Durante décadas, os cientistas pensaram que os grupos dominantes de bactérias marinhas estão bem adaptados para sobreviver em águas com pouca comida. Novas pesquisas sugerem que essa suposição pode estar incompleta. Estes microrganismos 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 de todo o mundo. Em algumas áreas, representam 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 publicado em microbiologia natural Parece agora que esta extrema eficiência também pode colocar sérias limitações.
“O notável sucesso evolutivo do SAR11 na adaptação e no controle de ambientes estáveis e com poucos nutrientes pode tê-los tornado vulneráveis a oceanos que sofrem mais mudanças. Eles podem ter evoluído como uma armadilha”, disse Cameron Thrash, professor de ciências biológicas e ciências da terra e autor correspondente do estudo.
Adaptações com fraquezas inerentes
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.
A falta desta disposição parece criar problemas significativos quando as condições ambientais mudam. Os cientistas notaram que as populações do SAR11 são sensíveis às mudanças no ambiente circundante. O que é mais impressionante neste estudo é a forma incomum como as células respondem ao estresse.
Em vez de abrandar, muitas células SAR11 continuaram a replicar o ADN, mas não conseguiram dividir-se.
“A replicação do seu DNA e a divisão celular ficam desconectadas. As células continuam copiando o seu DNA, mas não conseguem se dividir adequadamente, produzindo células com um número anormal de cromossomos”, disse Chuankai Cheng, principal autor do estudo e estudante de doutorado em ciências biológicas. “Foi surpreendente que tenham surgido assinaturas celulares tão claras e reprodutíveis.”
Por que a falha celular retarda o crescimento populacional
Células com cromossomos extras geralmente crescem maiores que as células normais e eventualmente morrem. Mesmo que os nutrientes estejam prontamente disponíveis, estas falhas podem reduzir o crescimento populacional global. A descoberta desafia a crença comum de que os micróbios sempre prosperam quando os alimentos se tornam abundantes.
As descobertas também esclarecem enigmas de longa data na ecologia marinha. A abundância do SAR11 normalmente diminui durante os estágios finais da proliferação do fitoplâncton, um período caracterizado pelo aumento dos níveis de matéria orgânica na água.
“Já sabemos há muito tempo que estes organismos não são particularmente adequados para as fases posteriores da proliferação do fitoplâncton”, disse Thrash. “Agora temos uma explicação: a floração tardia está associada ao aumento de nova matéria orgânica dissolvida que interfere nesses organismos, tornando-os menos competitivos”.
Impacto nas alterações climáticas e na saúde dos oceanos
Esta investigação tem implicações importantes para a compreensão de como os ecossistemas marinhos respondem às alterações climáticas. As bactérias SAR11 desempenham um papel central no ciclo do carbono nos oceanos, ajudando a regular a forma como o carbono se move através das cadeias alimentares marinhas. À medida que as condições dos oceanos se tornam instáveis, a sua sensibilidade ao aquecimento e às entradas repentinas de nutrientes pode alterar o equilíbrio das comunidades microbianas.
“Este trabalho destaca uma nova forma como as mudanças ambientais afectam os ecossistemas marinhos, não apenas limitando os recursos, mas perturbando a fisiologia interna dos microrganismos dominantes”, disse Cheng. Ele acrescentou que à medida que a estabilidade ambiental diminui, os organismos com maior flexibilidade regulatória podem ganhar uma vantagem.
Os investigadores planeiam concentrar-se em seguida na identificação dos processos moleculares por detrás destas perturbações. Dada a distribuição e influência destas bactérias no oceano global, é fundamental uma compreensão mais clara da função do SAR11.
Sobre pesquisa
Além de Cheng e Thrash, a equipe de pesquisa inclui Brittany Bennett, Pratixa Savalia, Hasti Asrari, Carmen Biel e Kate Evans da USC Dornsife, e Rui Tang da UC San Diego.
Este trabalho foi apoiado por uma bolsa de estudos em início de carreira da Simons Foundation em Ecologia e Evolução Microbiana Marinha e uma bolsa de estudos da Simons Foundation em Ecologia Microbiana Aquática.
