Prochlorococcus pode ser mais vulnerável ao aquecimento dos oceanos do que se pensava

A Terra não seria o lugar vibrante que conhecemos sem a fotossíntese, o processo que capta energia solar e alimenta a maioria das teias alimentares do planeta.

Várias plantas, algas e cianobactérias prestam este “serviço” ecológico, mas poucas o fazem como o Prochlorococcus, frequentemente descrito como o organismo fotossintético mais abundante da Terra. Pequeno mesmo para os padrões das cianobactérias, este micróbio marinho tem um impacto desproporcionado dentro e fora do seu habitat: contribui para quase um terço da produção de oxigénio do planeta e constitui uma base essencial para as teias alimentares.

Ainda assim, um novo estudo indica que o Prochlorococcus - e muitos dos organismos que dele dependem - pode ser mais sensível ao aumento da temperatura do oceano do que se supunha.

Prochlorococcus e a fotossíntese nos oceanos

O Prochlorococcus está amplamente distribuído, ocupando mais de 75 percent das águas superficiais iluminadas pelo sol. A sua maior abundância ocorre nos trópicos e nas regiões adjacentes, onde se encontra bem adaptado a condições quentes e pobres em nutrientes.

"Ao largo, nos trópicos, a água é deste azul brilhante e bonito porque há muito pouco nela, além de Prochlorococcus", afirma o autor principal François Ribalet, oceanógrafo na Universidade de Washington.

Precisamente por tolerar bem o calor, alguns especialistas têm defendido que o Prochlorococcus poderá até beneficiar à medida que as temperaturas do mar continuarem a subir, impulsionadas pela queima de combustíveis fósseis e pela perda de sumidouros de carbono.

No entanto, o novo trabalho põe essa ideia em causa, sugerindo que, para o Prochlorococcus, mais quente nem sempre significa melhor.

Os autores indicam que a faixa ideal se situa entre 19 e 28 graus Celsius (66 a 82 Fahrenheit) e salientam que muitas águas tropicais e subtropicais deverão ultrapassar esse limite superior dentro de 75 anos.

"Durante muito tempo, os cientistas pensaram que Prochlorococcus ia dar-se muito bem no futuro, mas nas regiões mais quentes eles não estão a dar-se assim tão bem, o que significa que vai haver menos carbono – menos alimento – para o resto da teia alimentar marinha", diz Ribalet.

Como o estudo avaliou o crescimento no oceano

Grande parte do que se sabia sobre estes micróbios vinha de células cultivadas em laboratório. Por isso, Ribalet e os seus colegas procuraram obter novos dados a partir de Prochlorococcus em estado selvagem, no seu ambiente natural.

"Eu tinha perguntas muito básicas", diz Ribalet. "Eles ficam bem quando está quente? Ou não ficam bem quando está quente?"

Para chegar a respostas, a equipa analisou 800 billion células do tamanho de Prochlorococcus observadas ao longo de 90 viagens de investigação, distribuídas por 13 anos.

O trabalho foi realizado com um citómetro de fluxo co-desenvolvido por Ribalet, concebido especificamente para detetar fitoplâncton muito pequeno como o Prochlorococcus.

Os investigadores quantificaram os micróbios com a ajuda de um laser no dispositivo a bordo e, depois, aplicaram um modelo estatístico baseado em métodos já estabelecidos para estimar o crescimento do Prochlorococcus - procurando perturbar o mínimo possível os organismos observados.

As taxas de divisão celular variaram com a latitude, algo que os autores associam a diferenças de temperatura da água, e não a variações na luz solar ou nos nutrientes.

O desempenho máximo ocorreu em águas relativamente quentes, entre 19 e 28 °C, mas logo acima desse intervalo os micróbios mostraram uma dificuldade inesperada.

Em águas mais quentes do que cerca de 30 °C, a divisão celular abrandou drasticamente, descendo para one-third da taxa registada na extremidade inferior do intervalo de tolerância.

"A temperatura de esgotamento deles é muito mais baixa do que pensávamos", afirma Ribalet.

Nutrientes, adaptação e a competição com Synechococcus

Os mares tropicais tendem a ser pobres em nutrientes por serem quentes, o que limita a circulação ascendente de nutrientes a partir de águas profundas. O Prochlorococcus e outras cianobactérias ajustaram-se a este contexto de várias formas, incluindo o seu tamanho reduzido e um genoma “minimalista”, reduzido ao essencial.

Apesar das vantagens de eliminar “bagagem” extra, esta simplificação poderá ter implicado a perda de genes antigos ligados à resposta ao stress, o que, agora, pode estar a limitar a resiliência destes micróbios perante um aquecimento rápido.

Esse cenário pode abrir espaço para o Synechococcus, o outro grande grupo de cianobactérias que, a par do Prochlorococcus, domina trópicos e subtrópicos.

O Synechococcus tolera águas mais quentes, mas exige mais nutrientes. Se vier a beneficiar de uma eventual redução do Prochlorococcus, ainda não se sabe ao certo como isso se refletirá nas teias alimentares.

"Se Synechococcus assumir o controlo, não é garantido que outros organismos consigam interagir com ele da mesma forma como têm interagido com Prochlorococcus durante milhões de anos", diz Ribalet.

O estudo aponta que, até ao final deste século, a produtividade do Prochlorococcus poderá cair 17 percent nos trópicos num cenário de aquecimento moderado e 51 percent num cenário de aquecimento mais severo. À escala global, a descida poderá ser de 10 percent com aquecimento moderado e de 37 percent no cenário mais extremo.

"A distribuição geográfica deles vai expandir-se em direção aos polos, para norte e para sul", diz Ribalet. "Eles não vão desaparecer, mas o habitat vai deslocar-se."

Os autores reconhecem limitações no estudo, incluindo uma metodologia que pode ocultar estirpes raras resistentes ao calor. E, embora os dados incluam várias regiões oceânicas, continuam de fora muitas áreas tropicais importantes.

"Esta é a explicação mais simples para os dados que temos agora", diz Ribalet. "Se surgirem novas provas de estirpes tolerantes ao calor, acolheríamos essa descoberta. Isso traria esperança para estes organismos críticos."

O estudo foi publicado na Nature Microbiology.