Heligoland é a única verdadeira ilha offshore da Alemanha, famosa por suas aves marinhas, focas e lojas duty-free em vez de algas microscópicas. Mas o que os cientistas do MPI estavam interessados era no destino da matéria orgânica assim que as algas morressem. Crédito:Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, Naomi Esken
As algas absorvem dióxido de carbono (CO 2 ) da atmosfera e transformar o carbono em biomassa enquanto libera o oxigênio de volta para a atmosfera. O rápido crescimento de algas durante o florescimento do fitoplâncton leva a uma transferência massiva de dióxido de carbono para a biomassa de algas. Mas o que acontece com o carbono a seguir?
"Assim que as algas morrem, o carbono é remineralizado por microorganismos que consomem sua biomassa. Assim, é devolvido à atmosfera como dióxido de carbono. Alternativamente, se as algas mortas afundam no fundo do mar, a matéria orgânica está enterrada no sedimento, potencialmente por muito tempo, "explica a primeira autora Karen Krüger do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha em Bremen." Os processos por trás da remineralização do carbono das algas ainda não são totalmente compreendidos. "
Assim, Krüger e seus colegas investigaram microorganismos durante a proliferação de algas na primavera no sul do Mar do Norte, na ilha de Heligoland. Eles examinaram especificamente o uso bacteriano de polissacarídeos - açúcares que constituem uma fração substancial da biomassa das algas. Junto com colegas do Instituto Max Planck, a University of Greifswald e o DOE Joint Genome Institute na Califórnia, Krüger realizou uma análise metagenômica direcionada do filo de bactérias Bacteroidetes, já que estes consomem muitos polissacarídeos. Em detalhe, os cientistas analisaram agrupamentos de genes chamados loci de utilização de polissacarídeos (PULs), que se verificou serem específicos para um substrato de polissacarídeo particular. Se uma bactéria contém um PUL específico, isso indica que ele se alimenta do açúcar de algas correspondente.
Baixa diversidade PUL
"Ao contrário do que esperávamos, a diversidade de PULs importantes era relativamente baixa, "diz Krüger. Apenas cinco classes principais de polissacarídeos estavam sendo regularmente visadas por várias espécies de bactérias, ou seja, beta-glucanos (como laminarina, o principal composto de armazenamento de diatomáceas), alfa-glucanos (como amido e glicogênio, também compostos de armazenamento de algas e bactérias), mananos e xilanos (normalmente componentes da parede celular de algas), e alginatos (principalmente conhecidos como material viscoso produzido por macroalgas marrons). Destes cinco substratos, apenas dois (alfa e beta-glucanos) constituem a maioria dos substratos disponíveis para as bactérias durante um florescimento do fitoplâncton. Isso implica que os substratos polissacarídicos mais importantes liberados pelas algas mortas são constituídos por um conjunto bastante pequeno de componentes básicos.
"Dado o que sabemos sobre a diversidade de espécies de algas e bactérias, e a enorme complexidade potencial de polissacarídeos, não foi nenhuma surpresa ver um espectro tão limitado de PULs, e em apenas um número relativamente pequeno de clados bacterianos, “O co-autor Ben Francis, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, resume em um comentário que o acompanha.“ Isso foi especialmente inesperado porque estudos anteriores sugeriram algo diferente. Uma análise de mais de 50 isolados bacterianos - ou seja, bactérias que podem ser cultivadas em laboratório - que nosso grupo de trabalho realizou na mesma região de amostragem revelou uma diversidade muito mais ampla de PULs, " ele adiciona.
Sucessão temporal de degradação de polissacarídeo
Durante o curso da proliferação de algas, os cientistas observaram um padrão distinto:nos estágios iniciais de floração, polissacarídeos menos e mais simples dominados, enquanto polissacarídeos mais complexos tornaram-se disponíveis à medida que o florescimento progredia. Isso pode ser causado por dois fatores, Francisco explica:"Primeiro, as bactérias, em geral, preferem substratos facilmente degradáveis, como glicanos de armazenamento simples, em vez de substratos bioquimicamente mais exigentes. Segundo, polissacarídeos mais complexos tornam-se cada vez mais disponíveis ao longo de um curso de flores, quando mais e mais algas morrerem. "
Este estudo fornece uma visão sem precedentes sobre a dinâmica de um florescimento de fitoplâncton e seus protagonistas. Uma compreensão fundamental da maior parte do fluxo de carbono mediado por glicano durante os eventos de floração do fitoplâncton está agora ao nosso alcance. "Próximo, queremos nos aprofundar nos processos subjacentes à dinâmica observada, "diz Krüger." Além disso, será interessante investigar a degradação de polissacarídeos em habitats com outras fontes de carbono, como os mares árticos ou os sedimentos. "