A adaptabilidade limitada está a tornar as bactérias de água doce vulneráveis às alterações climáticas
Diversidade microbiana nas águas do Lago de Zurique, na Suíça, analisada por pesquisadores da Estação Limnológica da Universidade de Zurique. Crédito:Martina Schalch, Universidade de Zurique Bactérias de água doce com genomas pequenos frequentemente passam por períodos prolongados de estagnação adaptativa. Com base em análises genómicas de amostras do Lago de Zurique e de outros lagos europeus, investigadores da Universidade de Zurique descobriram estratégias evolutivas específicas que moldam o estilo de vida destas bactérias. Compreender a dinâmica evolutiva das comunidades microbianas aquáticas é fundamental para salvaguardar os serviços ecossistémicos.
Os recursos de água doce são limitados, representando apenas 3,5% da água da Terra, com apenas 0,25% acessível na superfície. No entanto, os lagos de água doce são essenciais para o funcionamento dos ecossistemas e para a ciclagem global do carbono devido à sua elevada produtividade biológica e actividade microbiana. São essenciais para a sobrevivência humana, fornecendo água potável e apoiando a agricultura, a pesca e a recreação. No entanto, as alterações climáticas – especialmente o aumento das temperaturas – ameaçam estes habitats ao perturbar as comunidades microbianas que são essenciais para a ciclagem de nutrientes e a manutenção da qualidade da água.
"Considerando os papéis essenciais que as espécies bacterianas desempenham em ambientes de água doce e as suas funções ecológicas vitais, compreender a sua capacidade adaptativa às mudanças nas condições ambientais é crucial para a resiliência dos ecossistemas e a gestão sustentável dos recursos", diz Adrian-Stefan Andrei. Ele é chefe do Laboratório de Evogenômica Microbiana do Departamento de Biologia Vegetal e Microbiana da Universidade de Zurique (UZH).
A sua equipa de investigação analisou amostras de séries temporais de cinco lagos europeus de água doce, recolhidas entre 2015 e 2019:Lago de Zurique, Lago Thun e Lago Constança na Suíça, juntamente com o reservatório de Římov e o lago Jiřická na República Checa. As descobertas foram publicadas na revista Nature Communications .
“Embora a adaptação de nicho seja o principal mecanismo evolutivo que impulsiona a diversificação populacional e o surgimento de novas espécies, os nossos resultados mostram surpreendentemente que muitas bactérias abundantes de água doce com genomas pequenos frequentemente experimentam longos períodos de paralisação adaptativa”, diz Andrei.
Esta paralisação dos processos adaptativos desafia a expectativa convencional de que as espécies microbianas podem se adaptar às mudanças nas condições ambientais.
“Dadas as funções vitais que estas comunidades microbianas desempenham nos sistemas de água doce, o nosso estudo sublinha a importância de compreender os limites da adaptabilidade bacteriana”, acrescenta o investigador.
Vista do Lago de Zurique da Estação Limnológica da Universidade de Zurique em Kilchberg, perto de Zurique, Suíça, em março de 2021. Crédito:Adrian-Stefan Andrei, Universidade de Zurique
Proteínas secretadas como indicadores de adaptação evolutiva
As bactérias adaptam-se aos seus ambientes utilizando proteínas especializadas, que podem ser secretadas no meio circundante ou ligadas às suas membranas celulares. Essas proteínas desempenham papéis cruciais na absorção de nutrientes, na comunicação interbacteriana e na detecção e resposta a estímulos ambientais. A adaptabilidade das bactérias normalmente depende da diversidade genética dentro dos genes que codificam essas proteínas.
Os investigadores, no entanto, mostram agora que em bactérias abundantes de água doce com tamanhos de genoma reduzidos, há surpreendentemente pouca variação nestes genes, indicando uma fase de estagnação adaptativa. Estas bactérias podem, portanto, enfrentar desafios na adaptação às mudanças nas condições ambientais.
Capacidade limitada de adaptação a ambientes em mudança
“Nossas observações sugerem que essas bactérias provavelmente atingiram picos de aptidão física ao atingir estruturas proteicas e níveis de atividade ideais”, diz Andrei.
Os seus proteomas já atingiram um estado óptimo ao longo da evolução, onde novas mudanças importantes não são vantajosas nem necessárias para os organismos sobreviverem e se adaptarem aos seus nichos actuais. Esta inflexibilidade inerente limita a capacidade destes organismos de explorar novas variações genéticas e de se adaptarem eficazmente às condições ambientais dinâmicas.
“Este conhecimento é crucial à medida que navegamos pelos crescentes impactos das alterações climáticas, que ameaçam significativamente os habitats de água doce – ambientes especialmente susceptíveis a alterações antropogénicas”, conclui Andrei.
