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Title: Estudo ecológico de Metania spinata (Porifera) na Lagoa Verde, Minas Gerais, Brasil, e análise isotópica de oxigênio em espículas, visando interpretação paleoambiental.
Authors: Matteuzzo, Marcela Camargo
metadata.dc.contributor.advisor: Varajão, Angélica Fortes Drummond Chicarino
Alexandre, Anne
Ribeiro, Cecília Volkmer
Keywords: Geologia ambiental
Sedimentação
Geologia estratigráfica
Valores de background
Issue Date: 2015
Citation: MATTEUZZO, Marcela Camargo. Estudo ecológico de Metania spinata (Porifera) na Lagoa Verde, Minas Gerais, Brasil, e análise isotópica de oxigênio em espículas, visando interpretação paleoambiental. 2015. 155f. Dissertação (Mestrado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015.
Abstract: Esponjas de água doce (Porifera, Demospongiae) são produtoras de estruturas de biosílica denominadas espículas, com extraordinário valor taxonômico, e que podem apresentar-se em mais de uma categoria, conforme a espécie, tendo reconhecida utilização como marcadores ambientais. As populações dessas esponjas vivem em condições ambientais específicas e mudanças nestes ambientes provocam respostas que se traduzem na produção das diferentes categorias de espículas. As espículas são depositadas e preservam-se no sedimento de ambiente límnico após a morte da esponja. Quando há grandes concentrações de espículas no sedimento, estes constituem espongilitos. Os depósitos de espongilitos no noroeste de Minas Gerais (Brasil) são extensos, ocorrendo em aproximadamente 80 lagoas circulares ou semicirculares, e ocupam uma área de cerca de 45 Km2. Os espongilitos representam recurso mineral importante na indústria cerâmica. O processo de formação dos espongilitos dessa região ocorre há pelo menos 28 mil anos, havendo ainda hoje populações de esponjas que continuamente contribuem para os depósitos de espículas. Para compreender a formação dos depósitos, é necessário estudar o ciclo de vida dos organismos que os formam. O conhecimento ecológico relacionado às esponjas, bem como a caracterização das diferentes espículas e a sua relação com o ambiente em que se formaram, trazem informações fundamentais sobre as condições paleoambientais de deposição dos sedimentos formadores de espongilitos. Tais informações podem indicar se havia disponibilidade constante de água, ou se ocorriam eventos de estiagem. Biosílicas de diatomáceas e fitólitos têm sido intensamente estudadas através de técnicas de análises de isótopos de oxigênio, que mostram uma relação termodependente com o valor de sua composição isotópica menos o valor da composição isotópica da água em que se formou. Estas técnicas permitem determinar as condições térmicas durante a formação dos depósitos no passado através das biosílicas sedimentadas. Neste sentido, testar a técnica de análise de isótopos de oxigênio em sílica biogênica de esponjas visa à sua validação como marcadora da paleotemperatura se o fracionamento isotópico em espículas ocorre em equilíbrio com a água da sua formação. A Lagoa Verde, no noroeste de Minas Gerais onde a espécie Metania spinata (Carter, 1881) ocorre atualmente em abundância, foi selecionada para este trabalho, sendo esta espécie a que mais contribuiu para a formação dos depósitos de espongilitos. Tanto os estudos ecológicos da esponja nesta região, como as técnicas de isótopos de oxigênio, tiveram por objetivo contribuir para a interpretação paleoambiental durante a formação dos espongilitos. O estudo ecológico de M. spinata, que produz quatro categorias de espículas ao longo do seu ciclo biológico (megascleras alfa e beta, microscleras e gemoscleras) determinou a época de eclosão das gêmulas, o desenvolvimento dos espécimes, a formação das gêmulas e a morte sazonal das esponjas. À partir de um dado momento do ciclo de vida, as esponjas amostradas apresentaram uma sequencia temporal de síntese de diferentes categorias de espículas, relacionadas com a precipitação de chuvas, concentração de silício, nível d’água da lagoa, temperatura d’água e balanço entre a entrada e saída de água no sistema calculada de forma indireta (precipitação – evapotranspiração). As diferentes funções de cada espícula colaboram com as paleointerpretações onde há sedimentos com diferentes composições espiculares. Os testes de análise isotópica de oxigênio nas espículas das esponjas apresentaram resultado inverso (+0,3‰/ºC) aos estabelecidos para diatomáceas e fitólitos (-0,2 a - 0,4‰/ºC). O resultado sugere um fracionamento cinético, de causa biológica. Entretanto, a relação entre a composição isotópica das espículas com a composição isotópica da água do momento da amostragem é diretamente proporcional e incita atenção (R2=0,8, p<0,01). Novos testes se fazem necessários para compreender se após a morte da esponja e consequente depósito das espículas, estas podem sofrer alterações isotópicas com o meio, ou se a assinatura isotópica das espículas é proporcionalmente fiel à composição isotópica da água enquanto houver atividade fisiológica da esponja e, portanto, dependente da ação de enzimas específicas da síntese (silicateína) e remodelamento (silicase) da biosílica. _____________________________________________________________________________________________________________
ABSTRACT : Freshwater sponges (Porifera, Demospongiae) are producers of biosilica structures called spicules, with extraordinary taxonomic value and can be presented in more than one category, depending on the species, having recognized use as environmental markers. Populations of sponges live in specific environmental conditions and changes in these environments provoke responses that result in the production of various categories of spicules. The spicules are deposited and preserved in the limnological sediment after the death of the sponge. Sediments with high concentrations of spicules form the spongilite deposits. Spongilite deposits in northwestern Minas Gerais (Brazil) are extensive, occurring in approximately 80 ponds circular or semicircular, and occupy an area of about 45 km2. The spongilite represent important mineral resource in the ceramic industry. The process of formation of spongilitein in this region occurs for at least 28,000 years and even now populations of sponges continually contribute to the deposits of spicules. To understand the formation of the spongillite deposits, it is necessary to study the life cycle of the sponges. The ecological knowledge related to sponges, as well as the characterization of different spicules and their relationship with the environment in which they were formed, bring fundamental information about the paleoenvironmental conditions of deposition of sediments that form the spongilite. Such information may indicate whether there was constant availability of water, or drought events occurred. Diatoms and phytoliths biosilicas have been intensively studied by techniques of analysis of oxygen isotopes, which show a thermal dependent relation to the value of their isotopic composition less the value of the isotopic composition of the water in which they were formed. These techniques allow to determine the thermal conditions during the formation of deposits in the past through the sedimented biosilicas. Analysis of oxygen isotopes technique in biogenic silica of sponges aims to validate paleothermal marker when the isotopic fractionation in spicules occurs in equilibrium with the water in which they are formed. The Green Lagoon in northwest of Minas Gerais where Metania spinata (Carter, 1881) species currently occurs in abundance, was selected for this work. The Metania spinata species contributed most to the spongilite deposits. Both ecological studies of sponge in this region as the techniques of oxygen isotopes, aimed to contribute to paleoenvironmental interpretation of spongillite deposits. The ecological study of M. spinata, which produces four spicules categories throughout its life cycle (megascleras alpha and beta, and microscleras gemoscleras) determined the time of hatching of gemmules, the development of the specimens, the formation of gemmules and death seasonal sponges. From a given point in the life cycle, the sponges sampled showed a temporal sequence of synthesis of different categories of spicules, related to precipitation, the concentration of silicon, water level, water temperature and balance between the input and water outlet in the system calculated indirectly (precipitation - evapotranspiration). The different functions of each spicules collaborate with paleointerpretations where there are sediments with different spicular compositions. Isotopic analysis of oxygen in the spicules of sponges showed an opposite result (+ 0.3 ‰/°C) to those for diatoms and phytoliths (-0.2 to -0.4 ‰/°C). The result suggests a kinetic fractionation of biological cause. However, the ratio between the isotopic composition of spicules with the isotopic composition of water of simultaneous sampling is directly proportional and calls attention (R2 = 0.8, p <0.01). Further tests are needed to understand if after the death of sponge and consequent deposit of their spicules, they can undergo isotopic changes with the environment, or if the isotopic signature of spicules is proportionally faithful to the isotopic composition of water while there is physiological activity of the sponge and thus, dependent on the action of specific enzymes in the synthesis (silicateína), and remodeling (silicase) of biosílica.
Description: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6282
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