Minúsculos micróbios desempenham um grande papel na ciclagem de carbono e outros elementos-chave em nosso ar, agua, solo e sedimento. Os micróbios não apenas capturam e liberam carbono, contribuindo para um ciclo que é fundamental para a vida na Terra, eles também liberam compostos que podem mudar os minerais existentes e formar novos - por sua vez, moldando a geologia do mundo ao nosso redor.

Compreendendo o biológico, processos químicos e geológicos nos quais os micróbios se envolvem é fundamental para compreender e prever o clima global, emissão de gases de efeito estufa, transporte de nutrientes e outros fenômenos naturais.

Os pesquisadores que estudam esses processos no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia (DOE) descobriram que essas comunidades microbianas são significativamente afetadas pelos tipos de fontes de "alimento" de carbono disponíveis. Suas descobertas, publicado no jornal PLOS ONE , revelam que o tipo de fonte de carbono afeta não apenas a composição e atividade das comunidades microbianas naturais, mas também, por sua vez, os tipos de produtos minerais que se formam em seu ambiente.

"Nosso estudo demonstra o estreito acoplamento entre os sistemas biológicos e o meio ambiente, duas coisas que a maioria das pessoas consideraria separadamente, "disse o microbiologista Argonne Dion Antonopoulos, um co-autor do estudo. "Nós ilustramos que, à medida que os microrganismos alteram seu ambiente, seu ambiente, então, afeta o tipo de microorganismos que estão lá e sua atividade. "

Para sua análise, os pesquisadores se concentraram nas comunidades microbianas encontradas abaixo da superfície da Terra que realizam respiração anaeróbica - um processo químico para liberar energia de fontes de "alimento" de carbono que ocorre por meio de uma série complexa de reações em um ambiente sem oxigênio. As bactérias absorvem carbono e liberam vários subprodutos químicos no meio ambiente; alguns subprodutos desse processo alteram os minerais encontrados no ambiente circundante.

Os pesquisadores pegaram essas comunidades microbianas específicas e apresentaram-lhes uma das três fontes de carbono:glicose, um açúcar de seis carbonos; lactato, um composto de quatro carbonos; ou acetato, um composto simples de dois carbonos.

"Além de escolher o acetato, lactato e glicose por causa de sua gama relativa de complexidade, nós os escolhemos porque são representativos dos tipos de moléculas de carbono encontradas, em vários graus, em ambientes subterrâneos, "disse o físico de Argonne Kenneth Kemner, um co-autor do estudo.

Depois de fornecer à bactéria essas três fontes de alimento, os pesquisadores passaram semanas monitorando e medindo as mudanças nesses sistemas. Entre outras coisas, eles mediram a quantidade e a taxa em que a glicose, lactato e acetato foram usados ​​por bactérias, os subprodutos minerais que se formaram em seu ambiente e os tipos de micróbios que estavam presentes em cada momento.

"Estudar o crescimento das comunidades microbianas é algo em que muitos pesquisadores se concentraram, mas o fato de estarmos combinando isso com o estudo das mudanças na química desses sistemas, e fazendo isso de uma forma muito sincronizada, é o que torna este trabalho novo, "disse o biogeoquímico de Argonne Ed O'Loughlin, outro co-autor do estudo.

A análise desses dados lado a lado permitiu aos pesquisadores ver quais tipos de micróbios se tornaram mais ou menos abundantes em um conjunto específico de condições ambientais. A sobreposição desses dados também permitiu que observassem como as comunidades microbianas mudavam junto com as mudanças nas condições ambientais ao longo do tempo.

"Estudos anteriores usaram apenas algumas amostras e mediram as mudanças em apenas alguns pontos no tempo, como o estado inicial e final. No nosso caso, coletamos dados em muitos outros pontos no tempo, ajudando a caracterizar melhor a resposta do sistema ao longo do tempo, "O'Loughlin disse.

Sua análise mostrou que uma série distinta de mudanças ocorreram consistentemente quando os micróbios foram expostos a ambientes ricos em lactato ou acetato. Contudo, em ambientes ricos em glicose, eles observaram vários padrões de mudanças.

"Nós pensamos que, porque a glicose é maior, composto mais complexo que pode ser dividido em muitos compostos mais simples, isso abre mais caminhos químicos na comunidade através dos quais ele pode ser usado, e que esse potencial metabólico diverso é responsável pelos diferentes padrões que estamos vendo, "disse O'Loughlin.

"Descobrir quais são os parâmetros que fazem uma comunidade microbiana seguir um padrão específico - isso seria uma direção para pesquisas futuras, " ele disse.