Mudanças ambientais graduais devido à eutrofização e aquecimento global podem causar um rápido esgotamento dos níveis de oxigênio em lagos e águas costeiras. Um novo estudo liderado pelos professores Jef Huisman e Gerard Muyzer, da Universidade de Amsterdã (UvA), mostra que os microrganismos desempenham um papel fundamental nessas mudanças desastrosas de regime. As descobertas dos pesquisadores foram publicadas na revista Nature Communications em 6 de outubro.

As mudanças de regime são abruptas, mudanças grandes e persistentes na estrutura e função dos ecossistemas desencadeadas por mudanças graduais nas condições ambientais. Mudanças de regime foram descritas para uma grande variedade de ecossistemas. Um tipo de mudança de regime pode ocorrer em lagos e águas costeiras quando um rápido esgotamento da concentração de oxigênio dissolvido leva a uma falta de oxigênio, o que é prejudicial para a maioria dos organismos aquáticos. Embora este fenômeno seja bem conhecido, os mecanismos subjacentes que causam a transição de condições óxicas para anóxicas não são totalmente compreendidos.

Cientistas da UvA e da Universidade de Edimburgo desenvolveram um modelo matemático para investigar as interações entre a composição das espécies microbianas e a concentração de oxigênio dissolvido. Eles descobriram que os lagos podem estar em dois estados estáveis ​​alternativos:um em que o lago é rico em oxigênio, e outro em que falta oxigênio. As transições do estado óxico para o anóxico ocorrem na forma de uma mudança de regime. "Quando o influxo de oxigênio é gradualmente reduzido, a princípio cianobactérias e algas produtoras de oxigênio ainda persistem e o lago permanece no estado óxido, "explica o primeiro autor, Tim Bush." ​​Abaixo de um limite crítico, Contudo, bactérias redutoras de sulfato e bactérias sulfurosas fotossintéticas assumem o controle. Isso causa um aumento nas concentrações de sulfeto, que então mata as cianobactérias e rapidamente vira o lago de um estado óxico para um anóxico. "

Uma das implicações dessa mudança de regime é que o retorno às condições ricas em oxigênio não é fácil. O sistema exibe histerese. Assim que a água ficar anóxica, altas concentrações de sulfeto mantidas pelas bactérias anaeróbicas do enxofre estabilizam as condições anóxicas. Como resultado, retornar às condições óxicas anteriores requer um influxo de oxigênio muito maior do que o influxo que originalmente trouxe o sistema ao seu estado anóxico.

Os pesquisadores monitoraram um pequeno lago com anoxia sazonal nas camadas de água mais profundas para investigar essas previsões do modelo. O lago apresentou histerese na transição entre as condições óxicas e anóxicas, com mudanças na composição da comunidade microbiana de acordo com as previsões do modelo. Fenômenos semelhantes foram observados em águas costeiras eutrofizadas, onde as condições anóxicas e altas concentrações de sulfeto levaram à mortalidade em massa de peixes, moluscos e muitas outras espécies. Os autores indicam que mudanças semelhantes no regime óxico-anóxico provavelmente ocorreram em escala global no passado geológico da Terra, quando vastas áreas do oceano ficaram sem oxigênio durante os períodos de aquecimento global e altas concentrações de CO2 na atmosfera. De acordo com os professores Huisman e Muyzer, vários aspectos ainda não são totalmente compreendidos ou não podem ser quantificados em detalhes. Contudo, esses resultados fornecem um alerta de que a eutrofização contínua e o aquecimento dos lagos e mares podem empurrar esses ecossistemas além de um ponto crítico, causando transições rápidas de condições oxic para anoxic que não são facilmente revertidas.