Durante décadas, os cientistas acreditaram que um grande grupo de bactérias oceânicas era ideal para viver em águas com muito pouca comida. Novas pesquisas mostram que essa suposição pode estar incompleta. Estes micróbios parecem ser muito mais sensíveis às mudanças ambientais do que se pensava anteriormente.
As bactérias, chamadas SAR11, são as formas de vida mais comuns nas águas superficiais do mar em todo o mundo. Em algumas regiões, representam até 40% de todas as células bacterianas marinhas. O seu domínio provém da sequenciação do genoma, uma estratégia evolutiva na qual os organismos perdem genes para conservar energia em ambientes pobres em nutrientes.
Um estudo publicado em Microbiologia da natureza mostra agora que esta extraordinária eficiência também pode criar sérias limitações.
“O extraordinário sucesso evolutivo do SAR11 na adaptação e domínio de um ambiente estável e com poucos nutrientes pode tê-los tornado vulneráveis a oceanos que sofrem maiores mudanças. Podem ter-se tornado numa armadilha”, diz Cameron Thrash, professor de ciências biológicas e da terra e autor correspondente do estudo.
Adaptação com uma fraqueza embutida
Para entender como o SAR11 responde ao estresse ambiental, os pesquisadores examinaram centenas de genomas do SAR11. Eles descobriram que muitas das 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 necessários para o crescimento e sobrevivência normais.
Quando as condições ambientais mudam, a falta desta regulamentação cria grandes problemas. Os cientistas já notaram que as populações do SAR11 são sensíveis às mudanças no ambiente. O que se destacou neste estudo foi a resposta incomum das células ao estresse.
Em vez de abrandar o seu crescimento, muitas células SAR11 continuaram a copiar o seu ADN, mas não conseguiram dividir-se.
“A replicação do DNA e a divisão celular foram desconectadas. As células continuaram a copiar o DNA, mas não se dividiram adequadamente, produzindo células com um número anormal de cromossomos”, diz Chuankai Cheng, Ph.D. e autor principal do estudo. “A surpresa foi que havia uma assinatura celular tão clara e repetível”.
Por que a falha celular retarda o crescimento populacional
As células com cromossomos extras geralmente cresciam maiores que o normal e eventualmente morriam. Mesmo quando os nutrientes estavam disponíveis, estas falhas reduziram o crescimento populacional global. Esta descoberta desafia a crença comum de que os micróbios sempre prosperarão quando os alimentos forem abundantes.
Os resultados também esclarecem um enigma de longa data na ecologia dos oceanos. As populações de SAR11 diminuem frequentemente durante as fases finais da proliferação do fitoplâncton, um período marcado pelo aumento dos níveis de matéria orgânica na água.
“Há muito tempo que sabemos que estes organismos não são muito adequados às fases finais da proliferação do fitoplâncton”, diz Thrash. “Agora temos uma explicação: os estágios tardios de floração estão associados a um aumento de matéria orgânica nova e dissolvida que pode perturbar esses organismos, tornando-os menos competitivos”.
Implicações para as alterações climáticas e a saúde dos oceanos
A investigação tem implicações importantes para a compreensão de como os ecossistemas marinhos podem responder às alterações climáticas. As bactérias SAR11 desempenham um papel central no ciclo do carbono oceânico, ajudando a regular o movimento do carbono através das cadeias alimentares marinhas. A sua sensibilidade ao aquecimento e às entradas repentinas de nutrientes pode alterar o equilíbrio das comunidades microbianas quando as condições dos oceanos se tornam menos estáveis.
“Este trabalho destaca uma nova maneira pela qual as mudanças ambientais podem afetar os ecossistemas marinhos, não apenas limitando os recursos, mas perturbando a fisiologia interna dos microrganismos dominantes”, disse Cheng. À medida que a estabilidade ambiental diminui, acrescentou, os organismos com maior flexibilidade regulamentar podem ganhar uma vantagem.
Em seguida, os pesquisadores planejam se concentrar na identificação dos processos moleculares subjacentes a esses distúrbios. Obter uma melhor compreensão de como o SAR11 funciona é importante, dada a difusão e influência dessas bactérias nos oceanos do mundo.
Sobre pesquisa
Junto com Cheng e Tresh, a equipe de pesquisa inclui Brittany Bennett, Pratixa Savalia, Hasti Asrari, Carmen Beal e Kate Evans da USC Dornsife, e Rui Tan da Universidade da Califórnia, San Diego.
O trabalho foi apoiado pelo Prêmio Simons Foundation Early Career em Ecologia e Evolução Microbiana Marinha e pelo Prêmio Simons Foundation em Ecologia Microbiana Aquática.
