O plâncton marinho microscópico não está indefeso à deriva no oceano. Eles podem perceber pistas que indicam turbulência, responder rapidamente para regular seu comportamento e se adaptar ativamente. Os pesquisadores da ETH demonstraram pela primeira vez como eles fazem isso.

O plâncton no oceano está em constante movimento. Por dia, esses minúsculos organismos, um décimo do diâmetro de um cabelo humano, migram ativamente em direção à superfície do oceano iluminada pelo sol para realizar a fotossíntese. À noite, eles chegam a profundidades de dezenas de metros, onde a oferta de nutrientes é maior.

Durante suas viagens regulares entre zonas bem iluminadas e ricas em nutrientes, as células do plâncton freqüentemente encontram camadas turbulentas, que interrompem este padrão migratório essencial. Ainda é um mistério como esses organismos minúsculos podem navegar pelos perigos das águas turbulentas. As células do plâncton são giradas por turbulência, principalmente pelas menores, vórtices de fluxo de tamanho milimétrico - como se estivessem em uma máquina de lavar em miniatura, o que pode induzir danos permanentes aos seus apêndices de propulsão e envelope celular. Na pior das hipóteses, eles podem morrer em turbulência.

Comportamento migratório observado em microcâmaras

Algumas microalgas têm, Contudo, desenvolveu uma resposta sofisticada a tais sinais turbulentos. Pesquisadores de pós-doutorado Anupam Sengupta e Francesco Carrara, junto com seu conselheiro Roman Stocker, Professor do Instituto de Engenharia Ambiental ETH de Zurique, demonstraram isso em um estudo publicado recentemente na revista Natureza .

Usando experimentos de laboratório, os três cientistas "trouxeram o oceano para o laboratório" e examinaram o comportamento migratório do Heterosigma akashiwo, uma alga conhecida por formar florescências de algas tóxicas. Para examinar o comportamento de natação, os pesquisadores usaram uma câmara microfabricada, apenas alguns milímetros cúbicos de volume, em que introduziram as células Heterosigma. A câmara pode ser girada ao longo de seu eixo usando um motor controlado por computador, expor as células a reviravoltas periódicas na orientação, replicando como minúsculos vórtices turbulentos viram as células de cabeça para baixo no oceano.

Mergulhando com previdência

Os cientistas foram capazes de observar que uma população de algas movendo-se para cima se dividiu em dois grupos de tamanhos iguais ao longo de um período de 30 minutos depois que a câmara foi girada repetidamente em 180 graus. Um grupo de células continuou a se esforçar para subir, enquanto o outro grupo mudou de comportamento e começou a nadar na direção oposta. Esta divisão da população não ocorreu com algas em câmaras estacionárias, em que todos nadaram continuamente para cima e se acumularam perto da superfície superior.

Ao aumentar o zoom em células únicas, os pesquisadores descobriram o motivo da mudança no comportamento de natação. Quando exposto a sinais de turbulência, as células foram capazes de mudar de forma ativa e rapidamente:de células assimétricas em forma de pêra nadando para cima, as células se transformaram em estruturas em forma de ovo nadando para baixo. Surpreendentemente, esta mudança envolveu mudanças de menos de um micrômetro. "É espetacular que uma célula de apenas 10 micrômetros de tamanho possa adaptar sua forma para mudar sua direção de natação, "diz o co-autor do estudo, Francesco Carrara.

Adaptação perfeita

Roman Stocker não vê esse mecanismo apenas como uma coincidência. "As algas se adaptaram perfeitamente ao seu habitat oceânico:elas podem nadar ativamente, eles percebem uma gama de diferentes sinais ambientais, incluindo turbulência, e eles rapidamente se adaptam e regulam seu comportamento de acordo. "Anupam Sengupta acrescenta:" Agora entendemos melhor como esses microrganismos enfrentam situações potencialmente prejudiciais, Contudo, no momento, só podemos especular por que as células fazem isso. "

Os pesquisadores argumentam que a divisão em dois grupos cria uma vantagem evolutiva para a população:desta forma, toda a população não se perde quando encontra uma camada de forte turbulência, mas no pior caso, apenas metade. Ao evitar a turbulência mergulhando, as células que nadam para baixo sofrem o custo de curto prazo de receber muito pouca luz para realizar a fotossíntese, o que significa que eles não podem crescer. Os pesquisadores também encontraram evidências de que a inversão da turbulência tem um impacto fisiológico nas algas. As células que foram invertidas em seu experimento exibiram níveis mais elevados de estresse do que aquelas nas câmaras estacionárias.

Mudança climática influencia turbulência

Os pesquisadores agora planejam observar as algas em um tanque maior, onde eles irão expor as células não apenas à inversão, mas também a turbulência real. Compreender como essas células diminutas respondem à turbulência é de grande importância para a nossa compreensão do oceano. "Como sabemos agora que a mudança climática global modificará a paisagem de turbulência no oceano, é particularmente importante compreender como os organismos que constituem a base da cadeia alimentar marinha respondem a ela. Este trabalho contribui com uma peça do quebra-cabeça, demonstrando que o fitoplâncton não está apenas à mercê da turbulência, mas pode ativamente lidar com isso, "diz o professor da ETH.