Investigadores trazem algas pré-históricas de volta à vida
Após 7000 anos sem luz e sem ar na lama do Mar Báltico
Uma equipa de investigação liderada pelo Instituto Leibniz de Investigação do Mar Báltico de Warnemünde (IOW) conseguiu reavivar fases dormentes de uma alga que se afundou no fundo do Mar Báltico há quase 7000 anos. Apesar de milhares de anos de inatividade no sedimento sem luz e oxigénio, a espécie de diatomácea estudada recuperou toda a sua viabilidade. O estudo, que foi recentemente publicado na revista ISME, foi realizado no âmbito do projeto conjunto PHYTOARK, financiado pela Associação Leibniz e que visa compreender melhor o futuro do Mar Báltico através de investigações paleoecológicas do passado do Mar Báltico.
Muitos organismos, desde as bactérias aos mamíferos, podem entrar numa espécie de "modo de sono", conhecido como dormência, para sobreviver a períodos de condições ambientais desfavoráveis. Passam para um estado de atividade metabólica reduzida e formam frequentemente fases especiais permanentes com carapaças protectoras estáveis e reservas de energia armazenadas. O mesmo se aplica ao fitoplâncton, plantas microscópicas que vivem na água e fazem fotossíntese. As suas fases permanentes afundam-se no fundo das massas de água, onde são cobertas por sedimentos ao longo do tempo e preservadas na ausência de ar.
"Estes depósitos são como uma cápsula do tempo que contém informações valiosas sobre os ecossistemas do passado, com as suas biocenoses, o desenvolvimento das populações e as alterações genéticas", explica Sarah Bolius. A especialista em fitoplâncton do IOW é a primeira autora do estudo recentemente publicado no ISME Journal, no qual núcleos de sedimentos do Mar Báltico foram analisados especificamente para detetar a germinação de fases de vida do fitoplâncton do passado. Este procedimento tem o nome invulgar de "ecologia da ressurreição": fases dormentes que podem ser claramente atribuídas a períodos específicos da história do Mar Báltico devido à estratificação clara do sedimento do Mar Báltico devem ser revividas em condições favoráveis, caracterizadas genética e fisiologicamente e comparadas com as populações actuais de fitoplâncton", continua Bolius. Através da análise de outros componentes dos sedimentos, será também possível tirar conclusões sobre as condições passadas de salinidade, oxigénio e temperatura. "O nosso objetivo é compreender melhor a adaptação genética e funcional do fitoplâncton do Mar Báltico às alterações ambientais, combinando todas estas informações", afirma o investigador marinho, explicando a abordagem científica do estudo.
Genes antigos, funções estáveis
A equipa liderada por Sarah Bolius, que incluía peritos da IOW, bem como investigadores das Universidades de Rostock e Constança, examinou núcleos de sedimentos retirados de 240 metros de água na Eastern Gotland Deep durante uma expedição no navio de investigação Elisabeth Mann Borgese em 2021. Após o processamento de nove amostras no laboratório em condições favoráveis de nutrientes e luz, foi possível despertar algas viáveis da dormência e isolar estirpes individuais. Estas amostras provêm de diferentes camadas de sedimentos, que representam um período de tempo de cerca de 7000 anos e, por conseguinte, as fases climáticas mais importantes do Mar Báltico.
A espécie de diatomácea Skeletonema marinoi foi a única espécie de fitoplâncton a ser recuperada de todas as amostras. Está disseminada no mar Báltico e ocorre normalmente durante a floração da primavera. A amostra mais antiga com células viáveis desta espécie foi datada com uma idade de 6871 ± 140 anos. É espantoso o facto de as algas ressuscitadas não só terem sobrevivido "assim", mas aparentemente não terem perdido a sua "aptidão", ou seja, a sua capacidade biológica: Crescem, dividem-se e fazem fotossíntese como os seus descendentes modernos", sublinha Sarah Bolius. O mesmo se aplica às células da camada de sedimentos com cerca de 7000 anos, que se revelaram estáveis durante o cultivo, com uma taxa média de crescimento de cerca de 0,31 divisões celulares por dia - um valor comparável às taxas de crescimento das actuais estirpes de Skeletonema marinoi, diz Bolius. A medição do desempenho fotossintético também mostrou que mesmo os isolados de algas mais antigos ainda conseguem produzir oxigénio ativamente - com valores médios de 184 micromoles de oxigénio por miligrama de clorofila por hora. "Estes valores são também muito semelhantes aos dos representantes actuais desta espécie", afirma o especialista em algas.
Os investigadores também determinaram os perfis genéticos das algas revitalizadas utilizando a análise de microssatélites - um método em que certas secções curtas de ADN são comparadas. O resultado: as amostras de camadas de sedimentos de diferentes idades formaram grupos geneticamente distintos. Por um lado, este facto exclui a possibilidade de ter havido contaminação durante o cultivo das estirpes de camadas de sedimentos de diferentes idades. Por outro lado, isto prova que as populações sucessivas de Skeletonema marinoi no Mar Báltico mudaram geneticamente ao longo dos milénios.
A dormência como estratégia de sobrevivência - e como base para uma ferramenta de investigação interessante
O fenómeno de os organismos sobreviverem em estádios permanentes durante períodos de tempo muito longos e poderem, assim, recolonizar os habitats em condições adequadas é também conhecido de outros estudos - por exemplo, em sementes de plantas ou pequenos crustáceos, alguns dos quais permanecem viáveis durante vários séculos, ou mesmo milénios. No entanto, a revitalização bem sucedida de uma fase permanente após um período de tempo tão longo, como no caso do Skeletonema marinoi, quase não foi documentada até à data. Com cerca de 7000 anos, as minúsculas células desta diatomácea são dos organismos mais antigos a terem sido reanimados com sucesso a partir de uma fase permanente intacta. Não se conhecem casos mais antigos deste género em sedimentos aquáticos.
O facto de termos conseguido reativar com sucesso fases dauer de algas tão antigas a partir da dormência é um primeiro passo importante para o desenvolvimento da ferramenta "Ecologia da Ressurreição" no Mar Báltico. Isto significa que agora é possível realizar "experiências de salto no tempo" no laboratório em várias fases do desenvolvimento do Mar Báltico", diz Sarah Bolius. E assim, as estirpes de algas revitalizadas serão testadas em diferentes condições no futuro. "O nosso estudo também mostra que podemos rastrear diretamente as alterações genéticas ao longo de muitos milénios - e com células vivas em vez de apenas fósseis ou vestígios de ADN", resume a cientista. Outras análises genéticas das estirpes de algas reactivadas deverão ajudar a compreender melhor as causas destas alterações genéticas.
Compreender o futuro viajando para trás no tempo
O estudo atual foi realizado no âmbito do projeto conjunto PHYTOARK, financiado pela Associação Leibniz no âmbito da linha de financiamento "Cooperative Excellence" e coordenado no IOW por Anke Kremp, chefe do grupo de trabalho Phytoplankton Ecology. Estão envolvidas outras nove instituições de investigação da Alemanha, Finlândia, Suécia e EUA. O objetivo é utilizar os métodos mais recentes de investigação em paleoecologia e biodiversidade para recuar até 8000 anos e reconstruir as alterações no fitoplâncton do Mar Báltico causadas por flutuações climáticas naturais. Este olhar sobre o passado deverá ajudar a avaliar melhor os impactos futuros das alterações climáticas no Mar Báltico.
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