Como os nutrientes são removidos nas regiões de esgotamento de oxigênio do oceano

Samarco e a lama no mar (#Pirula 121.3) (Julho 2019).

Anonim

No curso da mudança climática global, os cientistas estão observando o aumento de áreas de baixo oxigênio no oceano, também chamadas de zonas mínimas de oxigênio (OMZs). OMZs de grande escala existem, por exemplo, no Pacífico, na costa da América do Sul ou no Oceano Índico. Como pouco ou nenhum oxigênio está presente nessas regiões - dependendo da profundidade da água - os organismos cujos metabolismos são independentes do oxigênio têm uma vantagem distinta. Esses organismos incluem alguns representantes dos foraminíferos: microrganismos unicelulares, formadores de conchas, que têm um núcleo e, portanto, pertencem aos eucariotos. Seu estilo de vida envolve uma via metabólica particular denominada respiração anaeróbica. Na ausência de oxigênio, eles convertem o nitrato presente na água em nitrogênio molecular.

Esse processo é chamado de desnitrificação e desempenha um papel central na reciclagem global de nitrogênio - um elemento essencial para os processos vitais de todos os organismos - no oceano. Em áreas marinhas com um conteúdo de oxigênio particularmente baixo, os foraminíferos são altamente abundantes. Lá eles metabolizam o nitrato em grande escala e assim o removem do ciclo global de nutrientes. Desta forma, os foraminíferos contribuem significativamente para a remoção de nutrientes nas OMZs. Uma equipe de pesquisa do Instituto de Microbiologia Geral da Universidade de Kiel (CAU), o Centro de Pesquisa Colaborativa 754 (SFB 754) "Interações Biogeoquímicas Climáticas no Oceano Tropical" no Centro GEOMAR Helmholtz para Pesquisa Oceânica Kiel e o Centro de Evolução Kiel (KEC) conseguiram agora descrever o processo de desnitrificação anteriormente desconhecido em foraminíferos.

Os pesquisadores conseguiram demonstrar que a Globobulimina turgida e a espécie relacionada Globobulimina auriculata possuem uma via metabólica única eucariótica para desnitrificação. Em 2 de agosto de 2018, a equipe de pesquisa publicou uma caracterização dos atributos genéticos exigidos dessas espécies de foraminíferos pela primeira vez na renomada revista científica Current Biology.

A equipe de pesquisa coletou amostras de sedimentos no fiorde de Gullmar, no sul da Suécia. Devido à sua forma especial e à estratificação de água associada, o fiorde experimenta uma desoxigenação sazonal similar às grandes OMZ oceânicas. No fiorde, os foraminíferos vivem nos primeiros centímetros do fundo do mar. Os pesquisadores puderam observar os microorganismos em laboratório, utilizando uma infra-estrutura especialmente desenvolvida: "Para investigar detalhadamente os foraminíferos e por serem especializados em suas condições ambientais particulares, tivemos que simular artificialmente as condições naturais de oxigênio a uma profundidade de cerca de 120 metros ", enfatizou a Dra. Alexandra-Sophie Roy do grupo de trabalho" Genomic Microbiology "no CAU. Juntamente com seu colega Dr. Christian Wöhle, ela é a principal autora do recém-publicado estudo realizado no âmbito do SFB 754.

Os pesquisadores examinaram todo o conjunto de informações genéticas dos foraminíferos em busca de pistas sobre se eles são capazes de desnitrificação independentemente, ou se as bactérias simbióticas são responsáveis. Já é sabido que bactérias e fungos podem realizar desnitrificação e, portanto, ter atributos genéticos adequados. Os pesquisadores estavam pesquisando o genoma do foraminífero para genes específicos já conhecidos em bactérias e fungos. "Nós descobrimos três genes codificadores de proteínas, que definitivamente não vêm de bactérias simbióticas", disse Wöhle. Embora não tenhamos encontrado todos os genes envolvidos na conversão de nitrato, a informação genética recém-descoberta é parte do próprio genoma do foraminífero. O seu metabolismo distingue definitivamente estes microrganismos marinhos de todos os outros organismos eucarióticos, sublinhou Roy e Wöhle.

Este resultado também é apoiado pelo sucesso ecológico de foraminíferos em ambientes marinhos com baixo teor de oxigênio. Investigações da OMZ ao largo da costa peruana, por exemplo, mostraram que os microorganismos de lá desempenham um papel fundamental no ciclo do nitrato, e são encontrados em alta abundância de mais de 500 indivíduos por centímetro cúbico de sedimento. Especula-se que os foraminíferos poderiam alcançar essa dominância adquirindo evolutivamente a capacidade de realizar desnitrificação completa. A participação de bactérias simbióticas na redução de nitrato pode ser excluída nas espécies de Globobulimina aqui estudadas, pois a abundância de bactérias simbióticas é baixa demais para explicar o fenômeno. Portanto, os microrganismos eucarióticos devem ser capazes de realizar independentemente a desnitrificação. Em pesquisas adicionais, os cientistas pretendem identificar os genes da desnitrificação em falta na Globobulimina. Eles também querem esclarecer se as descobertas obtidas em relação a certas espécies em uma área marinha específica também são aplicáveis ​​a outros foraminíferos de OMZs em geral.

"Uma melhor compreensão de como a base genética da desnitrificação evoluiu em diferentes organismos nos fornece uma peça importante do quebra-cabeça e um passo adiante em direção a um quadro maior dos ciclos biogeoquímicos no oceano", disse o professor Tal Dagan, co-autor do estudo. do estudo e chefe do grupo de pesquisa em Microbiologia Genômica no CAU. Com base na evolução dos genes envolvidos, poderíamos determinar melhor a origem geológica desse ciclo de nutrientes e a extensão do papel desempenhado pelos organismos individuais, continuou Dagan.

"No contexto das mudanças ambientais globais, um entendimento mais preciso da conversão e distribuição de substâncias elementares no oceano está se tornando cada vez mais importante. Com os novos resultados, contribuímos para entender melhor a influência das mudanças climáticas no conteúdo de oxigênio Ciclos de nutrientes dependentes do oceano ", acrescentou o Dr. Joachim Schönfeld, do SFB 754, que também está envolvido no estudo. Assim, por exemplo, no futuro, os pesquisadores poderiam estimar melhor como as condições ambientais alteradas afetarão a oferta de nutrientes e, portanto, as relações nutricionais entre as diferentes criaturas do oceano.

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