A incrível diversidade se esconde sob a superfície do oceano, onde minúsculos micróbios trabalham ativamente; transformando o dióxido de carbono da atmosfera em oxigênio, convertendo luz solar em energia, e quebrar o gás nitrogênio para servir de alimento. Victoria Coles, pesquisadora do Centro de Ciências Ambientais da Universidade de Maryland, e sua equipe desenvolveram uma nova ferramenta que aumenta nossa compreensão de como esses micróbios mantêm essa química oceânica complexa.

O novo modelo, publicado hoje em Ciência , simula o impacto das atividades microbianas na química do Atlântico Norte e sugere que a evolução de uma função metabólica, em vez da evolução de uma espécie individual, molda o oceano como o conhecemos. É o primeiro modelo que realmente prevê genes e transcrição em todo o oceano.

"O modelo sugere que não é a evolução das espécies, mas sim a evolução do metabolismo microbiano que define nossa química oceânica atual, "disse Victoria Coles, professor associado do Laboratório de Horn Point do Centro de Ciência Ambiental da Universidade de Maryland.

Os micróbios são como máquinas invisíveis que, juntas, realizam as transformações bioquímicas que mantêm o equilíbrio e a função do oceano. O oceano pode ser habitado por até 170, 000 espécies microbianas diferentes, mas não sabemos quase nada sobre as funções da maioria. No entanto, todos eles trabalham juntos para fazer o oceano funcionar da maneira que o conhecemos.

"A maioria dos micróbios não podemos trazer para o laboratório e aprender porque não sabemos como cultivá-los, "disse Coles." Como um modelo captura espécies que ainda não conhecemos e não podemos crescer? Decidimos começar com o menor número de processos metabólicos diferentes que os micróbios podem realizar. Nós fazemos organismos modelo sintéticos com funções diferentes e os jogamos no oceano modelo. Em seguida, observamos para ver como eles separam as coisas e comparam os genes comunitários previstos e as transcrições com as observações diretas. "

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"Eles ganham ou perdem. Alguns não funcionam. Se um morre, adicionamos outro, "disse ela." Isso nos dá a capacidade em nosso modelo de nos adaptarmos às condições ambientais, como poluição por nutrientes ou mudanças climáticas. "

Coles disse que os pesquisadores executaram este novo modelo muitas vezes com diferentes micróbios, e todas as vezes eles estabeleceram os mesmos padrões básicos de bioquímica no oceano. Eles descobriram que a função do gene, influenciada pelas condições ambientais locais, em vez das espécies de micróbios, direciona as reações e processos bioquímicos no modelo. Em outras palavras, a biblioteca de funções genéticas disponíveis para a comunidade, ao invés da distribuição de funções entre organismos específicos, influencia a biogeoquímica dos oceanos.

"Todos os oceanos modelo que fazemos nos dão algo que se parece com o oceano de hoje, "disse ela." Cada comunidade é realmente diferente no final do modelo, mas eles estão fazendo a mesma coisa. Não se trata de espécies específicas, mas do processo. Todos os micróbios operam juntos para chegar ao ambiente que observamos. "

Por exemplo, o processo de fixação de nitrogênio, pegando o gás nitrogênio que foi dissolvido no oceano e transformando-o em fertilizante, pode ser feito por plantas, como diatomáceas trabalhando em conjunto com cianobactérias ou apenas por cianobactérias, mas também por bactérias que não são plantas e derivam energia de compostos orgânicos. Cada um deles são organismos totalmente diferentes com linhagens diferentes que desempenham a mesma função metabólica.

"Os modelos que usamos hoje para entender as mudanças climáticas são todos fundamentalmente baseados em micróbios comuns no oceano atual. Eles não incluem micróbios raros que podem se tornar comuns no futuro, "disse ela." Se o ambiente do oceano mudar, este modelo tem a capacidade de mudar e se adaptar para que possamos obter melhores previsões sobre como a biogeoquímica dos oceanos pode mudar. "

O estudo "Ocean biogeochemistry modeled with emergent trait-based genomics, "foi publicado na edição de 1º de dezembro da Science.