O novo estudo dos cientistas, publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), revela como uma colaboração entre algas e bactérias funciona como uma máquina limpa de nitrogênio da natureza, convertendo o nitrogênio do ar em alimento que nutre os ecossistemas fluviais, sem a necessidade de fertilizantes ou poluentes. Esta fábrica de nutrientes oculta aumenta as populações de insetos aquáticos, dos quais os jovens salmões dependem para seu crescimento e sobrevivência.

No centro da descoberta dos cientistas está uma espécie de diatomáceo — uma planta aquática unicelular com uma casca semelhante a vidro — chamada Epithemia. Essa diatomácea, de cor dourada e marrom, menor que um grão de sal de mesa e com aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano, desempenha um papel crucial na manutenção da produtividade dos rios. Dentro de cada diatomáceo, vivem parceiros bacterianos hospedados na célula, conhecidos como diazoplastos — pequenos compartimentos que fixam nitrogênio, transformando o ar em alimento para as plantas. A diatomácea Epithemia captura luz solar e produz açúcar, que o diazoplasto utiliza para converter nitrogênio atmosférico em uma forma nutritiva. Em troca, o diazoplasto fornece nitrogênio que ajuda a diatomácea a continuar o processo de fotossíntese.

“Essa é a versão da natureza de um encanamento de nutrientes limpos, desde a luz solar até os peixes, sem o escoamento que gera florescimento de algas nocivas,” afirmou Jane Marks, professora de biologia da Northern Arizona University e autora principal do estudo.

Até o final do verão, segundo Marks, filamentos da alga verde Cladophora estão adornados com Epithemia avermelhada ao longo do Eel River. Neste estágio, as duplas de algas e bactérias fornecem até 90% do novo nitrogênio que entra na rede alimentar do rio, proporcionando a energia necessária para os insetos herbívoros e sustentando os salmões de baixo para cima.

“Rios saudáveis não surgem por acaso — eles são mantidos por interações ecológicas, como essa parceria,” disse Mary Power, coautora do estudo e diretora acadêmica da Reserva Angelo Coast Range da UC Berkeley, onde a pesquisa de campo ocorreu. “Quando espécies nativas prosperam em teias alimentares saudáveis, os rios entregam água limpa, vida selvagem e um suporte essencial para comunidades de pesca e atividades ao ar livre.”

Utilizando imagens avançadas, a equipe de pesquisa observou os parceiros trocando os essenciais da vida em um loop perfeito: A diatomácea usava luz solar e dióxido de carbono para produzir açúcar e compartilhá-lo com a bactéria, que então usava esse açúcar para converter o nitrogênio do ar em alimento para as plantas. Esse nitrogênio ajudava a diatomácea a produzir ainda mais açúcar, porque as enzimas chave da fotossíntese requerem bastante nitrogênio.

“É como um acordo de mão dupla: Ambos os lados se beneficiam, e o rio inteiro prospera,” disse Mike Zampini, pesquisador de pós-doutorado na NAU e responsável pela rastreabilidade isotópica do estudo. “O resultado é um ciclo de energia e nutrientes incrivelmente eficiente.”

Essa parceria não é exclusiva do Eel River. Epithemia e equipes semelhantes de diatomáceas e diazoplastos habitam rios, lagos e oceanos ao redor do mundo, muitas vezes em locais onde o nitrogênio é escasso. Isso significa que elas podem estar silenciosamente aumentando a produtividade em muitos outros ecossistemas.

Além de seu papel na natureza, essa troca de nutrientes limpa e eficiente poderia inspirar novas tecnologias, como biocombustíveis mais eficazes, fertilizantes naturais que não poluem, ou até mesmo plantas cultivadas projetadas para produzir seu próprio nitrogênio, reduzindo os custos para os agricultores e minimizando os impactos ambientais.

Quando a natureza desenvolve soluções tão elegantes, disse Marks, isso nos lembra do que é possível quando pessoas, lugares e descobertas se encontram.

Outros pesquisadores envolvidos no estudo incluíram os professores da NAU Bruce Hungate e Egbert Schwartz, os colaboradores Michael Wulf e Victor Leshyk, e os alunos de pós-graduação Raina Fitzpatrick e Saeed Kariunga; o professor da Universidade do Alabama Steven Thomas e o estudante de graduação Augustine Sitati; e os pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore Ty Samo, Peter Weber, Christina Ramon e Jennifer Pett-Ridge. A pesquisa foi financiada em parte por uma bolsa do programa Rules of Life/Microbiome da National Science Foundation (#2125088). A pesquisa no Laboratório Nacional Lawrence Livermore foi realizada sob o Contrato DE-AC52-07NA27344 do Departamento de Energia dos EUA.