A análise de isótopos de nitrogênio fornece evidências da mais antiga fotossimbiose conhecida em corais do Devoniano
Uma equipe de pesquisa liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Química em Mainz usou a análise de isótopos de nitrogênio para demonstrar que corais do Devoniano com 385 milhões de anos de idade, das regiões de Eifel e Sauerland, tinham simbiontes. Esta descoberta representa a primeira evidência de fotossimbiose em corais. A fotossimbiose pode explicar por que os antigos recifes de coral cresceram até tamanhos enormes, apesar de estarem em ambientes pobres em nutrientes.
Os recifes de coral estão entre os habitats com maior biodiversidade da Terra e são frequentemente chamados de florestas tropicais do mar. Os corais modernos construtores de recifes evoluíram no Período Triássico, cerca de 250 milhões de anos atrás. Eles podem viver em simbiose com pequenos organismos, muitas vezes algas, que podem realizar a fotossíntese. Esta fotossimbiose é particularmente benéfica em águas pobres em nutrientes porque ajuda os corais a reciclar os nutrientes escassos.
Evidências geológicas revelam que os corais já existiam no período Devoniano, há mais de 385 milhões de anos, por exemplo nas regiões de Eifel e Sauerland, na Alemanha. Corais fossilizados das extintas ordens Tabulata (“corais de favo de mel”) e Rugosa (“corais de chifre”) encontrados nessas regiões indicam que o Maciço do Reno já foi coberto por um mar tropical durante o período Devoniano Médio, onde enormes recifes prosperavam. No entanto, não está claro se os grupos extintos de corais do Devoniano tinham fotossimbiontes ou não.
Uma equipe de pesquisa liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Química, da Universidade Goethe de Frankfurt e do Instituto de Pesquisa Senckenberg e Museu de História Natural de Frankfurt demonstrou agora, usando análises de isótopos de nitrogênio, que alguns corais extintos do período Devoniano Médio já eram simbióticos. . Isto representa a evidência geoquímica da mais antiga fotossimbiose confirmada em corais.
Comparação de corais simbióticos e não simbióticos
Os pesquisadores conseguiram demonstrar a simbiose comparando os valores dos isótopos de nitrogênio no material orgânico dos atuais corais simbióticos e não simbióticos. Os valores dos isótopos de nitrogênio, especificamente a proporção de nitrogênio “pesado” (15N) para nitrogênio “leve” (14N), são adequados para diferenciar entre os diferentes estágios da pirâmide alimentar. Por exemplo, os investigadores podem analisar os isótopos de azoto para determinar se um organismo vivo tinha uma dieta vegetariana ou à base de carne. Quanto mais alto um organismo está na pirâmide alimentar, maior é o seu valor de isótopo de nitrogênio. Isto ocorre porque os organismos metabolizam o nitrogênio mais leve mais rapidamente do que o nitrogênio mais pesado, levando a uma excreção mais fácil do isótopo mais leve.
A análise dos corais modernos revelou uma diferença consistente: os corais que obtêm a sua energia principalmente a partir da fotossíntese de algas simbióticas têm valores mais baixos de isótopos de azoto. Em contraste, os corais que se alimentam através da captura activa de plâncton têm valores de isótopos de azoto mais elevados.
Jonathan Jung, do Instituto Max Planck de Química, diz:”A diferença constante nos valores dos isótopos de nitrogênio está de acordo com nossas expectativas e mostra o salto típico na cadeia alimentar. Isso ocorre porque os corais simbióticos estão um nível abaixo dos corais não simbióticos neste hierarquia.” O geoquímico marinho Jung é o primeiro autor do estudo agora publicado na revista Nature.
Amostras fósseis de Sauerland, Eifel, Saara Ocidental e Marrocos
O co-autor e co-iniciador Simon Felix Zoppe, da Goethe University Frankfurt, afirma: -Com base neste conhecimento, fomos capazes de investigar qual nicho os corais ocupavam no Devoniano.” Para este fim, os pesquisadores analisaram fósseis recém-coletados corais de Sauerland e espécimes de museu de Eifel, Saara Ocidental e Marrocos da coleção do Instituto de Pesquisa Senckenberg e do Museu de História Natural de Frankfurt.
A dificuldade reside no fato de que, nos fósseis, a proporção de matéria orgânica necessária para análise é extremamente baixa. No entanto, uma equipe liderada por Alfredo Martínez-García, do laboratório do Instituto Max Planck, usou um novo método analítico que requer apenas alguns miligramas de material fóssil de coral finamente moído.
Os fósseis também revelaram uma diferença consistente nos valores dos isótopos de nitrogênio entre as espécies individuais de corais. Normalmente, os corais formadores de colónias da ordem Tabulata e Rugosa apresentaram valores de isótopos de azoto significativamente mais baixos do que os corais maioritariamente solitários da ordem Rugosa. Isto levou os cientistas a concluir que certas espécies de corais já viviam em fotossimbiose durante o período Devoniano Médio. “A fotossimbiose poderia explicar por que os recifes antigos eram altamente produtivos e enormes em tamanho, apesar do ambiente pobre em nutrientes”, diz Alfredo Martínez-García.
O estudo serve de ponto de partida para uma investigação mais detalhada sobre o ciclo de nutrientes da era Paleozóica, que inclui o Devoniano. O método ajuda a compreender até que ponto a extinção em massa de corais e outros habitantes dos recifes no final do período Devoniano está ligada aos níveis de nutrientes dos oceanos. “Além disso, esta nova visão permite uma melhor compreensão das cadeias alimentares dos primeiros recifes”, acrescenta Eberhard Schindler, do Instituto de Pesquisa Senckenberg e do Museu de História Natural de Frankfurt. Isto poderia, por sua vez, oferecer informações valiosas para os ecossistemas de corais contemporâneos. Além disso, os pesquisadores desejam estender suas pesquisas ainda mais ao passado geológico.
devoniano
O Devoniano é um período geológico da Era Paleozóica. Começou há cerca de 419 milhões de anos e terminou há cerca de 359 milhões de anos. Durante o Devoniano, as placas tectônicas da Terra estavam muito ativas e os supercontinentes Laurússia e Gondwana aproximaram-se um do outro. Enormes recifes de coral formaram-se no Devoniano Médio, muitos dos quais são preservados como estruturas fossilizadas na atual Europa, América do Norte, Norte de África, Austrália, Sibéria e China.
Análise de isótopos de nitrogênio
Quanto maior a proporção dos isótopos de nitrogênio 15N para 14N em uma amostra, maior será a posição do animal na cadeia alimentar. O metabolismo animal gera resíduos nitrogenados como amônio ou uréia. A excreção destes produtos metabólicos resulta num aumento da proporção de nitrogênio “pesado” (15N) para nitrogênio “leve” (14N) no organismo em comparação com seus alimentos. Consequentemente, os corais que se alimentam de plâncton apresentam uma proporção de nitrogênio mais elevada do que os corais simbióticos.
Jonathan Jung, Simon F. Zoppe, Till Söte, Simone Moretti, Nicolas N. Duprey, Alan D. Foreman, Tanja Wald, Hubert Vonhof, Gerald H. Haug, Daniel M. Sigman, Andreas Mulch, Eberhard Schindler, Dorte Janussen e Alfredo Martínez-Garcia
