Entre as menores formas de vida no oceano, encontra-se um grupo de micróbios unicelulares chamados Prochlorococcus. Eles são cianobactérias, também conhecidas como algas azul-verdosas, e fornecem nutrientes para os animais em toda a cadeia alimentar. Mais de 75% das águas superficiais estão repletas de Prochlorococcus, mas com o aumento das temperaturas oceânicas, pesquisadores temem que a água possa estar se tornando quente demais para sustentar a população.
Prochlorococcus é o organismo fotossintetizante mais abundante do oceano, representando 5% da fotossíntese global. Como Prochlorococcus prospera nos trópicos, os pesquisadores previam que eles se adaptariam bem ao aquecimento global. No entanto, um novo estudo revela que Prochlorococcus prefere águas entre 19 e 30 graus Celsius e não tolera temperaturas muito mais altas. Modelos climáticos preveem que as temperaturas oceânicas subtropicais e tropicais excederão esse limite nos próximos 75 anos.
“Durante muito tempo, os cientistas pensaram que Prochlorococcus teria um bom desempenho no futuro, mas nas regiões mais quentes, eles não estão indo bem, o que significa que haverá menos carbono — menos alimento — para o restante da teia alimentar marinha,” disse François Ribalet, um professor associado de oceanografia da Universidade de Washington, que liderou o estudo.
Os resultados foram publicados na Nature Microbiology em 8 de setembro.
Nos últimos 10 anos, Ribalet e colegas realizaram cerca de 100 expedições de pesquisa para estudar Prochlorococcus. Sua equipe analisou aproximadamente 800 bilhões de células do tamanho de Prochlorococcus em 150.000 milhas ao redor do mundo para entender como estão se saindo e se podem se adaptar.
“Eu tinha perguntas muito básicas,” disse Ribalet. “Eles estão felizes quando está quente? Ou não estão felizes quando está quente?” A maior parte dos dados vem de células cultivadas em cultura, em um ambiente de laboratório, mas Ribalet queria observá-los em seu ambiente natural. Usando um citômetro de fluxo contínuo — chamado SeaFlow —, eles dispararam um laser através da água para medir o tipo e o tamanho das células. Em seguida, construíram um modelo estatístico para monitorar o crescimento celular em tempo real, sem perturbar os micróbios.
Os resultados mostraram que a taxa de divisão celular varia com a latitude, possivelmente devido à quantidade de nutrientes disponíveis, luz solar ou temperatura. Os pesquisadores descartaram os níveis de nutrientes e a luz solar antes de se concentrarem na temperatura. Prochlorococcus se multiplica de forma mais eficiente em águas entre 19 e 29 graus Celsius, mas acima de 30, as taxas de divisão celular despencam, caindo para apenas um terço da taxa observada a 19 graus. A abundância celular seguiu a mesma tendência.
No oceano, a mistura transporta a maioria dos nutrientes da profundidade para a superfície. Isso ocorre mais lentamente em águas quentes, e as águas superficiais nas regiões mais quentes do oceano são escassas em nutrientes. As cianobactérias são um dos poucos micróbios que se adaptaram a viver nessas condições.
“Offshore nos trópicos, a água é de um lindo azul porque tem muito pouco nela, além de Prochlorococcus,” disse Ribalet. Os micróbios podem sobreviver nessas áreas porque requerem muito pouco alimento, sendo tão pequenos. Sua atividade sustenta a maior parte da cadeia alimentar marinha, desde pequenos herbívoros aquáticos até baleias.
Ao longo de milhões de anos, Prochlorococcus aprimorou a capacidade de fazer mais com menos, eliminando genes que não precisava e mantendo apenas o que era essencial para a vida em águas tropicais com poucos nutrientes. Essa estratégia teve um sucesso espetacular, mas agora, com os oceanos aquecendo mais rápido do que nunca, Prochlorococcus é limitado por seu genoma. Não pode recuperar genes de resposta ao estresse que foram descartados há muito tempo.
“A temperatura limite deles é muito mais baixa do que pensamos,” disse Ribalet. Os modelos anteriores assumiram que as células continuariam se dividindo a uma taxa que não conseguem sustentar porque carecem da maquinaria celular para lidar com o estresse térmico.
Prochlorococcus é uma das duas cianobactérias que dominam as águas tropicais e subtropicais. A outra, Synechococcus, é maior, com um genoma menos simplificado. Os pesquisadores descobriram que, embora Synechococcus possa tolerar águas mais quentes, precisa de mais nutrientes para sobreviver. Se os números de Prochlorococcus diminuírem, Synechococcus poderia ajudar a preencher a lacuna, mas não está claro qual seria o impacto disso sobre a cadeia alimentar.
“Se Synechococcus assumir, não é garantido que outros organismos consigam interagir com ele da mesma forma que interagiram com Prochlorococcus por milhões de anos,” disse Ribalet.
As projeções climáticas estimam as temperaturas do oceano com base nas tendências de emissões de gases de efeito estufa. Neste estudo, os pesquisadores testaram como Prochlorococcus poderia se sair em cenários de aquecimento moderado e alto. Nos trópicos, o aquecimento modesto poderia reduzir a produtividade de Prochlorococcus em 17%, mas um aquecimento mais avançado a dizimaria em 51%. Globalmente, o cenário moderado produziu uma queda de 10%, enquanto previsões mais quentes reduziram Prochlorococcus em 37%.
“A faixa geográfica deles vai se expandir em direção aos pólos, para o norte e para o sul,” disse Ribalet. “Eles não vão desaparecer, mas seu habitat vai mudar.” Essa mudança, acrescentou, pode ter implicações dramáticas para os ecossistemas subtropicais e tropicais.
Ainda assim, os pesquisadores reconhecem as limitações de seu estudo. Eles não conseguiram estudar cada célula ou amostrar cada corpo d’água. Suas medições são baseadas em amostras agrupadas, o que pode ocultar a presença de uma cepa tolerante ao calor.
“Esta é a explicação mais simples para os dados que temos agora,” disse Ribalet. “Se novas evidências de cepas tolerantes ao calor surgirem, receberíamos essa descoberta com entusiasmo. Isso ofereceria esperança para esses organismos críticos.”
Os co-autores incluem E. Virginia Armbrust, uma professora de oceanografia da UW; Stephanie Dutkiewicz, uma cientista de pesquisa sênior no Centro de Ciência e Estratégia para Sustentabilidade do MIT; e Erwan Monier, co-diretor do Centro de Pesquisa em Adaptação Climática e professor associado no Departamento de Recursos da Terra, Ar e Água da UC Davis.
Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Simons e outros financiadores governamentais, de fundações e da indústria do Centro de Ciência e Estratégia para Sustentabilidade do MIT.
