Um fitoplâncton quase tão antigo quanto a Terra – cerca de 3 bilhões de anos em comparação com os 4,5 bilhões de anos do planeta – ainda guarda segredos, incluindo como ele pode sobreviver à fome nos oceanos mais deficientes em nutrientes. Synechococcus é a mais diversa geograficamente de três espécies de fitoplâncton, contribuindo para um quarto da produção primária dos oceanos e aparecendo tanto em águas polares frias quanto em mares tropicais quentes.
Agora, pesquisadores do Instituto de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos de Qingdao (QIBEBT), da Academia Chinesa de Ciências (CAS), podem ter descoberto a quem agradecer pela existência persistente do fitoplâncton:as bactérias heterotróficas.

Em uma série de experimentos de vários anos, a equipe descobriu que Synechococcus e as bactérias que se alimentam deles podem ter uma tendência inerente ao mutualismo e passarão por mudanças significativas para incentivar a sobrevivência um do outro. A alga marinha Synechococcus e sua comunidade bacteriana heterotrófica associada têm uma relação inseparavelmente próxima.

Suas descobertas foram publicadas em 30 de setembro na revista Science Advances .

Estudos anteriores incluem um em que o fitoplâncton e sua comunidade bacteriana prosperaram por mais de dois anos sem nenhum suporte externo de nutrientes. De acordo com o Prof. Zhang Yongyu do QIBEBT, esses resultados sugerem interações microbianas que podem sustentar o crescimento de Synechococcus a longo prazo, mas apenas em circunstâncias experimentais controladas e consistentes.

No entanto, ao contrário dos sistemas de cultura de laboratório, o oceano não é estático e sofre mudanças em fatores ambientais, incluindo nutrientes. "Este estudo foi realizado para entender como as mudanças nos fatores ambientais, como a disponibilidade de nutrientes externos, influenciarão a relação mutualística entre o Synechococcus e a comunidade bacteriana heterotrófica", disse o autor correspondente, Prof. Zhang.

Imitando a mudança no ambiente marinho, os pesquisadores forneceram nutrientes inorgânicos estéreis para a cocultura mutualista estabelecida de Synechococcus e uma comunidade bacteriana diversificada de seu estudo anterior. O relacionamento estável e mutuamente benéfico de dois anos de idade cedeu, mas não se rompeu.

“Nossas descobertas sugerem que a disponibilidade de fontes externas de nutrientes interrompe o mutualismo estabelecido, levando ao colapso da saúde do Synechococcus”, disse o co-primeiro autor Shailesh Nair, pesquisador de pós-doutorado no QIBEBT. “No entanto, uma vez que os nutrientes externos foram esgotados, nos próximos 450 dias, Synechococcus e bactérias heterotróficas restabeleceram gradualmente seu mutualismo metabólico sob coexistência de longo prazo que reviveu a saúde de Synechococcus”.

Por meio de análise genética e rastreamento do nitrogênio no sistema, os pesquisadores determinaram que a bactéria facilitou a fixação do nitrogênio, convertendo o nitrogênio para uso na sustentação do fitoplâncton, o que desencadeou o mutualismo restabelecido.

“Durante o processo, a estrutura e as funções da comunidade bacteriana passaram por enormes ajustes para alcançar o efeito de condução, e a cogeração de nitrogênio, fósforo, ferro e vitamina B12 das bactérias sustentou o crescimento saudável prolongado de Synechococcus”, disse o co-primeiro autor Zhang Zenghu, professor associado da QIBEBT.

Esses achados sugerem que Synechococcus e bactérias heterotróficas podem ter uma tendência inerente ao mutualismo, que pode ser restabelecido após a interferência ambiental. Esta característica natural e recorrente de Synechococcus e bactérias heterotróficas podem exibir suas adaptações co-evolutivas em ambientes deficientes em nutrientes para a sobrevivência.

Enquanto os pesquisadores disseram acreditar que este estudo respondeu à pergunta de longa data sobre a tenacidade do Synechococcus, eles agora têm várias outras perguntas que planejam responder.

"Essa relação mutualista inerente também se aplica a outras algas?" Zhang Yongyu perguntou. "Podemos aumentar o crescimento de algas construindo artificialmente comunidades microbianas amigáveis ​​a algas? A regulação potencial das interações algas-bactérias pode oferecer uma nova maneira de aumentar o sequestro de carbono marinho impulsionado por algas." + Explorar mais

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