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Os invernos nos Grandes Lagos são rigorosos – tanto que os cientistas que lá trabalham se concentram frequentemente nos meses de verão, quando se pensava que os pequenos micróbios na base da cadeia alimentar eram mais produtivos.
No entanto, pesquisas emergentes estão mudando a nossa compreensão desses ecossistemas de inverno e iluminando um mundo vibrante de atividades invernais logo abaixo do gelo.
Os cientistas descobriram no início dos anos 2000 que comunidades de diatomáceas – pequenas algas fotossintetizantes – prosperavam na luz sob o gelo do lago varrido pelo vento. Mas acontece que isso era apenas parte da história.
À medida que o gelo invernal dos Grandes Lagos desaparece – atingiu mínimos recordes no inverno de 2023-24 – novas análises mostram que algumas diatomáceas parecem ter uma forma diferente de criar energia e sobreviver na água escura e turva e sem gelo até ao verão.
Steven Guilherme
Estes micróbios são cruciais para a saúde dos Grandes Lagos. Eles limpam a água de poluentes e são o primeiro passo na complexa rede alimentar que sustenta uma pesca que alimenta parte de uma economia regional. As mudanças aqui podem ter efeitos generalizados na ecologia dos lagos e efeitos económicos directos nas comunidades vizinhas.
Escorrendo do gelo
O interesse pela vida sob o gelo surgiu em 2007, quando uma equipe internacional de cientistas a bordo de um navio quebra-gelo da Guarda Costeira canadense notou algo incomum enquanto o navio atravessava o gelo do Lago Erie.
Quando o gelo quebrou, água marrom escura escorreu do lago. Estava repleto de diatomáceas.
Houve estudos esporádicos sobre os micróbios de inverno no passado, mas os limnologistas – cientistas que estudam lagos – não tinham as ferramentas para compreender completamente o comportamento dos micróbios até recentemente.
Steven Guilherme
Nos últimos cinco anos, o Joint Genome Institute do Departamento de Energia dos EUA apoiou um projeto de biologia molecular que sequenciou o RNA de todos os microrganismos a partir de amostras coletadas no Lago Erie para abordar como esses organismos sobreviveram aos meses de inverno e poderiam se adaptar, ou não. , para cenários climáticos futuros. Novas observações sobre como as diatomáceas podem estar a utilizar a luz estão agora a emergir deste esforço.
Usando proteínas comuns nos olhos dos animais
Normalmente pensamos nas diatomáceas como organismos que usam a luz solar para converter dióxido de carbono em material vivo por meio da fotossíntese. Eles são difundidos no verão nos Grandes Lagos, onde ajudam a alimentar a pesca esportiva e comercial multibilionária dos lagos.
Durante o inverno, as diatomáceas podem criar energia a partir da luz que é filtrada pelo gelo varrido pelo vento. No entanto, quando o gelo não está presente no inverno, as diatomáceas são misturadas na água do lago que pode, às vezes, ser melhor descrita como leite com chocolate. A luz penetra mal através desta água turva, e as diatomáceas recebem menos comprimentos de onda específicos de luz que impulsionam a fotossíntese.
Mosbo6 via Wikimedia, CC BY-SA
Bretanha Zepernick
Coletamos amostras no inverno de 2019-2020 para comparar como as comunidades de diatomáceas em águas abertas diferiam daquelas que vivem sob o gelo. Ficámos surpreendidos com o facto de, quando não havia gelo, algumas diatomáceas utilizarem uma forma diferente de aquisição de energia – impulsionada por um pigmento chamado rodopsina.
As rodopsinas são proteínas que respondem à luz e talvez sejam mais conhecidas como um componente-chave dos olhos dos animais. Nos sistemas marinhos, foi demonstrado em 2001 que estas proteínas estão envolvidas na geração de energia nas células bacterianas, produzindo especificamente trifosfato de adenosina, ou ATP. O ATP é um produto químico que os organismos utilizam como fonte de energia para muitos processos celulares, o que o levou a ser apelidado de “moeda molecular” das células vivas.
Parece agora que algumas diatomáceas do Lago Erie utilizam este mecanismo de geração de energia para aumentar a fotossíntese com limitação de luz nos meses de inverno sem gelo.
As diferenças nos dois processos podem ser importantes: a fotossíntese ajuda as células a fixar carbono para produzir nova biomassa, bem como energia celular na forma de ATP. Com as rodopsinas, embora o ATP seja produzido, não há fixação direta de carbono.
Isto significa que as células provavelmente podem persistir, mas não crescer nestas águas turvas. Mas em biologia, a sobrevivência é tudo: se os concorrentes de um organismo não sobreviverem a condições adversas, mas o organismo sobreviver, haverá mais nutrientes quando as condições melhorarem. Para este fim, as rodopsinas nestas diatomáceas parecem ser tanto um mecanismo de sobrevivência como uma oportunidade de persistir em condições de inverno escuras e sem gelo.
Observando a evolução da vida no lago à medida que o clima muda
À medida que avançamos para um clima mais quente e uma era sem gelo para o Lago Erie e outros lagos temperados do Norte, estes dados sugerem que, ao longo do tempo, as diatomáceas que prosperavam em lagos cobertos de gelo podem ser substituídas por diatomáceas com rodopsinas nos meses de inverno.
Laboratório de Pesquisa Ambiental dos Grandes Lagos da NOAA
As consequências desta mudança são potencialmente múltiplas: pequenas mudanças na base da cadeia alimentar podem afectar as pescas. Além disso, sabe-se que algumas diatomáceas produzem compostos tóxicos para a vida selvagem e os seres humanos.
Neste momento, temos apenas suposições sobre como as mudanças nas espécies de algas irão alterar a pesca, o turismo e a gestão dos recursos costeiros a longo prazo. A forma como as comunidades de algas mudam ao longo do tempo é uma resposta a muitos factores, e a luz é apenas um deles. Mas ter a oportunidade de observar esta mudança desde o início cria uma oportunidade única para compreender o efeito do aquecimento climático nos Grandes Lagos e em lagos semelhantes em todo o mundo.
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