Durante décadas, os cientistas acreditaram que um grande grupo de bactérias oceânicas era ideal para viver na água com muito pouca comida. Novas pesquisas sugerem que essa suposição pode estar incompleta. Estes micróbios parecem ser muito mais sensíveis às mudanças ambientais do que se pensava anteriormente.
A bactéria, chamada SAR11, é a forma de vida mais abundante nas águas superficiais do mar em todo o mundo. Em algumas regiões, constituem até 40% de todas as células bacterianas marinhas. O seu domínio provém da racionalização do genoma, uma estratégia evolutiva na qual os organismos libertam genes para conservar energia em ambientes pobres em nutrientes.
Um estudo foi publicado Microbiologia da Natureza Acontece agora que esta habilidade extrema também pode criar sérias limitações.
“O extraordinário sucesso evolutivo do SAR11 na adaptação e domínio de ambientes estáveis e de baixo teor de nutrientes pode deixá-los vulneráveis a oceanos que sofrem novas mudanças. Eles podem ter ficado presos de alguma forma”, disse Cameron Thrash, professor de ciências biológicas e ciências da terra e autor correspondente do estudo.
Adaptação com vulnerabilidade integrada
Para entender como o SAR11 responde ao estresse ambiental, os pesquisadores examinaram centenas de genomas do SAR11. Eles descobriram que muitas cepas não possuíam genes normalmente responsáveis pela regulação do ciclo celular, o sistema que controla a replicação do DNA e a divisão celular. Na maioria das bactérias, esses genes são essenciais para o crescimento e a sobrevivência normais.
Quando as condições ambientais mudam, a ausência desta regra parece criar grandes problemas. Os cientistas já notaram que as populações do SAR11 são sensíveis às mudanças no seu entorno. O que estes estudos revelaram são maneiras incomuns pelas quais as células respondem ao estresse.
Em vez de abrandar o seu crescimento, muitas células SAR11 continuam a copiar o seu ADN, mas não conseguem dividir-se.
“A replicação do DNA e a divisão celular tornam-se descoordenadas. As células continuam a copiar o seu DNA, mas não conseguem se dividir adequadamente, criando células com um número anormal de cromossomos”, disse Chuancai Cheng, candidato a doutorado em ciências biológicas e autor principal do estudo. “O que foi surpreendente foi que surgiu uma assinatura celular tão clara e repetível.”
Por que a falha celular retarda o crescimento populacional
As células com cromossomos extras costumam ser maiores que o normal e eventualmente morrem. Mesmo quando os nutrientes estavam prontamente disponíveis, esta falha reduziu o crescimento populacional global. Esta descoberta desafia a crença comum de que os micróbios sempre prosperarão quando os alimentos forem abundantes.
As descobertas também esclarecem um enigma de longa data na ecologia dos oceanos. As populações de SAR11 diminuem frequentemente durante as fases posteriores da proliferação do fitoplâncton, um período caracterizado por níveis crescentes de matéria orgânica na água.
“Há muito tempo que sabemos que estes organismos não são particularmente adequados para as fases finais da proliferação do fitoplâncton”, disse Thrush. “Agora temos uma explicação: os estágios tardios de floração estão associados ao crescimento de matéria orgânica nova e dissolvida que pode perturbar esses organismos, tornando-os menos competitivos”.
Mudanças climáticas e implicações para a saúde dos oceanos
A investigação tem implicações importantes para a compreensão de como os ecossistemas marinhos podem responder às alterações climáticas. As bactérias SAR11 desempenham um papel central no ciclo do carbono marinho, ajudando a controlar a forma como o carbono se move através da cadeia alimentar marinha. A sua sensibilidade ao aquecimento e às entradas repentinas de nutrientes pode alterar o equilíbrio das comunidades microbianas à medida que as condições dos oceanos se tornam menos estáveis.
“Este trabalho destaca uma nova forma como as mudanças ambientais podem afetar os ecossistemas marinhos, não apenas limitando os recursos, mas também perturbando a fisiologia interna dos microrganismos dominantes”, disse Cheng. À medida que a estabilidade ecológica diminui, acrescentou, os organismos com maior flexibilidade regulamentar podem ganhar uma vantagem.
Os investigadores planeiam concentrar-se a seguir na identificação dos mecanismos moleculares por detrás destas barreiras. Obter uma imagem mais clara de como o SAR11 funciona é importante, dado o quão difundidas e dominantes estas bactérias são nos oceanos do mundo.
Sobre o estudo
Junto com Cheng e Thrush, a equipe de pesquisa inclui Brittany Bennett, Pratixa Savalia, Hasti Asrari, Carmen Biel e Kate Evans da USC Dornsife, bem como Rui Tang da Universidade da Califórnia, San Diego.
O trabalho foi apoiado pelo prêmio Simons Foundation Early Career Investigator in Marine Microbial Ecology and Evolution e pelo Simons Foundation Investigator in Aquatic Microbial Ecology Award.
