O que a fisiologia do fitoplâncton tem a ver com o clima global

O fitoplâncton no oceano é fundamental para o ciclo global do carbono, pois realiza a fotossíntese, capturando e transportando carbono (C) para as profundezas do oceano. O crescimento do fitoplâncton depende não apenas do carbono, mas também do nitrogênio (N) e do fósforo (P), que são cruciais para o seu funcionamento celular. A estequiometria do fitoplâncton define as proporções relativas de diferentes elementos como C, N e P nesses organismos. Existem conexões importantes entre a estequiometria do fitoplâncton e o clima por meio de interdependências entre a bomba de carbono oceânica, o ciclo de nutrientes, a dinâmica da cadeia alimentar e as respostas a fatores relacionados ao clima, como o dióxido de carbono atmosférico (CO₂) concentração e temperatura.

Na década de 1930, o oceanógrafo americano Alfred C. Redfield fez uma descoberta importante: descobriu que as concentrações dos elementos C, N e P no fitoplâncton marinho seguem aproximadamente uma proporção fixa de aproximadamente 106:16:1 – a proporção agora nomeado em sua homenagem, a proporção de Redfield. Surpreendentemente, a investigação de Redfield também revelou que nas amostras de água do mar que recolheu, a concentração de nitrato, uma fonte primária de nutrientes de azoto, era, em média, 16 vezes superior à concentração de fosfato, uma fonte primária de nutrientes de fósforo. As proporções de nitrogênio para fósforo (N:P) tanto no fitoplâncton quanto na água do mar são notavelmente semelhantes, indicando uma forte conexão entre os reservatórios de nutrientes particulados (fitoplâncton) e dissolvidos (água do mar).

A questão de saber se a proporção N:P do reservatório dissolvido controla a proporção do material particulado, ou vice-versa, há muito tempo intriga a comunidade científica marinha. “É uma questão do ovo e da galinha”, diz o Dr. Chia-Te Chien, pesquisador da Unidade de Pesquisa de Modelagem Biogeoquímica do Centro GEOMAR Helmholtz para Pesquisa Oceânica em Kiel, que está investigando o papel da estequiometria variável do fitoplâncton no ambiente marinho. biogeoquímica. Juntamente com os seus colegas, ele realizou agora um estudo de modelagem que examina a relação entre as proporções de nitrogênio e fósforo na matéria inorgânica dissolvida e na matéria orgânica particulada na água do mar. O estudo, agora publicado na revista Avanços da Ciênciaenfatiza a importância das proporções variáveis ​​de C:N:P do fitoplâncton para regular as proporções de nutrientes oceânicos dissolvidos em escala global e destaca os níveis de oxigênio marinho como um regulador crítico no sistema terrestre.

Para investigar essas relações, os autores usaram um modelo computacional de fisiologia de algas acoplado a um modelo do sistema terrestre, em que o fitoplâncton otimiza dinamicamente suas proporções C:N:P em resposta a diversas condições ambientais. No modelo computacional, eles puderam alterar as características do fitoplâncton e observar como isso alterava as proporções de nitrogênio e fósforo na água.

Eles realizaram um conjunto de 400 simulações, que diferem nos conteúdos mínimos de nitrogênio e fósforo exigidos pelas algas para permanecerem vivas. Os resultados do modelo revelam mecanismos de feedback intrincados envolvendo mudanças no conteúdo de nitrogênio e fósforo do fitoplâncton, níveis de oxigênio oceânico, N₂ fixação por fitoplâncton fixador de nitrogênio e desnitrificação. Os resultados destes modelos desafiam a forte ligação comumente hipotética entre o fitoplâncton e as proporções de nutrientes da água do mar. Em vez de tentar descobrir as razões por detrás da semelhança nos rácios actualmente observados entre o fitoplâncton e a água do mar, os resultados destacam que estes rácios não são inerentemente semelhantes. Por outras palavras, a semelhança, tal como é observada hoje em dia, é um estado específico, e este estado pode estar sujeito a alterações, pelo menos numa escala de tempo que não é coberta pelas muitas décadas de observações oceânicas in situ.

Além disso, a análise destaca a influência potencialmente substancial das cotas de nitrogênio e fósforo de subsistência do fitoplâncton no CO atmosférico₂ níveis em escalas de tempo geológicas. Tradicionalmente, as variações estequiométricas do fitoplâncton e dentro do ecossistema marinho eram consideradas como tendo um impacto relativamente menor na biogeoquímica marinha e, consequentemente, no CO atmosférico.₂ níveis. Esta visão pode agora ser questionada, porque este estudo aponta para a importância potencial de um detalhe fisiológico para as condições climáticas do nosso planeta.

Os autores explicam a importância das descobertas: “Nossos resultados demonstram que a concentração de CO atmosférico₂ bem como a temperatura do oceano e do ar são notavelmente sensíveis às variações na estequiometria elementar induzidas por mudanças na fisiologia do fitoplâncton.” Compreender estas conexões poderia ajudar os cientistas a fazer previsões mais precisas sobre como os ecossistemas e o clima do nosso planeta evoluirão no futuro.