Prochlorococcus é o organismo fotossintetizante mais prevalente nos mares, contribuindo com cerca de 5% da fotossíntese global. Os cientistas haviam imaginado que, por prosperarem em regiões tropicais, esses micróbios se adaptariam com facilidade às mudanças climáticas. No entanto, um estudo recente revelou que Prochlorococcus prefere temperaturas entre 19 e 30 graus Celsius e não tolera bem águas mais quentes. Modelos climáticos indicam que em um prazo de 75 anos, as temperaturas do oceano nas regiões subtropicais e tropicais poderão ultrapassar esse limite.

“Durante muito tempo, pensou-se que Prochlorococcus teria um desempenho excelente no futuro, mas nas áreas mais quentes, sua situação não é tão boa, o que significa menos carbono — menos alimento — para o restante da teia alimentar marinha,” afirmou François Ribalet, professor associado de oceanografia na Universidade de Washington e líder da pesquisa.

Os resultados do estudo foram publicados na revista Nature Microbiology no dia 8 de setembro.

Nos últimos 10 anos, Ribalet e sua equipe realizaram quase 100 expedições de pesquisa para analisar Prochlorococcus. Eles examinaram aproximadamente 800 bilhões de células do tamanho de Prochlorococcus ao redor de 240.000 quilômetros em todo o mundo para entender melhor seu estado e potencial de adaptação.

“Eu tinha perguntas bem simples,” disse Ribalet. “Eles se sentem bem quando a temperatura está alta? Ou se sentem mal?” Grande parte dos dados foi obtida de células cultivadas em laboratório, mas Ribalet queria avaliá-los em seu ambiente natural. Usando um citômetro de fluxo contínuo chamado SeaFlow, a equipe mediu o tipo e o tamanho das células através de um laser. Com isso, desenvolveram um modelo estatístico para monitorar o crescimento celular em tempo real, sem perturbar os micróbios.

Os resultados mostraram que a taxa de divisão celular varia de acordo com a latitude, possivelmente em razão da disponibilidade de nutrientes, luz solar ou temperatura. Após descartar nutrientes e luz, os pesquisadores focaram na temperatura. Prochlorococcus se multiplica de forma mais eficiente em águas com temperaturas entre 19 e 29 graus Celsius, mas acima de 30 graus, as taxas de divisão celular caem drasticamente, reduzindo para apenas um terço da taxa observada a 19 graus. A abundância celular seguiu a mesma tendência.

Nos oceanos, a mistura das águas ajuda a transportar a maioria dos nutrientes para a superfície, partindo das profundezas. Esse processo ocorre de maneira mais lenta em águas quentes, e as camadas superficiais nas regiões mais quentes do oceano são escassas em nutrientes. As cianobactérias são um dos poucos tipos de micróbios que conseguiram se adaptar a essas condições.

“No mar, nas regiões tropicais, a água possui uma cor azul vibrante porque há muito pouco conteúdo, exceto Prochlorococcus,” explicou Ribalet. Esses micróbios conseguem sobreviver nessas áreas pois exigem uma quantidade mínima de alimento, devido ao seu tamanho reduzido. Sua atividade sustenta a maior parte da cadeia alimentar marinha, desde pequenos herbívoros aquáticos até baleias.

Ao longo de milhões de anos, Prochlorococcus aperfeiçoou sua capacidade de sobreviver com poucos recursos, eliminando genes desnecessários e mantendo apenas o que era essencial para a vida em águas tropicais pouco nutritivas. Essa estratégia foi extremamente eficaz, mas agora, com o rápido aquecimento dos oceanos, Prochlorococcus enfrenta limitações impostas por seu genoma. Não tem como recuperar genes de resposta ao estresse que foram descartados há muito tempo.

“A temperatura máxima que eles conseguem suportar é muito mais baixa do que imaginávamos,” comentou Ribalet. Modelos anteriores presumiam que as células continuariam a se multiplicar em um ritmo que não conseguem sustentar, por não possuírem as adaptações celulares necessárias para lidar com o estresse térmico.

Prochlorococcus é uma das duas cianobactérias que dominam as águas tropicais e subtropicais, sendo Synechococcus a outra. Este último é maior e possui um genoma menos simplificado. Os pesquisadores descobriram que, embora Synechococcus consiga tolerar temperaturas mais elevadas, necessita de mais nutrientes para sobreviver. Se os números de Prochlorococcus diminuírem, Synechococcus poderá preencher a lacuna, mas não está claro qual seria o impacto disso na cadeia alimentar.

“Se Synechococcus se tornar predominante, não é garantido que outros organismos conseguirão interagir com ele da mesma forma que têm interagido com Prochlorococcus ao longo de milhões de anos,” alertou Ribalet.

As projeções climáticas estimam as temperaturas oceânicas com base nas tendências de emissão de gases de efeito estufa. Nesta pesquisa, os cientistas avaliaram como Prochlorococcus poderia se sair em cenários de aquecimento moderado e elevado. Nas regiões tropicais, um leve aumento de temperatura poderia reduzir a produtividade de Prochlorococcus em 17%, enquanto um aquecimento mais intenso poderia dizimá-lo em até 51%. Em termos globais, o cenário moderado resultou em uma queda de 10%, enquanto previsões de aquecimento mais acentuado resultariam em uma redução de 37% do Prochlorococcus.

“A gama geográfica deles se expandirá em direção aos polos, tanto ao norte quanto ao sul,” explicou Ribalet. “Eles não vão desaparecer, mas seu habitat vai mudar.” Esse deslocamento, acrescentou, pode ter implicações dramáticas para os ecossistemas subtropicais e tropicais.

No entanto, os pesquisadores reconhecem as limitações de seu estudo. Não conseguiram analisar cada célula ou amostrar todos os corpos d’água. As medições foram baseadas em amostras agrupadas, o que poderia ocultar a presença de cepas tolerantes ao calor.

“Esta é a explicação mais simples para os dados que temos até agora,” disse Ribalet. “Se surgirem novas evidências sobre cepas tolerantes ao calor, ficaremos felizes com essa descoberta. Isso traria esperança para esses organismos essenciais.”

Os co-autores do estudo incluem E. Virginia Armbrust, professora de oceanografia na UW; Stephanie Dutkiewicz, cientista sênior no Centro de Ciência e Estratégia para Sustentabilidade do MIT; e Erwan Monier, co-diretor do Centro de Pesquisa em Adaptação Climática e professor associado no Departamento de Recursos da Terra, Ar e Água da UC Davis.

Esta pesquisa foi financiada pela Simons Foundation e outros financiadores governamentais, fundacionais e industriais do Centro de Ciência e Estratégia para Sustentabilidade do MIT.