Banhada pelas águas do Atlântico, do Báltico, do Mar do Norte e do Mediterrâneo, a costa europeia acolhe 40% da população do continente. É também uma zona de intensas trocas biológicas e químicas. Quais são os impactos das atividades humanas nesses ecossistemas? Como as miríades de moléculas químicas e poluentes que dispersamos a cada minuto na natureza são gerenciadas pelos organismos, desde vírus, bactérias e protistas até grupos multicelulares, como algas e animais? Como é que as perturbações ambientais afectam a aquicultura e a conquicultura?
Para responder a estas questões, os investigadores do Trec aplicaram mais de 200 protocolos de amostragem e tecnologias de ponta em 21 países, da Finlândia à Grécia, em 115 “transectos terra-mar” – linhas imaginárias traçadas desde a costa até aproximadamente 1 km no mar e cerca de 200 metros para o interior. Para melhor compreender esta abordagem científica, acompanhámos as equipas do EMBL no passado mês de Abril, durante a escala da expedição na Baía de Nápoles (Itália). No início da manhã, várias equipas de investigadores deslocaram-se para a estreita praia de areia vulcânica que se estende abaixo da estação de biologia marinha Anton-Dohrn.
Oito “supersítios” escolhidos pela sua importância ecológica
Enquanto os primeiros banhistas estendiam as toalhas diante de um mar de petróleo dominado no horizonte pela imponente silhueta do Vesúvio, uma equipe coletava amostras de areia nas bordas da praia, outra coletava sedimentos a 50 cm de profundidade no beira da água. Mais acima, um cachorro brincava em torno de um estranho instrumento que zumbia plantado na areia. Esse filtro de ar, utilizado para coletar aerossóis e partículas presentes no ar por horas, concentra moléculas ou microrganismos em suspensão.
O sol já estava alto no céu quando Thomas Haize, engenheiro biológico do EMBL, submergiu até a cintura para encher dois cilindros com água superficial a cerca de vinte metros da beira-mar. Durante esse tempo, a primeira equipe havia deixado a praia para chegar. o jardim mediterrâneo que o domina para extrair amostras de solo. A um quilômetro do mar, a escuna Tara também coletou amostras, mergulhando na água suas redes de plâncton e um instrumento que armazena água em diferentes profundidades e registra dados físicos e químicos em toda a coluna d’água.
As equipas de terra rapidamente se encontraram à sombra das bananeiras na estação Anton-Dohrn, onde os veículos de amostragem e dois laboratórios móveis do EMBL estavam parados. O primeiro, um caminhão de médio porte equipado para processamento e armazenamento de amostras, acompanhou a missão do Trec durante dezoito meses, completando um percurso de 127,5 mil km. O segundo, um semirreboque denominado AML (Laboratório Móvel Avançado) e equipado com os mais sofisticados instrumentos de laboratórios de biologia molecular de última geração, juntou-se a oito “super-sítios”, dos quais fazia parte a Baía de Nápoles e Roscoff (França), Barcelona (Espanha) ou Atenas (Grécia). Estes locais foram escolhidos pela sua importância ecológica e científica, nomeadamente pela sua diversidade em termos de ecossistemas costeiros, bem como pela sua acessibilidade tendo em vista a permanência da AML durante um mês, o que permitiu realizar investigação directamente sobre o análises realizadas anteriormente off-line em institutos de pesquisa.
As análises realizadas no laboratório de 22 toneladas, que se concentrou principalmente na biodiversidade planctônica, já tiveram sua cota de surpresas. “Durante a nossa parada em Tallinn, na Estônia, enquanto uma amostra recém-colhida do mar era submetida a um microscópio eletrônico, observamos na tela uma interação sem precedentes entre uma diatomácea (uma microalga) e dois microrganismos ciliados – que permitem que a diatomácea se mova através da coluna de água para escapar de predadores e explorar outras áreas em busca de nutrientes “, entusiasma-se Flora Vincent, bióloga do EMBL.
Um laboratório rolante próximo ao campo
Instalado em um semirreboque de 12 metros de comprimento, o AML (Laboratório Móvel Avançado) oferece um espaço de trabalho de 40 m2 uma vez que suas paredes laterais são implantadas por um sistema hidráulico. “É o primeiro laboratório desse tipo no mundo, diz Nikolaus Leisch, diretor operacional da AML, o equivalente a 16 laboratórios móveis que anteriormente tivemos que trazer para o campo. “
Após uma manipulação inicial na entrada para concentrar os organismos presentes, as amostras são fotografadas por microscopia óptica. “Este foi um passo emocionante para os pesquisadores descobrirem se os organismos que queriam estudar estavam ou não presentes na amostra. “, diz Yannick Schwab, chefe da unidade central de microscopia eletrônica do EMBL. A amostra é então classificada usando um citômetro de fluxo, que examina célula por célula usando microscopia, registra sua forma e outros parâmetros e fornece um mapa da amostra. Isso então faz foi possível isolar as famílias de organismos e imaginá-las em 3D, se necessário. Foi assim que os pesquisadores puderam observar a simbiose na tela. de um dinoflagelado com uma cianobactéria.
Para preservar as amostras e depois transportá-las em azoto, novas tecnologias criogénicas levam-nas da temperatura ambiente até -196°C em 20 milissegundos, o que evita a criação de cristais de água e preserva a estrutura da amostra, o mais próximo possível do organismo vivo. coisas.
O AML é o primeiro laboratório móvel desse tipo no mundo. Crédito: K. LUBOWIECKA/ EMBL
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Precisão extraordinária do instrumento
Yannick Schwab, chefe da unidade central de microscopia eletrônica do EMBL, exibe na tela a imagem de uma célula que amplia até revelar cloroplastos e mitocôndrias, organelas – ou “mini-órgãos celulares – que permitem o fornecimento de energia à célula através fotossíntese ou respiração celular. Mais surpreendente ainda, a precisão dos instrumentos, que nos permite ver até às cadeias de aminoácidos da célula – ou seja, estruturas de alguns nanómetros – dá a possibilidade de observar múltiplas outras organelas, sobre as quais nada sabemos!
“Pratico microscopia eletrônica há vinte anos e achava que sabia tudo sobre a célula, sublinha Yannick Schwab. Desde o início desta tecnologia, pensávamos ter coberto as organelas. Mas as imagens que obtivemos me deixaram humilde: realmente há muita coisa que não sabemos. ”
Os pesquisadores agora estão se perguntando sobre a função desses microrganismos. Eles têm uma morfologia diferente dependendo se o organismo vive em água mais ou menos salgada? Por outras palavras, é provável que se adaptem às condições ambientais? Eles também observaram que quando os organismos alcançam a simbiose, o número de organelas se multiplica repentinamente, sem entender por quê. “Estamos no início de um período em que abordaremos os elementos fundamentais de uma célula “, maravilha-se Flora Vincent.
Os organismos recolhidos (à direita, plâncton recolhido em Nápoles, Itália) são observados à escala celular (acima, a de uma microalga). Crédito: M.BONADONNA/EMBL – K. MOCAER/EMBL
O desafio essencial desta expedição foi estudar, o mais próximo possível de onde vivem, as interações dos organismos entre si e com os fatores ambientais. A AML tornou assim possível realizar análises em organismos vivos, ao mesmo tempo que Tara registrou dados físico-químicos do ecossistema no mar – temperatura, salinidade, luminosidade, turbidez, fluorescência do fitoplâncton, etc. -, dados complementados por imagens de satélite. Este último fornecia informações diárias sobre a zona em causa, nomeadamente sobre a cor da água vista do espaço: dependendo dos organismos planctónicos presentes no momento das amostras, o mar pode, de facto, apresentar-se bastante azul, verde ou castanho.
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70.000 amostras, cada uma associada a um código de barras
Este estudo conseguiu assim documentar a grande variedade de águas costeiras europeias, desde límpidas a opacas, com temperaturas oscilando entre os 5°C no Mar Báltico e os 35°C nas praias gregas. Para obter dados comparáveis de um ponto a outro, foi necessário harmonizar os protocolos de amostragem e cada uma das ações realizadas pelos cientistas. À chegada, cerca de 70.000 amostras, incluindo 23.000 colhidas no mar, estão agora armazenadas nos congeladores do EMBL em Heidelberg (Alemanha).
Cada amostra está associada a um código de barras, que regista nomeadamente os dados ambientais da amostra. “Durante o inverno de 2023, digitalizamos 7.000 amostras, cada uma ocupando um lugar específico, explica Thomas Haize, engenheiro biológico de expedição do EMBL. Se um pesquisador estiver interessado em organismos contendo cloroplastos, podemos fornecer-lhes os códigos de barras correspondentes. É uma nova forma de armazenar amostras e numa escala que nunca experimentei antes! “
O objetivo é, portanto, construir “uma base de dados biológica, (bio)química e física homogénea sem precedentes à escala europeia “, anunciam os pesquisadores. Em um ano, esse tesouro de recursos estará disponível gratuitamente “para toda a comunidade científica, especifica Flora Vincent. Porque nenhum pesquisador poderia analisar todos os dados na escala de uma carreira. Biólogos, ecologistas, especialistas em divisão celular, o microbioma humano poderá tirar proveito deste material. Talvez assim descubramos bactérias que degradar poluentes químicos? A diversidade das demandas científicas produzirá um volume colossal de conhecimento. É incrível o que está sendo preparado! “
As primeiras análises já indicam que cada local de amostragem poderá abrigar mais de 1000 espécies microbianas ainda desconhecidas! No futuro, a missão Trec deverá continuar na Islândia: a ilha, que abriga uma grande diversidade de ambientes relativamente preservados, poderá assim ser estudada como um ecossistema piloto para o planeta.
