Conceito de Cianobactérias: Origem, Definição e Significado

Conceito de Cianobactérias: Origem, Definição e Significado

Conceito de Cianobactérias: Origem, Definição e Significado
Explore o fascinante mundo das cianobactérias, desde suas origens ancestrais até seu impacto colossal na vida na Terra. Descubra sua definição precisa e o profundo significado que carregam para a ecologia e a biotecnologia.

A Revolução Verde dos Primórdios: As Origens das Cianobactérias

Imagine um planeta Terra muito diferente do que conhecemos hoje. Um mundo sem oxigênio livre na atmosfera, um ambiente hostil e radicalmente alterado. É nesse cenário primordial, há bilhões de anos, que as cianobactérias dão seus primeiros passos evolutivos. Sua origem é uma história de persistência e inovação biológica que moldou o destino de toda a vida.

As evidências fósseis, encontradas em rochas com mais de 3,5 bilhões de anos, apontam para as cianobactérias como alguns dos organismos mais antigos do planeta. Inicialmente, elas prosperavam em ambientes aquáticos, talvez em lagos rasos ou oceanos primitivos. A grande sacada evolutiva das cianobactérias foi o desenvolvimento da fotossíntese oxigênica.

Antes delas, organismos como as bactérias púrpuras e verdes já realizavam fotossíntese, mas utilizavam compostos como o sulfeto de hidrogênio em vez da água. A água, abundante na Terra primitiva, tornou-se a molécula doadora de elétrons para a fotossíntese das cianobactérias. E o subproduto dessa reação revolucionária? Oxigênio.

Essa pequena molécula, tão vital para nós hoje, era inicialmente um resíduo tóxico para a maioria dos organismos da época. No entanto, as cianobactérias, com sua capacidade de tolerar e até mesmo utilizar esse novo elemento, começaram a transformar a atmosfera terrestre.

Este processo gradual, conhecido como a “Grande Oxigenação” ou “Catástrofe do Oxigênio”, ocorreu ao longo de centenas de milhões de anos. A liberação contínua de oxigênio pelas cianobactérias começou a mudar a composição química da atmosfera, oxidando metais dissolvidos nos oceanos (formando as famosas formações ferríferas bandadas) e, eventualmente, permitindo o acúmulo de oxigênio gasoso.

Essa mudança radical teve um impacto profundo. Para muitos organismos anaeróbicos, que viviam sem oxigênio, ele era um veneno mortal. Isso levou a uma extinção em massa, mas também abriu caminho para o surgimento de novas formas de vida que podiam prosperar nesse novo ambiente rico em oxigênio.

Um exemplo fascinante dessa adaptação é a teoria endossimbiótica, proposta por Lynn Margulis. Ela sugere que as mitocôndrias em nossas células, e os cloroplastos em células vegetais, foram um dia cianobactérias independentes que foram englobadas por células ancestrais maiores. Ao longo de milhões de anos de coevolução, elas se tornaram organelas vitais, transferindo parte de seu material genético para o núcleo da célula hospedeira. Se isso for verdade, e as evidências são robustas, então cada respiração que você dá hoje é um testemunho indireto do legado das cianobactérias.

As cianobactérias não apenas iniciaram a produção de oxigênio, mas também desenvolveram outras estratégias de sobrevivência impressionantes, como a fixação de nitrogênio. O nitrogênio atmosférico (N2), embora abundante, é inacessível para a maioria dos organismos. As cianobactérias, no entanto, possuem enzimas especializadas, como a nitrogenase, que permitem converter N2 em amônia (NH3), uma forma utilizável de nitrogênio. Essa capacidade é crucial para a fertilidade do solo e para a cadeia alimentar em ecossistemas aquáticos e terrestres.

Desvendando o Conceito de Cianobactérias: O Que São Exatamente?

Para entender o significado das cianobactérias, precisamos primeiro definir o que elas são. Comumente chamadas de algas azuis, esse termo é, na verdade, um pouco enganador. As cianobactérias não são algas no sentido estrito, mas sim bactérias. Mais precisamente, são bactérias gram-negativas do filo Cyanobacteria.

A característica mais distintiva das cianobactérias é sua capacidade de realizar a fotossíntese oxigênica, a mesma utilizada pelas plantas e algas eucarióticas. No entanto, a grande diferença reside na sua estrutura celular. Como bactérias, as cianobactérias são procariontes. Isso significa que suas células não possuem um núcleo definido ou organelas membranosas complexas, como cloroplastos, mitocôndrias ou retículo endoplasmático.

Onde ocorre a fotossíntese, então? Nas cianobactérias, os pigmentos fotossintéticos, como a clorofila a e os ficobilinoides (que dão as cores características, como azul e vermelho, daí o nome “azul”), estão localizados em membranas internas chamadas tilacoides. Essas membranas estão organizadas em lamelas dentro do citoplasma. É nesse intrincado sistema de membranas que a mágica da conversão da luz solar em energia química acontece.

A morfologia das cianobactérias é incrivelmente diversa. Elas podem ser encontradas como células individuais (unicelulares), formando colônias de células agregadas ou em filamentos (multicelulares). Essas formas podem variar desde pequenas esferas, bastonetes ou ovais, até estruturas mais complexas e ramificadas.

Algumas cianobactérias filamentosas possuem células especializadas em suas fileiras. As mais notáveis são os heterocistos e os acinetos.

* Heterocistos: São células especializadas que abrigam a enzima nitrogenase, responsável pela fixação do nitrogênio. Para proteger a nitrogenase da presença de oxigênio (que a inativa), os heterocistos possuem paredes celulares mais espessas e modificadas, e não realizam a fotossíntese oxigênica. Essa compartimentalização é um exemplo notável de divisão de trabalho dentro de uma colônia.

* Acinetos: São células de resistência, especializadas para sobreviver a condições ambientais desfavoráveis, como seca, frio ou falta de nutrientes. Eles são maiores e mais robustos que as células vegetativas, com paredes celulares espessas e acúmulo de reservas energéticas. Quando as condições melhoram, os acinetos germinam e dão origem a novas colônias.

A reprodução das cianobactérias ocorre principalmente de forma assexuada, por fragmentação dos filamentos ou pela liberação de exosporos (células especializadas que se desprendem). Essa simplicidade reprodutiva, combinada com sua resiliência e capacidade metabólica, contribui para o seu sucesso ecológico.

O nome “cianobactéria” deriva da palavra grega “kyanos”, que significa azul, e “bakterion”, que significa bastão. Essa denominação se refere à cor azul-esverdeada característica de muitas espécies, devido à presença de ficocianina, um pigmento acessório importante na fotossíntese.

Embora muitas sejam microscópicas, algumas colônias de cianobactérias podem atingir tamanhos visíveis a olho nu, formando massas gelatinosas ou tapetes em ambientes aquáticos e terrestres. Elas habitam praticamente todos os ambientes da Terra, desde águas doces, salgadas e salobras, até solos úmidos, rochas, fontes termais, desertos e até mesmo associadas a outros organismos (em simbioses).

O Significado Profundo das Cianobactérias: Impacto Ecológico e Biotecnológico

O significado das cianobactérias transcende sua própria existência. Elas são verdadeiras arquitetas da biosfera, e seu impacto se estende por diversas áreas.

Pioneiras da Oxigenação e Fundadoras da Vida Aeróbica

Como já mencionado, a capacidade das cianobactérias de realizar fotossíntese oxigênica foi um evento transformador na história da Terra. A liberação de oxigênio na atmosfera, embora inicialmente tóxica para muitas formas de vida, foi o catalisador para a evolução da vida aeróbica. A respiração aeróbica é muito mais eficiente na produção de energia do que os processos anaeróbicos, permitindo o desenvolvimento de organismos multicelulares complexos, como plantas, animais e fungos. Sem as cianobactérias, a vida como a conhecemos simplesmente não existiria.

Engenheiras do Ciclo do Nitrogênio

A fixação biológica do nitrogênio é outro serviço ecossistêmico vital prestado pelas cianobactérias. Elas são fontes primárias de nitrogênio fixado em muitos ecossistemas, especialmente em ambientes com baixo teor de nutrientes. Ao converter o nitrogênio atmosférico em compostos nitrogenados utilizáveis, elas fertilizam o solo e a água, sustentando a produtividade primária de outros organismos.

Em ambientes aquáticos, como lagos e oceanos, as cianobactérias filamentosas e unicelulares desempenham um papel crucial na ciclagem do nitrogênio. Muitas vezes, elas são os principais fixadores de nitrogênio, disponibilizando esse nutriente essencial para o fitoplâncton, que, por sua vez, serve de base para toda a cadeia alimentar marinha.

Indicadoras de Qualidade Ambiental e Fontes de Florescimentos

Apesar de seu papel fundamental, as cianobactérias também podem causar problemas. O excesso de nutrientes na água, especialmente nitrogênio e fósforo (muitas vezes provenientes de atividades humanas como esgoto e fertilizantes agrícolas), pode levar a “florescimentos” massivos de cianobactérias. Esses eventos, conhecidos como blooms, podem ter consequências negativas:

* Produção de Toxinas: Muitas espécies de cianobactérias produzem toxinas perigosas (cianotoxinas), como microcistinas, anatoxinas e cilindrospermopsinas. Essas toxinas podem ser prejudiciais à saúde humana e animal, contaminando fontes de água potável e causando problemas hepáticos, neurológicos e dermatológicos.
* Esgotamento de Oxigênio: Quando os blooms de cianobactérias morrem, sua decomposição por bactérias consome grandes quantidades de oxigênio dissolvido na água. Isso pode levar à hipóxia ou anóxia, criando “zonas mortas” onde a maioria dos organismos aquáticos não consegue sobreviver.
* Impacto na Transparência da Água: A alta densidade de células de cianobactérias reduz a penetração da luz na água, prejudicando o crescimento de plantas aquáticas e outras algas que dependem da luz solar.

Por outro lado, a presença e a abundância de certas espécies de cianobactérias podem servir como indicadores sensíveis da qualidade da água e das condições ambientais. Monitorar as populações de cianobactérias é uma prática importante na gestão de recursos hídricos.

Aplicações Biotecnológicas: Um Potencial Gigantesco

O estudo das cianobactérias abriu um vasto campo de aplicações biotecnológicas, explorando suas características únicas:

* Biofertilizantes: Cianobactérias que fixam nitrogênio, como *Anabaena* e *Nostoc*, são utilizadas como biofertilizantes em diversas culturas, reduzindo a necessidade de fertilizantes nitrogenados sintéticos e promovendo a sustentabilidade agrícola. Elas podem ser inoculadas diretamente nas sementes ou aplicadas ao solo.
* Alimento e Suplementos: A *Spirulina* (gênero *Arthrospira*) é uma cianobactéria filamentosa amplamente consumida como suplemento alimentar devido ao seu alto teor de proteínas, vitaminas, minerais e antioxidantes. Sua produção em larga escala é uma área em crescimento.
* Produção de Biomassa e Biocombustíveis: A rápida taxa de crescimento e a capacidade de fotossíntese das cianobactérias as tornam candidatas promissoras para a produção de biomassa utilizável para biocombustíveis, bioplásticos e outros produtos químicos. Pesquisas avançadas exploram a engenharia genética de cianobactérias para otimizar a produção desses compostos.
* Bioremediação: Algumas cianobactérias têm a capacidade de absorver e degradar poluentes do ambiente, como metais pesados e compostos orgânicos tóxicos. Isso abre possibilidades para seu uso em processos de remediação de solos e águas contaminadas.
* Produção de Compostos Bioativos: Cianobactérias produzem uma gama diversificada de compostos bioativos com potencial farmacêutico, como antibióticos, antivirais e antitumorais. A exploração dessa “farmácia natural” é um campo de pesquisa ativo e promissor.

Perguntas Frequentes (FAQs) sobre Cianobactérias

O que diferencia as cianobactérias das algas verdes?


A principal diferença é que as cianobactérias são bactérias procariontes, enquanto as algas verdes (como as do filo Chlorophyta) são eucariontes, possuindo um núcleo definido e organelas como cloroplastos. A fotossíntese nas cianobactérias ocorre nas membranas tilacoides no citoplasma, enquanto nas algas verdes ocorre dentro dos cloroplastos.

Todas as cianobactérias são azuis?


Não. Embora o nome “ciano” sugira cor azul, muitas cianobactérias apresentam outras cores devido à presença de diferentes pigmentos como carotenoides (amarelo/laranja), ficocianina (azul) e ficoeritrina (vermelho). A cor predominante depende da combinação e concentração desses pigmentos e das condições ambientais.

As cianobactérias são perigosas para os seres humanos?


Algumas espécies de cianobactérias produzem toxinas (cianotoxinas) que podem ser perigosas se ingeridas ou em contato com a pele, causando problemas de saúde. No entanto, nem todas as cianobactérias são tóxicas. O consumo de espécies como a *Spirulina* cultivada em condições controladas é considerado seguro e benéfico.

Onde as cianobactérias podem ser encontradas?


Cianobactérias são extremamente adaptáveis e podem ser encontradas em quase todos os ambientes da Terra: em água doce, salgada, salobra, em solos úmidos, em desertos, em rochas, em fontes termais, em ambientes polares e até mesmo em simbiose com outros organismos, como fungos (líquens) e plantas.

Qual a importância da fixação de nitrogênio pelas cianobactérias?


A fixação de nitrogênio é crucial para a fertilidade do solo e para a disponibilidade de nitrogênio para outros organismos. Cianobactérias que realizam esse processo convertem o nitrogênio gasoso (N2) em amônia (NH3), uma forma utilizável por plantas e outros microrganismos, impulsionando a produtividade primária em muitos ecossistemas.

Conclusão: A Pequena Gigante que Moldou Nosso Mundo

As cianobactérias, com sua simplicidade celular e poder metabólico, representam um dos capítulos mais importantes na história da vida na Terra. De seus primórdios humildes, emergiram como as pioneiras da fotossíntese oxigênica, revolucionando a atmosfera planetária e pavimentando o caminho para a evolução da complexidade biológica.

Seu legado se manifesta em cada respiração que contém oxigênio, na fertilidade dos solos que sustentam a agricultura e na riqueza da biodiversidade que encontramos nos oceanos e em terra. Mais do que meros organismos microscópicos, elas são as fundamentadoras silenciosas do nosso ecossistema global.

A exploração contínua de suas capacidades, tanto em termos de sua função ecológica quanto de seu potencial biotecnológico, promete soluções inovadoras para desafios contemporâneos, desde a produção sustentável de alimentos e energia até a remediação ambiental. Compreender o conceito de cianobactérias é, em essência, compreender a resiliência, a adaptabilidade e o imenso poder transformador da vida em sua forma mais primitiva e fundamental.

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O que são cianobactérias?

Cianobactérias, também conhecidas como algas azuis ou cianofíceas, são um filo de bactérias Gram-negativas, fotossintetizantes. Elas se destacam por serem organismos unicelulares ou multicelulares, que podem formar colônias filamentosas ou em placas. A característica mais marcante das cianobactérias é a sua capacidade de realizar fotossíntese oxigênica, um processo que utiliza a luz solar para converter dióxido de carbono e água em glicose (energia) e oxigênio. Este mecanismo bioquímico é fundamental, pois acredita-se que as cianobactérias foram as primeiras a introduzir oxigênio na atmosfera terrestre, há bilhões de anos, transformando drasticamente a biosfera do nosso planeta.

Qual a origem das cianobactérias?

A origem das cianobactérias remonta a cerca de 2,5 a 3 bilhões de anos atrás, durante o período Arqueano da Terra. Evidências geológicas e fósseis, como os estromatólitos (formações rochosas sedimentares laminadas criadas pela atividade microbiana), indicam a presença de organismos fotossintetizantes semelhantes às cianobactérias naquela época. Acredita-se que as cianobactérias tenham evoluído de ancestrais anaeróbicos que gradualmente desenvolveram a capacidade de utilizar a água como doador de elétrons na fotossíntese. Essa inovação evolutiva, conhecida como fotossíntese oxigênica, foi um marco crucial na história da vida, permitindo a liberação de grandes quantidades de oxigênio na atmosfera, um processo que culminou na Grande Oxigenação e abriu caminho para a evolução de formas de vida aeróbicas, incluindo os eucariotos e, posteriormente, os animais.

Como as cianobactérias realizam fotossíntese?

As cianobactérias realizam fotossíntese através de um mecanismo complexo que ocorre em organelas especializadas chamadas tilacóides, localizadas no citoplasma da célula bacteriana. Ao contrário das plantas, que possuem cloroplastos, as cianobactérias não possuem essa estrutura membranar delimitada. A fotossíntese nas cianobactérias envolve pigmentos como a clorofila (similar à das plantas, mas com algumas variações estruturais) e os ficobilissomas, complexos de pigmentos que capturam comprimentos de onda de luz que a clorofila não consegue. O processo principal divide-se em duas fases: a fase luminosa, onde a energia luminosa é convertida em ATP e NADPH (moléculas de energia), liberando oxigênio como subproduto; e a fase escura (Ciclo de Calvin), onde o CO2 é fixado e convertido em carboidratos, utilizando a energia gerada na fase luminosa. Essa capacidade de produzir seu próprio alimento a partir da luz solar é o que as classifica como organismos autótrofos.

Qual o significado das cianobactérias para a biosfera?

O significado das cianobactérias para a biosfera é imensurável e abrange diversos aspectos cruciais para a vida na Terra. Primeiramente, elas são consideradas as pioneiras da oxigenação. Ao desenvolverem a fotossíntese oxigênica, liberaram grandes quantidades de oxigênio atmosférico, transformando a composição da Terra e possibilitando a evolução da respiração aeróbica, um processo muito mais eficiente para a produção de energia. Além disso, as cianobactérias são importantes fixadoras de nitrogênio. Possuem a enzima nitrogenase, que converte o nitrogênio gasoso (N2) da atmosfera em amônia (NH3), uma forma utilizável por outros organismos. Essa capacidade é vital para a fertilidade do solo e para a manutenção do ciclo do nitrogênio, essencial para a síntese de proteínas e ácidos nucleicos. Sua presença em diversos ecossistemas, de ambientes aquáticos a terrestres, demonstra sua extrema resiliência e seu papel fundamental como produtores primários, base da cadeia alimentar em muitos ambientes.

Quais os principais pigmentos presentes nas cianobactérias?

As cianobactérias possuem uma gama diversificada de pigmentos que lhes permitem realizar a fotossíntese e também conferem suas colorações características. O pigmento principal é a clorofila a, idêntica à encontrada nas plantas e algas eucarióticas, que absorve luz nas faixas azul e vermelha do espectro. No entanto, as cianobactérias também se destacam pela presença de ficobilinas, pigmentos acessórios solúveis em água que se associam em complexos chamados ficobilissomas. As ficobilinas mais comuns são a ficoeritrina (responsável pela coloração avermelhada ou rosada) e a ficocianina (responsável pela coloração azulada). A combinação desses pigmentos permite que as cianobactérias capturem uma ampla faixa de comprimentos de onda da luz solar, otimizando a eficiência fotossintética em diferentes condições ambientais. Algumas cianobactérias também podem conter outros pigmentos, como carotenoides, que auxiliam na proteção contra o excesso de luz e no combate a espécies reativas de oxigênio.

Onde as cianobactérias são encontradas?

As cianobactérias demonstram uma notável capacidade de adaptação e podem ser encontradas em praticamente todos os ecossistemas da Terra, desde ambientes extremos até os mais comuns. São organismos ubíquos, colonizando uma vasta gama de habitats aquáticos, tanto de água doce quanto marinhos, desde águas rasas e ensolaradas até profundezas oceânicas. Podem ser encontradas flutuando na coluna d’água (planctônicas) ou aderidas a substratos (bentônicas). Além dos ambientes aquáticos, as cianobactérias também prosperam em ambientes terrestres, colonizando solos úmidos, rochas, troncos de árvores e até mesmo desertos, onde formam importantes biofilmes. Sua resiliência permite que sobrevivam em condições adversas, como altas e baixas temperaturas, salinidade elevada, ambientes ácidos ou alcalinos e com baixa disponibilidade de nutrientes. Essa ampla distribuição e a capacidade de habitar locais inóspitos reforçam seu papel ecológico fundamental em diversos ciclos biogeoquímicos.

Qual a importância das cianobactérias na fixação de nitrogênio?

A fixação de nitrogênio realizada pelas cianobactérias é um processo ecológico de suma importância para a manutenção da vida na Terra. O nitrogênio é um elemento essencial para a síntese de aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos, componentes fundamentais de todas as células vivas. No entanto, a forma mais abundante de nitrogênio na atmosfera, o gás nitrogênio (N2), é um composto muito estável e inacessível para a maioria dos organismos. As cianobactérias, em particular aquelas que possuem heterocistos (células especializadas), contêm a enzima nitrogenase, que é capaz de quebrar a tripla ligação do N2 e convertê-lo em amônia (NH3). A amônia é então assimilada pela própria cianobactéria ou liberada no ambiente, onde pode ser convertida em outras formas de nitrogênio utilizáveis por plantas e outros microrganismos. Essa contribuição das cianobactérias é vital para a fertilidade dos solos e para a produtividade dos ecossistemas, especialmente em ambientes com baixa disponibilidade de nitrogênio.

Existem cianobactérias que produzem toxinas?

Sim, é importante ressaltar que algumas espécies de cianobactérias podem produzir toxinas, conhecidas como cianotoxinas. Esses compostos podem ser perigosos para animais e humanos, e sua proliferação em corpos d’água, fenômeno conhecido como “bloom de cianobactérias” ou “enflorecimento algal”, pode representar um risco significativo à saúde pública e ambiental. As cianotoxinas são diversas e incluem hepatotoxinas (que afetam o fígado), neurotoxinas (que afetam o sistema nervoso) e dermatoxinas (que causam irritação na pele). As hepatotoxinas mais conhecidas são as microcistinas, produzidas por gêneros como *Microcystis*, *Anabaena* e *Nostoc*. As neurotoxinas, como a anatoxina-a, também são encontradas em diversas espécies. A produção de toxinas pelas cianobactérias é um mecanismo complexo que pode estar relacionado à competição por recursos, defesa contra herbívoros ou como subproduto de seu metabolismo. O monitoramento de corpos d’água para a presença dessas toxinas é crucial para garantir a segurança.

Qual a relação das cianobactérias com a evolução das plantas?

A relação entre as cianobactérias e a evolução das plantas é de extrema importância evolutiva, consolidando a teoria endossimbiótica. Acredita-se que as plantas, juntamente com as algas eucarióticas, evoluíram a partir de um ancestral eucariótico que englobou uma cianobactéria por meio de um processo chamado endossimbiose primária. Essa cianobactéria, em vez de ser digerida, estabeleceu uma relação simbiótica com a célula hospedeira, transferindo gradualmente a maioria de seus genes para o núcleo da célula hospedeira e, eventualmente, se transformando no cloroplasto, a organela responsável pela fotossíntese nas células vegetais. As evidências dessa relação incluem a presença de clorofila a nos cloroplastos (a mesma encontrada em cianobactérias), a dupla membrana que envolve os cloroplastos (sugerindo a membrana original da cianobactéria e uma segunda membrana da vesícula fagocítica), e a presença de DNA próprio nos cloroplastos, com uma estrutura circular similar ao DNA bacteriano. Portanto, as cianobactérias são os ancestrais diretos dos cloroplastos, e sem essa “aliança evolutiva”, a fotossíntese oxigênica não teria sido incorporada às linhagens vegetais, mudando o curso da vida na Terra.

Como as cianobactérias se reproduzem?

As cianobactérias se reproduzem principalmente de forma assexuada, ou seja, sem a participação de gametas ou fusão celular. Os mecanismos mais comuns de reprodução incluem:

  • Cissiparidade (Bipartição): A célula bacteriana se divide em duas células filhas geneticamente idênticas. Este é o método mais simples e comum de reprodução em bactérias unicelulares.
  • Fragmentação: Em cianobactérias filamentosas, o talo (corpo vegetativo) pode se romper em vários pedaços chamados hormogônios. Cada hormogônio é capaz de se desenvolver em um novo filamento.
  • Endosporos (Aquinétos ou Cistos): Algumas espécies formam células especializadas, os aquinétos ou cistos. Essas células são metabolicamente inativas, possuem paredes mais espessas e são resistentes a condições ambientais adversas, como seca, frio ou falta de nutrientes. Quando as condições melhoram, os aquinétos germinam e dão origem a novas cianobactérias.
  • Nanocistos: Semelhantes aos endosporos, são células de resistência formadas por algumas espécies.

Embora a reprodução assexuada seja predominante, há indícios de que algumas cianobactérias possam apresentar formas de transferência horizontal de genes, o que pode conferir alguma variabilidade genética em um contexto evolutivo, mas não se caracteriza como reprodução sexuada no sentido tradicional.

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