No norte da Califórnia, o salmão é mais do que apenas um peixe — é um pilar das tradições tribais, um impulsionador do turismo e um sinal de rios saudáveis. Portanto, não é surpresa que cientistas da NAU e da Universidade da Califórnia em Berkeley, trabalhando ao longo do Rio Eel, na região, tenham descoberto uma fábrica de nutrientes em microescala que mantém os rios saudáveis e permite que o salmão prospere.

O estudo dos cientistas publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences revela como uma parceria entre algas e bactérias funciona como uma máquina de nitrogênio limpo da natureza, transformando o nitrogênio do ar em alimento que abastece os ecossistemas fluviais sem fertilizantes ou poluição. Essa fábrica oculta de nutrientes impulsiona as populações de insetos aquáticos, dos quais os salmões jovens dependem para seu crescimento e sobrevivência.

No cerne da descoberta dos cientistas está um tipo de diatomácea — uma planta aquática unicelular com uma concha semelhante a vidro — chamada Epithemia. A diatomácea marrom-dourada, menor que um grão de sal de cozinha e com aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano, desempenha um papel fundamental na manutenção da produtividade dos rios.

Dentro de cada diatomácea vivem bactérias parceiras alojadas dentro da célula, chamadas 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 utiliza para transformar o nitrogênio atmosférico em nutrientes. Em troca, o diazoplasto fornece nitrogênio que ajuda a diatomácea a continuar realizando fotossíntese.

"Esta é a versão natural de um canal de nutrientes limpo, da luz solar aos peixes, sem o escoamento que cria florações de algas nocivas ", disse Jane Marks, professora de biologia na Northern Arizona University e principal autora do estudo.

No final do verão, disse Marks, os filamentos da alga verde Cladophora estão cobertos por Epithemia vermelho-ferrugem ao longo do Rio Eel. Nessa fase, a dupla alga-bactéria fornece até 90% do novo nitrogênio que entra na cadeia alimentar do rio, fornecendo aos insetos herbívoros o combustível de que precisam e alimentando o salmão de baixo para cima.

"Rios saudáveis não surgem por acaso — eles são mantidos por interações ecológicas, como esta parceria", disse Mary Power, coautora do estudo e diretora do corpo docente da Reserva Angelo Coast Range da UC Berkeley, onde o estudo de campo ocorreu.

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

Essa parceria não é exclusiva do Rio Eel. Epithemia e equipes semelhantes de diatomáceas -diazoplastos vivem em rios, lagos e oceanos em todo o mundo, frequentemente em locais onde o nitrogênio é escasso. Isso significa que elas podem estar aumentando discretamente a produtividade em muitos outros ecossistemas.

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

Quando a natureza cria soluções tão elegantes, disse Marks, isso nos lembra o que é possível quando pessoas, lugares e descobertas se unem.