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Um grande evento de maré vermelha ocorreu nas águas do sul da Califórnia na primavera de 2020, resultando em exibições deslumbrantes de bioluminescência ao longo da costa. O espetáculo foi causado por densidades extremamente altas de Lingulodinium poliedra (L. poliedra), uma espécie de plâncton conhecida por sua capacidade de emitir um brilho azul neon. Embora a maré vermelha tenha chamado a atenção do público e tenha chegado às manchetes globais, o evento também foi uma proliferação de algas nocivas. No auge da floração foram detectadas toxinas que tinham o potencial de prejudicar a vida marinha, e os níveis de oxigénio dissolvido caíram para perto de zero à medida que a biomassa extrema da maré vermelha se decompunha. Esta falta de oxigénio levou à morte de peixes e a outros impactos destrutivos nos ecossistemas locais.
Agora, pela primeira vez, um estudo liderado por cientistas do Scripps Institution of Oceanography e da Jacobs School of Engineering da UC San Diego identificou como esta espécie de plâncton – um dinoflagelado – foi capaz de criar uma floração tão excepcionalmente densa. A resposta reside na notável capacidade dos dinoflagelados de nadar, o que lhes confere uma vantagem competitiva sobre outras espécies de fitoplâncton. Segundo os autores, essa capacidade de natação pode levar à formação de florações densas, inclusive da variedade bioluminescente.
“A ideia de que a natação vertical dá aos dinoflagelados uma vantagem competitiva remonta a mais de meio século, mas só agora temos a tecnologia para provar isso de forma conclusiva no campo”, disse o oceanógrafo Drew Lucas, autor sênior do artigo e associado. professor da Scripps Oceanography e do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da UC San Diego.
Lucas e o ex-aluno de pós-graduação Bofu Zheng lideraram o trabalho ao lado de vários colegas no meio do evento da maré vermelha em abril e maio de 2020. Os pesquisadores aproveitaram a oportunidade para implantar sofisticados instrumentos oceânicos na costa de San Diego, resultando em medições sem precedentes. O esforço foi possível com financiamento fornecido pelo Sistema de Observação dos Oceanos Costeiros do Sul da Califórnia (SCCOOS) por meio de um prêmio da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA). As descobertas da equipe foram publicadas na edição de 28 de agosto do Anais da Academia Nacional de Ciênciasapresentado como matéria de capa.
Os dinoflagelados – L. poliedra especificamente – demonstraram ser altamente móveis, nadando para cima durante o dia para fotossintetizar e para baixo à noite para acessar um reservatório profundo de nutrientes. Isto resultou na intensificação da coloração avermelhada da água na superfície, daí o termo “maré vermelha”, vista com maior destaque à tarde. Uma grande população de dinoflagelados foi documentada fazendo a viagem descendente à noite, embora uma porção permanecesse perto das águas superficiais, levando a exibições noturnas de bioluminescência. Os autores descobriram que esta migração vertical foi o que permitiu aos dinoflagelados superarem os seus concorrentes imóveis, incluindo outras espécies de fitoplâncton.
O estudo valida uma hipótese de 50 anos originalmente apresentada pelo oceanógrafo biológico da Scripps Oceanography, Richard “Dick” Eppley. Ele e seus colegas postularam que a migração vertical de dinoflagelados estava ligada à proliferação de algas nocivas, que foram documentadas no sul da Califórnia há pelo menos 120 anos. Extensas pesquisas de laboratório foram conduzidas para apoiar esta ideia, mas ela nunca havia sido testada em campo até o evento de 2020.
Como em muitas espécies de dinoflageladosL. poliedra é dotado de um par de flagelos – apêndices em forma de chicote que impulsionam o organismo unicelular através da água. Além de sua habilidade de nadar, L. poliedra é notavelmente rápido, com uma velocidade máxima de natação de até 10 comprimentos corporais por segundo durante quase 24 horas.
“No mundo do plâncton, eles são Michael Phelps”, disse Lucas, descrevendo os dinoflagelados. “Para efeito de comparação, a natação rápida em espécies como o atum rabilho ou o mako curto tem cerca de 9 a 10 comprimentos de corpo por segundo, mas apenas por períodos muito curtos. Sua natação excepcional permite L. poliedra mergulhar em profundezas frias onde possam absorver nutrientes, permitindo que esses organismos realmente floresçam e explodam em população.”
A equipe usou o Wirewalker – um sistema autônomo de perfil vertical movido pelas ondas do oceano que foi desenvolvido na Scripps Oceanography – para medir continuamente as condições físicas e bioquímicas da superfície do mar até o fundo do mar, atingindo uma profundidade de 100 metros (300 pés). ). Alimentado pela energia das ondas, o instrumento se move para cima e para baixo em um cabo de amarração preso a uma bóia, enquanto mede temperatura, salinidade, profundidade, níveis de luz solar, fluorescência de clorofila e concentrações de nitrato. Eles também capturaram imagens próximas à superfície da floração usando um Imaging FlowCytobot (IFCB), um microscópio robótico instalado em uma ancoragem offshore; este site agora faz parte de uma rede maior da IFCB supervisionada pela SCCOOS.
Os dados e imagens recolhidos por estes instrumentos validaram a hipótese original de Eppley, mostrando que de facto L. poliedra desceu ao anoitecer, atingindo uma profundidade máxima de cerca de 30-40 metros (100-130 pés) após 18 a 24 horas de natação. Enquanto estão nas profundezas, os dinoflagelados absorvem nitrato, que atua como nutriente de crescimento para o plâncton, antes de retornar à superfície por volta do meio-dia para fotossintetizar durante a luz solar máxima.
O crescimento da biomassa do fitoplâncton, ou “floração”, correlacionou-se com diminuições proporcionais nas concentrações de nitrato em profundidade, ligando o importante papel que o fitoplâncton nadador tem no desenvolvimento de certos tipos de marés vermelhas. Em dias nublados, a migração vertical subterrânea foi muito menos aparente, sugerindo que a intensidade da luz solar é um importante gatilho para a migração vertical.
O autor principal, Zheng, agora pesquisador de pós-doutorado na Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), ficou impressionado com as muitas funções avançadas dos dinoflagelados, que são comparáveis em tamanho ao diâmetro de um fio de cabelo humano.
“Esses organismos unicelulares, nomeadamente L. poliedra, são tão funcionalmente complexos e incríveis”, disse Zheng. “Além de sua velocidade de natação, que está muito além dos limites humanos, eles podem coordenar seu comportamento de acordo com o ciclo dia-noite, migrando à noite e voltando para o oceano superfície durante o dia; podem produzir bioluminescência espetacular; eles podem fotossintetizar; eles podem até atacar organismos menores que eles.”
Os pesquisadores também analisaram dados de monitoramento oceânico de longo prazo capturados pela California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI) e dados de amarração de longo prazo mantidos pelo Ocean Time-Series Group na Scripps Oceanography para ver outras consequências do florescimento. Analisando mais de 70 anos de dados climáticos, os resultados mostraram que a floração criou condições físicas e químicas na coluna de água que se desviaram da norma, mostrando o potencial de florescimentos massivos para alterar as características do oceano costeiro.
A coautora do estudo e diretora do SCCOOS, Clarissa Anderson, disse que esta pesquisa se destaca pelo uso de novas tecnologias oceânicas, que permitiram medições incomparáveis de como o fitoplâncton responde a mudanças em pequena escala no oceano costeiro, bem como cálculos de absorção de nutrientes pelos dinoflagelados. em escalas tão finas. Ela também observou a importância das observações de longo prazo como sendo fundamentais para quaisquer esforços futuros para compreender melhor a proliferação de algas nocivas.
“Quanto mais compreendermos os mecanismos complexos que permitem que uma determinada espécie ou população de plâncton prospere e persista, melhor poderemos prever eventos descontrolados como a maré vermelha de 2020, que durou muito mais tempo do que a teoria poderia ditar”, disse Anderson, que também é pesquisador. oceanógrafo biológico da Scripps Oceanography. “Com séries temporais mais longas de mudanças rápidas na entrega de nutrientes costeiros, circulação, regimes de luz e toxinas de algas, poderíamos construir modelos dinâmicos mais precisos para prever a proliferação de plâncton, incluindo aqueles que se tornam prejudiciais.”
Segundo os autores, relacionar o comportamento do fitoplâncton com as mudanças no ambiente costeiro pode ajudar os investigadores a compreender melhor as condições que causam e que surgem da proliferação de algas nocivas, auxiliando na previsão da proliferação e na mitigação dos seus efeitos.
Além de Lucas, Zheng e Anderson, o estudo foi coautor de Peter Franks, Tamara Schlosser, Uwe Send e Andrew Barton da Scripps Oceanography; Kristen Davis, da Universidade da Califórnia em Irvine; e Heidi Sosik da WHOI. O financiamento para o estudo foi fornecido pela SCCOOS através dos prêmios NOAA #NA21NOS0120088 e #NA16NOS0120022.
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