O oxigênio que respiramos, em grande parte, é gerado por células microscópicas que flutuam na superfície dos oceanos: o fitoplâncton. Entre eles, destaca-se o Prochlorococcus, o menor e mais abundante organismo fotossintetizante dos mares. Ele sozinho é responsável por cerca de 10% do carbono que a terra e os oceanos retiram da atmosfera anualmente. Por décadas, desde sua descoberta, o Prochlorococcus era conhecido como o micróbio solitário, vagando livremente pelas águas iluminadas. Sua vida curta e superficial levava à crença de que ele contribuía minimamente para a bomba biológica do oceano – o processo natural de transporte de carbono para o fundo do mar.
Contudo, uma nova pesquisa da equipe do laboratório de Sallie Chisholm no MIT revela que essa imagem está incompleta. Um estudo publicado na Nature Communications demonstra que o Prochlorococcus também pode formar biofilmes, comunidades pegajosas de células aderidas a superfícies. Essa descoberta sugere que o minúsculo organismo possui outra forma de existência, potencialmente com um papel significativamente maior na sequestração de carbono.
Uma nova perspectiva sobre o Prochlorococcus
"Podemos pensar no Prochlorococcus como existindo em dois mundos muito diferentes – mas conectados", afirma Maya Anjur-Dietrich, a principal autora do estudo e pós-doutoranda no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT. "Quando essas células são planctônicas, elas flutuam em águas pobres em nutrientes e podem estar a centenas de comprimentos de célula de seus vizinhos mais próximos. Em uma partícula, elas experimentam um mundo físico e químico totalmente distinto."
A equipe de pesquisa encontrou evidências de que o Prochlorococcus aderido é comum no oceano, desde a superfície iluminada até profundidades de 1.000 metros. Essa dualidade de vida – flutuando livremente ou aderido a partículas – abre novas portas para a compreensão do papel deste micróbio no ciclo global do carbono. A descoberta desafia a visão unidimensional que se tinha do organismo e sugere que as estimativas atuais sobre o sequestro de carbono oceânico podem precisar de revisão.
A surpresa pegajosa e a adaptação celular
Por anos, o laboratório notou indícios dessa pegajosidade, como aglomerados de células no fundo de tubos de cultura antigos. Um estudo anterior já havia mostrado que algumas cepas de Prochlorococcus se aderem a partículas de quitina. Ao aprofundar a investigação sobre esse "fenômeno de adesão" em diversas "ecótipos" isolados de diferentes regiões oceânicas, Anjur-Dietrich e sua equipe testaram cepas de todos os principais ramos da árvore genealógica do Prochlorococcus.
"Vimos o fenótipo de formação de biofilme em todas as cepas de Prochlorococcus que testamos", relata Anjur-Dietrich. "Foi uma surpresa enorme!" Em uma cultura típica, cerca de 6% das células aderiam às paredes do tubo. No entanto, ao transferir repetidamente apenas as células aderidas para novas mídias ao longo de muitas gerações, eventualmente, aproximadamente 85% das células nessas populações estavam aderidas.
A dualidade genômica e comportamental
A característica pegajosa era passada de células parentais para seus descendentes. Contudo, com o tempo e a seleção, as populações aderidas podiam retornar a um estado planctônico. Ao sequenciar os genomas das células em ambos os estados, os pesquisadores não encontraram mutações responsáveis pela adesão. Células geneticamente idênticas podem existir em qualquer um dos estados, e as populações podem transitar de predominantemente aderidas para predominantemente flutuantes e vice-versa.
"Essas células compartilham o mesmo genoma, ou conjunto de instruções, mas estão mudando quais partes das instruções são lidas em pontos específicos", explica Anjur-Dietrich. "Você pode pensar nisso como diferentes músicos trabalhando a partir da mesma partitura – as notas não vão mudar, mas cada pessoa decide se vai tocar alto ou baixo, rápido ou devagar." Essa plasticidade sugere que a adesão não é uma característica fixa, mas uma resposta adaptativa às condições ambientais, permitindo ao Prochlorococcus otimizar sua sobrevivência em um ambiente marinho dinâmico e imprevisível.
Implicações para o ciclo de carbono e o ecossistema marinho
A vida em biofilme alterou o comportamento das células: as aderidas produziram mais clorofila e cresceram mais lentamente que as células flutuantes, mas liberaram quase o dobro de carbono orgânico na água circundante. Além disso, algumas células se desprendiam de seus biofilmes para iniciar novas populações flutuantes. Essa capacidade de alternar estilos de vida é vista como uma estratégia de sobrevivência em um ambiente marinho imprevisível, onde as condições de luz, nutrientes e predadores podem variar drasticamente.
Ao analisar dados de amostras de água do mar e do banco de dados global do Tara Oceans Project, a equipe confirmou a presença de Prochlorococcus aderido a partículas em todas as amostras. Se o Prochlorococcus se aderir a partículas que afundam para fora da zona iluminada, os pesquisadores estimam que ele poderia transportar cerca de meio bilhão de toneladas métricas de carbono para as águas mais profundas do oceano a cada ano. Esse número, embora uma estimativa inicial, sugere que o papel do Prochlorococcus no ciclo do carbono pode ser substancialmente maior do que se pensava anteriormente, impactando diretamente os modelos climáticos e de sequestro de carbono.
Perguntas em aberto e o futuro da pesquisa
O estudo levanta novas questões sobre a complexidade da vida microbiana marinha e seu impacto em larga escala. Se o Prochlorococcus fornece "bolo" – carbono orgânico – para outros micróbios em partículas, isso pode afetar a taxa de decomposição dessas partículas à medida que afundam. A equipe já iniciou experimentos para testar essa hipótese. A descoberta de que o Prochlorococcus pode flutuar livremente ou formar comunidades aderidas, e alternar entre esses estados, demonstra a notável adaptabilidade deste organismo.
O pequeno micróbio, que antes era visto como um solitário inofensivo, agora se posiciona como um ator chave no transporte de carbono do oceano para o fundo do mar. A pesquisa futura se concentrará em quantificar com mais precisão a fração de Prochlorococcus associada a partículas em diferentes bacias oceânicas e entender melhor suas interações com outros microrganismos. A complexidade de sua existência continua a se desdobrar, prometendo novas descobertas sobre a vida nos oceanos e seu papel fundamental no sistema climático da Terra.
Com reportagem de Brazil Valley
Source · MIT News