Seres Vivos

Reino Protista – Características, protozoários, algas e mais

Os organismos eucarióticos que não se enquadravam nos critérios dos reinos Animalia, Fungi ou Plantae eram historicamente chamados de protistas e foram classificados no reino Protista. Os protistas incluem os eucariontes unicelulares que vivem na água da lagoa, embora as espécies protistas vivam em uma variedade de outros ambientes aquáticos e terrestres, e ocupam muitos nichos diferentes.

Nem todos os protistas são microscópicos e unicelulares; existem algumas espécies multicelulares muito grandes, como os kelps. Durante as últimas duas décadas, o campo da genética molecular demonstrou que alguns protistas estão mais relacionados a animais, plantas ou fungos do que a outros protistas. Por esta razão, linhagens protistas originalmente classificadas no reino Protista foram redesignadas para novos reinos ou outros reinos existentes.

As linhagens evolutivas dos protistas continuam a ser examinadas e debatidas. Enquanto isso, o termo “protista” ainda é usado informalmente para descrever esse grupo tremendamente diversificado de eucariotos. Como um grupo coletivo, os protistas exibem uma diversidade surpreendente de morfologias.

A parte a é uma micrografia de luz de um organismo unicelular redondo e transparente com espinhas longas e finas. A parte b é uma micrografia de luz de um organismo oval e transparente com cristas ao longo do seu comprimento. O núcleo é visível como uma esfera grande e redonda. Os cílios se estendem da superfície do organismo. Parte c é uma foto subaquática de uma floresta de algas que cresce no fundo do mar.

Os protistas vão desde o microscópico monocelular (a) Acanthocystis turfacea e o (b) Tetrahymena thermophila ciliado até os enormes kelps (c) multicelulares (Chromalveolata) que se estendem por centenas de metros em “florestas” submarinas. modificação do trabalho por Yuiuji Tsukii; crédito b: modificação do trabalho por Richard Robinson, Biblioteca Pública da Ciência; crédito c: modificação do trabalho por Kip Evans, NOAA; dados da barra de escala de Matt Russell)

Características dos Protistas

Existem mais de 100.000 espécies de protistas vivas descritas, e não está claro quantas espécies não descritas podem existir. Uma vez que muitos protistas vivem em relações simbióticas com outros organismos e estas relações são muitas vezes específicas das espécies, existe um enorme potencial para a diversidade protista não descrita que corresponde à diversidade dos hospedeiros. Como termo genérico para organismos eucarióticos que não são animais, plantas, fungos ou qualquer grupo filogeneticamente relacionado, não é surpreendente que poucas características sejam comuns a todos os protistas.

Quase todos os protistas existem em algum tipo de ambiente aquático, incluindo ambientes de água doce e marinhos, solo úmido e até neve. Várias espécies protistas são parasitas que infectam animais ou plantas. Um parasita é um organismo que vive em ou em outro organismo e se alimenta dele, muitas vezes sem matá-lo. Algumas espécies protistas vivem em organismos mortos ou em seus resíduos e contribuem para sua decadência.

Estrutura Protistora

As células dos protistas estão entre as mais elaboradas de todas as células. A maioria dos protistas é microscópica e unicelular, mas existem algumas formas multicelulares verdadeiras. Alguns poucos protistas vivem como colônias que se comportam de certa forma como um grupo de células vivas e, de outras formas, como um organismo multicelular. Outros protistas ainda são compostos de enormes células multinucleadas, que parecem com bolhas amorfas de lodo ou, em outros casos, como samambaias. De fato, muitas células protistas são multinucleadas; em algumas espécies, os núcleos têm tamanhos diferentes e têm papéis distintos na função das células protistas.

Células protistas únicas variam em tamanho de menos de um micrômetro até os comprimentos de 3 metros das células multinucleadas da alga marinha Caulerpa . As células protistas podem ser envolvidas por membranas celulares semelhantes a animais ou por paredes celulares semelhantes a plantas. Outros são envoltos em invólucros à base de sílica vítrea ou enrolados com películas de tiras de proteína interligadas. A película funciona como uma armadura flexível, impedindo que o protista seja rasgado ou perfurado sem comprometer sua amplitude de movimento.

A maioria dos protistas é movida, mas diferentes tipos de protistas evoluíram variados modos de movimento. Alguns protistas têm um ou mais flagelos, que eles giram ou chicoteiam. Outros estão cobertos de fileiras ou tufos de minúsculos cílios que batem em coordenação para nadar. Outros ainda enviam pseudópodes semelhantes a lóbulos de qualquer lugar da célula, fixam o pseudopódio a um substrato e puxam o restante da célula em direção ao ponto de ancoragem. Alguns protistas podem se mover em direção à luz acoplando sua estratégia de locomoção com um órgão sensível à luz.

Como os protistas obtêm energia

Os protistas exibem muitas formas de nutrição e podem ser aeróbicos ou anaeróbicos. Protistas fotossintéticos (fotoautotróficos) são caracterizados pela presença de cloroplastos. Outros protistas são heterotróficos e consomem materiais orgânicos (como outros organismos) para obter nutrição. Amebas e algumas outras espécies prototípicas heterotróficas ingerem partículas por um processo chamado fagocitose, no qual a membrana celular engloba uma partícula de alimento e a traz para dentro, comprimindo um saco membranoso intracelular, ou vesícula, chamado vacúolo alimentar ( Figura ). Essa vesícula então se funde com um lisossoma, e a partícula de alimento é quebrada em pequenas moléculas que podem se difundir no citoplasma e ser usadas no metabolismo celular. Remanescentes não digeridos são expelidos da célula por exocitose.

Nesta ilustração, uma célula eucariótica é mostrada consumindo uma partícula de alimento. Conforme a partícula é consumida, ela é encapsulada em uma vesícula. A vesícula funde-se com um lisossoma e as proteínas no interior do lisossomo digerem a partícula. Resíduos não digeridos são ejetados da célula quando uma vesícula exocítica se funde com a membrana plasmática.
Os estágios da fagocitose incluem o englobamento de uma partícula de alimento, a digestão da partícula usando enzimas hidrolíticas contidas em um lisossoma e a expulsão de material não digerido da célula.

Alguns heterótrofos absorvem nutrientes de organismos mortos ou seus resíduos orgânicos, e outros são capazes de usar a fotossíntese ou se alimentar de matéria orgânica, dependendo das condições.

Reprodução

Os protistas se reproduzem por vários mecanismos. A maioria é capaz de alguma forma de reprodução assexuada, como fissão binária para produzir duas células-filhas, ou fissão múltipla para se dividir simultaneamente em muitas células-filhas. Outros produzem pequenos botões que se dividem e crescem até o tamanho do protista parental. A reprodução sexual, envolvendo a meiose e a fertilização, é comum entre os protistas, e muitas espécies de protistas podem mudar de reprodução assexuada para sexual quando necessário. A reprodução sexual é frequentemente associada a períodos em que os nutrientes são esgotados ou ocorrem mudanças ambientais. A reprodução sexual pode permitir que o protista recombine genes e produza novas variações de progênie que possam ser mais adequadas para sobreviver no novo ambiente. No entanto, a reprodução sexual também é freqüentemente associada a cistos que são estágio de repouso. Dependendo do seu habitat, os cistos podem ser particularmente resistentes a extremos de temperatura, dessecação ou baixo pH. Essa estratégia também permite que certos protistas “esperem” os estressores até que seu ambiente se torne mais favorável à sobrevivência ou até que eles sejam transportados (como vento, água ou transporte em um organismo maior) para um ambiente diferente porque os cistos não exibem virtualmente nenhum metabolismo.

Diversidade Protista

Com o advento do sequenciamento de DNA, as relações entre grupos protistas e entre grupos protistas e outros eucariotos estão começando a se tornar mais claras. Muitos relacionamentos baseados em semelhanças morfológicas estão sendo substituídos por novos relacionamentos baseados em semelhanças genéticas. Protistas que exibem características morfológicas semelhantes podem ter evoluído estruturas análogas por causa de pressões seletivas semelhantes – e não por causa da ancestralidade comum recente. Esse fenômeno é chamado de evolução convergente. É uma das razões pelas quais a classificação dos protistas é tão desafiadora. O esquema de classificação emergente agrupa todo o domínio Eukaryota em seis “supergrupos” que contêm todos os protistas, bem como animais, plantas e fungos ( Figura ); estes incluem o Excavata ,Chromalveolata , Rhizaria , Archaeplastida , Amoebozoa e Opisthokonta . Acredita-se que os supergrupos sejam monofiléticos; Acredita-se que todos os organismos dentro de cada supergrupo evoluíram a partir de um único ancestral comum, e assim todos os membros estão mais intimamente relacionados entre si do que com organismos fora desse grupo. Ainda faltam evidências para o monofiletismo de alguns grupos.

O gráfico mostra as relações dos supergrupos eucariotas, que surgiram de um ancestral eucariótico comum. Os seis grupos são Excavata, Chromalveolata, Rhizaria, Archaeplastida, Amoebozoa e Opisthokonta. Excavata inclui os reinos diplomados, parabasalidas e euglenozoários. Chromalveola inclui os reinos dinoflagelados, apicomplexos e ciliados, todos dentro da linhagem alveolada, e as diatomáceas, algas douradas, algas marrons e oomicetos, todos dentro da linhagem stramenopile. Rhizaria inclui cercozoários, forames e radiolários. Archaeplastida inclui algas vermelhas e dois reinos de algas verdes, clorofíceas e charófitas e plantas terrestres. Amoebozoa inclui moldes de limo, gymnamoebas e entamoebas. Opisthokonta inclui nucleariídeos, fungos, coanoflagelados e animais.
Protistas aparecem em todos os seis supergrupos eucarióticos.

Patógenos Humanos

Muitos protistas são parasitas patogênicos que devem infectar outros organismos para sobreviver e se propagar. Os parasitas protistas incluem os agentes causadores da malária, doença do sono africana e gastroenterite transmitida pela água em humanos. Outros patógenos protistas atacam as plantas, causando a destruição maciça de culturas alimentares.

Espécies de Plasmodium

Os membros do gênero Plasmodium devem infectar um mosquito e um vertebrado para completar seu ciclo de vida. Nos vertebrados, o parasita se desenvolve nas células do fígado e continua a infectar as células vermelhas do sangue, explodindo e destruindo as células do sangue em cada ciclo de replicação assexual ( Figura ). Dos quatro Plasmodium espécies conhecidas para infectar os seres humanos, P . O falciparum é responsável por 50% de todos os casos de malária e é a principal causa de fatalidades relacionadas a doenças em regiões tropicais do mundo. Em 2010, estimou-se que a malária causou entre 0,5 e 1 milhão de mortes, principalmente em crianças africanas. Durante o curso da malária, P . falciparumpode infectar e destruir mais de metade das células sanguíneas circulantes de um humano, levando à anemia grave. Em resposta aos resíduos liberados quando os parasitas explodem das células sangüíneas infectadas, o sistema imune do hospedeiro monta uma resposta inflamatória maciça com episódios de febre indutores de delirium, pois os parasitas destroem os glóbulos vermelhos, espalhando resíduos parasitas na corrente sanguínea. P . O falciparum é transmitido aos seres humanos pelo mosquito africano da malária, Anopheles gambiae . Técnicas para matar, esterilizar ou evitar a exposição a esta espécie de mosquito altamente agressiva são cruciais para o controle da malária.

A micrografia de luz mostra glóbulos vermelhos redondos, cada um com cerca de 8 microns de diâmetro, infectados com P. falciparum em forma de anel.
Esta micrografia de luz mostra uma ampliação de × 100 células vermelhas do sangue infectados com P . falciparum (visto como roxo). (crédito: modificação do trabalho de Michael Zahniser; dados da barra de escala de Matt Russell)
CONCEITO EM AÇÃO

Este filme retrata a patogênese do Plasmodium falciparum , o agente causador da malária.

Tripanossomas

T . Brucei , o parasita que é responsável pela doença do sono africana, confunde o sistema imunológico humano, alterando sua espessa camada de glicoproteínas de superfície com cada ciclo infeccioso ( Figura ). As glicoproteínas são identificadas pelo sistema imunológico como matéria estranha, e uma defesa específica de anticorpos é montada contra o parasita. No entanto, T . O brucei tem milhares de antígenos possíveis, e a cada geração subseqüente, o protista muda para um revestimento de glicoproteína com uma estrutura molecular diferente. Desta forma, T . bruceié capaz de se replicar continuamente sem que o sistema imunológico tenha sucesso na limpeza do parasita. Sem tratamento, a doença do sono africana leva invariavelmente à morte por causa de danos causados ​​ao sistema nervoso. Durante os períodos epidêmicos, a mortalidade da doença pode ser alta. Maior vigilância e medidas de controle levaram a uma redução nos casos relatados; alguns dos números mais baixos relatados em 50 anos (menos de 10.000 casos em toda a África subsaariana) ocorreram desde 2009.

Na América Latina, uma outra espécie do gênero, T . cruzi , é responsável pela doença de Chagas. T . As infecções por cruzi são causadas principalmente por um inseto sugador de sangue. O parasita habita os tecidos do coração e do sistema digestivo na fase crônica da infecção, levando à desnutrição e à insuficiência cardíaca causada por ritmos cardíacos anormais. Estima-se que 10 milhões de pessoas estejam infectadas com a doença de Chagas, o que causou 10.000 mortes em 2008.

A micrografia de luz mostra células vermelhas do sangue, com cerca de 8 mícrons de diâmetro. Nadar entre as células vermelhas do sangue são tripanossomos parecidos com fitas. Os tripanossomos são cerca de três vezes maiores do que os glóbulos vermelhos.
Tripanossomas são mostrados nesta micrografia luz entre os glóbulos vermelhos. (crédito: modificação do trabalho de Myron G. Schultz, CDC; dados da barra de escala de Matt Russell)
CONCEITO EM AÇÃO

Este filme discute a patogênese do Trypanosoma brucei , o agente causador da doença do sono africana.

Parasitas Vegetais

Os parasitas protistas de plantas terrestres incluem agentes que destroem as culturas alimentares. O oomycete Plasmopara viticola parasita as plantas de uva, causando uma doença chamada míldio ( Figura a ). Plantas de videira infectada com P . viticolaaparecem atrofiados e têm folhas murchas descoloridas. A propagação do míldio causou o quase colapso da indústria do vinho francês no século XIX.

A parte a mostra uma folha infectada com míldios aveludados e empoeirados. Onde a folha é infectada com míldio, é amarela em vez de verde. Oídio aparece como uma penugem branca na folha. A parte b mostra uma fatia de batata que ficou dourada e parece podre.
(a) O míldio e oídio sobre esta folha da uva são causados por uma infecção de P . viticola . (b) Esta batata apresenta os resultados de uma infecção com P . infestans , a requeima da batata. (crédito a: modificação do trabalho por David B. Langston, Universidade da Geórgia, USDA ARS; crédito b: USDA ARS)

Phytophthora infestans é um oomiceto responsável pela requeima da batata, que faz com que caules de batata e caules se decompiem em lodo negro ( Figura b ). Ferrugem da batata generalizada causada por P . os infestans precipitaram a famigerada fome da batata irlandesa no século XIX, que custou a vida de aproximadamente 1 milhão de pessoas e levou à emigração da Irlanda de pelo menos 1 milhão a mais. A requeima continua a atormentar as plantações de batata em certas partes dos Estados Unidos e da Rússia, eliminando até 70% das plantações quando nenhum pesticida é aplicado.

Protistas Benéficos

Os protistas desempenham papéis ecológicos de importância crítica como produtores, particularmente nos oceanos do mundo. Eles são igualmente importantes do outro lado das redes alimentares como decompositores.

Protistas como fontes de alimento

Os protistas são fontes essenciais de nutrição para muitos outros organismos. Em alguns casos, como no plâncton, os protistas são consumidos diretamente. Alternativamente, os protistas fotossintéticos servem como produtores de nutrição para outros organismos através da fixação de carbono. Por exemplo, dinoflagelados fotossintetizantes chamado zooxantelas passar a maior parte de sua energia para os pólipos de coral que lhes casa ( Figura). Nesta relação mutuamente benéfica, os pólipos fornecem um ambiente protetor e nutrientes para as zooxantelas. Os pólipos secretam o carbonato de cálcio que constrói recifes de coral. Sem simbiontes dinoflagelados, os corais perdem pigmentos de algas em um processo chamado branqueamento de corais, e acabam morrendo. Isso explica por que os corais construtores de recifes não residem em águas com profundidade superior a 20 metros: a luz insuficiente atinge essas profundidades para os dinoflagelados fotossintetizá-los.

A foto subaquática mostra pólipos de coral. Os pólipos são em forma de taça e têm tentáculos que se estendem desde a borda do copo.
Os pólipos de coral obtêm nutrição através de uma relação simbiótica com os dinoflagelados.

Protists themselves and their products of photosynthesis are essential—directly or indirectly—to the survival of organisms ranging from bacteria to mammals. As primary producers, protists feed a large proportion of the world’s aquatic species. (On land, terrestrial plants serve as primary producers.) In fact, approximately one-quarter of the world’s photosynthesis is conducted by protists, particularly dinoflagellates, diatoms, and multicellular algae.

Os protistas não criam fontes de alimento apenas para organismos que vivem no mar. Por exemplo, certas espécies anaeróbias existem no trato digestivo de cupins e baratas que comem madeira, onde contribuem para digerir a celulose ingerida por esses insetos enquanto eles atravessam a madeira. A enzima real usada para digerir a celulose é realmente produzida por bactérias que vivem dentro das células protistas. O cupim fornece a fonte de alimento para o protista e suas bactérias, e o protista e as bactérias fornecem nutrientes para o cupim, quebrando a celulose.

Agentes de Decomposição

Muitos protistas semelhantes a fungos saprobes , organismos que se alimentam de organismos mortos ou os resíduos gerados por organismos (saprófita é um termo equivalente), e são especializados para absorver nutrientes de matéria orgânica não viva. Por exemplo, muitos tipos de oomicetos crescem em animais mortos ou algas. Os protistas sapróbicos têm a função essencial de devolver nutrientes inorgânicos ao solo e à água. Este processo permite o crescimento de novas plantas, que por sua vez, gera sustento para outros organismos ao longo da cadeia alimentar. De fato, sem espécies sapróbicas, como protistas, fungos e bactérias, a vida deixaria de existir quando todo o carbono orgânico fosse “amarrado” em organismos mortos.

Resumo da seção

Os protistas são extremamente diversos em termos de características biológicas e ecológicas, devido em grande parte ao fato de constituírem uma assembléia artificial de grupos filogeneticamente não relacionados. Os protistas exibem estruturas celulares variadas, vários tipos de estratégias reprodutivas, praticamente todos os tipos possíveis de nutrição e habitats variados. A maioria dos protistas unicelulares são móveis, mas esses organismos usam diversas estruturas para o transporte.

O processo de classificar os protistas em grupos significativos está em andamento, mas os dados genéticos dos últimos 20 anos esclareceram muitos relacionamentos que antes não eram claros ou estavam equivocados. A visão maioritária atualmente é ordenar todos os eucariotos em seis supergrupos. O objetivo deste esquema de classificação é criar grupos de espécies que são derivadas de um ancestral comum.

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