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Oceanografia microbiana: quantificação da contribuição de microrganismos para ciclos C e N (NanoSIMS)

Quantificar a contribuição de microrganismos marinhos para ciclos de carbono e nitrogênio e sua reação ao aquecimento previsto dos oceanos é um dos principais desafios da oceanografia microbiana. Os autores do presente estudo investigaram o efeito do aquecimento (4 °C acima do ambiente) em um ecossistema temperado nas atividades específicas da célula de heterotróficos marinhos* e células autotróficas* e a correspondente transferência de C e N entre células únicas. Amostras de água do mar foram incubadas “in situ” e a temperaturas mais elevadas na presença de substratos marcados com isótopos estáveis (gás 13CO2 para autótrofos e leucina 15N para heterótrofos). A NanoSIMS foi utilizada para quantificar a absorção de C e N por células de vida livre e consórcios de bactérias de fitoplâncton, definidas aqui como bactérias fisicamente conectadas ao fitoplâncton.

NanoSIMS isotope analysis: C and N uptake by marine microorganism

Acima: Comparação entre enriquecimento isotópico 13C e 15N para todas células microbianas analisadas, incubadas com bicarbonato 13C e leucina 15N (linhas tracejadas = abundância de isótopo natural). Cada ponto representa uma célula com enriquecimento obtido a partir da integração de pixels da região de interesse definida nas imagens da NanoSIMS. Imagens enriquecidas da NanoSIMS mostram heterótrofos (esquerda) e um autótrofo (direita, identificado pela seta) identificados.

Abaixo: Zoom em um consórcio de bactérias de fitoplâncton (= fisicamente conectadas) da incubação térmica.
(a) Correlação positiva entre as taxas de incorporação de 13C das células de fitoplâncton e das células bacterianas anexas a elas, (b) Correlação positiva similar entre as taxas de incorporação de 15N das bactérias e das células de fitoplâncton às quais estavam anexadas. Imagem: duas bactérias heterotróficas conectadas a uma célula de picofitoplâncton.

marine-microorganism-C-N-cycle

Resultados: A temperatura elevada aumentou a fixação total de C em mais de 50% e uma pequena, mas significativa, fração foi transferida para heterótrofos dentro de 12 horas. A anexação célula a célula dobrou a absorção secundária de C por bactérias heterotróficas e aumentou a absorção secundária de N por autótrofos em 68%. O aquecimento também aumentou a abundância de fitoplâncton com heterótrofos anexados em 80% e promoveu transferência de C do fitoplâncton para bactérias em 17% e transferência de N das bactérias para o fitoplâncton em 50%.

Os resultados do estudo indicam que a ANEXAÇÃO fitoplâncton-bactérias fornece uma VANTAGEM ECOLÓGICA para a incorporação de nutrientes, sugerindo uma RELAÇÃO MUTUALÍSTICA que parece ser REFORÇADA POR AUMENTOS DE TEMPERATURA.

Fonte: Elevated temperature increases carbon and nitrogen fluxes between phytoplankton and heterotrophic bacteria through physical attachment. Nestor Arandia-Gorostidi, Peter K Weber, Laura Alonso-Sáez, Xosé Anxelu G Morán e Xavier Mayali. The ISME Journal (2016), 1–10.

* Léxico básico:
- Autótrofo: organismo que produz compostos orgânicos complexos a partir de compostos inorgânicos e matéria mineral presente em seu entorno, geralmente usando a energia da luz (fotossíntese) ou reações químicas inorgânicas. Ex.: plantas, algas, cianobactérias, bactérias redutoras de enxofre...
- Heterótrofo: organismo que utiliza carbono orgânico para o crescimento e é incapaz de fixar carbono a partir de fontes inorgânicas (como dióxido de carbono). Ex: animais, fungos, bactérias…