de consumo de carbono (perfil de consumo potencial de substratos orgânicos através de Ecoplates Biolog™) ao longo de diferentes escalas espaciais e temporais em 26 lagoas costeiras do sul do Brasil. Com o objetivo de investigar a influência de distintos padrões temporais e espaciais na dinâmica da comunidade, investigou-se i) a variação da composição da comunidade bacteriana (CCB) e de seus atributos funcionais (AF) em função de efeitos exclusivos do ambiente, do espaço, do tempo, ou de todos os fatores na Lagoa Mangueira; ii) os padrões espaciais de distribuição da diversidade beta bacteriana aquática e os fatores influenciando tais variações ao longo de 25 lagoas com diferentes graus de conectividade, no Sistema do rio Tramandaí; e iii) a dinâmica temporal da composição e biomassa bacteriana ao longo de um distúrbio provocado por frentes frias na Lagoa Mangueira. Dessa forma, três perguntas principais foram compostas: i) há variação da composição da comunidade bacteriana (CCB) e de seus atributos funcionais (AF) em função de efeitos exclusivos do ambiente, do espaço, do tempo, ou de todos os fatores? ii) a diversidade beta bacteriana aquática apresenta padrão de distribuição aninhado ou turnover e quais processos influenciam tais padrões? iii) a composição e biomassa da comunidade bacteriana muda em resposta a distúrbios de curta duração ocorridos pela entrada de frente fria polar? Como resultados consistentes observaram-se que: i) a CCB e seus AF variam temporal e espacialmente, sendo sua distribuição explicada principalmente pelos filtros ambientais (speciessorting) e pela distância espacial, respectivamente; ii) a diversidade beta bacteriana entre e dentro das lagoas é principalmente o resultado da substituição de espécies (turnover), sendo que a relação entre a diversidade beta bacteriana e a heterogeneidade ambiental entre as lagoas parece ser resultado de species-sorting, enquanto que dentro das lagoas pode ser o resultado do efeito de massa, devido à alta conectividade e dispersão dentro das lagoas; iii) a comunidade bacteriana em termos de biomassa apresenta-se resiliente ao distúrbio, enquanto que a composição da comunidade apresenta-se resistente ao distúrbio provocado por frente fria. Assim, esta tese contribui no incremento de discussões acerca dos padrões ecológicos da comunidade bacteriana entre múltiplas escalas espaciais e temporais, mostrando que a menor escala de heterogeneidade bacteriana detectada pode estar positivamente relacionada ao tamanho do lago. Além disso a comunidade apresenta distintas respostas de estabilidade em termos composicionais e biomassa em eventos que causam distúrbios ao sistema. Finalmente, esse estudo conseguiu verificar variação espacial e temporal da comunidade bacteriana entre multiplas escalas no sistema aquático, em resposta às variações nas características ambientais nas diferentes escalas estudadas. Portanto, esse estudo identifica a resposta bacteriana aos distintos padrões espaciais e temporais, e quais mecanismos influenciam a comunidade bacteriana, evidenciando a importância em se considerar múltiplas escalas para a compreensão da biogeografia microbiana e a sua habilidade de responder a perturbações.

The aquatic bacterial community was studied in terms of composition, biomass and carbon consumption activity (physiological profile - Ecoplate) over different spatial and temporal scales in 26 coastal lagoons in southern Brazil. In order to investigate the influence of different spatial and temporal patterns in community dynamics, we investigated i) the variation of the bacterial community composition (CBB) and its functional traits (FT) as a function of exclusive effects of the environment, of the space, of the time, or of all the factors in Lake Mangueira; ii) the patterns of distribution of the aquatic bacterial beta diversity and the factors influencing such variations along 25 lakes with different degrees of connectivity in the Tramandaí River System; and iii) temporal dynamics of bacterial composition and biomass along a disturbance provoked by cold fronts in Lake Mangueira. In this way, three mainly questions were made: i) is there variation in the BCC and its FT as a function of the sole purpose of environment, of space, time, or all of the factors? ii) Does aquatic bacterial beta diversity presents a nested pattern of distribution or turnover and which processes influence these patterns? iii) Do the composition and biomass of the bacterial community change in response to short-term disturbs due to the polar cold front event? As a consistent result, it was observed that: i) the BCC and its FT varied temporally and spatially, and its distribution is explained mainly by environmental filters (species-sorting) and spatial distance, respectively; ii) the bacterial beta diversity between and within lake is primarily the result of species turnover, and the bacterial beta diversity-environmental heterogeneity relationship (BDEHR) among lakes appears to result from species-sorting, while withinlake the beta diversity should be a result of the mass effect, due to the high connectivity and dispersion within-lake; iii) the bacterial community, in terms of biomass is resilient to the disturbance, whereas the bacterial composition is resistant to the disturbance. Thus, this thesis contributes in increasing discussions about the ecological patterns of the bacterial community between multiple scales showing that the smaller scale of bacterial heterogeneity detected can be positively related to the lake size. In addition, the community presents distinct stability responses in terms of composition and biomass over events that cause disturbances to the system. This study was able to verify spatial and temporal variation of the bacterial community among multiple scales in the aquatic system, in response to different environmental factors among the multiple scales studied. Therefore, this study identified the bacterial response to the different spatial and temporal patterns, and the mechanisms that influence the bacterial community, evidencing the importance in considering multiple scales for the understanding of microbial biogeography and its ability to respond to disturbs.