À medida que as alterações climáticas empurram o calor para as camadas mais profundas da água oceânica, a comunidade científica tem-se preocupado em perturbar o delicado equilíbrio da vida oceânica. Mas um novo estudo sugere que um micróbio-chave das profundezas do mar – a bactéria nitrificante marinha Nitrosopumilus maritimus – pode ter-se adaptado silenciosamente a este ambiente mais quente e pobre em nutrientes.

Sob os efeitos combinados do aquecimento global e das frequentes ondas de calor marinho, o aquecimento já não se limita à superfície do oceano. A água do mar a uma profundidade de mil metros também está a aquecer, levantando preocupações sobre perturbações no ambiente químico e nos ecossistemas dos oceanos. No entanto, uma equipa de investigação da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e de outras instituições apontou que arqueas como Nitrosopumilus maritimus, que depende do ferro e vive da oxidação do amoníaco, parecem estar a ajustar as suas estratégias fisiológicas para se adaptarem às pressões duplas de temperaturas mais elevadas e menores fornecimentos de metal. Os investigadores acreditam que num oceano que continua a aquecer, é provável que desempenhem um papel cada vez mais importante na remodelação dos padrões de distribuição de nutrientes nos oceanos.

Resultados relevantes foram publicados recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Nitrosopumilus maritimus e seus microrganismos relacionados representam cerca de 30% do total do plâncton microbiano marinho e são amplamente considerados como atores-chave na manutenção do equilíbrio químico do oceano. Ao oxidar o amoníaco na água do mar, estas archaea estão envolvidas na conversão do azoto em diferentes formas químicas, afectando assim o crescimento de comunidades planctónicas microbianas inteiras, que são a base das cadeias alimentares marinhas e são críticas para a biodiversidade marinha.

Wei Qin, autor correspondente do estudo e professor de microbiologia na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, disse que, no passado, acreditava-se geralmente que a água do mar abaixo de 1.000 metros estava em grande parte "isolada" dos efeitos do aquecimento da superfície, mas agora está cada vez mais claro que o aquecimento do fundo do mar está mudando a forma como essas arqueias abundantes usam o ferro. O ferro é um elemento metálico do qual são altamente dependentes para os seus processos metabólicos, e esta mudança pode afectar ainda mais a disponibilidade de metais vestigiais no fundo do mar, com consequências para processos biogeoquímicos marinhos mais amplos.

Para estar o mais próximo possível do ambiente marinho real, a equipe de pesquisa conduziu uma série de experimentos de gradiente de temperatura e concentração de ferro em uma cultura pura de Nitrosopumilus maritimus sob condições experimentais estritamente controladas para contaminação por metais. Os resultados mostraram que quando o fornecimento de ferro era limitado, o aumento das temperaturas não só não enfraqueceu a capacidade de sobrevivência deste tipo de microrganismos, como também os levou a reduzir a sua procura de ferro e a melhorar a sua eficiência de utilização do ferro. Isto mostra que à medida que a água do mar aquece e o ferro disponível diminui, o Nitrosopumilus maritimus tem uma certa capacidade de "auto-regulação" e pode manter ou mesmo optimizar as actividades metabólicas num ambiente de águas profundas com mais recursos limitados.

Com base em experimentos, a equipe se uniu a Alessandro Tagliabue, especialista em modelagem biogeoquímica marinha da Universidade de Liverpool, para incorporar esses dados fisiológicos no modelo biogeoquímico oceânico global para simulações. Os resultados da simulação mostram que em vastas áreas marítimas limitadas por ferro, as comunidades de arqueas do fundo do mar podem não só não "recuar" sob futuros cenários de aquecimento, mas terão a capacidade de manter ou mesmo reforçar o seu papel no ciclo do azoto oceânico e no apoio à produção primária. Por outras palavras, em muitas áreas de águas profundas que eram originalmente consideradas frágeis, estas pequenas criaturas podem tornar-se uma “força adaptativa” que mantém as funções oceânicas.

Para testar se as descobertas laboratoriais também se aplicam a sistemas oceânicos reais, Qin Wei e David Hutchins, professor de biologia das mudanças globais na Universidade do Sul da Califórnia, irão co-liderar uma expedição científica offshore neste verão. Eles embarcarão no navio de pesquisa Sikuliaq, com partida de Seattle, passagem pelo Golfo do Alasca e, em seguida, navegarão até a área do giro subtropical, com parada em Honolulu, no Havaí. Vinte cientistas de diversas instituições realizarão observações e amostragem no local a bordo do navio, concentrando-se na avaliação de como as comunidades arqueológicas no ambiente natural respondem e se ajustam a diferentes combinações de temperatura e restrições de metal.

A equipa de investigação enfatizou que este trabalho não é apenas um exame da adaptabilidade de uma única espécie, mas também está relacionado com todo o ciclo do azoto oceânico, o ciclo dos metais vestigiais e a "resiliência" dos ecossistemas de águas profundas no contexto das alterações climáticas. Se microrganismos importantes como o Nitrosopumilus maritimus forem de facto capazes de aumentar a eficiência da utilização do ferro e permanecerem activos em ambientes mais quentes do mar profundo, então, em certa medida, poderão amortecer alguns dos desequilíbrios químicos causados ​​pelo aquecimento, ganhando tempo precioso para os ecossistemas marinhos se ajustarem. Mas os cientistas também lembram que isto não significa que os riscos trazidos pelas alterações climáticas possam ser ignorados. O controlo humano das emissões de gases com efeito de estufa ainda é o meio fundamental para proteger a saúde dos oceanos e dos ecossistemas globais.

Segundo relatos, a pesquisa foi financiada conjuntamente pela National Science Foundation, pela Simons Foundation, pela National Natural Science Foundation da China, pela Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e pela Universidade de Oklahoma. Um dos líderes do estudo, Qin Wei, também é afiliado ao Instituto Carl Wuth de Biologia Genômica. A equipa relevante afirmou que planeia realizar observações de longo prazo em mais áreas marítimas e em diferentes estações no futuro para esclarecer ainda mais o caminho evolutivo do papel das archaea de águas profundas no aquecimento do oceano.