Um conjunto de estressores abióticos apresenta múltiplos desafios à vida marinha devido à sua ampla influência em todas as classes de sistemas bioquímicos. Variações de temperatura, pressão hidrostática e salinidade têm potencial para perturbar estruturas e funções de todos os sistemas moleculares dos quais a vida depende. Em um artigo publicado em Marine Life Science &Technology , o professor Somero concentra-se principalmente em uma classe de efeitos estressores que desafiam o desempenho de todos os tipos de grandes sistemas moleculares:proteínas, ácidos nucléicos e membranas de lipoproteínas.
Os efeitos perturbadores desses estressores no nível bioquímico geralmente resultam de seu potencial para interromper o equilíbrio fino necessário entre estabilidade e flexibilidade das estruturas de ordem superior desses grandes sistemas moleculares, que são estabilizados em grande parte por não covalentes (fracos) ligações químicas como ligações de hidrogênio, interações iônicas e efeitos hidrofóbicos. É importante ressaltar que todos os sistemas macromoleculares de uma célula devem atingir esse equilíbrio entre flexibilidade e estabilidade para que a fisiologia de um organismo funcione de maneira ideal.

Este equilíbrio fisiologicamente importante entre estabilidade e flexibilidade da estrutura em grandes sistemas moleculares é alcançado de duas maneiras principais. Primeiro, durante a evolução, as condições abióticas que um organismo enfrenta levam a adaptações de base genética nas estabilidades conformacionais de proteínas e certos tipos de ácidos nucleicos e diferenças nas composições lipídicas. Essas adaptações intrínsecas denotam que estão codificadas no genoma do organismo. Em segundo lugar, complementando essas adaptações intrínsecas baseadas em sequência na estrutura macromolecular estão as alterações nas composições químicas — os "conteúdos micromoleculares" — das soluções biológicas que banham as macromoléculas e influenciam suas estabilidades e funções. Pequenos solutos orgânicos – osmólitos orgânicos – desempenham papéis centrais nessas respostas adaptativas. Essas adaptações extrínsecas devido aos osmólitos facilitam a retenção das diferenças evoluídas na estabilidade macromolecular sob diferentes condições ambientais.

O artigo desenvolve uma análise paralela entre as respostas adaptativas a dois importantes estressores físicos dos oceanos, temperatura e pressão hidrostática. Para ambos os estressores, as mudanças adaptativas intrínsecas e extrínsecas são de vital importância. A análise se concentra nas duas questões a seguir para discutir as mudanças adaptativas nos sistemas osmólitos. Primeiro, o poder de estabilização macromolecular do pool de osmólitos intracelular varia com a temperatura de adaptação evolutiva (ou pressão) e com a recente exposição térmica (ou pressão) dos organismos (efeitos de aclimatação)? Em segundo lugar, ao modular o poder estabilizador do pool de osmólitos, as mudanças adaptativas envolvem alterações nos tipos de osmólitos usados, mudanças em suas concentrações absolutas ou relativas, ou uma combinação de ambas as estratégias?

A faixa de tolerância ambiental de uma espécie pode depender de quão efetivamente a composição osmólito de seu fluido celular pode ser alterada em face do estresse. O estudo tira as seguintes quatro conclusões principais:Primeiro, na maioria dos organismos marinhos, os osmólitos orgânicos podem manter (ou restaurar) o equilíbrio ideal de rigidez e flexibilidade macromolecular, que é uma chave biológica para a função ideal das macromoléculas. Em segundo lugar, mudanças adaptativas na composição e concentração do pool de osmólitos podem ter efeitos sobre macromoléculas e sistemas de biofilme e desempenhar um papel importante no estabelecimento da tolerância ambiental ideal dos organismos. Terceiro, os osmólitos estabilizadores variam muito na eficácia com que aumentam a estabilidade das macromoléculas. Em quarto lugar, a capacidade dos sistemas osmólitos de ajustar o potencial de estabilização dos fluidos celulares em face das mudanças de temperatura (ou pressão) do corpo que ocorrem em diferentes períodos de tempo pode ajudar os organismos a suportar os efeitos das mudanças ambientais, notadamente as mudanças na temperatura que ocorrem devido a ao aquecimento global.

Este artigo não apenas oferece aos biólogos marinhos novas informações importantes sobre como a vida marinha se adapta aos estressores abióticos do mar, mas essas investigações também ensinam aos bioquímicos físicos coisas críticas sobre a física das interações água-soluto e, para os tecnologicamente interessados, sugerem novas estratégias para o desenvolvimento de soluções que auxiliem na estabilização e preservação de materiais biológicos.