DEGEO - Departamento de Geologia

Adverse natural conditions will, generally, induce gemmulation in freshwater sponges. Because of this environmental dependence, gemmoscleres are given exceptional value in taxonomic, ecological and paleoenvironmental studies. Other spicules categories such as microscleres and beta megascleres have received little attention with regard to their occurrence and function during the sponge biological cycle. Metania spinata, a South American species common to bog waters in the Cerrado biome, produces alpha and beta megascleres, microscleres and gemmoscleres. To detect the environmental factors triggering the production of all these kinds of spicules, the species annual seasonal cycle was studied. Artificial substrates were devised, supplied with gemmules and placed in Lagoa Verde pond which contained a natural population of M. spinata. Field monitoring was conducted for eight months in order to observe the growth of sponges and spicules formation. Samples of water were taken monthly for physical and chemical parameters determination. The appearance of the alpha megascleres was sequentially followed by that of microscleres, gemmoscleres and beta megascleres. The first ones built the new sponge skeleton, the last three were involved in keeping inner moisture in the sponge body or its gemmules. The water level, temperature and the silicon (Si) concentration in the pond were the most important factors related to this sequential production of spicules, confirming environmental reconstructions based on the presence or absence of alpha megascleres and gemmoscleres in past sediments.

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.

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