Os micróbios que fornecem fertilizante natural aos oceanos "fixando" o nitrogênio da atmosfera em uma forma utilizável por outros organismos foram considerados limitados às águas tropicais e subtropicais quentes. Agora, Contudo, pesquisadores documentaram a fixação de nitrogênio por um tipo incomum de cianobactéria nas águas frias dos mares de Bering e Chukchi.

"Isso vai contra todas as suposições dos livros sobre onde ocorre a fixação de nitrogênio. Todos os modelos matemáticos para a entrada de nitrogênio nos oceanos são limitados pela temperatura devido a esta suposição subjacente, "disse Jonathan Zehr, professor de ciências oceânicas da UC Santa Cruz e autor sênior de um artigo sobre as novas descobertas publicado na segunda-feira, 10 de dezembro no Anais da Academia Nacional de Ciências .

Katie Harding, um estudante de pós-graduação no laboratório de Zehr e primeiro autor do artigo, explicou que em muitas partes dos oceanos, a produtividade é limitada pela disponibilidade de nitrogênio. "A fixação de nitrogênio alimenta a cadeia alimentar em algumas áreas, por isso é importante entender quais são todas as fontes, " ela disse.

A fixação de nitrogênio que Harding descobriu no Ártico é realizada por um organismo chamado UCYN-A, que foi descoberto pela primeira vez pelo grupo de Zehr no oceano aberto perto do Havaí. Depois de encontrar evidências de DNA de um micróbio fixador de nitrogênio anteriormente desconhecido, O laboratório de Zehr acabou identificando-o como um tipo de cianobactéria estranhamente sem capacidade de fotossíntese. Finalmente, em 2012, eles descobriram que ele vive em estreita simbiose com um tipo de algas unicelulares. Nesta parceria mutuamente benéfica, O UCYN-A fornece nitrogênio fixo, enquanto a alga haptófita fornece carbono fixo por meio da fotossíntese.

Enquanto isso, Zehr e outros pesquisadores estavam encontrando o UCYN-A recém-descoberto em áreas cada vez mais extensas do oceano, primeiro nas águas costeiras e depois nas águas tão ao norte quanto o estreito dinamarquês. UCYN-A não pode ser cultivado em laboratório, mas pode ser identificado e isolado de amostras de água usando técnicas sofisticadas de classificação de células e sequenciamento de genes.

O novo estudo mostra não só que pode existir no Ártico, mas que é funcional e fixa o nitrogênio nas águas árticas com temperaturas abaixo de 4 graus Celsius (40 graus Farhrenheit). "Não são apenas células que flutuam para o Ártico nas correntes oceânicas. É ativo, e é o único fixador de nitrogênio cianobacteriano real no Ártico, "Zehr disse.

As cianobactérias (antes chamadas de algas azul-esverdeadas) são bactérias que podem fotossintetizar como as plantas, embora UCYN-A pareça ter perdido essa habilidade. Apenas algumas cianobactérias são capazes de fixar nitrogênio, incluindo Trichodesmium, que já foi considerada a principal fonte de fixação de nitrogênio no oceano aberto. Trichodesmium, Contudo, não cresce em águas mais frias do que 20 graus Celsius (68 graus Fahrenheit).

"É difícil medir as taxas de fixação de nitrogênio em amostras de água e dizer qual organismo faz quanto, mas eu suspeito que se você adicionar a fixação global de nitrogênio por UCYN-A, é uma fonte substancial e possivelmente a maior de nitrogênio no oceano, "Zehr disse.

Embora não tenha sido encontrado no Oceano Antártico ao redor da Antártica ainda, Zehr disse que provavelmente é o próximo lugar que ele irá procurar. Quando seus colaboradores no Instituto de Ciências Marinhas da Virgínia propuseram pela primeira vez olhar para o Ártico, ele estava hesitante. "Eu não esperava encontrar muita fixação de nitrogênio, muito menos cianobactérias fixadoras de nitrogênio. Isso só mostra, você não sabe até que você olhe, " ele disse.

"Uma das questões interessantes do ponto de vista biológico é como o UCYN-A pode tolerar uma gama tão ampla de temperaturas, especialmente quando a faixa de temperatura para Trichodesmium é tão estreita, "Harding disse.

Em um cruzeiro de pesquisa saindo de Nome, Alasca, em setembro de 2016, Harding e outros membros da equipe coletaram e processaram amostras de água para análise no laboratório. O processamento a bordo incluiu a incubação de amostras com nitrogênio-15 para que qualquer nitrogênio recém-fixado fosse marcado com o isótopo pesado. Isso permitiu aos pesquisadores medir as taxas de fixação de nitrogênio e mostrar que o UCYN-A estava fixando nitrogênio ativamente. De volta ao laboratório, eles usaram marcação fluorescente para identificar UCYN-A e uma técnica avançada de espectrometria de massa para detectar nitrogênio-15 nas células de UCYN-A e seu simbionte de algas.

As taxas de fixação de nitrogênio que mediram no Mar de Chukchi foram relativamente baixas, mas as taxas no Mar de Bering (a 10 graus Celsius) eram semelhantes às medidas em águas muito mais quentes. A fixação de nitrogênio por UCYN-A foi responsável por toda a fixação de nitrogênio medida no Mar de Bering, mas representou apenas uma fração do total no mar de Chukchi.

"As taxas no Ártico são muito baixas, então UCYN-A pode não ser muito importante lá agora. Mas se o aquecimento do Ártico continuar, se tornará cada vez mais importante como fonte de nitrogênio nos ecossistemas árticos, "Zehr disse.