p Uma equipe liderada por cientistas do Scripps Institution of Oceanography da University of California San Diego e do J. Craig Venter Institute (JCVI) demonstrou que o excesso de dióxido de carbono adicionado à atmosfera pela combustão de combustíveis fósseis interfere na saúde do fitoplâncton que formam a base das teias alimentares marinhas. p O fitoplâncton são plantas microscópicas cujo crescimento nas águas superficiais do oceano sustenta as teias alimentares dos oceanos e a pesca marinha global. Eles também são agentes-chave na remoção de dióxido de carbono a longo prazo (CO ₂ )

p Conforme relatado na edição de 14 de março de Natureza , a equipe mostra que um mecanismo amplamente utilizado pelo fitoplâncton para adquirir ferro tem uma necessidade de íons carbonato. Concentrações crescentes de CO atmosférico ₂ estão acidificando o oceano e diminuindo o carbonato, e a equipe mostra como essa perda de carbonato afeta a capacidade do fitoplâncton de obter ferro nutriente suficiente para o crescimento. A acidificação dos oceanos deverá diminuir a concentração de íons carbonato da superfície do mar em 50% até o final deste século.

p O estudo, "A fitotransferrina sensível a carbonato controla a absorção de ferro de alta afinidade nas diatomáceas, "foi financiado pela National Science Foundation, a Fundação Gordon e Betty Moore, e o Departamento de Energia dos EUA. Ele revela uma reviravolta inesperada na teoria de como o ferro controla o crescimento do fitoplâncton. Ao mostrar como a perda de carbonato da água do mar prejudica a capacidade do fitoplâncton de se agarrar ao ferro, os autores mostram uma conexão direta entre os efeitos da acidificação dos oceanos e a saúde do fitoplâncton na base da cadeia alimentar marinha.

p "Em última análise, nosso estudo revela a possibilidade de um 'mecanismo de feedback' operando em partes do oceano onde o ferro já restringe o crescimento do fitoplâncton, "disse Jeff McQuaid, autor principal do estudo que fez as descobertas como aluno de doutorado na Scripps Oceanography. "Nessas regiões, altas concentrações de CO atmosférico ₂ poderia diminuir o crescimento do fitoplâncton, restringindo a capacidade do oceano de absorver CO ₂ e, portanto, levando a concentrações cada vez maiores de CO ₂ acumulando-se na atmosfera. "

p "Estudos que investigam os efeitos do alto CO ₂ sobre o crescimento do fitoplâncton mostraram resultados mistos até o momento. Em alguns casos, certo fitoplâncton parece se beneficiar de alto CO ₂ , "acrescentou Andrew E. Allen, um biólogo com uma nomeação conjunta na Scripps e JCVI que é o autor sênior e iniciador do estudo. "A maioria desses estudos, Contudo, foram realizados em condições de alto teor de ferro. Nosso estudo revela um mecanismo celular difundido que sugere alto CO ₂ pode ser particularmente problemático para o crescimento do fitoplâncton em regiões do oceano com baixo teor de ferro. "

p Uma consequência da acidificação é uma redução quase um-para-um na concentração de íons carbonato para cada molécula de CO ₂ que se dissolve no oceano. A concentração de CO atmosférico ₂ está previsto dobrar até o final deste século; portanto, a concentração de íons carbonato na superfície do oceano cairá quase pela metade até o ano 2100. Embora seja conhecida a influência negativa da acidificação em corais e crustáceos, este é o primeiro estudo a revelar um mecanismo que afeta a vida que forma a base da maioria das teias alimentares marinhas.

p Este estudo revisa um conceito-chave na oceanografia de que o crescimento do fitoplâncton em vastas áreas do oceano é regulado pela concentração de ferro. Em regiões do oceano que são ricas em nutrientes dissolvidos, como nitrogênio e fósforo, a limitação de ferro resulta em um baixo número de fitoplâncton em relação às quantidades de nutrientes disponíveis. A adição de ferro a essas áreas causa fitoplâncton, particularmente diatomáceas, crescer. Na maior dessas regiões, o Oceano Antártico, as concentrações de ferro disponível estão abaixo de um trilionésimo de grama por litro, se aproximando do limite de sustentação da vida.

p Cientistas marinhos passaram décadas investigando como o fitoplâncton é capaz de capturar essas baixas concentrações de ferro da água do mar e internalizá-lo.

p "Compreender o mecanismo de absorção de ferro é fundamental para desenvolver previsões significativas sobre como o fitoplâncton pode responder às futuras condições do oceano, mas esse entendimento tem sido evasivo, "disse Adam Kustka, fisiologista de metais traço e colaborador do projeto da Rutgers University.

p As pistas começaram a surgir em 2008, quando Allen descobriu vários genes responsivos ao ferro em diatomáceas que não tinham função conhecida. Nesse mesmo ano, McQuaid estava viajando ao redor da Antártica Oriental ajudando em uma pesquisa de plâncton no Oceano Antártico. A análise de DNA dessas amostras revelou que um dos genes de ferro de Allen não estava apenas presente em todas as amostras de água do mar, mas todos os principais grupos fitoplanctônicos do Oceano Antártico pareciam ter uma cópia.

p "Este gene, chamado ISIP2A, foi um dos genes mais abundantemente transcritos no Oceano Antártico com baixo teor de ferro, sugerindo que teve um papel muito importante no meio ambiente, "disse Allen.

p Estudos anteriores sugeriram uma proteína semelhante à transferrina, chamado fitotransferrina, estava trabalhando no ambiente marinho, mas ISIP2A não se parecia em nada com a transferrina. Foi necessário o desenvolvimento de uma disciplina inteiramente nova, biologia sintética, para ajudar a provar a hipótese da equipe de que ISIP2A era um tipo de transferrina. A biologia sintética é a fusão de biologia e engenharia, e em colaboração com cientistas do Venter Institute, a equipe desenvolveu métodos para inserir DNA sintético em uma diatomácea marinha. Os cientistas deletaram ISIP2A e substituíram-no por um gene sintético para transferrina humana, demonstrando que ISIP2A era um tipo de transferrina.

p A equipe então iniciou um estudo para investigar as relações evolutivas da transferrina e da fitotransferrina. Para sua surpresa, as proteínas eram análogos funcionais cujas origens antigas se estendem até o período pré-cambriano da história da Terra, anterior ao aparecimento de plantas e animais modernos.

p "O aparecimento da fitotransferrina há cerca de 700 milhões de anos é consistente com um período da história da Terra marcado por grandes mudanças na química dos oceanos, e esta antiga história evolutiva ajuda a explicar por que ninguém conectou ISIP2A e transferrina, "disse Miroslav Oborník, um biólogo evolucionário molecular da University of South Bohemia e co-autor do artigo.

p Na transferrina, ferro e carbonato ligam-se simultaneamente, e nenhum pode ligar na ausência do outro. Essa ligação sinérgica é única entre as interações biológicas. A equipe de pesquisa levantou a hipótese de que a fitotransferrina de diatomáceas usa um mecanismo semelhante e que, como resultado, reduções no íon carbonato podem levar à redução das taxas de crescimento do fitoplâncton.

p Usando uma série de métodos bioquímicos, os pesquisadores foram capazes de manipular independentemente o pH junto com as concentrações de ferro e íon carbonato. À medida que bombeavam concentrações crescentes de CO ₂ , a equipe mostrou que a capacidade de sua diatomácea de agarrar o ferro diminuiu proporcionalmente com a concentração de íons carbonato.

p "Uma vez que carbonato e ferro têm que se ligar simultaneamente, à medida que as concentrações de carbonato caem, a fitotransferrina é capaz de 'ver' menos ferro, "disse McQuaid." A quantidade total de ferro não está mudando - em vez disso, a capacidade de agarrá-lo muda, e isso acaba influenciando a taxa de crescimento. "