Râul Eel din nordul Californiei ascunde o sursă microscopică de energie care susține somonii și întregul ecosistem fluvial. Oamenii de știință au descoperit că o diatomă numită Epithemia, lucrând cu bacterii fixatoare de azot, creează o conductă naturală de nutrienți – transformând aerul în hrană pentru plante fără poluare.
În nordul Californiei, somonii sunt mai mult decât pești – sunt o piatră de temelie a tradițiilor tribale, un motor al turismului și un semn al sănătății râurilor. Nu ar trebui să surprindă pe nimeni faptul că oamenii de știință de la NAU și Universitatea din California, Berkeley, care lucrează de-a lungul râului Eel din regiune, au descoperit o fabrică de nutrienți la scară micro care menține râurile sănătoase și permite somonilor să prospere.
Noul studiu al oamenilor de știință, publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), dezvăluie modul în care un parteneriat între alge și bacterii funcționează ca o mașină naturală de curățare a azotului, transformând azotul din aer în hrană care alimentează ecosistemele fluviale fără îngrășăminte sau poluare. Fabrica ascunsă de nutrienți stimulează populațiile de insecte acvatice, de care somonii tineri depind pentru creștere și supraviețuire.
În centrul descoperirii oamenilor de știință se află un tip de diatomă – o plantă acvatică unicelulară într-o cochilie asemănătoare sticlei – numită Epithemia. Diatoma maro-aurie, mai mică decât un grăunte de sare de masă și aproximativ lățimea unui fir de păr uman, joacă un rol masiv în menținerea râurilor productive. În interiorul fiecărei diatome trăiesc parteneri bacterieni găzduiți în celulă, numiți diazoplaste – compartimente minuscule de fixare a azotului care transformă aerul în hrană pentru plante. Diatoma Epithemia captează lumina soarelui și produce zahăr, pe care diazoplastul îl folosește pentru a transforma azotul atmosferic într-o formă de nutrienți. În schimb, diazoplastul furnizează azot care ajută diatoma să continue fotosinteza.
"Aceasta este versiunea naturii a unei conducte curate de nutrienți, de la lumina soarelui la pești, fără scurgerile care creează înfloriri algale dăunătoare", a declarat Jane Marks, profesor de biologie la Northern Arizona University și autor principal al studiului.
Până la sfârșitul verii, a spus Marks, fire de alge verzi Cladophora sunt acoperite cu Epithemia roșu-ruginiu de-a lungul râului Eel. În această etapă, duetele alge-bacterii furnizează până la 90% din noul azot care intră în rețeaua trofică a râului, oferind erbivorelor de insecte combustibilul de care au nevoie și alimentând somonii de jos în sus.
"Râurile sănătoase nu apar pur și simplu – sunt menținute de interacțiuni ecologice, cum ar fi acest parteneriat", a declarat Mary Power, co-autor al studiului și director de facultate al Angelo Coast Range Reserve de la UC Berkeley, unde a avut loc studiul de teren. "Când speciile native prosperă în rețele trofice sănătoase, râurile furnizează apă curată, viață sălbatică și sprijin esențial pentru pescuit și comunitățile în aer liber."
Folosind imagistica avansată, echipa de cercetare a urmărit partenerii schimbând elementele esențiale ale vieții într-o buclă perfectă: diatoma a folosit lumina soarelui și dioxidul de carbon pentru a produce zahăr și a-l împărți cu bacteria, care apoi a folosit zahărul pentru a transforma azotul din aer în hrană pentru plante. Acel azot a ajutat diatoma să producă și mai mult zahăr, deoarece enzimele cheie ale fotosintezei au nevoie de mult azot.
"Este ca o înțelegere prin strângere de mână: ambele părți beneficiază, iar întregul râu prosperă", a declarat Mike Zampini, cercetător postdoctoral la NAU și coordonatorul urmăririi izotopilor a studiului. "Rezultatul este un ciclu frumos de eficient de energie și nutrienți."
Acest parteneriat nu este unic pentru râul Eel. Epithemia și echipe similare de diatome-diazoplaste trăiesc în râuri, lacuri și oceane din întreaga lume, adesea în locuri unde azotul este rar. Aceasta înseamnă că ar putea stimula în tăcere productivitatea în multe alte ecosisteme.
Dincolo de rolul său în natură, acest schimb de nutrienți curat și eficient ar putea inspira noi tehnologii, cum ar fi biocombustibili mai eficienți, îngrășăminte naturale care nu poluează sau chiar plante de cultură proiectate pentru a-și produce propriul azot, reducând costurile pentru fermieri, reducând în același timp impactul asupra mediului.
Când natura proiectează soluții atât de elegante, a spus Marks, ne amintește ce este posibil atunci când oamenii, locurile și descoperirea se reunesc.