Por mais de 150 milhões de anos, um organismo microscópico menor que um glóbulo vermelho dominou silenciosamente os oceanos da Terra. O Proclorococcus pode ser invisível a olho nu, mas é responsável por produzir aproximadamente 20% do oxigênio que respiramos e forma a base das redes alimentares marinhas em 75% das águas superficiais da luz photo voltaic do mundo. Apesar de sua importância ecológica, tivemos surpreendentemente poucos dados sobre como essa espécie Keystone responde às temperaturas de aquecimento previstas para nossos oceanos.
A maioria das previsões sobre micróbios marinhos e mudanças climáticas depende muito de estudos de laboratório usando organismos cultivados – estudando essencialmente essas criaturas em condições artificiais que não podem replicar a complexidade de seu ambiente pure do oceano. Essa lacuna em nosso entendimento é particularmente preocupante, uma vez que as temperaturas tropicais do oceano são projetadas para exceder regularmente 30 ° C por 2100, empurrando muito além da faixa que esses organismos experimentaram há milhões de anos.
Tomando a temperatura do oceano no nível celular
Na última década, meus colegas e eu implantamos um citômetro de fluxo contínuo chamado Fluxo do mar em 90 cruzeiros de pesquisa pelo Oceano Pacífico. Esse instrumento nos permitiu medir as propriedades celulares individuais, como tamanho e conteúdo de clorofila, por aproximadamente 800 bilhões de células fitoplâncton em 200.000 quilômetros de oceano. Pense nisso como um censo contínuo da vida oceânica no nível microscópico.
Construímos modelos estatísticos para rastrear como as distribuições de tamanho das células mudaram nos ciclos da noite, permitindo calcular as taxas de divisão para naturais Proclorococcus populações sem perturbá -las. Essa abordagem revelou algo inesperado: enquanto as taxas de divisão aumentavam inicialmente com a temperatura conforme o esperado, elas atingiram o pico em torno de 28 ° C e depois diminuíram acentuadamente em temperaturas mais altas.
Esse “ponto ultimate” térmico foi notavelmente consistente em diferentes regiões e metodologias oceânicas. Descobrimos que as taxas de divisão caíram quase três vezes em 31 ° C, uma temperatura que muitas regiões tropicais experimentarão regularmente até o fim de Century. Ainda mais impressionante, quando examinamos dados de abundância de células de mais de 18.000 medições, vimos o mesmo padrão: ProclorococcuAs populações foram sistematicamente reduzidas nas águas mais quentes.
Para entender as implicações futuras, integramos essas respostas térmicas a um modelo world de ecossistema oceânico. Os resultados foram preocupantes. Em cenários de aquecimento moderado, Proclorococcus A produção em regiões tropicais pode diminuir em 17-34%. Em cenários de alto aquecimento, algumas regiões como a piscina quente do Pacífico Ocidental podiam ver o colapso quase completo dessas populações.
Além de uma espécie: consequências em todo o ecossistema
Essas descobertas desafiam a sabedoria convencional de que pequenos organismos marinhos gostam Proclorococcus vai prosperar em oceanos quentes. Em vez disso, eles revelam uma vulnerabilidade basic que poderia desencadear efeitos em cascata em todos os ecossistemas marinhos.
O declínio projetado de Proclorococcus As populações representam mais do que apenas uma espécie que luta com o calor. Esses organismos ocupam um nicho ecológico único com redundância funcional limitada, simplesmente não existem outros organismos que possam substituir completamente seu papel nos ecossistemas marinhos. Enquanto nossos modelos preveem alguma compensação de cianobactérias relacionadas como Synechococcusa mudança geral provavelmente em cascata nas teias alimentares marinhas. É como mudar nossa dieta de arroz para trigo, ambos são grãos, mas seus efeitos em nosso sistema são diferentes.
Essa transição pode atrapalhar as relações com outros organismos e, finalmente, afetar as populações de peixes e as comunidades que dependem deles. A natureza interconectada dos ecossistemas marinhos significa que as mudanças no nível microscópico podem ondular para cima por toda a cadeia alimentar.
A armadilha evolutiva
Mais fundamentalmente, nosso estudo destaca como as restrições térmicas, não apenas a limitação de nutrientes ou outros fatores, moldarão as respostas do ecossistema marinho às mudanças climáticas. O genoma simplificado que permitiu Proclorococcus Dominar as águas tropicais pobres de nutrientes por milhões de anos podem agora limitar sua capacidade de se adaptar rapidamente ao aquecimento dos oceanos.
Mesmo quando modelamos cepas hipotéticas adaptadas a quente com aumento da tolerância térmica, declínios significativos ainda ocorreram nas regiões mais quentes em cenários de alto aquecimento. Isso sugere que, embora a evolução possa fornecer algum buffer, pode não ser rápido o suficiente para impedir a grande interrupção do ecossistema, dado o ritmo rápido das mudanças climáticas antropogênicas.
As implicações se estendem além da biologia marinha aos ciclos biogeoquímicos globais e feedbacks climáticos. Mudanças nos padrões de produtividade do oceano podem afetar a capacidade do oceano de absorver dióxido de carbono, potencialmente acelerando as mudanças climáticas por meio de loops de suggestions, estamos apenas começando a entender.
