Dieta vegetariana de corais explica mistério antigo que remonta a Darwin

A investigação mostra que os corais cultivam e alimentam-se dos seus simbiontes fotossintéticos – algas microscópicas que vivem dentro das suas células. Esta dieta vegetariana permite que os corais aproveitem um grande conjunto de nutrientes que antes eram considerados indisponíveis para eles. Efetivamente, eles estão comendo algumas de suas algas simbiontes para obter a nutrição necessária para sobreviver.

O professor Jörg Wiedenmann, chefe do Laboratório de Recifes de Coral da Universidade de Southampton, que liderou o estudo, comenta: “A questão de por que os recifes de coral prosperam em partes dos oceanos que são pobres em nutrientes é conhecida como o Paradoxo dos Recifes de Coral de Darwin e inspirou a descoberta de vários processos importantes que podem ajudar a explicar este fenômeno. Podemos agora adicionar a peça que faltava no quebra-cabeça e ajudar a resolver o mistério de longa data.”

Ele continua: “Quando Charles Darwin zarpou no HMS Beagle, ele se considerava um geólogo e durante sua viagem pelos mares tropicais, rapidamente se interessou em saber onde e por que os recifes de coral são formados. Darwin previu corretamente como ocorreria a subsidência da crosta terrestre e o crescimento ascendente constante dos corais interage para formar vastas estruturas de recife. No entanto, os mecanismos biológicos por trás deste crescimento vigoroso permaneceram não estudados.”

Sobrevivendo juntos

Os corais rochosos são criaturas de corpo mole que podem parecer plantas para alguns, mas na verdade são animais. Estes organismos são constituídos por muitos pólipos individuais que vivem juntos como uma colónia e por esqueletos secretos de calcário que formam a estrutura tridimensional que conhecemos como “recifes”.

Os recifes de coral são importantes ecossistemas subaquáticos que beneficiam muitas comunidades humanas. Eles fornecem um lar e um local de alimentação para inúmeros organismos, sustentando cerca de 25% da biodiversidade oceânica global. Assim, fornecem alimentos e rendimentos a cerca de meio bilhão de pessoas na Terra.

Os animais corais dependem de uma “simbiose”, uma relação mutuamente benéfica com algas microscópicas que vivem dentro das suas células. As algas fotossintéticas produzem grandes quantidades de compostos ricos em carbono, como açúcares, que transferem para o coral hospedeiro para geração de energia.

As algas simbiontes também são muito eficientes na absorção de nutrientes inorgânicos dissolvidos da água do mar, como nitrato e fosfato. Mesmo em oceanos pobres em nutrientes, estes compostos podem ser encontrados em quantidades consideráveis ​​como produtos de excreção de organismos, como as esponjas, que vivem nas proximidades. Eles também podem ser transferidos para recifes pelas correntes oceânicas.

O que os cientistas descobriram

Em contraste com os seus simbiontes, o coral hospedeiro não pode absorver ou utilizar diretamente nutrientes inorgânicos dissolvidos e, até agora, não estava claro como é que estes nutrientes poderiam alimentar o crescimento dos corais. No entanto, o mecanismo pelo qual estes nutrientes essenciais de crescimento são transferidos para os animais de coral foi identificado por cientistas da Universidade de Southampton, trabalhando com uma equipa de colaboradores que inclui a Universidade de Lancaster no Reino Unido, a Universidade de Tel Aviv e a Universidade de Jerusalém em Israel. .

Suas descobertas são publicadas na revista Natureza.

Ao realizar uma série de experimentos de longo prazo no Laboratório de Recifes de Coral da Universidade de Southampton, os cientistas demonstraram que os corais realmente digerem parte de sua população de simbiontes para acessar o nitrogênio e o fósforo que os simbiontes absorvem da água. Onde há nutrientes inorgânicos dissolvidos suficientes na água, este mecanismo permite que os corais cresçam rapidamente, mesmo que não recebam qualquer alimento adicional. Os resultados do trabalho de campo em atóis remotos de recifes de coral no Oceano Índico apoiam as descobertas do laboratório, demonstrando que este mecanismo estimula o crescimento de corais na natureza ao nível do ecossistema.

A Dra. Cecilia D’Angelo, Professora Associada de Biologia Coral em Southampton e uma das principais autoras, comenta: “Ao longo dos muitos anos durante os quais propagamos corais simbióticos em nosso sistema de aquário experimental, observamos que eles cresceram muito bem, mesmo quando eles não foram alimentados. O estado atual do conhecimento não podia explicar como os nutrientes eram trocados entre os dois parceiros da simbiose, então percebemos que estava faltando uma grande parte do quadro e começamos a analisar o processo sistematicamente.”

Loreto Mardones-Velozo, pesquisador do Laboratório de Recifes de Coral que conduziu experimentos importantes, acrescenta: “Seria de se esperar que os animais morressem ou parassem de crescer se não comessem. em água com níveis elevados de nutrientes inorgânicos dissolvidos.”

A ciência por trás das descobertas

Os pesquisadores usaram um composto químico especificamente rotulado para rastrear o movimento do nutriente essencial nitrogênio entre os parceiros da simbiose. O nitrogênio na forma química usada nos experimentos só pode ser integrado em suas células pelos simbiontes, mas não pelo coral hospedeiro.

Bastian Hambach, gerente do Laboratório de Espectrometria de Massa de Isótopos Estáveis ​​da Universidade de Southampton, explica: “Usamos marcação isotópica para ‘aumentar’ os nutrientes fornecidos aos corais com átomos de nitrogênio que eram mais pesados ​​que o normal. Esses isótopos nos permitiram rastrear o uso dos nutrientes pelos corais usando métodos de detecção ultrassensíveis.”

O professor Paul Wilson, paleoceanógrafo da Universidade de Southampton, expande: “Com esta técnica, poderíamos demonstrar inequivocamente que os átomos de nitrogênio que sustentaram o crescimento do tecido coral foram derivados dos nutrientes inorgânicos dissolvidos que foram alimentados aos seus simbiontes no experimento. “

O professor Jörg Wiedenmann, da Universidade de Southampton, acrescenta: “Usamos 10 espécies diferentes de corais para quantificar como a população simbionte cresceu junto com seus hospedeiros. Usando modelos matemáticos do crescimento simbionte, pudemos mostrar que os corais digerem o excesso de seu simbionte. população para colher nutrientes para o seu crescimento. Nossos dados sugerem que a maioria dos corais simbióticos podem complementar sua nutrição através de uma ‘dieta vegetariana’.”

Os cientistas também analisaram corais que crescem em torno de ilhas no Oceano Índico, alguns com aves marinhas e outros sem, para mostrar que os corais têm potencial para cultivar e alimentar-se dos seus simbiontes na natureza.

O professor Nick Graham, ecologista marinho da Universidade de Lancaster, explica: “Os recifes em torno de algumas destas ilhas são abastecidos com quantidades substanciais de nutrientes provenientes do ‘guano’, os excrementos das aves marinhas que nidificam nas ilhas. as colônias foram dizimadas por ratos invasores. Conseqüentemente, os recifes associados recebem menos nutrientes. Medimos o crescimento de colônias de corais staghorn ao redor de ilhas com e sem populações densas de aves marinhas e descobrimos que o crescimento foi duas vezes mais rápido em recifes que foram abastecidos com aves marinhas nutrientes.

“Calculamos que cerca de metade das moléculas de nitrogênio no tecido dos animais de coral das ilhas com aves marinhas podem ser rastreadas até a absorção pelos simbiontes e a subsequente translocação para o hospedeiro”.

GAquecimento lobal e o futuro

O enriquecimento excessivo de nutrientes, muitas vezes causado por atividades humanas, pode danificar os corais e representa uma ameaça crescente em muitos recifes. No entanto, alguns recifes de coral poderão receber menos nutrientes no futuro, uma vez que o aquecimento global poderá isolá-los de algumas das suas rotas naturais de abastecimento.

D’Angelo, da Universidade de Southampton, explica: “O aquecimento das águas superficiais tem menos probabilidade de receber nutrientes de camadas de água mais profundas. A produtividade reduzida da água pode resultar em menos nutrientes para os simbiontes e, por sua vez, menos alimentos para os animais corais.”

As novas descobertas dos cientistas sugerem que, embora os animais de coral possam suportar breves períodos de fome alimentando-se dos seus simbiontes, alguns recifes de coral podem estar em risco de morrer de fome em resposta ao esgotamento mais prolongado de nutrientes provocado pelo aquecimento global em algumas áreas.