Em um esforço para reverter o declínio da saúde dos oceanos do mundo, a Organização das Nações Unidas (ONU) declarou 2021 a 2030 como a Década da Ciência dos Oceanos para o Desenvolvimento Sustentável. Um requisito fundamental para a iniciativa científica são os dados sobre as condições oceânicas globais existentes. Um importante tesouro de dados já está disponível graças à expedição Tara Oceans, um internacional, empresa interdisciplinar que arrecadou 35, 000 amostras de todos os oceanos do mundo entre 2009 e 2013. As amostras foram coletadas por pesquisadores a bordo de uma escuna, a Tara, em profundidades que variam da superfície a 1, 000 metros de profundidade.

Dois artigos sendo publicados em 14 de novembro na revista Célula são os últimos a usar amostras e dados coletados durante a expedição Tara Oceans para analisar a diversidade em todo o planeta do plâncton, organismos microscópicos que flutuam em correntes oceânicas que são essenciais para o bem-estar de nossos oceanos. Um estudo focou na diversidade do plâncton nos oceanos da Terra, enquanto o outro estudo avaliou a expressão gênica entre as comunidades microbianas como uma forma de prever como essas comunidades podem se adaptar às mudanças nas condições ambientais.

Diversidade de plâncton em diferentes latitudes

"Tudo no oceano está conectado, o que significa que tem potencial para se mover, "diz Chris Bowler, um cientista do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) no Institut de Biologie de l'Ecole Normale Superieure (IBENS) em Paris e um co-autor sênior do estudo do plâncton. "Isso torna importante reunir tudo em escala global. Fazer análises profundas também nos permite capturar os organismos raros da biosfera, além daqueles que são mais abundantes."

"Nosso estudo se concentrou no plâncton porque é um grande contribuinte para os ecossistemas marinhos em termos de biomassa, abundância, e diversidade, "diz a co-autora Lucie Zinger do IBENS." Todos os tipos de vida têm representantes no plâncton - bactérias, archaea, protistas, Animais e plantas, bem como vírus. Mas a grande maioria dessa diversidade é invisível a olho nu. "

O jornal relata que a grande maioria dos grupos planctônicos, de vírus gigantes a pequenos animais, seguem um gradiente de diversidade ao longo das latitudes, com o menor nível de diversidade mais próximo dos pólos. “A temperatura do oceano é a principal responsável por este padrão, "Zinger observa." O aquecimento dos oceanos devido à mudança climática provavelmente levará a uma 'tropicalização, 'ou aumentar, da diversidade do plâncton em águas temperadas e polares. As consequências disso ainda não são claras, mas sabemos que essas áreas geográficas são atualmente muito importantes para diferentes serviços ecossistêmicos, incluindo pesca e sequestro de carbono. "

Um aspecto inovador deste estudo foi que ele combinou técnicas de imagem e baseadas em DNA para avaliar a diversidade do plâncton. "Sabemos muito sobre como processar informações de sequências de DNA, "Bowler diz." Mas as imagens são muito mais complicadas. Observamos muitas morfologias e comportamentos diferentes desses organismos. Existem muitos novos organismos e novos tipos de interações entre eles ainda a serem descobertos. "

Compreendendo a atividade da vida microbiana em diferentes profundidades e geografias do oceano

O estudo do transcriptoma combinou dados metagenômicos e metatranscriptômicos, permitindo que a equipe analise quais genes estavam presentes, bem como quais genes foram ativados, em comunidades microbianas oceânicas em gradientes de profundidade e latitude. Estudos anteriores sobre a diversidade da vida microbiana marinha se concentraram principalmente em genomas. Este foi o primeiro a observar os transcriptomas em escala global.

"Observar os transcriptomas é importante para determinar não apenas quais micróbios estão presentes, mas o que esses micróbios estão realmente fazendo em relação a atividades como fotossíntese e absorção de nutrientes, "diz o autor sênior Shinichi Sunagawa do Instituto de Microbiologia e Instituto Suíço de Bioinformática da ETH Zurich." Um de nossos objetivos era saber se as comunidades microbianas se ajustavam às variações ambientais e de temperatura com mudanças em sua composição em relação umas às outras ou com mudanças em os padrões de expressão gênica dentro dessas comunidades. "

Os pesquisadores descobriram que, em termos taxonômicos, genômico, e composição transcriptômica, existem limites ecológicos distintos que separam as águas superficiais das águas profundas e as regiões polares das não polares. Eles esperavam ver algumas dessas mudanças - como diferenças nos níveis de organismos fotossintéticos em relação à profundidade da água. Mas algumas outras observações foram bastante inesperadas.

"Não esperávamos encontrar padrões biogeográficos para os mecanismos subjacentes da variação da composição metatranscriptômica. Especificamente, encontramos diferenças nas comunidades polares a serem dominadas por mudanças na composição do organismo, enquanto em águas não polares, as diferenças foram dominadas por mudanças na expressão dos genes, "Diz Sunagawa. Ele acrescenta que sua equipe também ficou surpresa ao encontrar evidências genômicas e transcriptômicas de uma bactéria fixadora de nitrogênio em águas profundas do Ártico.

"Cada gota de água do mar está cheia de micróbios, que desempenham um papel central em muitos processos relevantes para a vida na Terra, "ele observa." Compreender os fatores ecológicos que determinam a diversidade, composição, e a atividade desses organismos é essencial para melhor modelar e prever desvios futuros, especialmente à luz das mudanças climáticas. "

Uma limitação dos dados provenientes da expedição Tara Oceans é que as amostras foram coletadas durante um período de tempo relativamente curto, menos de quatro anos. Isso torna difícil observar quaisquer tendências mensuráveis ​​nos oceanos de hoje relacionadas às mudanças climáticas. Os pesquisadores dizem que estudos de longo prazo são necessários para explicar as mudanças em fatores como a acidificação, desoxigenação, e poluição.

Um apelo à ciência dos oceanos face às alterações climáticas

Os pesquisadores examinam as barreiras que têm impedido as mudanças na política de sustentabilidade dos oceanos até agora e sugerem estratégias para superar esses desafios em uma publicação Perspectiva publicada em 14 de novembro no novo Célula Jornal de imprensa Uma terra .

"Conforme revelado pelos lançamentos da avaliação global da Plataforma de Política Científica Intergovernamental sobre Biodiversidade e Serviços Ecossistêmicos e do Relatório Especial sobre o Oceano e a Criosfera do IPCC, ambos em 2019, há agora uma urgência de se engajar em caminhos sustentáveis, "diz o autor correspondente Joachim Claudet do CNRS. Ele acrescenta que as principais ameaças à sustentabilidade do oceano são a exploração excessiva de peixes, marisco, e outros organismos; poluição terrestre e marítima; e mudança de uso da terra / mar, incluindo o desenvolvimento costeiro para infraestrutura e aquicultura; e mudanças climáticas.

"Precisamos de ciência para desenvolver evidências que possam informar melhor as políticas para implementar soluções viáveis, bem como ações operacionais e transformadoras que podem impactar melhor as sociedades, de escalas locais a globais, "ele diz." As expedições de Tara têm valores múltiplos. Eles nos permitem coletar naturais locais, químico, e dados físicos in situ na escala do oceano. Esses dados podem alimentar tanto a pesquisa básica quanto a aplicada. Os programas de extensão de Tara também podem ser um impulsionador da mudança mais necessária na percepção de que o oceano é altamente valioso e vulnerável. "