Ao analisar os ganhos e perdas nos genes de amostras de fitopla¢ncton coletadas em todas as principais regiaµes oceânicas:, pesquisadores da Universidade da Califórnia em Irvine criaram o mapa mais matizado e de alta resolução para mostrar onde esses organismos fotossintanãticos prosperam ou são forçados a se adaptar a quantidades limitadas de nutrientes essenciais, nitrogaªnio, fa³sforo e ferro.

Como parte da nova iniciativa Bio-GO-SHIP, os cientistas da UCI fizeram oito implantações em seis navios de pesquisa diferentes, passando 228 dias no mar nos oceanos Atla¢ntico, Paca­fico e andico. Eles geraram cerca de 1.000 metagenomas oceânicos em 930 localidades ao redor do globo, com uma distância média entre os pontos de coleta de 26,5 quila´metros (cerca de 16,5 milhas).

Em um estudo publicado hoje na Science , os pesquisadores da UCI explicam como eles usaram uma riqueza de informações embutidas em genes microbianos - especificamente da espanãcie de fitopla¢ncton Prochlorococcus - como um biossensor da saúde e produtividade do oceano. Oceana³grafos que trabalham nessa área estãoprofundamente interessados ​​em entender como esses organismos se adaptam ao " estresse de nutrientes" , que éa luta para encontrar ou usar as substâncias essenciais de que precisam para crescer e se reproduzir.

"O fitopla¢ncton éfundamental para a cadeia alimentar marinha e éresponsável por atémetade da fixação global de dia³xido de carbono de forma conta­nua, portanto, a saúde e a distribuição desses organismos são muito importantes", disse o coautor saªnior Adam Martiny, Professor UCI de ciência do sistema terrestre. "O conhecimento obtido nessas viagens ajudara¡ os climatologistas a fazer previsaµes mais sãolidas sobre o papel do fitopla¢ncton na regulação dos estoques de carbono na atmosfera e no oceano."

Como o fitopla¢ncton microbiano vive em grandes populações e tem ciclos de vida rápidos, os pesquisadores sugerem que asmudanças na composição da comunidade e no conteaºdo gena´mico podem fornecer um alerta precoce sobre as transformações ambientais e o fazem atémuito mais rápido do que simplesmente analisando a física e a química dos oceanos.

"A limitação de nitrogaªnio, fa³sforo e ferro em muitas regiaµes oceânicas: superficiais équase impossí­vel de detectar por meio de análises químicas de amostras de a¡gua; as quantidades desses elementos são muito baixas", disse o autor principal Lucas Ustick, um estudante graduado da UCI em ecologia e biologia evolutiva . "Mas quantificarmudanças nos genes Prochlorococcus envolvidos na absorção dos principais nutrientes, e suas combinações, fornece um forte indicador da geografia do estresse nutricional."

Os autores apontaram que todos os genomas de Prochlorococcus incluem um determinado gene que permite ao fitopla¢ncton assimilar diretamente o fosfato inorga¢nico dispona­vel gratuitamente na águado mar. Mas quando esse composto estãoem falta, o fitopla¢ncton se adapta ganhando um gene que permite a s células absorver o fa³sforo orga¢nico dissolvido, que pode ser detectado em seu genoma.

Os pesquisadores também estudaram vários outros exemplos de adaptações genanãticas para diferentes na­veis de fa³sforo, ferro e nitrogaªnio no ambiente para ver que tipo de troca o fitopla¢ncton estãofazendo continuamente. O que resultou éum mapa global de estresse nutricional. Os pesquisadores também foram capazes de identificar regiaµes onde o fitopla¢ncton sofre coestresse envolvendo dois ou mais elementos, um deles quase sempre sendo o nitrogaªnio.

O trabalho da equipe revelou que o Oceano Atla¢ntico Norte, o Mar Mediterra¢neo e o Mar Vermelho são regiaµes de elevado estresse de fa³sforo. Os gena³tipos adaptados ao estresse de nitrogaªnio estãodisseminados nas chamadas regiaµes oligotra³ficas, onde os nutrientes são baixos e o oxigaªnio éalto, e os resultados da amostragem de pesquisas sugerem ampla adaptação ao estresse de ferro.

A análise dos gena³tipos do fitopla¢ncton confirmou padraµes biogeogra¡ficos conhecidos de estresse nutricional estimado por diferentes técnicas, mas também revelou regiaµes previamente desconhecidas de estresse nutricional e coestresse. Os pesquisadores tinham uma compreensão limitada do estresse nutricional no Oceano andico antes de sua análise metagena´mica, mas seu trabalho ajudou a preencher muitos Espaços em branco. Eles agora sabem que a regia£o de ressurgência do Mar da Ara¡bia éuma área de algum estresse de ferro, e eles detectaram estresse de fa³sforo associado a correntes oceânicas: que fluem para o sul , entre muitas outras descobertas.

Mesmo assim, dizem eles, sempre hámais para aprender.

"Nosso trabalho destaca as lacunas em nossas medições de ambientes de alta latitude, na maior parte do Oceano Paca­fico e em ecossistemas de a¡guas profundas", disse a coautora Alyse Larkin, pa³s-doutoranda da UCI em ciência do sistema terrestre. "O progresso que fizemos em nossas expedições recentes nos inspira a sair e cobrir todo o planeta."