Por décadas, os cientistas acreditaram que um importante grupo de bactérias oceânicas estava idealmente adaptado para viver em águas com muito pouca comida. Novas pesquisas sugerem que essa suposição pode estar incompleta. Esses micróbios parecem ser muito mais sensíveis às mudanças ambientais do que se pensava anteriormente.
As bactérias, chamadas SAR11, são as formas de vida mais abundantes nas águas superficiais do oceano ao redor do mundo. Em algumas regiões, elas representam até 40% de todas as células bacterianas marinhas. Sua dominância resulta da simplificação do genoma, uma estratégia evolutiva na qual os organismos eliminam genes para conservar energia em ambientes com poucos nutrientes.
Um estudo publicado na Nature Microbiology agora mostra que essa eficiência extrema também pode criar limitações sérias.
“O extraordinário sucesso evolutivo do SAR11 em se adaptar e dominar ambientes estáveis de baixo nutriente pode ter os deixado vulneráveis a oceanos que experimentam mais mudanças. Eles podem ter evoluído para uma espécie de armadilha,” diz Cameron Thrash, professor de ciências biológicas e ciências da Terra e autor correspondente do estudo.
Adaptação com uma Fraqueza Embutida
Para entender como o SAR11 responde ao estresse ambiental, os pesquisadores examinaram centenas de genomas de SAR11. Descobriram que muitas linhagens carecem de genes normalmente responsáveis pela regulação do ciclo celular, o sistema que controla a replicação do DNA e a divisão celular. Na maioria das bactérias, esses genes são essenciais para o crescimento e a sobrevivência normais.
Quando as condições ambientais mudam, a ausência dessa regulação parece causar grandes problemas. Os cientistas já haviam notado que as populações de SAR11 são sensíveis a mudanças em seu entorno. O que se destacou neste estudo foi a maneira incomum como as células reagiram sob estresse.
Em vez de desacelerar seu crescimento, muitas células do SAR11 continuaram copiando seu DNA, mas falharam em dividir.
“A replicação do DNA e a divisão celular se tornaram desacopladas. As células continuaram copiando seu DNA, mas não conseguiram se dividir corretamente, produzindo células com números anormais de cromossomos,” diz Chuankai Cheng, candidato a doutorado em ciências biológicas e autor principal do estudo. “A surpresa foi que surgiu uma assinatura celular clara e repetível.”
Por que o Fracasso Celular Reduz o Crescimento Populacional
Células com cromossomos extras geralmente crescem maiores do que o normal e eventualmente morrem. Mesmo quando os nutrientes estão prontamente disponíveis, essas falhas reduzem o crescimento populacional geral. Essa descoberta desafia a crença comum de que os micróbios sempre prosperarão quando a comida se tornar abundante.
Os resultados também lançam luz sobre um enigma de longa data na ecologia marinha. As populações de SAR11 frequentemente caem durante as fases posteriores dos blooms de fitoplâncton, um período marcado pelo aumento dos níveis de matéria orgânica na água.
“Sabíamos há muito tempo que esses organismos não são particularmente bem adaptados às fases finais dos blooms de fitoplâncton,” diz Thrash. “Agora temos uma explicação: as fases finais dos blooms estão associadas ao aumento de nova matéria orgânica dissolvida que pode perturbar esses organismos, tornando-os menos competitivos.”
Implicações para as Mudanças Climáticas e a Saúde dos Oceanos
O estudo traz importantes implicações para a compreensão de como os ecossistemas marinhos podem responder às mudanças climáticas. As bactérias SAR11 desempenham um papel central no ciclo do carbono oceânico, ajudando a regular como o carbono se move através das teias alimentares marinhas. Sua sensibilidade ao aquecimento e a entradas repentinas de nutrientes pode alterar o equilíbrio das comunidades microbianas à medida que as condições oceânicas se tornam menos estáveis.
“Este trabalho destaca uma nova forma de como a mudança ambiental pode afetar os ecossistemas marinhos, não apenas limitando recursos, mas perturbando a fisiologia interna de microorganismos dominantes,” disse Cheng. À medida que a estabilidade ambiental diminui, ele acrescentou, organismos com maior flexibilidade reguladora podem ganhar vantagem.
Os pesquisadores planejam focar em identificar os processos moleculares por trás dessas perturbações. Ganhar uma visão mais clara de como o SAR11 funciona é crucial, dada a ampla disseminação e influência dessas bactérias no oceano global.
Sobre o Estudo
Além de Cheng e Thrash, a equipe de pesquisa inclui Brittany Bennett, Pratixa Savalia, Hasti Asrari, Carmen Biel e Kate Evans da USC Dornsife, bem como Rui Tang da Universidade da Califórnia, San Diego.
O trabalho foi apoiado por um prêmio da Simons Foundation para Investigadores em Início de Carreira em Ecologia Microbiana Marinha e Evolução e um prêmio da Simons Foundation para Investigadores em Ecologia Microbiana Aquática.
