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Derivadores marinhos: estudo interdisciplinar explora a diversidade de plâncton
Muitos são microscópicos, enquanto outros, como as águas-vivas, podem atingir tamanhos relativamente grandes.
Por Instituto Okinawa de Ciência e Tecnologia - 15/07/2020

Domínio público

O plâncton oceânico é o derivador do mundo marinho. Eles incluem algas, animais, bactérias e protistas que estão à mercê da maré e das correntes. Muitos são microscópicos, enquanto outros, como as águas-vivas, podem atingir tamanhos relativamente grandes.

Durante décadas, os pesquisadores ficaram intrigados com o fato de a diversidade entre plâncton oceânico ser muito maior do que o esperado. Geralmente, em qualquer amostra do oceano, existem muitas espécies raras de plâncton e um pequeno número de espécies abundantes. Pesquisadores da Universidade de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologia do Instituto Okinawa (OIST) publicaram um artigo no Science Advances que combina modelos matemáticos com metagenômica e ciências marinhas para descobrir por que isso pode ser o caso.

"Durante anos, os cientistas perguntam por que existem tantas espécies no oceano", disse a professora Simone Pigolotti, que lidera a Unidade de Complexidade Biológica do OIST . O professor Pigolotti explicou que o plâncton pode ser transportado por grandes distâncias por correntes, para que não pareçam ser limitados pela dispersão. Isso sugeriria que a preferência de nicho é o fator que determina a diversidade de espécies - em outras palavras, uma única espécie superará todas as outras espécies se o ambiente for mais adequado para elas, levando a comunidades com apenas algumas espécies altamente abundantes.

"Nossos resultados apoiam a teoria de que as correntes oceânicas afetam positivamente a diversidade de protistas aquáticos raros, criando essas barreiras", disse o professor Pigolotti. "O projeto foi muito interdisciplinar. Ao combinar a física teórica, a ciência marinha e a metagenômica, lançamos uma nova luz sobre um problema clássico em ecologia, que é relevante para a biodiversidade marinha".


"Nossa pesquisa explorou a teoria de que as correntes oceânicas promovem a diversidade de espécies , não porque elas ajudam o plâncton a se dispersar, mas porque na verdade podem limitar a dispersão criando barreiras", disse o professor Pigolotti. "Em contraste, quando analisamos amostras de lagos, onde há pouca ou nenhuma corrente, encontramos espécies mais abundantes, mas menos espécies".

À primeira vista, isso pode parecer contra-intuitivo. Mas, embora as correntes possam transportar plâncton de uma área para outra, elas também impedem que o plâncton atravesse para o outro lado da corrente. Assim, essas correntes reduzem a competição e forçam cada espécie de plâncton a coexistir com outras espécies, embora em pequeno número.
 
Combinando testes de DNA com modelos matemáticos

Por mais de um século, os ecologistas medem a diversidade contando o número de espécies, como pássaros ou insetos, em uma determinada área. Isso lhes permitiu encontrar as proporções de espécies abundantes versus espécies raras. Hoje, a tarefa é simplificada por meio de modelagem quantitativa que pode prever a distribuição de espécies e a metagenômica - em vez de apenas contar espécies, os pesquisadores podem coletar com eficiência todo o DNA de uma amostra.

"Simplesmente contar a quantidade de espécies em uma amostra consome muito tempo", disse o professor Tom Bourguignon, que lidera a Unidade de Genômica Evolutiva do OIST . "Com os avanços nas tecnologias de sequenciamento, podemos executar apenas um teste e ter milhares de sequências de DNA, o que representa uma boa estimativa da diversidade planctônica".

Para este estudo, os pesquisadores estavam particularmente interessados ​​em protistas - organismos planctônicos microscópicos, geralmente unicelulares. O grupo criou um modelo matemático que considerava o papel das correntes oceânicas na determinação da genealogia dos protistas através de simulações. Eles não podiam simplesmente simular uma comunidade protista no nível do DNA, porque haveria um grande número de indivíduos. Em vez disso, eles simularam os indivíduos em uma determinada amostra do oceano.

Para descobrir como os indivíduos estavam intimamente relacionados e se eram da mesma espécie, os pesquisadores então olharam para o passado. "Criamos uma trajetória que remonta a cem anos", disse o professor Pigolotti. "Se dois indivíduos vieram de um ancestral comum na escala de tempo de nossa simulação, então os classificamos como a mesma espécie".

O que eles estavam medindo especificamente era o número de espécies e o número de indivíduos por espécie. O modelo foi simulado com e sem correntes oceânicas. Como os pesquisadores haviam levantado a hipótese, mostrou que a presença de correntes oceânicas causava um aumento acentuado no número de espécies protistas, mas um declínio no número de indivíduos por espécie.

Para confirmar os resultados desse modelo, os pesquisadores analisaram conjuntos de dados de dois estudos de protistas aquáticos. O primeiro conjunto de dados foi de sequências de DNA de protistas oceânicos e o segundo, sequências de DNA de protistas de água doce. Eles descobriram que, em média, as amostras oceânicas continham espécies mais raras e espécies menos abundantes e, em geral, possuíam um número maior de espécies. Isso concordou com as previsões do modelo.

"Nossos resultados apoiam a teoria de que as correntes oceânicas afetam positivamente a diversidade de protistas aquáticos raros, criando essas barreiras", disse o professor Pigolotti. "O projeto foi muito interdisciplinar. Ao combinar a física teórica, a ciência marinha e a metagenômica, lançamos uma nova luz sobre um problema clássico em ecologia, que é relevante para a biodiversidade marinha".

 

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