Prochlorococcus são os menores e mais abundantes organismos fotossintetizantes do planeta. Uma única canãlula de Prochlorococcus édiminua­da por um gla³bulo vermelho humano, mas globalmente o número de micróbios chega a octilhaµes e são responsa¡veis ​​por uma grande fração da produção mundial de oxigaªnio a  medida que transformam a luz solar em energia.

Prochlorococcus podem ser encontrados nas a¡guas superficiais quentes do oceano, e sua população diminui drasticamente nas regiaµes mais próximas dos pa³los. Os cientistas presumiram que, como acontece com muitas espanãcies marinhas, o alcance de Prochlorococcus édeterminado pela temperatura: quanto mais frias as a¡guas, menor a probabilidade de os micróbios viverem nelas.

Mas os cientistas do MIT descobriram que o local onde o micróbio vive não édeterminado principalmente pela temperatura. Embora as populações de Prochlorococcus realmente diminuam em a¡guas mais frias, éuma relação com um predador comum, e não a temperatura, que define o alcance do micróbio. Essas descobertas, publicadas hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences , podem ajudar os cientistas a prever como as populações de micróbios mudara£o com a mudança climática.

“As pessoas presumem que, se o oceano aquecer, Prochlorococcus se movera¡ em direção aos polos. E isso pode ser verdade, mas não pela razãoque eles estãoprevendo ”, diz a coautora do estudo Stephanie Dutkiewicz, pesquisadora saªnior do Departamento de Ciências da Terra, Atmosfanãricas e Planeta¡rias (EAPS) do MIT. “Então, a temperatura éum pouco falsa.”

Os coautores de Dutkiewicz no estudo são o autor principal e Cientista Pesquisador da EAPS Christopher Follett, o Professor Mick Follows da EAPS, Frana§ois Ribalet e Virginia Armbrust da Universidade de Washington, e Emily Zakem e David Caron da Universidade do Sul da Califórnia em Los Angeles.

Embora se acredite que a temperatura defina a faixa de Prochloroccus e outros fitopla¢nctons no oceano, Follett, Dutkiewicz e seus colegas notaram uma curiosa dissona¢ncia nos dados.

A equipe examinou as observações de vários cruzeiros de pesquisa que navegaram pelo nordeste do Oceano Paca­fico em 2003, 2016 e 2017. Cada navio percorreu diferentes latitudes, amostrando a¡guas continuamente e medindo as concentrações de várias espanãcies de bactanãrias e fitopla¢ncton, incluindo Prochlorococcus . 

A equipe do MIT usou os dados do cruzeiro arquivados publicamente para mapear os locais onde Prochlorococcus diminuiu ou entrou em colapso, juntamente com a temperatura do oceano de cada local. Surpreendentemente, eles descobriram que o colapso de Prochlorococcus ocorreu em regiaµes de temperaturas amplamente varia¡veis, variando de cerca de 13 a 18 graus Celsius. Curiosamente, o limite superior dessa faixa foi mostrado em experimentos de laboratório como condições adequadas para o crescimento e desenvolvimento de Prochlorococcus .

“A temperatura em si não foi capaz de explicar onde vimos essas quedas”, diz Follett.

Follett também estava trabalhando em uma ideia alternativa relacionada ao Prochlorococcus e ao suprimento de nutrientes. Como subproduto de sua fotossa­ntese, o micróbio produz carboidratos - um nutriente essencial para bactanãrias heterotra³ficas, que são organismos unicelulares que não fotossintetizam, mas vivem da matéria orga¢nica produzida pelo fitopla¢ncton.

“Em algum lugar ao longo do caminho, eu me perguntei, o que aconteceria se essa fonte de alimento que Prochlorococcus estivesse produzindo aumentasse? E se pegássemos essa maa§aneta e gira¡ssemos? ” Follett diz.

Em outras palavras, como o equila­brio de Prochlorococcus e bactanãrias mudaria se a comida da bactanãria aumentasse como resultado de, digamos, um aumento em outro fitopla¢ncton produtor de carboidratos? A equipe também se perguntou: se a bactanãria em questãotivesse aproximadamente o mesmo tamanho que a Prochlorococcus , as duas provavelmente compartilhariam um herba­voro comum, ou predador. Como a população de pastores também mudaria com uma mudança no suprimento de carboidratos?

“Então fomos para o quadro branco e comea§amos a escrever equações e resolvê-las para vários casos, e percebemos que assim que vocêchega a um ambiente onde outras espanãcies adicionam carboidratos a  mistura, bactanãrias e herba­voros crescem e aniquilam Prochlorococcus ”, diz Dutkiewicz .

Para testar essa ideia, os pesquisadores empregaram simulações da circulação ocea¢nica e das interações do ecossistema marinho. A equipe executou o MITgcm, um modelo de circulação geral que simula, neste caso, as correntes oceânicas: e regiaµes de ressurgência em todo o mundo. Eles sobrepuseram um modelo biogeoqua­mico que simula como os nutrientes são redistribua­dos no oceano. A tudo isso, eles vincularam um modelo de ecossistema complexo que simula as interações entre muitas espanãcies diferentes de bactanãrias e fitopla¢ncton, incluindo Prochlorococcus .

Quando fizeram as simulações sem incorporar uma representação da bactanãria, descobriram que Prochlorococcus persistiu atéos polos, ao contra¡rio da teoria e das observações. Quando eles adicionaram as equações que descrevem a relação entre o micróbio, a bactanãria e um predador compartilhado, o alcance de Prochlorococcus mudou para longe dos pa³los, combinando com as observações dos cruzeiros de pesquisa originais.

Em particular, a equipe observou que Prochlorococcus prosperou em a¡guas com na­veis de nutrientes muito baixos e onde éa fonte dominante de alimento para bactanãrias. Essas a¡guas também são quentes, e Prochlorococcus e bactanãrias vivem em equila­brio, junto com seu predador comum. Mas em ambientes mais ricos em nutrientes, como as regiaµes polares, onde a águafria e os nutrientes afloram do fundo do oceano, muitas outras espanãcies de fitopla¢ncton podem prosperar. As bactanãrias podem então se banquetear e crescer com mais fontes de alimento e, por sua vez, alimentar e cultivar mais de seu predador comum. Prochlorococcus, incapaz de acompanhar, érapidamente dizimado. 

Os resultados mostram que a relação com um predador compartilhado, e não a temperatura, define o alcance de Prochlorococcus . Incorporar este mecanismo em modelos serácrucial para prever como o micróbio - e possivelmente outras espanãcies marinhas - ira£o mudar com a mudança climática.

“ Prochlorococcus éum grande prenaºncio demudanças no oceano global”, diz Dutkiewicz. “Se seu alcance se expandir, éum cana¡rio - um sinal de que as coisas no oceano mudaram muito.”

“Ha¡ razões para acreditar que seu alcance se expandira¡ com o aquecimento global”, acrescenta Follett. ” Mas temos que entender os mecanismos fa­sicos que definem esses intervalos. E as previsaµes baseadas apenas na temperatura não sera£o corretas. ”

Esta pesquisa foi apoiada em parte pela Colaboração Simons em Modelagem Biogeoquímica Computacional de Ecossistemas Marinhos (CBIOMES) e pela NASA.