À medida que o planeta aquece, os cientistas há muito que se preocupam com a possibilidade de gases nocivos com efeito de estufa vazarem do degelo do permafrost do Árctico. Estimativas recentes sugerem que, até 2100, a quantidade de dióxido de carbono e metano libertados por estas terras perpetuamente congeladas poderá estar no mesmo nível das emissões dos grandes países industrializados. No entanto, uma nova investigação liderada por uma equipa de cientistas do microbioma da Universidade Estatal do Colorado sugere que essas estimativas podem ser demasiado baixas.



Os microrganismos são responsáveis ​​pelo processo que irá gerar gases com efeito de estufa a partir do degelo das turfeiras do norte, que contêm cerca de 50% do carbono do solo mundial. Por enquanto, muitos dos micróbios neste ambiente estão congelados e inativos.

Mas à medida que a terra descongela, os micróbios “acordam” e começam a produzir carbono no solo. Este processo natural, conhecido como respiração microbiana, é o que produz as emissões de dióxido de carbono e metano previstas pelos modeladores climáticos.

Atualmente, estes modelos assumem que esta comunidade de microrganismos – conhecida como microbioma – irá decompor alguns tipos de carbono, mas não outros. Mas o trabalho liderado pela CSU e publicado esta semana na revista Nature Microbiology fornece uma nova visão sobre como esses micróbios se comportarão depois de ativados. A investigação demonstra que os micróbios do solo incrustados no permafrost irão atrás de uma classe de compostos anteriormente considerados intocáveis ​​sob certas condições:os polifenóis.

“Havia esses reservatórios de carbono – digamos, donuts, pizza e batatas fritas – e estávamos confortáveis ​​com a ideia de que os micróbios iriam usar essas coisas”, disse Bridget McGivern, pesquisadora de pós-doutorado da CSU e primeira autora do artigo.

"Mas havia outra coisa, comida picante; não pensávamos que os organismos gostassem de comida picante. Mas o que o nosso trabalho mostra é que na verdade existem organismos que a comem, e por isso não vai ficar apenas como carbono , vai ser quebrado."

Mais carbono sendo decomposto pela respiração microbiana produzirá emissões adicionais de gases de efeito estufa. Mas esta nova descoberta também tem outras implicações. Alguns cientistas já tinham teorizado que a adição de polifenóis ao degelo do permafrost do Árctico poderia potencialmente “desligar” estes microrganismos por completo, aprisionando efectivamente um enorme esconderijo de carbono potencialmente problemático no solo. O conceito é conhecido como teoria do bloqueio enzimático.

Isso não parece mais ser uma opção viável, disse Kelly Wrighton, professora associada do Departamento de Ciências do Solo e das Culturas da Faculdade de Ciências Agrícolas, cujo laboratório liderou o trabalho.

"Não apenas pensávamos que esses micróbios não comiam polifenóis", disse Wrighton, "pensávamos que se os polifenóis estivessem lá, seria como se fossem tóxicos e deixariam os micróbios inativos".

O microbioma do solo tem sido frequentemente considerado uma espécie de caixa preta devido à sua complexidade. Wrighton espera que esta nova informação sobre o papel dos polifenóis no permafrost ajude a mudar essa percepção.

“Eu gostaria de superar essas suposições da caixa preta”, disse ela. "Não podemos projetar soluções se não compreendermos a fiação e o encanamento subjacentes de um sistema."

Investigando o permafrost na Suécia

Desvendar a relação entre os micróbios do solo e os polifenóis levou anos para McGivern, que começou a examinar este tópico enquanto fazia seu doutorado no laboratório de Wrighton em 2017.

McGivern começou com uma pergunta simples. Os cientistas presumiram que sem oxigênio, os micróbios do solo não conseguiriam decompor os polifenóis. Os micróbios intestinais, no entanto, não precisam de oxigénio para produzir o composto – é assim que os humanos extraem benefícios antioxidantes saudáveis ​​de substâncias ricas em polifenóis, como o chocolate e o vinho tinto.

McGivern questionou por que o processo seria diferente nos solos, uma questão que é particularmente relevante para o permafrost ou terras alagadas que contêm pouco ou nenhum oxigênio.

"A motivação para grande parte do meu doutorado foi como essas duas coisas poderiam existir?" McGivern disse. "Os organismos no nosso intestino podem decompor os polifenóis, mas os organismos no solo não? A realidade é que ninguém nos solos tinha realmente olhado para isso."

McGivern e Wrighton testaram com sucesso a teoria em um experimento de laboratório e publicaram um estudo de prova de conceito em 2021. A próxima etapa foi testá-la em campo. A equipa obteve acesso a amostras nucleares de um local de investigação no norte da Suécia, um local que os cientistas têm utilizado durante anos para examinar questões relacionadas com o permafrost e o microbioma do solo.

Mas antes que McGivern pudesse procurar evidências de degradação dos polifenóis nas amostras principais, ela primeiro teve que criar um banco de dados de sequências genéticas que correspondessem ao metabolismo dos polifenóis. McGivern explorou milhares de páginas de literatura científica existente, catalogando as enzimas do gado, do intestino humano e de alguns solos que eram conhecidos por serem responsáveis ​​pelo processo.

Depois de construir o banco de dados, McGivern comparou os resultados com as sequências genéticas expressas pelos micróbios nas amostras principais. Com certeza, disse ela, o metabolismo dos polifenóis estava acontecendo.

"O que descobrimos foi que genes em 58 vias diferentes de polifenóis foram expressos", disse McGivern. “Portanto, estamos dizendo que não apenas os microrganismos podem potencialmente fazer isso, mas também estão, no campo, expressando os genes para esse metabolismo”.

Ainda assim, é necessário mais trabalho, disse McGivern. Eles não sabem o que poderá restringir o processo ou as taxas a que o metabolismo está a acontecer – ambos factores importantes para eventualmente quantificar a quantidade de emissões adicionais de gases com efeito de estufa que poderiam ser libertadas pelo permafrost.

“O objetivo disso é construir uma melhor compreensão preditiva para que tenhamos uma estrutura que possamos realmente manipular”, disse Wrighton. "A crise climática que enfrentamos é muito rápida. Mas podemos modelá-la? Podemos prevê-la? A única forma de chegarmos lá é compreender realmente como algo funciona."

Mais informações: Bridget McGivern et al, Um cache de metabolismos de polifenóis descoberto em microbiomas de turfeiras, Nature Microbiology (2024). DOI:10.1038/s41564-024-01691-0
Informações do diário: Microbiologia da Natureza

Fornecido pela Colorado State University