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MigROS – A hipótese da “fotoprotecção comportamental”: acoplamento entre migração vertical e stress fotooxidativo no microfitobentos estuarino
Investigador Responsável - João Serôdio
Programa - PTDC/MAR/112473/2009
Período de Execução - 2011-03-01 - 2014-02-28 (36 Meses)
Entidade Financiadora - FCT
Financiamento para o CESAM - 157908 €
Financiamento Total - 189204 €
Instituicão Proponente - Universidade de Aveiro
Instituições Participantes
Fundação da Faculdade de Ciências
Université de La Rochelle
Netherlands Institute of Ecology

A produtividade biológica marinha baseia-se em larga medida na actividade fotossintética de diatomáceas, microalgas responsáveis por 40% do total de carbono fixado nos oceanos (1). Em estuários e zonas costeiras, mais de 50% da produtividade primária deve-se ao microfitobentos (MPB), as comunidades dominadas por diatomáceas que formam biofilmes na superfície de sedimentos das zonas intertidais (2). A elevada actividade fotossintética que o MPB mantém sob as condições ambientais extremas deste habitat tem sido considerada como resultante da posse de processos fotoprotectores altamente eficazes, que permitem às microalgas suportar a exposição directa à radiação solar durante longos períodos de baixa-mar (2,3). A exposição a intensidade luminosas elevadas causa fotoinibição, danos irreversíveis no aparelho fotossintético devido à acumulação de espécies reactivas de oxigénio (ROS). Nas condições não-limitantes de nutrientes nos sedimentos estuarinos, este stress fotooxidativo representa uma das principais causas de limitação da produtividade fotossintética.


No entanto, a compreensão do papel dos mecanismos de fotoprotecção no sucesso do MPB tem sido dificultada por problemas metodológicos na experimentação em biofilmes intactos (4). A origem destas dificuldades é também a mais fascinante característica destas comunidades: o comportamento migratório vertical de enormes quantidades de microalgas através das camadas superficiais do sedimento (5). A rápida resposta migratória a variações nas condições experimentais causa alterações significativas na biomassa, composição específica e estado fisiológico do biofilme, o que inevitavelmente afecta a medição de parâmetros fotofisiológicos.


Devido à semelhança entre as dimensões das células e da zona fótica do sedimento, as diatomáceas bênticas são confrontadas com a situação excepcional de ter ao seu alcance toda a gama de intensidades luminosas. Esta possibilidade levou à formulação da hipótese da "fotoprotecção comportamental", segundo a qual estas microalgas ajustam a sua posição vertical ao longo do gradiente de luz de forma a optimizar a fotossíntese e a minimizar danos no aparelho fotossintético (6). Esta forma de fotoprotecção representaria um mecanismo mais flexível e energeticamente mais barato que os processos fotoprotectores fisiológicos partilhados com outros organismos fotossintéticos. Seria uma adaptação-chave ao ambiente sedimentar intertidal que permite ao MPB realizar taxas de fotossíntese tão elevadas. No entanto, devido à impossibilidade de controlar experimentalmente a migração vertical sem alterar a estrutura e actividade fotossintética do biofilme, esta hipótese nunca foi testada (7).


Este projecto pretende testar esta hipótese aproveitando uma recente inovação metodológica que permite obter biofilmes não-migratórios mas fotossinteticamente funcionais. Este método, desenvolvido pelo IR e um membro da equipa, baseia-se na aplicação de um inibidor da motilidade de diatomáceas a biofilmes intactos (8). Esta hipótese será testada através do estudo mais abrangente do acoplamento entre comportamento e fisiologia na fotoprotecção de diatomáceas bênticas contra stress fotooxidativo.


O projecto será desenvolvido através de três principais linhas de investigação. Na primeira, será testada a hipótese da fotoprotecção comportamental, pela (i) confirmação de que o fotocomportamento está relacionado com a susceptibilidade à fotoinibição, e (ii) pela quantificação do papel fotoprotector da migração vertical comparativamente aos processos fisiológicos. Os efeitos fotoinibidores serão avaliados pela quantificação de ROS, os principais agentes danificadores do aparelho fotossintético, bem como da sua acção sobre os alvos celulares da fotoinibição.
Em segundo lugar, será testada a hipótese de que as ROS possam actuar não apenas como formas danificadoras de componentes celulares, mas também como moléculas sinalizadoras para o comportamento fotoprotector. Esta hipótese é baseada em dados preliminares da equipa de investigação e, a ser demonstrada verdadeira, representaria a descoberta de uma nova forma de sinalização celular mediada por ROS.
Numa terceira fase, será investigada a existência de ritmicidade endógena na operação dos processos fisiológicos de fotoprotecção. O MPB é caracterizado por ritmos migratórios sincronizados com os ciclo dia/noite e de maré, e foram descobertos ritmos na activação de processos fotoprotectores noutros grupos de microalgas. A descoberta de um acoplamento endógeno entre os ritmos de migração vertical e processos fisiológicos estabeleceria a existência de uma relação profunda entre comportamento e fisiologia de claro valor adaptativo ao ambiente intertidal.


Os resultados do projecto esclarecerão a relação existente entre fotoprotecção e stress fotooxidativo neste tipo único de comunidade fotoautotrófica, permitindo avaliar o papel do fotocomportamento nas elevadas taxas de produtividade das zonas intertidais estuarinas.


 




Membros neste projecto

Bolseiro de doutoramento
João Serôdio
Coordenador

Bolseiro Pos-Doutoramento
Silja Frankenbach
Bolseira de Investigação

Financiamento do CESAM: