Estudo mostra impacto de mudanças climáticas sobre o microbioma marinho
São Carlos
Pesquisadores da UFSCar compõem equipe internacional que estuda o Oceano Atlântico
Mais de 20 mil tipos de microrganismos marinhos, identificados em milhares de amostras de água coletadas ao redor do mundo, relacionados entre si por quase 90 mil interações: essas informações acabam de ser organizadas por cientistas de seis países, incluindo o Brasil, em um complexo modelo capaz de prever impactos das mudanças climáticas sobre comunidades de plâncton marinho - vírus, bactérias, algas e outros grupos que formam a base da cadeia alimentar nos oceanos. Dentre outros resultados, o trabalho indicou alterações especialmente importantes nos biomas oceânicos localizados nas regiões polares, com possíveis consequências que vão de menor capacidade de absorver gases causadores de efeito estufa à diminuição dos estoques pesqueiros.
O trabalho, concretizado na plataforma chamada de Global Ocean Plankton Interactome (GPI), acaba de ser publicado no periódico Science Advances, em artigo intitulado "Environmental vulnerability of the global ocean epipelagic plankton community interactome". Entre os autores estão dois pesquisadores atuantes no Brasil, o docente do Departamento de Hidrobiologia da UFSCar Hugo Sarmento e seu orientando no doutorado Pedro Junger, estudante no Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Recursos Naturais (PPGERN).
A vida microscópica nos oceanos é tão ou mais importante para o ciclo do carbono e outros processos biogeoquímicos que a Amazônia e outras florestas tropicais, mas muito menos conhecida. Em 2015, uma edição especial da revista Science estampou na capa a manchete "Um mundo de plâncton" para anunciar um conjunto de artigos que, de forma inédita, mapeavam a diversidade do chamado microbioma do oceano. Os artigos foram produzidos a partir de amostras coletadas, entre 2009 e 2013, em mais de 200 pontos em todos os oceanos do mundo, pelo veleiro de pesquisa Tara, que acaba de chegar ao Brasil para uma nova missão, agora focada no Atlântico Sul.
Restava, no entanto, o desafio de mapear como esses microrganismos se organizam em uma complexa rede de interações entre eles e com o ambiente, tarefa agora completada pela combinação entre modelos ecológicos e climáticos, a partir dos dados coletados na expedição Tara-Oceans. "Nós tínhamos a lista de espécies e abundâncias, mas elas são muito dependentes uma das outras e formam verdadeiros consórcios microbianos. Essas interações potenciais, inclusive, são muito mais numerosas do que nós imaginávamos, e a imensa maioria não está descrita na literatura científica", conta Sarmento.
Construção do interatoma
A coleta das amostras é só o ponto de partida para a construção do interatoma, como é chamada a rede de interações. Como estamos falando de organismos invisíveis a olho nu, sua identificação é feita através do sequenciamento genético (DNA). Aí começa o desenho da rede: cada unidade taxonômica operacional (UTO) - algo similar às espécies com as quais estamos familiarizados no mundo macroscópico - é um nó, e o GPI tem 20.810. Análises estatísticas apoiam a identificação das interações entre essas milhares de UTOs nas diferentes regiões do oceano. As interações, na rede, são as conexões que ligam os nós, em um total de 86.026 interações bióticas potenciais identificadas pelos cientistas.
Sarmento explica que se trata, fundamentalmente, do estabelecimento, com o apoio de ferramentas computacionais, de uma rede de coocorrência e covariância. O pesquisador lembra que as interações entre organismos podem ser positivas, como a simbiose ou o mutualismo, ou negativas, como a predação ou o parasitismo. Assim, os dados de ocorrência e abundância de cada espécie em diferentes regiões foram comparados aos de todas as outras, par a par, com os resultados permitindo inferir relações potenciais entre elas. "Quando havia correlação muito forte entre as abundâncias de duas espécies em diversos locais ou, ao contrário, a abundância de uma combinada à escassez de outra, este era um sinal para aprofundamento das análises", conta o docente da UFSCar. "A partir da aplicação de uma série de ferramentas estatísticas e, também, da volta à observação de amostras no microscópio, em alguns casos, pudemos inferir as interações existentes, muitas delas desconhecidas até então", complementa.
As análises também envolveram a identificação de espécies ou linhagens centrais em cada bioma marinho, cuja eliminação teria maior impacto na estrutura e no funcionamento da comunidade. A partir daí, combinando o modelo ecológico a modelos climáticos que preveem as alterações na temperatura e outras variáveis - salinidade, pH e concentração de nutrientes - nas próximas décadas, foi possível simular perturbações e suas consequências. Como se conhece, por exemplo, a faixa de temperatura suportada pelas diferentes espécies e, muito especialmente, por aquelas que são centrais na manutenção da comunidade, essas simulações mostram o que deve acontecer com o conjunto de microrganismos e as interações entre eles a partir de uma determinada temperatura. Assim, é possível determinar a vulnerabilidade do oceano às mudanças climáticas.
Dentre as várias conclusões e hipóteses levantadas pelo estudo, um destaque é a constatação de que os diferentes biomas estudados - tropicais, temperados e polares - apresentam redes de interações específicas e, assim, também diferentes tipos e níveis de vulnerabilidade às alterações ambientais. Muito especialmente, chamou a atenção dos pesquisadores a estrutura e o funcionamento dessas comunidades na região polar, com rede de interações bastante diferente das encontradas nas demais localidades. "Na região polar, encontramos menor diversidade mas redes de interação mais estáveis e mais conectadas, e ao mesmo tempo mais vulneráveis ao aumento da temperatura", relata Sarmento. "Como o aquecimento global não é distribuído de forma homogênea pelo Planeta, com maiores aumentos de temperatura justamente nos polos, podemos antecipar grandes mudanças no funcionamento dessas comunidades, com consequências importantes para o equilíbrio do sistema", alerta o pesquisador.
Dentre as consequências elencadas está a menor capacidade do oceano funcionar como sumidouro de carbono, ou seja, capturar e reter o carbono da atmosfera. Hoje, os oceanos absorvem cerca de um quarto de gases de efeito estufa emitidos para a atmosfera por ações antrópicas (como pela queima de combustíveis fósseis), e a diminuição dessa capacidade interferirá na regulação do clima, agravando ainda mais a situação. Outro impacto esperado é a alteração na produção de biomassa de plâncton, que é base da cadeia alimentar marinha, com consequentes mudanças na distribuição e nas quantidades de estoques pesqueiros.
AtlantECO
O estudo do microbioma oceânico é um dos três pilares de pesquisa do AtlantECO, projeto que reúne pesquisadores de 13 países da Europa, Brasil e África do Sul com o objetivo de desenvolver recursos para melhor compreensão e gestão do Oceano Atlântico, com engajamento também de atores da indústria e gestores públicos, bem como de cidadãos em geral. O financiamento é da União Europeia e, além do microbioma, o projeto tem como pilares de pesquisa a questão do plástico nos oceanos e a conectividade na paisagem oceânica.
Hugo Sarmento é um dos líderes do grupo de trabalho em estrutura e funções do ecossistema marinho do AtlantECO e responsável pelas campanhas oceanográficas e outras atividades no Atlântico Sul. Dentre estas está a passagem pelo Brasil do veleiro Tara, em sua missão Microbiomas.
O Tara é vinculado à Fundação Tara Ocean, sediada na França, de onde o veleiro partiu em dezembro de 2020, na missão que envolve 42 instituições e percorrerá, nos próximos dois anos, cerca de 70 mil quilômetros no Atlântico Sul, com em torno de 20 escalas nas costas da América do Sul e da África e chegando até a Antárctica. A primeira escala da fase brasileira da missão será em Belém, a partir de 19 de setembro, com paradas seguintes em Salvador, em outubro, e no Rio de Janeiro e em Florianópolis em novembro. Além de Hugo Sarmento, embarcam no veleiro também, da UFSCar, Pedro Junger, que é bolsista da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e Maria Paula Huber, pesquisadora de pós-doutorado com bolsa AtlantECO. Os três integram a equipe do Laboratório de Biodiversidade e Processos Microbianos da UFSCar (LMPB).
Sarmento explica que essa nova missão do Tara tem foco na coleta de amostras no Atlântico Sul, cujos dados já existentes são escassos em comparação com outras regiões oceânicas. Com mais pontos de coleta e, consequentemente, mais detalhes das comunidades existentes nessa região, será possível incrementar as redes no GPI e, assim, chegar a previsões mais precisas e em escalas mais detalhadas.
O trabalho, concretizado na plataforma chamada de Global Ocean Plankton Interactome (GPI), acaba de ser publicado no periódico Science Advances, em artigo intitulado "Environmental vulnerability of the global ocean epipelagic plankton community interactome". Entre os autores estão dois pesquisadores atuantes no Brasil, o docente do Departamento de Hidrobiologia da UFSCar Hugo Sarmento e seu orientando no doutorado Pedro Junger, estudante no Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Recursos Naturais (PPGERN).
A vida microscópica nos oceanos é tão ou mais importante para o ciclo do carbono e outros processos biogeoquímicos que a Amazônia e outras florestas tropicais, mas muito menos conhecida. Em 2015, uma edição especial da revista Science estampou na capa a manchete "Um mundo de plâncton" para anunciar um conjunto de artigos que, de forma inédita, mapeavam a diversidade do chamado microbioma do oceano. Os artigos foram produzidos a partir de amostras coletadas, entre 2009 e 2013, em mais de 200 pontos em todos os oceanos do mundo, pelo veleiro de pesquisa Tara, que acaba de chegar ao Brasil para uma nova missão, agora focada no Atlântico Sul.
Restava, no entanto, o desafio de mapear como esses microrganismos se organizam em uma complexa rede de interações entre eles e com o ambiente, tarefa agora completada pela combinação entre modelos ecológicos e climáticos, a partir dos dados coletados na expedição Tara-Oceans. "Nós tínhamos a lista de espécies e abundâncias, mas elas são muito dependentes uma das outras e formam verdadeiros consórcios microbianos. Essas interações potenciais, inclusive, são muito mais numerosas do que nós imaginávamos, e a imensa maioria não está descrita na literatura científica", conta Sarmento.
Construção do interatoma
A coleta das amostras é só o ponto de partida para a construção do interatoma, como é chamada a rede de interações. Como estamos falando de organismos invisíveis a olho nu, sua identificação é feita através do sequenciamento genético (DNA). Aí começa o desenho da rede: cada unidade taxonômica operacional (UTO) - algo similar às espécies com as quais estamos familiarizados no mundo macroscópico - é um nó, e o GPI tem 20.810. Análises estatísticas apoiam a identificação das interações entre essas milhares de UTOs nas diferentes regiões do oceano. As interações, na rede, são as conexões que ligam os nós, em um total de 86.026 interações bióticas potenciais identificadas pelos cientistas.
Sarmento explica que se trata, fundamentalmente, do estabelecimento, com o apoio de ferramentas computacionais, de uma rede de coocorrência e covariância. O pesquisador lembra que as interações entre organismos podem ser positivas, como a simbiose ou o mutualismo, ou negativas, como a predação ou o parasitismo. Assim, os dados de ocorrência e abundância de cada espécie em diferentes regiões foram comparados aos de todas as outras, par a par, com os resultados permitindo inferir relações potenciais entre elas. "Quando havia correlação muito forte entre as abundâncias de duas espécies em diversos locais ou, ao contrário, a abundância de uma combinada à escassez de outra, este era um sinal para aprofundamento das análises", conta o docente da UFSCar. "A partir da aplicação de uma série de ferramentas estatísticas e, também, da volta à observação de amostras no microscópio, em alguns casos, pudemos inferir as interações existentes, muitas delas desconhecidas até então", complementa.
As análises também envolveram a identificação de espécies ou linhagens centrais em cada bioma marinho, cuja eliminação teria maior impacto na estrutura e no funcionamento da comunidade. A partir daí, combinando o modelo ecológico a modelos climáticos que preveem as alterações na temperatura e outras variáveis - salinidade, pH e concentração de nutrientes - nas próximas décadas, foi possível simular perturbações e suas consequências. Como se conhece, por exemplo, a faixa de temperatura suportada pelas diferentes espécies e, muito especialmente, por aquelas que são centrais na manutenção da comunidade, essas simulações mostram o que deve acontecer com o conjunto de microrganismos e as interações entre eles a partir de uma determinada temperatura. Assim, é possível determinar a vulnerabilidade do oceano às mudanças climáticas.
Dentre as várias conclusões e hipóteses levantadas pelo estudo, um destaque é a constatação de que os diferentes biomas estudados - tropicais, temperados e polares - apresentam redes de interações específicas e, assim, também diferentes tipos e níveis de vulnerabilidade às alterações ambientais. Muito especialmente, chamou a atenção dos pesquisadores a estrutura e o funcionamento dessas comunidades na região polar, com rede de interações bastante diferente das encontradas nas demais localidades. "Na região polar, encontramos menor diversidade mas redes de interação mais estáveis e mais conectadas, e ao mesmo tempo mais vulneráveis ao aumento da temperatura", relata Sarmento. "Como o aquecimento global não é distribuído de forma homogênea pelo Planeta, com maiores aumentos de temperatura justamente nos polos, podemos antecipar grandes mudanças no funcionamento dessas comunidades, com consequências importantes para o equilíbrio do sistema", alerta o pesquisador.
Dentre as consequências elencadas está a menor capacidade do oceano funcionar como sumidouro de carbono, ou seja, capturar e reter o carbono da atmosfera. Hoje, os oceanos absorvem cerca de um quarto de gases de efeito estufa emitidos para a atmosfera por ações antrópicas (como pela queima de combustíveis fósseis), e a diminuição dessa capacidade interferirá na regulação do clima, agravando ainda mais a situação. Outro impacto esperado é a alteração na produção de biomassa de plâncton, que é base da cadeia alimentar marinha, com consequentes mudanças na distribuição e nas quantidades de estoques pesqueiros.
AtlantECO
O estudo do microbioma oceânico é um dos três pilares de pesquisa do AtlantECO, projeto que reúne pesquisadores de 13 países da Europa, Brasil e África do Sul com o objetivo de desenvolver recursos para melhor compreensão e gestão do Oceano Atlântico, com engajamento também de atores da indústria e gestores públicos, bem como de cidadãos em geral. O financiamento é da União Europeia e, além do microbioma, o projeto tem como pilares de pesquisa a questão do plástico nos oceanos e a conectividade na paisagem oceânica.
Hugo Sarmento é um dos líderes do grupo de trabalho em estrutura e funções do ecossistema marinho do AtlantECO e responsável pelas campanhas oceanográficas e outras atividades no Atlântico Sul. Dentre estas está a passagem pelo Brasil do veleiro Tara, em sua missão Microbiomas.
O Tara é vinculado à Fundação Tara Ocean, sediada na França, de onde o veleiro partiu em dezembro de 2020, na missão que envolve 42 instituições e percorrerá, nos próximos dois anos, cerca de 70 mil quilômetros no Atlântico Sul, com em torno de 20 escalas nas costas da América do Sul e da África e chegando até a Antárctica. A primeira escala da fase brasileira da missão será em Belém, a partir de 19 de setembro, com paradas seguintes em Salvador, em outubro, e no Rio de Janeiro e em Florianópolis em novembro. Além de Hugo Sarmento, embarcam no veleiro também, da UFSCar, Pedro Junger, que é bolsista da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e Maria Paula Huber, pesquisadora de pós-doutorado com bolsa AtlantECO. Os três integram a equipe do Laboratório de Biodiversidade e Processos Microbianos da UFSCar (LMPB).
Sarmento explica que essa nova missão do Tara tem foco na coleta de amostras no Atlântico Sul, cujos dados já existentes são escassos em comparação com outras regiões oceânicas. Com mais pontos de coleta e, consequentemente, mais detalhes das comunidades existentes nessa região, será possível incrementar as redes no GPI e, assim, chegar a previsões mais precisas e em escalas mais detalhadas.
16/09/2021
12:26:00
24/11/2021
23:59:00
Mariana Pezzo
Sim
Não
Estudante
Veleiro Tara chegando ao Brasil, na pluma do Amazonas (Julie Nedelec Andrade - Fund. Tara Ocean)
14113