Como você e eu, os micróbios precisam de alguns metais em sua dieta para se manterem saudáveis.
Por Brandie Jefferson, Universidade de Washington em St. Louis com informações de Phys.
Os metais ajudam os micróbios a “digerir” totalmente os alimentos. Após uma boa refeição, os micróbios que ganham energia reduzindo quimicamente o nitrato liberam um subproduto inofensivo: nitrogênio, o gás que compõe 78% da atmosfera da Terra.
Mas se um metal em particular, o cobre, não estiver disponível, esses micróbios não podem completar o processo bioquímico “digestivo”, chamado desnitrificação. Em vez de liberar nitrogênio, eles liberarão o potente óxido nitroso, um gás de efeito estufa.
Estudos de laboratório anteriores usando culturas puras mostraram que a disponibilidade de cobre era importante para a desnitrificação. Agora, a pesquisa do laboratório de Daniel Giammar, Professor Walter E. Browne de Engenharia Ambiental da Escola de Engenharia McKelvey, e Jeffrey Catalano, professor de ciências da terra e planetárias em Artes e Ciências, ambos da Universidade de Washington em St. mostraram que nos ambientes aquáticos complexos e dinâmicos que esses micróbios chamam de lar, nem sempre há cobre suficiente disponível para desnitrificação.
Sua pesquisa foi publicada em 15 de junho na revista Geochimica et Cosmochimica Acta .
“Material em um béquer não é o mesmo que material no ambiente”, disse Giammar. “Uma grande parte de nossa abordagem foi pegar materiais reais de sistemas ambientais reais e trazê-los para o laboratório e examiná-los de maneiras controladas”.
As descobertas ressaltam o papel descomunal do cobre quando se trata da liberação de óxido nitroso. “Em níveis regulares de fundo, esses sistemas podem não ter metais suficientes para realizar o processo”, disse Neha Sharma, Ph.D. estudante no laboratório de Giammar.
Isso é importante porque o óxido nitroso é o terceiro gás de efeito estufa mais potente e 50% dele vem de micróbios em ecossistemas aquáticos.
Para entender melhor como o cobre afetou a liberação de gás nesses sistemas, Sharma e Elaine Flynn, cientista sênior do laboratório de Catalano, foram até a fonte. Trabalhando com três laboratórios do Departamento de Energia dos EUA (DOE) – os laboratórios nacionais Oak Ridge e Argonne e o Savannah River Site – Sharma e Flynn coletaram micróbios de pântanos e leitos de rios. Quando analisaram quanto cobre havia nos sistemas, perceberam que não era suficiente para completar a desnitrificação.
“Então queríamos ver, se adicionássemos cobre manualmente, isso afetaria a liberação de óxido nitroso”, disse Sharma. Ele fez. “Todo o óxido nitroso foi convertido em outras coisas”, mas nenhum gás de efeito estufa nocivo.
Esta descoberta pode apontar para novas maneiras de conter o aquecimento da atmosfera, disse Sharma. “Se colocarmos um pouco de metais nos sistemas naturais, isso pode mitigar a liberação de N 2 O”, disse ela. Também poderia ter um efeito mais imediato para pesquisadores que estudam o clima.
“Atualmente, os modelos que estão prevendo a liberação de gases de vários sistemas não levam em conta esses fatores”, disse Sharma. “Eles sabem que fatores como disponibilidade de alimentos ou temperatura podem afetar a liberação de gases de efeito estufa, mas não incluem o efeito dos metais nesse aspecto dos gases de efeito estufa”.
Extrema complexidade
Para que as pessoas realmente entendam e façam previsões úteis sobre o clima, os modelos climáticos precisam incorporar toda a complexidade do mundo real presente em ecossistemas específicos.
Outro estudo, publicado em maio na revista ACS Earth & Space Chemistry , analisou os comportamentos de quatro metais diferentes de solos de zonas úmidas ribeirinhas do Savannah River Site e sedimentos de riachos perto do Oak Ridge National Laboratory.
A equipe de pesquisa, incluindo Sharma e Zixuan Wang, Ph.D. estudante do laboratório de Zhen “Jason” He, professor de energia, engenharia ambiental e química, queria saber se a disponibilidade dos metais mudava quando os metais estavam debaixo d’água (e havia pouco oxigênio) versus quando eram expostos ao ar.
A equipe tinha razões para acreditar que os quatro metais – todos importantes para as reações bioquímicas dos micróbios – poderiam agir de forma semelhante. Para sua surpresa, no entanto, os metais agiram de forma diferente em situações semelhantes.
“Isso significa que a biodisponibilidade de certos metais muda com as estações”, disse Sharma. “Isso apenas destaca a extrema complexidade dos sistemas naturais.”
Capturar essa complexidade exige uma variedade de especialistas e parceiros.
“Somos engenheiros ambientais, estamos sempre pensando ‘por que isso importa? O que isso vai fazer pelo clima? O que pode ser feito?'”, disse Giammar. “Mas também colaboramos com o investigador principal Jeffrey Catalano”, o que deu ao trabalho uma forte perspectiva geoquímica.
Além de receber financiamento e acesso a bacias hidrográficas dos laboratórios do DOE, esta pesquisa também está contribuindo para a base de conhecimento do DOE.
Ele fornece mais uma peça do quebra-cabeça da “função da bacia hidrográfica”, o estudo das funções biogeoquímicas ou bacias hidrográficas e seus habitantes. Enquanto isso, outros pesquisadores de outras áreas fazem o mesmo.
Juntos, o conhecimento pode mudar a forma como as pessoas entendem a relação da bacia hidrográfica com o clima .
“Na verdade, vimos que a limitação de cobre era um negócio maior do que pensávamos”, disse Giammar. “É por isso que acho importante entrar nessa complexidade ambiental.”
Mais informações: Neha Sharma et al, Copper availability governs nitrous oxide accumulation in wetland soils and stream sediments, Geochimica et Cosmochimica Acta (2022). DOI: 10.1016/j.gca.2022.04.019
Neha Sharma et al, Dynamic Responses of Trace Metal Bioaccessibility to Fluctuating Redox Conditions in Wetland Soils and Stream Sediments, ACS Earth and Space Chemistry (2022). DOI: 10.1021/acsearthspacechem.2c00031
