The influence of photoacclimation on the microscale oxygen environment and microbial niches in the coral Galaxea fascicularis

Os recifes de coral são frequentemente descritos como as florestas tropicais do mar, fervilhando de vida que depende de uma parceria delicada. No coração desta parceria está o próprio animal coral, que hospeda minúsculas algas unicelulares em seus tecidos. Estas algas atuam como fábricas de alimentos movidas a energia solar, usando a luz do sol para criar energia que alimenta o coral. Em troca, o coral fornece às algas um lar seguro e os nutrientes de que elas precisam para crescer. Esta relação é tão eficiente que permite que recifes massivos prosperem em águas que, de outra forma, seriam pobres em nutrientes para sustentar ecossistemas tão vibrantes. No entanto, esta parceria é sensível. A quantidade de luz que chega ao coral muda com a profundidade, a hora do dia e a clareza da água, forçando o coral e suas algas a ajustar constantemente sua fisiologia para sobreviver. Embora os cientistas saibam há muito tempo que a luz impulsiona este sistema, muito do que entendemos sobre como os corais respondem a essas mudanças vem de observar a colônia inteira como uma única unidade, em vez de examinar as minúsculas e distintas "salas" dentro do animal coral onde diferentes processos acontecem.

Dentro de um pólipo de coral, o corpo não é uma simples bolsa de células, mas uma estrutura complexa com diferentes compartimentos. Um dos mais importantes destes é a cavidade gastrovascular, uma câmara central que funciona de forma semelhante a um estômago, onde o coral digere alimento e recicla nutrientes. Este espaço é semifechado, o que significa que a água dentro dele não se mistura livremente com o oceano exterior. Como as algas que vivem nos tecidos do coral bombeiam oxigênio quando o sol brilha, a água dentro desta cavidade pode tornar-se extremamente rica em oxigênio durante o dia, enquanto à noite, quando as algas param de trabalhar, o oxigênio pode desaparecer completamente. Isto cria um ambiente de microescala oscilante que é muito diferente das condições estáveis do oceano aberto. Os cientistas suspeitam que estas condições minúsculas e flutuantes atuam como um filtro, decidindo quais bactérias microscópicas podem viver dentro do coral e quais não podem. No entanto, permanecia incerto como as mudanças de longo prazo na luz, como aquelas que um coral pode experienciar ao mudar para uma profundidade diferente, remodelam este mundo interno e a comunidade de micróbios que o chamam de casa.

Para investigar isto, os investigadores recorreram a um tipo específico de coral conhecido como Galaxea fascicularis, que possui pólipos grandes e fáceis de estudar. Eles pegaram numa única colónia de coral e dividiram-na em pólipos individuais, colocando-os num ambiente de aquário controlado. Estes pólipos foram então divididos em dois grupos e expostos a diferentes condições de luz durante vinte semanas. Um grupo viveu sob luz baixa, simulando as condições mais tênues encontradas em águas mais profundas, enquanto o outro grupo viveu sob luz intensa, semelhante ao sol forte perto da superfície. O objetivo era ver como estes ajustes de longo prazo afetaram os níveis de oxigênio dentro do corpo do coral e os tipos de bactérias que ali viviam. Os investigadores utilizaram sensores minúsculos, não mais espessos que um fio de cabelo, para medir os níveis de oxigênio diretamente dentro da cavidade central do coral e na sua superfície externa. Eles também recolheram pequenas amostras do fluido dentro da cavidade e do muco da superfície para analisar a composição genética das comunidades bacterianas que viviam nesses locais específicos.

Os resultados revelaram que os pólipos de coral ajustaram-se com sucesso aos seus ambientes de luz, mas as consequências internas foram mais complexas do que o esperado. Os pólipos no grupo de baixa luz desenvolveram uma cor mais escura e tornaram-se mais eficientes no uso da luz limitada que recebiam, enquanto o grupo de alta luz produziu mais energia no total. Quando os investigadores mediram o oxigênio dentro da cavidade central do coral, descobriram que as condições de luz criaram dois mundos muito diferentes. Nos pólipos de alta luz, os níveis de oxigênio dentro da cavidade oscilaram violentamente, variando de níveis normais para uma supersaturação extrema durante o dia. Em contraste, os pólipes de baixa luz experimentaram níveis de oxigênio muito mais estáveis e, frequentemente, mais baixos. Talvez o mais surpreendente tenha sido o facto de os investigadores terem descoberto que as condições de oxigênio dentro da cavidade não eram as mesmas para cada um dos pólipos, mesmo dentro do mesmo grupo. Alguns pólipos de alta luz mostraram enormes variações de oxigênio, enquanto outros foram mais estáveis, sugerindo que mesmo corais geneticamente idênticos podem desenvolver ambientes internos únicos baseados na sua fisiologia individual.

O estudo também descobriu como estes níveis de oxigênio variáveis influenciaram a vida microscópica que habita o interior do coral. Tanto no muco da superfície como no fluido dentro da cavidade, um tipo específico de bactéria chamado Endozoicomonas foi predominantemente dominante, constituindo a vasta maioria da comunidade. Esta bactéria é conhecida por ser uma residente fundamental de corais saudáveis, frequentemente formando aglomerados dentro dos tecidos do coral. No entanto, os investigadores descobriram que a quantidade desta bactéria no fluido dentro da cavidade central mudou dependendo da luz. Nos pólipos de baixa luz, a Endozoicomonas permaneceu a líder clara, dominando o fluido quase completamente. Nos pólipos de alta luz, embora ainda presente, a sua quota na comunidade diminuiu significativamente, dando lugar a uma variedade mais ampla de outros tipos bacterianos. Isto sugere que o ambiente de oxigênio intenso e oscilante criado pela luz alta pode dificultar a manutenção da dominância da Endozoicomonas no fluido, permitindo que outras bactérias entrem.

Apesar destas mudanças no equilíbrio de poder entre diferentes bactérias, a diversidade geral da comunidade microbiana não mudou drasticamente entre os dois grupos de luz. A comunidade permaneceu notavelmente estável, com a Endozoicomonas continuando a ser a principal protagonista na maioria das amostras. Esta estabilidade indica que o microbioma interno do coral é resiliente, capaz de suportar mudanças significativas no seu ambiente físico sem colapsar para um estado completamente diferente. No entanto, o facto de a abundância relativa da bactéria dominante ter sofrido um desvio sugere que o coral não é apenas um contentor passivo para estes micróbios. Em vez disso, a capacidade do coral de ajustar a sua química interna em resposta à luz molda ativamente quais os micróbios que prosperam. O estudo destaca que os compartimentos internos do coral são espaços dinâmicos onde a luz, o oxigênio e os micróbios interagem de formas complexas. Ao focar-se nestes ambientes minúsculos e específicos, em vez de no coral como um todo, os cientistas estão a começar a compreender como o holobionte — o coral e toda a sua vida associada — funciona como uma unidade coordenada, ajustando o seu cenário interno para sobreviver às condições mutáveis do recife.