No norte da Califórnia, os salmões são mais do que apenas peixes – eles são uma base das tradições tribais, um motor do turismo e um sinal de rios saudáveis. Portanto, pode não ser uma surpresa que cientistas da NAU e da Universidade da Califórnia em Berkeley, que trabalham ao longo do rio Eel na região, descobriram uma fábrica de nutrientes em microescala que mantém os rios saudáveis e permite que os salmões prosperem.
O novo estudo dos cientistas publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) revela como uma parceria entre algas e bactérias funciona como uma máquina de nitrogênio limpa da natureza, transformando nitrogênio do ar em alimento que alimenta os ecossistemas fluviais sem fertilizantes ou poluição. A fábrica de nutrientes oculta aumenta as populações de insetos aquáticos, que os jovens salmões dependem para crescimento e sobrevivência.
No centro da descoberta dos cientistas está um tipo de diatomácea – uma planta aquática unicelular com uma concha parecida com vidro – chamada Epithemia. A diatomácea dourada e marrom, menor do que um grão de sal de mesa e aproximadamente a largura de um cabelo humano, desempenha um papel fundamental em manter os rios produtivos. Dentro de cada diatomácea vivem parceiros bacterianos alojados dentro da célula chamados diazoplastos – pequenos compartimentos fixadores de nitrogênio que transformam o ar em alimento para as plantas. A diatomácea Epithemia captura a luz solar e produz açúcar, que o diazoplasto usa para converter nitrogênio atmosférico em uma forma de nutriente. Em troca, o diazoplasto fornece nitrogênio que ajuda a diatomácea a continuar a fotossíntese.
“Esta é a versão da natureza de um pipeline de nutrientes limpos, desde a luz solar até os peixes, sem o escoamento que cria blooms algais prejudiciais”, disse Jane Marks, professora de biologia da Northern Arizona University e autora principal do estudo.
Até o final do verão, Marks disse que os filamentos da alga verde Cladophora estão cobertos de Epithemia vermelho-rusty ao longo do rio Eel. Neste estágio, as duplas de algas e bactérias fornecem até 90% do novo nitrogênio que entra na teia alimentar do rio, dando aos herbívoros insetos o combustível de que precisam e impulsionando os salmões de baixo para cima.
“Rios saudáveis não acontecem por acaso – eles são mantidos por interações ecológicas, como esta parceria”, disse Mary Power, co-autora do estudo e diretora acadêmica da Reserva Angelo Coast Range da UC Berkeley, onde ocorreu o estudo de campo. “Quando espécies nativas prosperam em teias alimentares saudáveis, os rios oferecem água limpa, vida selvagem e suporte essencial para as comunidades de pesca e atividades ao ar livre.”
Usando técnicas de imagem avançadas, a equipe de pesquisa observou os parceiros trocando os essenciais da vida em um ciclo perfeito: a diatomácea usava luz solar e dióxido de carbono para produzir açúcar e compartilhá-lo com a bactéria, que então usava o açúcar para transformar nitrogênio do ar em alimento para as plantas. Esse nitrogênio ajudava a diatomácea a fazer ainda mais açúcar, porque as enzimas-chave da fotossíntese precisam de muito nitrogênio.
“É como um acordo de aperto de mão: ambos os lados se beneficiam, e o rio inteiro prospera”, disse Mike Zampini, pesquisador de pós-doutorado na NAU e líder de rastreamento de isótopos do estudo. “O resultado é um ciclo de energia e nutrientes maravilhosamente eficiente.”
Esta parceria não é exclusiva do rio Eel. Epithemia e equipes semelhantes de diatomácea-diazoplastos vivem em rios, lagos e oceanos em todo o mundo, muitas vezes em lugares onde o nitrogênio é escasso. Isso significa que podem estar silenciosamente aumentando a produtividade em muitos outros ecossistemas.
Além de seu papel na natureza, essa troca de nutrientes limpa e eficiente pode inspirar novas tecnologias, como biocombustíveis mais eficientes, fertilizantes naturais que não poluem ou até mesmo plantas cultivadas projetadas para produzirem seu próprio nitrogênio, reduzindo custos para os agricultores enquanto minimizam os impactos ambientais.
Quando a natureza engendra soluções tão elegantes, disse Marks, isso nos lembra do que é possível quando pessoas, lugares e descobertas se encontram.
Outros pesquisadores envolvidos no estudo incluíram os docentes da NAU Bruce Hungate e Egbert Schwartz, os membros da equipe Michael Wulf e Victor Leshyk e os alunos de pós-graduação Raina Fitzpatrick e Saeed Kariunga; o professor da Universidade do Alabama Steven Thomas e o aluno de pós-graduação Augustine Sitati; e os pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore Ty Samo, Peter Weber, Christina Ramon e Jennifer Pett-Ridge. A pesquisa foi financiada em parte por uma bolsa do programa Regras da Vida/Microbioma da National Science Foundation (#2125088). A pesquisa no Laboratório Nacional Lawrence Livermore foi realizada sob o Contrato do Departamento de Energia dos EUA DE-AC52-07NA27344.
