Efeito do aumento de temperatura sobre a matéria orgânica dissolvida fluorescente produzida por microalgas de água doce em cultivos axênicos

Abstract

Dissolved organic matter (DOM) encompasses a wide range of biologically derived molecules and is the most abundant and bioavailable form of carbon in aquatic environments. DOM plays a key role in the carbon cycle, as it influences pH and light penetration in the water column, affecting primary productivity, and serves as the primary energy source for heterotrophic microorganisms. Phytoplankton, through its metabolism or cellular death, represents a major source of DOM for aquatic systems. However, little is still known about the composition of these organic substrates and the factors that regulate their production and quality, especially from the perspective of global climate change. Small changes in phytoplankton-derived DOM (DOMp), triggered by changes in environmental factors, can cause shifts in microbiome structure and, therefore, carbon fluxes in aquatic food webs – thus, in the carbon cycle. To examine the consequences of temperature increase on DOMp, axenic cultures of Microcystis aeruginosa and Cyclotella sp. were subjected to +4°C warming experiments, with and without prior acclimation, and analyzed using flow cytometry, fluorescence spectroscopy, and quantification of dissolved organic carbon at different growth stages. Two proteinaceous fluorescent components and two humic/fulvic-like components were identified. While the composition of DOMp varies more pronouncedly with growth stages, temperature appears to induce changes in the bioavailability and carbon exudation rate of exudates. Values of some optical indices and spectral ratios differed from those reported for phytoplankton, which has important implications for understanding DOM in natural waters. Additionally, some fluorophores typically associated with humic compounds appear to include other substances of different nature and origin, potentially related to oxidative stress. It is expected that the results obtained in this investigation will advance the understanding of DOMp production processes, help refine the interpretation of DOM optical property data in natural environments, and contribute to a better understanding of the impact of climate change on key portions of the carbon cycle.

La materia orgánica disuelta (DOM, del inglés Dissolved Organic Matter) abarca una amplia gama de moléculas de origen biológico y es la forma de carbono más abundante y biodisponible en los medios acuáticos. La DOM desarrolla papeles-clave en el ciclo del carbono, ya que influye en el pH y en la penetración de la luz en la columna de agua, ejerciendo efectos sobre la productividad primaria, y constituye la principal fuente de alimento para los microorganismos heterótrofos. El fitoplancton, por medio de su metabolismo o muerte celular, representa una importante fuente de DOM para los sistemas acuáticos. Sin embargo, poco se sabe sobre la composición de estos sustratos orgánicos y los factores que regulan su producción y calidad, especialmente desde la perspectiva del cambio climático global. Pequeños cambios en la DOM fitoplanctónica (DOMp), provocados por cambios en los factores ambientales, pueden causar modificaciones en la estructura del microbioma y, por tanto, en los flujos de carbono en las redes tróficas acuáticas, es decir, en el ciclo del carbono. Para examinar las consecuencias del aumento de temperatura en la DOMp, se sometieron cultivos axénicos de Microcystis aeruginosa y Cyclotella sp. a experimentos de calentamiento a +4°C, con y sin aclimatación previa, y se analizaron mediante citometría de flujo, espectroscopia de fluorescencia y cuantificación del carbono orgánico disuelto en distintos puntos de la curva de crecimiento. Se identificaron 2 componentes de proteínas fluorescentes y 2 componentes húmicos/fúlvicos. Se observó que, mientras que la composición de DOMp varía más marcadamente según la fase de crecimiento, la temperatura parece inducir cambios en la biodisponibilidad y la tasa de liberación de carbono en los exudados. Los valores de algunos índices ópticos y relaciones espectrales difirieron de los comunicados para el fitoplancton, lo que tiene importantes implicaciones para comprender la DOM en aguas naturales. Además, algunos fluoróforos típicamente asociados a los compuestos húmicos parecen incluir otras sustancias de naturaleza y origen diferentes, potencialmente relacionadas con el estrés oxidativo. Se espera que los resultados obtenidos en esta investigación permitan avanzar en la comprensión de los procesos de producción de DOMp, ayuden a mejorar la interpretación de los datos de propiedades ópticas de DOM en aguas naturales y contribuyan a una mejor comprensión del impacto del cambio climático en partes clave del ciclo del carbono.