O superalimento secreto do salmão é menor que um grão de sal

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

No coração da descoberta dos cientistas está um tipo de diatomáceo — uma planta aquática unicelular em uma casca semelhante ao vidro — chamado Epithemia. A diatomácea dourada e marrom, menor do que um grão de sal de mesa e aproximadamente na largura de um fio de cabelo humano, desempenha um papel imenso em manter os rios produtivos. Dentro de cada diatomácea vivem parceiros bacterianos alojados dentro da célula chamados diazoplastos — pequenos compartimentos fixadores de nitrogênio que transformam o ar em alimento para as plantas. A diatomácea Epithemia captura a luz solar e produz açúcar, que o diazoplasto usa para converter o nitrogênio atmosférico em uma forma de nutriente. Em troca, o diazoplasto fornece nitrogênio que ajuda a diatomácea a continuar realizando a fotossíntese.

“Esta é a versão da natureza de um pipeline de nutrientes limpos, desde a luz solar até os peixes, sem o escoamento que cria flores de algas prejudiciais”, disse Jane Marks, professora de biologia na Northern Arizona University e autora principal do estudo.

Até o final do verão, disse Marks, os fios da alga verde Cladophora estão drapeados com Epithemia vermelho-rusty ao longo do Rio Eel. Nesta fase, as duplas alga-bactéria fornecem até 90% do novo nitrogênio que entra na teia alimentar do rio, fornecendo aos insetos herbívoros o combustível de que precisam e alimentando os salmões de baixo para cima.

“Rios saudáveis não acontecem por acaso — eles são mantidos por interações ecológicas, como esta parceria”, disse Mary Power, coautora do estudo e diretora da Faculdade da Reserva Angelo Coast Range da UC Berkeley, onde o estudo de campo foi realizado. “Quando as espécies nativas prosperam em teias alimentares saudáveis, os rios fornecem água limpa, vida selvagem e apoio essencial para comunidades de pesca e ao ar livre.”

Usando imagens avançadas, a equipe de pesquisa observou os parceiros trocando os essenciais da vida em um ciclo perfeito: A diatomácea usou luz solar e dióxido de carbono para produzir açúcar e compartilhá-lo com a bactéria, que então usou o açúcar para transformar nitrogênio do ar em alimento para as plantas. Esse nitrogênio ajudou a diatomácea a produzir ainda mais açúcar, pois as enzimas-chave da fotossíntese precisam de muito nitrogênio.

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

Essa parceria não é única do Rio Eel. Epithemia e equipes semelhantes de diatomáceas-diazoplastos vivem em rios, lagos e oceanos ao redor do mundo, muitas vezes em lugares onde o nitrogênio é escasso. Isso significa que eles podem estar silenciosamente aumentando a produtividade em muitos outros ecossistemas.

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

Quando a natureza engenheiria soluções tão elegantes, Marks disse, 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 membros da equipe 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 aluno de pós-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 concessão do programa Rules of Life/Microbiome da Fundação Nacional de Ciência (#2125088). A pesquisa no Laboratório Nacional Lawrence Livermore foi realizada sob o contrato DE-AC52-07NA27344 do Departamento de Energia dos EUA.