Pesquisadores investigam como as diatomáceas de água doce permanecem na luz
Variabilidade climática, espacial e temporal nas amostras do Lago Erie. (A) Imagem de satélite MODIS (16 de março de 2014) representando uma grande quantidade de cobertura de gelo nos Grandes Lagos. Durante o inverno de 2014, o Lago Erie teve uma cobertura média anual de gelo de aproximadamente 80%. (B) Imagem de satélite MODIS (12 de fevereiro de 2023) mostrando a falta de cobertura de gelo nos Grandes Lagos. Plumas de sedimentos podem ser observadas em todo o Lago Erie (a coloração marrom clara na imagem de satélite). Durante o inverno de 2023, o Lago Erie teve uma cobertura média anual de gelo de aproximadamente 8%. Números adaptados de dados recuperados do NOAA Great Lakes CoastWatch Node (NOAA 2023). (C) Locais de amostra no Lago Erie visitados durante o inverno-primavera de 2019 e 2020. (D) As tendências históricas no Lago Erie significam a cobertura máxima anual de gelo (%). Os círculos abertos são anos que (até onde sabemos) não possuem dados de pesquisa planctônica publicados e revisados por pares. Os círculos pretos sólidos são anos que foram pesquisados anteriormente em estudos publicados anteriormente. Círculos azuis sólidos são anos amostrados neste estudo. Figura adaptada de dados recuperados do banco de dados NOAA GLERL (NOAA-GLERL). Crédito:Jornal ISME (2024). DOI:10.1093/ismejo/wrad015 O clima de primavera traz condições bem-vindas para que flores e plantas floresçam em toda a terra. A mistura certa de temperatura, umidade e luz ajuda a manter o mundo verde vibrante.
A vida vegetal subaquática geralmente responde a incentivos ambientais semelhantes, mas uma curiosa descoberta no Lago Erie, por volta de 2012, levou os microbiologistas a estudar uma exibição fora de época da abundância no inverno. Flores de diatomáceas – algas microscópicas e fotossintéticas – estavam vivas e bem abaixo (e dentro) da cobertura de gelo do lago.
"Algumas das principais formadoras de florescimento de diatomáceas no inverno e na primavera, como a Aulacoseira islandica, têm uma relação simbiótica com bactérias heterotróficas capazes de formar pequenos cristais de gelo, o que com o tempo faz com que os filamentos de diatomáceas se tornem flutuantes - tal como os cubos de gelo flutuam na sua bebida favorita. ", disse Brittany Zepernick, pesquisadora de pós-doutorado e bolsista emergente da SEC no Departamento de Microbiologia da UT.
Esses “cubos de gelo de diatomáceas” flutuam até a cobertura de gelo do Lago Erie e se fixam nela, colocando-os em posição de absorver a luz necessária para realizar a fotossíntese durante os meses de inverno. Foi uma boa notícia para as diatomáceas, que são um componente vital do ecossistema cumulativo em lagos e oceanos em todo o mundo.
Esta curiosa adaptação está ameaçada, no entanto, uma vez que o aquecimento das temperaturas globais levou ao declínio generalizado do gelo nos Grandes Lagos, deixando o Lago Erie num estado quase sem gelo em vários invernos recentes e deixando as diatomáceas presas em águas turvas e privadas de luz. Nessas novas “águas climaticamente desconhecidas”, as adaptações que beneficiaram essas diatomáceas de inverno por tanto tempo deixaram repentinamente de servi-las.
Então, o que uma diatomácea deve fazer? Zepernick e colegas recorreram às margens do Lago Erie para investigar a evolução da situação. Com a ajuda da Guarda Costeira dos EUA e do Canadá, eles coletaram amostras das águas de inverno cobertas de gelo (em 2019) e sem gelo (em 2020) do Lago Erie para aprender como as diatomáceas estavam respondendo às mudanças nas condições ambientais. Eles publicaram recentemente seu trabalho no The ISME Journal .
Dois géneros principais de diatomáceas dominam as flores de inverno:Aulacoseira islandica e Stephanodiscus spp.
"A abundância de Stephanodiscus spp. foi aproximadamente 70% menor na coluna de água sem gelo de 2020 em comparação com a coluna de água coberta de gelo de 2019", disse Zepernick. “Da mesma forma, a abundância de Aulacoseira islandica foi cerca de 50 por cento menor na coluna de água sem gelo em comparação com a coluna de água coberta de gelo.”
Brittany Zepernick. Crédito:Universidade do Tennessee, Knoxville
Com a cobertura de gelo nos Grandes Lagos em mínimos recordes – de cerca de 80% cobertos de gelo em 2018 e 2019 para apenas 8% cobertos em 2023 – os investigadores esperam que esta tendência continue nos invernos futuros.
O próximo passo é estudar como isso impacta o Lago Erie, que se junta aos outros Grandes Lagos Laurentianos dos EUA e do Canadá para conter cumulativamente aproximadamente 20% da água doce do globo.
"Apesar da importância crítica deste sistema, não sabíamos que as flores de diatomáceas se formavam nos meses de inverno e primavera até cerca de 2012", disse Zepernick. “Muitos pesquisadores se referiram à coluna de água no inverno como uma 'nova fronteira' ou uma 'caixa preta'. O que sabemos é que as diatomáceas são extremamente importantes para os ecossistemas lacustres regionais e para o clima global."
As diatomáceas representam cerca de 20% do sequestro global de carbono e da produção de oxigénio, desempenham um papel importante nos ciclos biogeoquímicos globais e representam um componente crítico do ecossistema aquático em sistemas de água doce.
"Assim, as mudanças em grande escala já em curso nas comunidades de diatomáceas de inverno-primavera no Lago Erie e em outros lagos ao redor do mundo resultarão em mudanças biológicas e biogeoquímicas em grande escala", disse Zepernick.
A luz no fim do túnel de gelo pode contar com o potencial de adaptação das diatomáceas. O trabalho recente de Zepernick indica que eles poderiam formar aglomerados com proteínas adesivas chamadas fasciclinas para "transportar" para a superfície das águas lamacentas através de "ondas subaquáticas" produzidas pelo vento, convecção e correntes subaquáticas.
Outra adaptação sugerida por Zepernick foi que as diatomáceas poderiam aumentar o uso de rodopinas bombeadoras de prótons (PPRs) - proteínas que coletam luz e contêm retina e que poderiam servir como uma alternativa à fotossíntese clássica. Atualmente, ela está tentando isolar diatomáceas de água doce de amostras do Lago Erie que possuem PPRs para criar um modelo de sistema PPR de diatomáceas de água doce para estudos adicionais. As suas descobertas podem oferecer pistas sobre o próximo movimento das diatomáceas num clima em rápida mudança.
“Os PPRs são um tema quente na literatura marinha, mas sabemos muito pouco sobre como estes mecanismos se aplicam aos sistemas e táxons de água doce”, disse ela. "Estou interessado em elucidar os benefícios que os PPRs podem conferir às diatomáceas de água doce e marinhas em uma variedade de estressores climáticos emergentes - e futuros."
