Um dos menores e mais poderosos organismos do planeta é uma bactéria semelhante a uma planta conhecida pelos biólogos marinhos como Prochlorococcus . O micróbio de cor verde mede menos de um mícron de diâmetro, e suas populações se espalham pelas camadas superiores do oceano, onde uma única colher de chá de água do mar pode conter milhões dos minúsculos organismos.

Prochlorococcus cresce através da fotossíntese, usando a luz solar para converter o dióxido de carbono da atmosfera em moléculas de carbono orgânico. O micróbio é responsável por 5% da atividade fotossintetizante do mundo, e os cientistas assumiram que a fotossíntese é a estratégia do micróbio para adquirir o carbono de que precisa para crescer.

Mas um novo estudo do MIT na Nature Microbiology descobriu hoje que o Prochlorococcus depende de outra estratégia de alimentação de carbono, mais do que se pensava anteriormente.

Organismos que usam uma combinação de estratégias para fornecer carbono são conhecidos como mixotróficos. A maioria dos plânctons marinhos são mixotróficos. E enquanto o Prochlorococcus é conhecido por ocasionalmente se interessar pela mixotrofia, os cientistas assumiram que o micróbio vive principalmente um estilo de vida fototrófico.

O novo estudo do MIT mostra que, de fato, o Prochlorococcus pode ser mais mixotrófico do que deixa transparecer. O micróbio pode obter até um terço de seu carbono por meio de uma segunda estratégia: consumir os restos dissolvidos de outros micróbios mortos.

A nova estimativa pode ter implicações para os modelos climáticos, já que o micróbio é uma força significativa na captura e “fixação” de carbono na atmosfera e no oceano da Terra.

“Se quisermos prever o que acontecerá com a fixação de carbono em um clima diferente, ou prever onde o Prochlorococcus viverá ou não no futuro, provavelmente não acertaremos se estivermos perdendo um processo que responda por um- terço do suprimento de carbono da população”, diz Mick Follows, professor do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT e seu Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.

Os co-autores do estudo incluem o primeiro autor e pós-doutorado do MIT Zhen Wu, juntamente com colaboradores da Universidade de Haifa, do Instituto Leibniz para Pesquisa do Mar Báltico, do Instituto Leibniz de Ecologia de Água Doce e Pesca Interior e da Universidade de Potsdam.

Desde que o Prochlorococcus foi descoberto pela primeira vez no Mar dos Sargaços em 1986, pela professora do Instituto MIT Sallie “Penny” Chisholm e outros, o micróbio foi observado em todos os oceanos do mundo, habitando as camadas superiores iluminadas pelo sol que vão desde a superfície até cerca de 160 metros. Dentro dessa faixa, os níveis de luz variam e o micróbio desenvolveu várias maneiras de fotossintetizar o carbono mesmo em regiões com pouca iluminação.

O organismo também desenvolveu maneiras de consumir compostos orgânicos, incluindo glicose e certos aminoácidos, que podem ajudar o micróbio a sobreviver por períodos limitados de tempo em regiões oceânicas escuras. Mas sobreviver apenas com compostos orgânicos é como comer apenas junk food, e há evidências de que o Prochlorococcus morrerá após uma semana em regiões onde a fotossíntese não é uma opção.

E, no entanto, pesquisadores como Daniel Sher, da Universidade de Haifa, coautor do novo estudo, observaram populações saudáveis ??de Prochlorococcus que persistem nas profundezas da zona iluminada pelo sol, onde a intensidade da luz deve ser muito baixa para manter uma população. . Isso sugere que os micróbios devem estar mudando para um estilo de vida mixotrófico e não fotossintetizante para consumir outras fontes orgânicas de carbono.

“Parece que pelo menos alguns Prochlorococcus estão usando carbono orgânico existente de maneira mixotrópica”, diz Follows. “Isso estimulou a pergunta: quanto?”

Em seu novo artigo, Follows, Wu, Sher e seus colegas procuraram quantificar a quantidade de carbono que o Prochlorococcus está consumindo por meio de outros processos além da fotossíntese.

A equipe analisou primeiro as medições feitas pela equipe de Sher, que anteriormente coletou amostras oceânicas em várias profundidades no Mar Mediterrâneo e mediu a concentração de fitoplâncton, incluindo Prochlorococcus , juntamente com a intensidade de luz associada e a concentração de nitrogênio – um nutriente essencial que está ricamente disponível nas camadas mais profundas do oceano e que o plâncton pode assimilar para produzir proteínas.

Wu e Follows usaram esses dados e informações semelhantes do Oceano Pacífico, juntamente com trabalhos anteriores do laboratório de Chisholm, que estabeleceram a taxa de fotossíntese que o Prochlorococcus poderia realizar em uma determinada intensidade de luz.

“Nós convertemos esse perfil de intensidade de luz em uma taxa de crescimento potencial – quão rápido a população de Prochlorococcus poderia crescer se estivesse adquirindo todo o seu carbono pela fotossíntese, e a luz é o fator limitante”, explica Follows.

A equipe então comparou essa taxa calculada com as taxas de crescimento que foram observadas anteriormente no Oceano Pacífico por várias outras equipes de pesquisa.

“Esses dados mostraram que, abaixo de uma certa profundidade, há muito crescimento acontecendo que a fotossíntese simplesmente não pode explicar”, diz Follows. “Algum outro processo deve estar em ação para compensar a diferença no fornecimento de carbono.”

Os pesquisadores inferiram que, em regiões mais profundas e escuras do oceano, as populações de Prochlorococcus são capazes de sobreviver e prosperar recorrendo à mixotrofia, incluindo o consumo de carbono orgânico de detritos. Especificamente, o micróbio pode estar realizando osmotrofia – um processo pelo qual um organismo absorve passivamente moléculas de carbono orgânico por osmose.

A julgar pela rapidez com que o micróbio está crescendo abaixo da zona iluminada pelo sol, a equipe calcula que o Prochlorococcus obtém até um terço de sua dieta de carbono por meio de estratégias mixotrópicas.

“É como passar de um especialista para um estilo de vida generalista”, diz Follows. “Se eu comer apenas pizza, então se eu estiver a 32 quilômetros de uma pizzaria, estarei em apuros, enquanto se eu comer hambúrgueres também, eu poderia ir ao McDonald's nas proximidades. As pessoas pensavam no Prochlorococcus como um especialista, onde eles fazem uma coisa (fotossíntese) muito bem. Mas acontece que eles podem ter um estilo de vida mais generalista do que pensávamos anteriormente.”

Chisholm, que escreveu literal e figurativamente o livro sobre Prochlorococcus , diz que as descobertas do grupo “expandem a gama de condições sob as quais suas populações podem não apenas sobreviver, mas também prosperar. Este estudo muda a maneira como pensamos sobre o papel do  Prochlorococcus  na cadeia alimentar microbiana”.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Israel Science Foundation, a US National Science Foundation e a Simons Foundation.