7 Minute
Prochlorococcus: un microb oceanic cu impact global
Prochlorococcus este o cianobacterie marină microscopică care joacă un rol disproporționat în biosfera Terrei. Deși microscopică, se estimează că trăiește în mai mult de 75% din apele luminate ale suprafeței planetei și contribuie cu aproximativ o treime din producția globală de oxigen oceanic prin fotosinteză. Abundența sa în oceanele deschise tropicale și subtropicale susține rețele trofice și ciclul carbonului în apele superficiale sărace în nutrienți.
O nouă analiză multi-anuală condusă de oceanograful François Ribalet de la Universitatea din Washington arată că creșterea temperaturilor marine ar putea reduce creșterea și productivitatea Prochlorococcus într-o măsură subestimată anterior. Studiul a combinat măsurători extinse la bordul navelor cu modele statistice de creștere pentru a evalua modul în care populațiile sălbatice ale acestui microb-cheie răspund la temperatură in situ.
Field methods and dataset: directly measuring wild microbes
Pentru a depăși estimările bazate pe laborator, cercetătorii au prelevat probe de Prochlorococcus în mediul său natural. Pe parcursul a 13 ani și 90 de expediții de cercetare au întâlnit și analizat aproximativ 800 de miliarde de celule de dimensiunea Prochlorococcus. Măsurătorile au fost realizate cu un citometru în flux instalat la bord, co-dezvoltat de Ribalet special pentru a detecta și măsura fitoplanctonul foarte mic precum Prochlorococcus, folosind detecție optică pe bază de laser. Instrumentul a permis cuantificarea minim invazivă a abundenței celulare și a unor indicatori ai diviziunii celulare pe intervale latitudinale largi.
Folosind aceste observații in situ, echipa a aplicat modele statistice consacrate pentru a estima ratele de creștere în funcție de temperatură și regiune. Rezultatele au evidențiat tipare latitudinale distincte în diviziunea celulară, care s-au corelat mai strâns cu temperatura suprafeței mării decât cu disponibilitatea luminii sau concentrațiile de nutrienți.
Key findings: a narrower thermal window than expected
Studiul a constatat că Prochlorococcus se descurcă cel mai bine într-un interval termic cald intermediar, între aproximativ 19 și 28 °C. Contrar presupunerilor anterioare conform cărora acest gen adaptat la căldură ar prospera în continuare odată cu încălzirea, cercetătorii au observat un declin accentuat al diviziunii celulare la temperaturi peste ~30 °C. La aceste temperaturi mai ridicate, ratele de diviziune au scăzut la aproximativ o treime din valorile înregistrate la limita inferioară a intervalului tolerat.
„Temperatura la care se epuizează este mult mai mică decât credeam”, a spus Ribalet, rezumând o sensibilitate neașteptată în apele tropicale cele mai fierbinți. Proiecțiile climatice indică faptul că multe ape superficiale tropicale și subtropicale ar putea depăși limita superioară optimă a Prochlorococcus în acest secol, în scenarii uzuale de încălzire.
Ecological and biogeochemical implications
Deoarece Prochlorococcus este atât de abundent și contribuie substanțial la producția primară, scăderile de productivitate ar diminua cantitatea de carbon și materie organică disponibilă pentru nivelurile trofice superioare. Autorii estimează că până la sfârșitul secolului productivitatea tropicală a Prochlorococcus ar putea scădea cu aproximativ 17% într-un scenariu de încălzire moderată și până la 51% într-o traiectorie severă de încălzire. La scară globală, s-au proiectat reduceri ale productivității de aproximativ 10% (moderată) până la 37% (severă).
O contracție a productivității este, de asemenea, legată de o redistribuție latitudinală: aria de răspândire a Prochlorococcus este preconizată să se deplaseze spre poli, extinzându-se către latitudini mai înalte, chiar dacă abundențele ecuatoriale scad.
Competitors and genomic constraints
Prochlorococcus a evoluat pentru a prospera în apele superficiale calde și sărace în nutrienți prin dimensiuni celulare mici și un genom eficient, care conservă funcțiile esențiale și elimină genele neesențiale. Deși reducerea genomică conferă eficiență în medii sărace în nutrienți, ea poate fi eliminat anumite gene antice de răspuns la stres. Acea minimalizare genomică ar putea diminua reziliența microbului la creșteri rapide ale temperaturii.
Această vulnerabilitate poate crea spațiu pentru alte cianobacterii, precum Synechococcus, care tolerează temperaturi mai ridicate, dar în general necesită mai mulți nutrienți. Dacă Synechococcus se extinde în nișele părăsite de Prochlorococcus, structura rețelelor microbiene și interacțiunile cu prădătorii și virusurile ar putea suferi schimbări imprevizibile. „Dacă Synechococcus preia locul, nu este garantat că celelalte organisme vor putea interacționa cu el în același mod în care au făcut-o cu Prochlorococcus timp de milioane de ani”, a observat Ribalet.
Limitations and uncertainties
Autorii subliniază limitările abordării lor. Citometria la bord și modelele statistice ar putea subdetecta tulpini rare, tolerante la căldură, de Prochlorococcus. Deși setul de date acoperă multe regiuni oceanice, mai multe zone tropicale importante nu au fost eșantionate. Cercetătorii prezintă concluziile ca fiind explicația cea mai simplă compatibilă cu datele actuale, recunoscând totodată că descoperirea unor genotipuri tolerante la căldură ar modifica proiecțiile și ar oferi reziliență potențială.
Expert Insight
Dr. Aisha Khan, o ecologă microbiană marină fictivă de la Scripps Institution of Oceanography, comentează: „Acest studiu aduce dovezi in situ esențiale care rafinează înțelegerea nișelor termice microbiene. Experimentele de laborator sunt necesare, dar măsurătorile de teren surprind răspunsurile comunităților în variabilitatea reală. Dacă productivitatea Prochlorococcus scade așa cum se proiectează, ar trebui să ne așteptăm la efecte în cascadă asupra căilor carbonului oceanic și asupra rețelelor trofice care depind de producătorii primari microbieni.”
Broader context and future prospects
Concluziile subliniază cum schimbările induse de climă pot avea efecte complexe și non‑liniare asupra speciilor fundamentale. Prochlorococcus nu este o populație uniformă, ci un ansamblu de ecotipuri cu toleranțe variate; monitorizarea genomică și ecologică continuă va fi esențială pentru detectarea unor răspunsuri adaptive sau a apariției unor tulpini tolerante la căldură. Progresele în eșantionarea autonomă, secvențierea de mare viteză și teledetecție vor îmbunătăți acoperirea spațială și temporală și vor reduce incertitudinile.
Menținerea și extinderea programelor de observații in situ, integrarea fiziologiei microbiene cu modelele climatice globale și urmărirea schimbărilor în compoziția comunităților vor fi pași necesari pentru a prevedea cum vor răspunde ecosistemele marine și ciclurile biogeochimice globale la încălzirea continuă a oceanelor.
Conclusion
Noi măsurători de teren indică faptul că Prochlorococcus, un microb fotosintetic cheie care contribuie la producerea a aproximativ o treime din oxigenul Terrei, poate fi mai sensibil la încălzirea oceanelor decât sugerau datele de laborator. Creșterea optimă a fost observată între 19 și 28 °C, cu scăderi marcate peste ~30 °C. Încălzirea preconizată ar putea reduce semnificativ productivitatea Prochlorococcus în oceanele tropicale și ar putea deplasa aria sa de răspândire spre poli, cu potențiale consecințe pentru rețelele trofice marine și ciclul carbonului. Deși rămân incertitudini și lacune—în special în ceea ce privește tulpinile rare tolerante la căldură—studiul evidențiază importanța observațiilor in situ pe termen lung pentru a informa proiecțiile răspunsului ecosistemelor oceanice la schimbările climatice.
Sursa: nature
Comentarii