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A Ecofisiologia do Aquário Marinho – 2ª Parte

Esse é um texto completo sobre a fase aeróbica do ciclo do nitrogênio. Dando continuidade à série “A Ecofisiologia do Aquário Marinho”, analisaremos os principais fatores implicados na fase aeróbica do ciclo do nitrogênio.

Prosseguindo então nestas matérias introdutórias, e após a descrição sumária do SETUP, já realizada no apartado anterior, daremos continuidade a algumas considerações sobre o início de todo o processo da instalação de um aquário marinho, ao qual se dá o nome de CICLAGEM, sendo esta definida como o período de tempo necessário para que, depois de montado o SETUP e depois de devidamente abastecido de água natural (ou sintética, com todos os seus parâmetros fisico-químicos ajustados), se estabeleça sobre todas as superfícies duras do aquário, mas principalmente no substrato e nas rochas (ou mídias substitutivas), um nível de colonização bacteriana suficiente para iniciar e manter o CICLO DO NITROGÊNIO, daí o nome que se dá a esta etapa. Neste apartado, começaremos com o estudo do Ciclo do Nitrogênio, para melhor contextualizar a ciclagem.

O CICLO DO NITROGÊNIO

De modo sumário, o Ciclo do Nitrogênio poderia ser definido como o caminho biogeoquímico percorrido pelo nitrogênio elementar na biosfera terrestre, tendo inicio na sua forma gasosa, em que é o maior componente da nossa atmosfera (78%), e passando, a partir daí e meramente por facilidade didática, por quatro processos principais, para finalmente retornar á forma gasosa e reiniciar o ciclo.

São eles: FIXAÇÃO, AMONIFICAÇÃO, NITRIFICAÇÃO E DESNITRIFICAÇÃO.

O processo de fixação do nitrogênio, ainda que também ocorra no aquário (mediado por cianobactérias, principalmente) é pouco expressivo. Para o aquarista marinho, os processos de maior interesse são a amonificação, nitrificação e desnitrificação. Estes três, mais uma vez por mero didatismo, serão divididos em dois períodos, sendo o primeiro composto pela amonificação e nitrificação e, o segundo, representado pela desnitrificação. Ainda por didatismo, mas já com aplicabilidade prática (portanto anotem), pode-se dizer que o primeiro período é a FASE AERÓBICA do ciclo. O segundo é a FASE ANAERÓBICA, a ser estudada mais adiante.

Destas duas fases, a primeira é da mais extrema importância para o aquário marinho em razão do potencial tóxico de alguns produtos derivados da degradação de matéria orgânica, principalmente a AMÔNIA e o NITRITO, mas também o NITRATO, que são capazes de interferir no metabolismo da energia, na homeostase enzimática, no equilíbrio ácido-básico e na cadeia respiratória dos animais, como veremos mais abaixo;

Para saber mais sobre a toxicidade dos compostos nitrogenados, clique aqui.

Vamos aos detalhes:

A PRIMEIRA FASE DO CICLO DO NITROGÊNIO, OU FASE AERÓBICA

AMONIFICAÇÃO

Desconsiderando o processo de fixação, a fase AERÓBICA do ciclo do nitrogênio, no aquário marinho, começa peladegradação da matéria orgânica oriunda de animais e outros seres eventualmente mortos, dos dejetos e metabólitos produzidos e excretados por todos os seres vivos e da matéria orgânica introduzida pela mão do aquarista, na forma de alimentos para peixes e mesmo outras dosagens, como “fontes de carbono”, “biofuels” e “aminoácidos”, por exemplo.

Pela ação de fungos e bactérias decompositoras, toda essa matéria orgânica é degradada e tem como produto final, dentre outros, a amônia (NH3), daí o nome que se dá ao processo, AMONIFICAÇÃO, mas também é descrito por alguns autores como “mineralização”, o que não é de todo correto nesta fase.

NITRIFICAÇÃO

A amônia resultante desse primeiro processo, por sua vez sofre, agora mediado apenas por bactérias, um segundo processo (que na verdade engloba dois, pois ocorre em duas etapas sequenciais e por grupos bacterianos diferentes) a que se dá o nome de nitrificação.

A primeira etapa da nitrificação é realizada por um grupo de espécies bacterianas que pertencem ao gêneroNitrosomonas sp., também conhecidas como “Grupo Nitroso”, que realizam a oxidação da amônia a nitrito e cujos representantes de interesse para o aquarismo marinho, por óbvio, são as espécies marinhas (N. halophila;N. marina; N. aestuarii e N. cryotolerans). Destas, as mais importantes para o aquarismo são a N. halophila e a N. marina, por serem as que melhor se adaptam aos fatores ambientais que mais comumente conseguimos alcançar no aquário.

A segunda etapa da nitrificação é levada a cabo por outro grupo especial de bactérias, conhecidas como “Grupo Nitro”, que realizam a superoxidação do nitrito a nitrato e cujos representantes mais importantes durante muito tempo foram considerados os do gênero Nitrobacter sp., no entanto, estudos mais recentes dissentem dessa base e apontam outro gênero, Nitrospira sp., como o mais importante e isso foi descoberto de uma maneira interessante:

Tentando selecionar cepas para preparações pró-bióticas visando os mercados da aquariofilia e da aquicultura, alguns laboratórios testaram inóculos de preparações especiais, contendo várias cepas deNitrobacter, para serem colocadas em aquários novos com fins de estabelecer um ciclo de nitrogênio saudável, no entanto, essas preparações, em condições controladas de laboratório, não foram eficazes. Buscando as causas, e analisando com esse propósito o conteúdo bacteriano de aquarios já sabidamente estabilizados, o que encontraram foi Nitrospira e não Nitrobacter.

Embora bactérias do gênero Nitrobacter de fato sejam oxidantes do nitrito e, teoricamente, devessem cumprir essa função no aquário marinho, por alguma razão ambiental a bactéria que se estabele e predomina, naquelas condições particulares, é a Nitrospira e, quando esta se estabelece, de algum modo elimina a Nitrobacter.

Assim, a Nitrospira é agora considerada como “dominante” nos sistemas de oxidação do nitrito em aquários e é dela que falaremos, quando nos referirmos à oxidação do nitrito a nitrato, mas… Debrucemo-nos um pouco melhor sobre isto:

O “Grupo Nitroso” e o “Grupo Nitro” são compostos de várias espécies de bactérias e, de cada uma dessas espécies, várias cepas. Mas vejam: embora, a grosso modo, todas as bactérias de um mesmo grupo possuam vias metabólicas parecidas, ao longo do tempo e por influência dos fatores ambientais e evolutivos, cada espécie e, dentro desta, cada cepa, vai se “especializando” e se adaptando a cada um dos ambientes enfrentados e, ali, estabele o seu “nicho”.

Do visto, cada cepa pode desenvolver tolerâncias específicas a fatores ambientais e/ou preferências e demandas nutricionais não compartilhadas por outras de mesmo gênero, espécie ou cepa, mesmo que apresentando entre si características gerais muito parecidas.

Ocorre também que, no processo de adaptação, algumas dessas “características adquiridas” no enfrentamento do meio em que vivem, não raramente e pela rápida sucessão geracional bacteriana, se tornam “fixas”.

Se essa adaptação se der em alguma via metabólica cujo desequilibrio coloque em risco alguma função vital bacteriana e, nessa adaptação evolutiva, houver sido perdido o “caminho de voltar”, qualquer mudança brusca de parâmetros no ambiente em que vive pode levar à sua inadequação e supressão maciça, com as consequências que isso traria para o sistema, em razão do desequilíbrio do “filtro biológico” assim promovido.

Essa é uma das razões de perseguirmos “parâmetros estáveis”, numa aproximação à realidade da natureza recifal, num aquário marinho.

Como aqui estamos dissertando sobre um mesmo e só ambiente, o aquário, e como, mesmo nesse micro-ambiente, cada bactéria que ali se estabeleça vai se estabelecer e permanecer apenas se encontrar o seu “nicho”, vamos esmiuçar com mais detalhe, no quadro sinóptico abaixo, alguns dos fatores ambientais mais gerais e importantes, a serem perseguidos no aquário marinho para o estabelecimento de um bom “filtro nitrificante”, que englobará asNitrosomonas (NH4 a NO2) e Nitrospira (NO2 a NO3), por estarem ambas sujeitas à pressão do mesmo ambiente assim definido:

FATORES AMBIENTAIS DE IMPORTÂNCIA PARA A FASE AERÓBICA DO CICLO DO NITROGÊNIO NO AQUÁRIO MARINHO
Temperatura A temperatura ideal para o crescimento de bacterias nitrificantes é entre 25 a 30ºC (77-86ºF)
A taxa de crescimento diminui 50% abaixo de 18ºC (64ºF)
A taxa de crescimento diminui 75% entre 7 a 10ºC (46-50ºF)
Nenhuma atividade bacteriana ocorrera abaixo de 4ºC (39ºF)
A maioria das bactérias nitrificantes morrerão abaixo de 0ºC (32ºF)
A maioria das bactérias nitrificantes morrerão acima de 49ºC (120ºF)
pH O pH ideal para Nitrosomonas (amônia a nitrito) é de entre 7.8 a 8.0
O pH ideal para Nitrospira (nitrito a nitrato) é de 7.6 a 7.8
O pH ideal para Nitrobacter (talvez por isso não cresça) é de 7.3 a 7.5
Em níveis de pH típicos dos aquários marinhos, geralmente acima de 7.5, as bactérias do grupo Nitrobacter crescerão mais lentamente que as do grupo Nitrospira e Nitrosomonas e poderão não crescer. Como as bactérias do Grupo Nitro em geral são fixas e crescem mais lentamente que as Nitrosomona, mesmo em condições ótimas, é comum ocorrerem, na ciclagem, altos níveis de nitrito inicialmente e um aparente retardo na subida do nitrato
Com pH abaixo de 7.0 o grupo Nitrosomonas crescerá mais lentamente e poderão acontecer picos de amônia (atenção: amônia é tóxica); Toda a nitrificação será inibida se o pH cair abaixo de 6.0
Do exposto, durante a ciclagem de um aquario marinho, o pH ideal para o estabelecimento do “filtro biológico” deve girar em torno de 7.8 e assim favorecer o desenvolvimento harmonioso dos dois grupos de maior interesse: Nitrosomona e Nitrospira
Oxigênio A nitrificação é um processo aeróbico. Taxas máximas de nitrificação serão obtidas se os níveis de oxigênio dissolvido (OD) ultrapassarem os 80% do nível de saturação a 25ºC, ou seja, acima de 3,0 mg/litro (3 ppm), a 25ºC , as taxas de nitrificaçãp serão máximas
A nitrificação não irá acontecer se a concentração de OD cair para 2,0 mg/litro (ppm) ou menos. A esses níveis (2 ppm ou menos) inicia-se o processo de desnitrificação, por outros grupos de bactérias que veremos mais adiante, quando adentrarmos ao estudo do ciclo anaeróbico.
Micronutrientes Todas as espécies de bactérias necessitam micronutrientes para o seu desenvolvimento. Os principais são: N, S, P, K, Mg, Ca, Fe e Cl. Todos são o suficientemente abundantes no aquário marinho, à exceção do ferro
O mais importante, dentre todos os micronutrientes é o FÓSFORO, por ser fundamental para a produção de Adenosina Tri Fosfato (ATP)
É a conversão de ATP em ADP (Adenosina Di Fosfato) que fornece energia para as funções celulares da imensa maioria de todos os seres vivos
Nitrobacter, especialmente, é incapaz de oxidar nitritos a nitratos em ausência de fosfatos. Nitrospira idem
O Fosfato é ubíquo na natureza e deveria estar presentes normalmente na água do aquário, porém, com o acirrado combate que lhe movem a maioria dos aquaristas (em razão do estímulo que também promove à proliferação de algas), em algumas ocasiões poderá ser encontrado em níveis excessivamente baixos
Durante a ciclagem, em um aquário ainda sem biologia e carregado com água sintética de RO/DI, preparada com sais comerciais sem fosfato, pode se dar a situação relatada acima e o que veremos nos testes é que o nitrito continua subindo, mas não detectamos nitrato, ou seja, o estabelecimento da segunda fase da nitrificação não se estará desenvolvendo, em razão da falta de fosfato
A esta situação dá-se o nome de “bloqueio de fosfato” e a sua solução é fácil: Basta adicionar ao aquário uma fonte de FOSFATO, que pode ser, por exemplo, qualquer material orgânico (desde um pouco de ração, até o clássico “camarão enterrado”). Também existem no mercado suplementos à base de fósforo (ácido fosfórico, mono-fosfato de sódio, di-fosfato de sódio) que podem ser usados em substituição ao material orgânico
Nutrientes Todas as espécies de Nitrosomonas utilizam amônia para, da sua conversão a nitrito, extraírem a energia necessária às suas funções metabólicas. No processo, a amônia (NH4) é primeiramente hidrolizada à forma amina (NH2), que pode ser composta, para então ser oxidada a nitrito (NO2). Isto é de importância porque, quando se utiliza produtos “removedores de amônia”, ou mesmo diretamente por processos metabólicos de toda a biologia, ocorre a formação de aminas que, se acumuladas, exibem alto potencial de toxicidade, além de alterarem várias das propriedades que se requer da água, tais como o odor, a côr e a transparência. São as Nitrosomona que impedem que isso aconteça ao também agirem sobre as aminas assim formadas
Nitrobacter e Nitrospira utilizam o nitrito, para dele extraírem energia no processo de oxidação a nitrato. São quimiolitotrófas, ou seja, capazes de crescer em meios estritamente minerais, e são afóticas, somente crescem em ausêcia de luz. Durante o processo de oxidação do nitrito a nitrato, utilizam como única fonte de carbono o CO², o que faz com que, ao contrário das Nitrosomona que promovem a acidificação do seu entorno, as Nitrospira alcalinizem o meio
Atenção agora: Níves de concentração de matéria orgânica dissolvida (MOD) acima de 0,75 g/l INIBEM o seu crescimento, reduzindo a eficácia dos filtros biológicos no processo de nitrificação (haja skimmer!); Cuidado, portanto, ao dosar “fontes de carbono” para baixar nutrientes: O nitrato pode estar baixando por não estar sendo produzido, em razão da inibição, mas o nitrito pode aumentar e é tóxico
Luz Bactérias nitrificantes são fotossensíveis ao espectro azul e violeta, sendo destruídas pela UV e fortemente inibidas pelo espectro azul. Somente crescem bem em condições afóticas (ausência de luz), logo, pelo menos durante a primeira semana de ciclagem lâmpadas actínicas e ultra-violeta devem estar desligadas, caso contrário o filtro não se estabelecerá, ou se estabelecerá muito lentamente, atrasando a ciclagem
Dosar “pró-bióticos” com luminária ligada é jogar dinheiro no “ralo” (skimmer), literalmente
Do exposto, o melhor substrato para a a fixação de uma boa colônia nitrificadora é o susbtrato OPACO (que não deixe passar a luz), de preferência carbonático, como a aragonita. As mídias de vidro sinterizado, por serem translúcidas, devem ser utilizadas em ambiente em que não incida a luz ou, se não for possível, serem protegidas da luz

No próximo apartado, já no prelo, falaremos sobre a duração do periodo de ciclagem. Abaixo uma amostra, só pra dar um “gostinho”:

A DURAÇÃO DA FASE AERÓBICA DA CICLAGEM

ESTE PRIMEIRO PERÍODO DE CICLAGEM, em que se estabelece a FASE AERÓBICA, poderá ser TÃO LONGO QUANTO MAIS DE DOIS MESES, ou TÃO CURTO QUANTO APENAS 04 HORAS, mas não há uma gradação entre esses dois extremos; Tudo depende da configuração, da logística e dos materiais empregados na montagem…

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One comment

  1. Parabéns pelo texto! é riquíssimo pois, nos traz a luz a maneira correta da montagem de um aquário marinho impondo limites no que tange espécies e compatibilidades, tipos e principalmente quantidade respeita a carga biológica do aquário.

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