Land-use change and soil bacterial communities in the Eastern Amazon: implications for biodiversity conservation and ecosystem function

Abstract

As florestas tropicais são as principais reservas mundiais de biodiversidade e regulam o clima e os ciclos biogeoquímicos no planeta. Os microrganismos do solo são componentes-chave para o funcionamento desses ecossistemas, mas o conhecimento de como eles são afetados pela intensificação do uso da terra e pela degradação de florestas ainda é muito limitado. Na Amazônia brasileira, a intensificação do uso da terra altera consideravelmente as propriedades químicas do solo, especialmente a acidez, fatores que conhecidamente afetam as bactérias do solo. No Capítulo 02 eu avaliei como a estrutura das comunidades de bactérias do solo muda ao longo de um gradiente abrangente de intensidade de uso da terra (agricultura mecanizada, pastagem, floresta secundária, floresta primária perturbada, floresta primária não perturbada) na Amazônia oriental usando sequenciamento de nova geração. Eu esperava que a diversidade alfa de bactérias fosse maior em usos da terra mais intensivos, mas que a diversidade beta fosse reduzida, indicando uma homogeneização da comunidade bacteriana do solo. Entretanto, isso foi apenas confirmado para a diversidade alfa porque, em geral, todos os componentes de diversidade foram maiores em sistemas de uso mais intensivos. O pH do solo foi um forte preditor da diversidade alfa, com um aumento linear no número de unidades taxonômicas operacionais com aumentos no pH do solo, que também foi relacionado à intensificação do uso da terra. A diversidade beta também foi positivamente associada à heterogeneidade da acidez do solo, maior em sistemas de uso mais intensivos. Finalmente, a intensificação do uso da terra também impõe mudanças consideráveis na estrutura das comunidades bacterianas, que também se relaciona com mudanças na fertilidade do solo. O uso da terra também afeta os atributos funcionais preditos para a comunidade bacteriana, com possíveis implicações para os processos de ecossistema. No Capítulo 03, eu avaliei se as mudanças na estrutura da comunidade bacteriana associada à intensificação do uso da terra pode alterar a estabilidade delas frente a secas. Para isso, eu apliquei um tratamento de secagem/reidratação em microcosmos originários de quatro usos da terra (agricultura mecanizada, pastagem, floresta secundária e floresta primária) na Amazônia oriental. Eu observei que as bactérias do solo foram completamente insensíveis a dois meses de secagem, independentemente do uso da terra. Da mesma forma, o processo de oxidação de amônia não mudou após o tratamento de secagem/reidratação. Esses resultados sugerem que as bactérias desses solos são igualmente adaptadas a esses eventos em todos os sistemas de uso. Os Capítulos 04 e 05 foram dedicados a avançar algumas das limitações metodológicas que enfrentei durante este trabalho. O primeiro apresenta uma ferramenta para o desenho de iniciadores (para reação em cadeia da polimerase) para genes de relevância funcional, especialmente desenvolvida para metagenômica direcionada a genes específicos. Nesta abordagem, os iniciadores não são necessariamente desenhados a partir de uma mesma posição no alinhamento e podem diferir em tamanho, ao contrário dos iniciadores degenerados frequentemente utilizados. Além disso, esta ferramenta leva em consideração propriedades termodinâmicas dos iniciadores para garantir que eles são compatíveis entre si. Eu testei esta ferramenta na subunidade A do gene da amônia monooxigenase (amoA) de arqueobactérias. Os resultados da PCR in silico indicam uma boa cobertura (~80%) e alta especificidade dos iniciadores desenhados. Quando testados em DNA extraído de solos da Amazônia, esses iniciadores permitiram a amplificação de fragmentos com o comprimento esperado, indicando a capacidade de eles funcionarem em amostras complexas como o solo. No Capítulo 05, eu explorei algumas propriedades de um índice comumente utilizado para estudos de estabilidade no solo (como no Capítulo 03). Eu observei que tanto o índice de resiliência quanto o índice de resistência apresentam propriedades que não foram mencionadas no trabalho original que o descreveu, ou em qualquer dos artigos que os utilizaram. Essas propriedades podem causar conclusões espúrias/errôneas. Eu forneço recomendações que evitam esses problemas para ambos os índices.