Como podemos saber algo sobre os níveis de dióxido de carbono na atmosfera no passado profundo da Terra? Pequenas bolhas presas no gelo fornecem amostras de ar antigo, mas este registro remonta a apenas 800, 000 anos. Para chegar mais longe, os cientistas devem depender de proxies do clima, ou parâmetros mensuráveis ​​que variam sistematicamente com as condições climáticas.

O proxy padrão são as razões de isótopos de oxigênio em um minúsculo zooplâncton chamado foraminíferos. Existem mais de 50, 000 espécies diferentes desses insetos, 10, 000 vivos e 40, 000 extintos. Como as conchas dos foraminíferos registram com bastante fidelidade as proporções dos isótopos de oxigênio na água do mar, eles fornecem um sinal que pode ser usado para inferir temperaturas antigas.

Mas há outro proxy potencial acumulando poeira no arquivo sedimentar:minúsculo fitoplâncton chamado coccolitóforos. Eles são encontrados em grande número em toda a camada de luz solar do oceano. Seu minúsculo, placas em forma de tampa de cubo, chamados cocólitos, são o principal componente do Chalk, a formação do Cretáceo Superior que aflora nos Penhascos Brancos de Dover, e um componente importante do "lodo calcário" que cobre grande parte do fundo do mar.

Como os coccolitóforos são produtores primários importantes para a biogeoquímica dos oceanos, eles são organismos bem estudados. Eles são menos usados ​​para reconstruções paleoceanográficas do que foraminíferos, Contudo, porque eles criam suas placas dentro de suas células, em vez de precipitá-las diretamente da água do mar. Isso significa que há uma grande impressão biológica no sinal do clima que o torna difícil de interpretar.

Mas novas descobertas, publicado na edição de 28 de fevereiro da revista Nature Communications , poderia mudar isso. Recriando o ambiente pré-histórico em condições de laboratório, uma equipe de cientistas da Universidade de Oxford, incluindo Harry McClelland, agora um associado de pesquisa de pós-doutorado na Universidade de Washington em St. Louis, e o Laboratório Marinho de Plymouth cultivou várias espécies diferentes desta alga, cada um com níveis variáveis ​​de carbono.

Com esses dados experimentais, eles criaram um modelo matemático de fluxos de carbono na célula coccolitóforo que responde por variações anteriormente inexplicadas na composição isotópica das plaquetas que as algas produzem e fornece a estrutura para o desenvolvimento de um novo conjunto de proxies.

Bem entendido, o próprio "ruído" pode ser um sinal. Coccoliths fornecem uma janela sobre a biologia antiga, bem como o clima, McClelland disse.

Cocos leves e pesados

McClelland explica que os cientistas começaram com um mistério. Os cocólitos foram divididos em dois grupos - um grupo leve e um pesado - com base no fato de as plaquetas que precipitaram serem mais pobres ou mais ricas no isótopo pesado mais raro de carbono em comparação com o carbonato de cálcio formado por processos físicos (abióticos). Os desvios da norma abiótica foram "grandes e enigmáticos, "McClelland disse.

Os isótopos pesados ​​sofrem todas as mesmas reações químicas que os isótopos leves, mas, simplesmente porque eles têm massas ligeiramente diferentes, eles o fazem em taxas ligeiramente diferentes. Essas pequenas diferenças nas taxas de reação fazem com que os produtos das reações tenham proporções de isótopos diferentes dos materiais de origem.

Os coccolitóforos realizam a química do carbono relevante em dois compartimentos celulares diferentes:o cloroplasto, onde ocorre a fotossíntese, e vesículas de cocólito, onde as plaquetas são precipitadas. O principal problema em decifrar o registro isotópico que as algas deixam é que esses dois processos conduzem a composição isotópica do reservatório de carbono em direções opostas.

Em seus cloroplastos, os coccolitóforos pegam o carbono inorgânico e o transformam em moléculas biológicas. Este processo prossegue muito mais rapidamente para o CO2 contendo o isótopo leve de carbono, fazendo com que a composição isotópica desvie para a variante mais pesada. Plaquetas crescendo em vesículas de cocólito, por outro lado, incorporar preferencialmente a forma mais pesada de carbono do pool de substrato.

A equipe escolheu uma série de espécies de coccolitóforos, leve e pesado, e os cultivou em laboratório - "não é tão diferente de jardinagem, McClelland disse "- e então construiu um modelo matemático da célula que poderia prever os resultados isotópicos em todas as espécies para as quais havia dados disponíveis.

Eles foram capazes de mostrar que a proporção de calcificação para fotossíntese determina se as plaquetas são isotopicamente mais pesadas ou mais leves do que o carbonato de cálcio abiogênico. Eles foram capazes de explicar o tamanho da partida, bem como sua direção.

Para McClelland, a parte mais emocionante do estudo é que ele abre uma janela para a biologia de criaturas antigas. Quando as pessoas usam foraminíferos como substituto do clima, ele disse, eles geralmente escolhem uma espécie e assumem um efeito biológico constante, ou deslocamento. Mas podemos ver o impacto da biologia variável nas assinaturas químicas dos coccolitóforos.

Com mais pesquisas, disse McClelland disse, As razões isotópicas baseadas em cocólito poderiam ser desenvolvidas em um paleobarômetro que nos ajudaria a entender a sensibilidade do sistema climático ao dióxido de carbono atmosférico.

"Nosso modelo permite que os cientistas entendam os sinais de algas do passado, como nunca antes. Ele desbloqueia o potencial de coccolitóforos fossilizados para se tornarem uma ferramenta de rotina, usado no estudo da fisiologia das algas antigas e também, em última análise, como um registrador dos níveis de CO2 anteriores, "disse a autora sênior Rosalind Rickaby, professor de biogeoquímica em Oxford.