Kate Scow, professor de ciência do solo e ecologia microbiana do solo na UC Davis, mantém sacos plásticos cheios de sujeira em sua mesa.

Estamos nos reunindo em seu escritório em Plant e no Edifício de Ciências Ambientais no campus, não no Russell Ranch, onde ela é a diretora do centro de pesquisa exclusivo de 300 acres da universidade, estudando os impactos de longo prazo das práticas de gestão e do clima na sustentabilidade agrícola. A Califórnia finalmente voltou a chover. "Nossos solos estão encharcados e é meio difícil de se mover por lá agora, "diz Scow.

Um dos sacos está cheio de terra marrom-clara esfarelada que se mantém unida em pequenos aglomerados. É de um campo de tomate administrado organicamente. Outra bolsa contém um quase sólido, bloco cinza de sujeira, como um tijolo de cimento.

"É porque foi arado quando estava úmido. A estrutura está completamente destruída." Ela pega a sacola e a levanta. "Mas você pode se surpreender com o fato de que até mesmo esta pedra contém alguns microorganismos. Eles estão por toda parte."

A ecologia microbiana é uma das principais áreas de pesquisa da Scow. O que ela está tentando entender é como podemos redirecionar as práticas agrícolas "abaixo do solo" e aumentar a atividade de microorganismos benéficos. Apenas alguns de seus projetos de pesquisa recentes incluem a análise da sensibilidade de bactérias e fungos ao preparo do solo e plantas de cobertura, e os impactos de fertilizantes minerais em sistemas agrícolas gerenciados e não gerenciados.

Embora os micróbios do solo sejam essenciais para a vida na Terra, os cientistas admitem prontamente que ainda sabem relativamente pouco sobre eles. O que eles sabem é que são muito, muito abundante e muito, muito diverso.

"Um grama de solo - cerca de um quarto de colher de chá - pode facilmente conter um bilhão de células bacterianas e vários quilômetros de filamentos de fungos, "diz Scow.

E quantos tipos diferentes de organismos podem existir no solo? "O solo é extremamente diverso, com uma estimativa de 10, 000 a 50, 000 taxa diferentes em uma colher de chá de solo. Esses números são difíceis de adivinhar e continuam sendo ajustados à medida que aprendemos mais sobre o microbioma do solo por meio de esforços de sequenciamento, "diz Scow, referenciando sequenciamento genômico, que identifica os organismos por suas características genéticas únicas.

Um ecossistema vivo

Ao contrário de Scow, quando a maioria de nós passa por um campo agrícola recém-arado, nós vemos sujeira. Podemos imaginar a presença de alguns bugs, talvez vermes, mas essencialmente, a maioria de nós vê o solo como um substrato inanimado no qual as plantas crescem.

Mas o solo é na verdade uma entidade viva, um ecossistema diversificado que é um dos mais complexos do planeta. E é essencial para a vida humana por meio de todas as funções que fornece - produção de alimentos, purificação da água, redução de gases de efeito estufa, e limpeza da poluição, para nomear alguns.

"Muitos processos que são realmente importantes no solo, como a decomposição de material orgânico, vai para a construção da estrutura do solo - os agregados - que são as unidades estruturais do solo, "diz Scow." Esses agregados determinam quão bem a água é drenada quando chove, quão bem é retido quando seca. E a troca de gases - como a capacidade de levar oxigênio às raízes das plantas - é determinada pela estrutura do solo. "

O que você vê quando vira uma pá de solo saudável não é apenas casualidade. "Micróbios são os arquitetos que constroem essa estrutura, "diz Scow. E ela aponta que a forma como gerenciamos nossos solos agrícolas pode determinar se ajudamos ou atrapalham esses engenheiros estruturais microscópicos.

Solos saudáveis ​​podem ajudar a mitigar as mudanças climáticas

Os micróbios intestinais têm recebido muita atenção nos últimos anos, à medida que os pesquisadores continuam a desvendar a complexa relação entre a saúde humana e o que vive em nossos intestinos.

Para os humanos, existem prebióticos e probióticos úteis. Acontece que as bactérias Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophiles do iogurte são boas para nós. Mas existem "bactérias boas" semelhantes para plantas e solos?

Eu pergunto a Radomir Schmidt, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Kate Scow, aquela questão. Ele ri. "Essa é a pergunta de um milhão de dólares. Sabemos que há muitos micróbios do solo, mas não sabemos o que muitos deles fazem. Ainda não, qualquer forma."

Ele explica que existem micróbios úteis no solo, mas os pesquisadores ainda não sabem como as interações entre os micróbios do solo levam a diferentes resultados práticos.

Os micróbios têm funções incrivelmente diversas no solo. Existem micróbios nitrificantes que convertem amônio em nitrito, e então nitrato. Existem micróbios que podem metabolizar fertilizantes e pesticidas e até poluentes. Mas embora as propriedades de alguns micróbios do solo sejam conhecidas, ainda há muito a aprender, por exemplo, a importância do trabalho em equipe entre diferentes organismos na prestação desses serviços.

Sequestro de carbono no solo

Eu conheci Schmidt quando ele estava participando de um workshop de microbioma no campus patrocinado pelo Office of Research para ajudar a rede de pesquisadores da UC Davis sobre possíveis projetos interdisciplinares de microbioma. Ele estava lá para pensar em projetos como o sequestro de carbono.

O solo se tornou um foco para buscar formas de mitigar as mudanças climáticas. Solo saudável é mais resistente em um ambiente em mudança. Também nutre as plantas, o que permite que as plantas removam o dióxido de carbono - um gás de efeito estufa - da atmosfera.

E o próprio solo também é um grande repositório de carbono:ele abriga os compostos de carbono de plantas e animais em decomposição, bem como tudo o que vive no solo - de micróbios a vermes e raízes de árvores. E o carbono é essencial para que os micróbios do solo possam florescer.

A pesquisa mostrou que mudanças nas práticas agrícolas podem aumentar o carbono armazenado no solo. Um estudo de 20 anos no Russell Ranch descobriu que adicionar composto e safras de cobertura a campos que cultivavam tomates em rotação com milho aumentou a quantidade de carbono do solo em 37 por cento.

Kate Scow também participou de um projeto de longo prazo liderado por Jeff Mitchell, especialista em Extensão Cooperativa de Agricultura e Recursos Naturais da Universidade da Califórnia, que analisou o impacto da agricultura de conservação na quantidade de carbono no solo. O estudo de oito anos no Vale de San Joaquin descobriu que as práticas de agricultura de conservação podem aumentar a quantidade de carbono sequestrado no solo em cerca de 45 por cento.

O estado da Califórnia está tão interessado no potencial do solo para mitigar as mudanças climáticas que o Departamento de Alimentos e Agricultura da Califórnia alocou US $ 7,5 milhões para a Healthy Soils Initiative, que tem como objetivo construir carbono no solo e reduzir os gases de efeito estufa agrícolas.

Estudos exploram o impacto das técnicas agrícolas sobre os micróbios

Ph.D. de Schmidt está na genética bacteriana. Ele começou no laboratório de Scow fazendo sequenciamento genético e gradualmente passou a trabalhar mais diretamente com a agricultura. Ele gosta de sair do laboratório. "O principal projeto no qual estou trabalhando agora são os efeitos da agricultura de plantio direto e cobertura vegetal sobre o microbioma. Conhecemos muito bem os efeitos gerais de não preparo do solo e cultivo de plantas de cobertura, mas sabemos muito menos sobre os efeitos em específicos membros da comunidade microbiana, "diz Schmidt.

Por exemplo, ele ressalta que os fungos são particularmente sensíveis aos distúrbios físicos causados ​​pelo cultivo, ao passo que muitas bactérias não são tão afetadas. Para as bactérias, o que importava mais era a comida - se a safra de cobertura estava lá, não há. Pode haver compensações com as diferentes práticas, que é uma das muitas razões pelas quais a pesquisa é tão importante.

E às vezes os resultados da pesquisa são inesperados. Quando Kelly Gravuer, em seguida, um Ph.D. estudante no laboratório de Scow, fez um estudo adicionando composto de aves a três tipos diferentes de solo, ela tinha certeza de que a diversidade microbiana no solo pobre em nutrientes aumentaria. Não foi. Desceu

"Claramente, ainda temos muito que aprender sobre como traduzir o conhecimento obtido em experimentos com plantas e animais para o mundo muito diferente dos micróbios, "diz Gravuer.

Lições de desmatamento e regeneração na Amazônia

Jorge L. Mazza Rodrigues, um professor do Departamento de Terras da UC Davis, Recursos do ar e da água, vem estudando o impacto do desmatamento na floresta amazônica desde 2008.

Seu primeiro projeto foi em Rondônia, um estado próximo à fronteira com a Bolívia e com a distinção de ter o maior índice de desmatamento da Amazônia. Mais tarde, Rodrigues acrescentou um segundo projeto de pesquisa, no estado do Pará, no lado norte da Amazônia. "Eles têm grandes diferenças na quantidade de chuva que recebem, "diz Rodrigues.

Ele está no hemisfério norte a maior parte do ano, e neste trimestre ele está ministrando um seminário sobre métodos de pesquisa em microbiomas. Reunimo-nos em seu escritório no Edifício de Ciências Ambientais e de Plantas. Dezenas de cordões para crachás de várias conferências a que ele participou estão pendurados em seu cabide sob o capacete de bicicleta.

Rodrigues estuda as mudanças no microbioma do solo quando florestas primárias são convertidas em pastagens. “Existem muito poucas florestas primárias nos Estados Unidos. Então, temos trabalhado com sistemas tropicais atualmente porque essa é a próxima fronteira em sistemas agrícolas. "

Cerca de 20% da floresta amazônica foi removida - convertida em pastagens para a criação de gado. O Brasil está entre os quatro maiores exportadores mundiais de carne bovina. O fato de os Estados Unidos terem tão poucas florestas primárias é um dos motivos pelos quais Rodrigues tenta evitar o julgamento sobre o desmatamento na Amazônia, apesar de seu impacto no meio ambiente.

"Da minha posição privilegiada, não vou dizer a ninguém para não fazer o que os EUA fizeram." Ele vê seu papel como auxiliar nas decisões deles. "Podemos ajudar as pessoas se dissermos 'vamos ajudá-lo a alcançar o que deseja'."

Para converter a floresta tropical em pastagem, as árvores antigas são removidas e vendidas, e então tudo o que resta é queimado. Ele diz que a queima pode durar semanas.

As mudanças na diversidade do ecossistema são óbvias e dramáticas após a conversão. "Você removeu todas as plantas e árvores e então você tem talvez uma grama. Você vai de um grande número de espécies animais para talvez uma ou duas espécies - vacas e muito poucos pássaros, "diz Rodrigues.

Mudanças abaixo da superfície

Mas o que ele está ali para estudar é o que não é tão visível:ele quer saber o que aconteceu aos microrganismos do solo.

Ele dá, como um exemplo, Acidobacteria. As acidobactérias são grandes, filo diverso de bactérias. "Como o nome sugere, eles gostam mais de um ambiente ácido, solos com pH mais baixo, como os que encontramos na floresta amazônica, "diz Rodrigues.

Mas depois que a floresta foi queimada, todas as cinzas fertilizam o solo e aumentam o pH, tornando-o mais alcalino. "Esses caras não gostam disso, "diz ele. As Acidobactérias que estavam na floresta não são encontradas no pasto." Elas sumiram porque o ambiente mudou. "

Rodrigues publicou vários estudos sobre o microbioma. Um olhou para a perda de diversidade de fungos na Amazônia. Outro artigo recente analisou o ciclo do nitrogênio-metano na Amazônia com base nas comunidades microbianas associadas a ele. Noutro, ele trabalhou com pesquisadores de microbioma da China, que está passando pelo mesmo tipo de desmatamento que está acontecendo na Amazônia.

E ele também está envolvido em projetos perto de casa, incluindo um projeto na Califórnia com Kate Scow medindo as taxas de emissão microbiana de metano que estão sendo liberadas em fazendas usando esterco leiteiro para compostagem. “O que aprendemos a fazer na Amazônia, estamos aplicando às fazendas leiteiras da Califórnia, "diz Rodrigues.

Porque as pastagens convertidas na Amazônia não são fertilizadas, acabam com solo de má qualidade e geralmente são abandonados depois de sete a dez anos. Um sinal de esperança que ele vê para a recuperação ambiental na Amazônia é o que acontece a seguir.

"Se você ainda tem floresta ao redor desta pastagem, a floresta vai começar a colonizar novamente. Começa como um pasto sujo - alguns arbustos, árvores aqui e ali - então ele assume novamente. Não é tão bonito e grande quanto o primário por causa do tamanho das árvores - leva 350 anos para uma árvore grande crescer - mas está voltando a esse sistema. E vimos que as funções microbianas também retornam, "diz Rodrigues.

Ele ressalta que uma floresta secundária está crescendo e pode capturar mais carbono do que a floresta primária que estava no clímax foi capaz de capturar.

“Enquanto mantivermos os corredores e as áreas de floresta primária, ele pode propagar novamente essa área. Os animais podem entrar e sair. Podemos manter a biodiversidade, e a estrutura do meio ambiente. "

A tenacidade dos micróbios

Quando falamos sobre a capacidade dos micróbios de sobreviver em ambientes tão diferentes, ele descreve como ajudou um colega a isolar micróbios que viviam no subsolo no permafrost congelado na Sibéria. Vivendo no gelo.

"Eles estavam vivos, mas eles estavam apenas esperando para obter uma certa quantidade de nutrientes. "Ele descreve como um colega diferente isolou micróbios viáveis ​​dos restos congelados de um mamute da última era glacial." Eles voltaram à vida. Eles ainda eram viáveis, "diz Rodrigues.

“Há estimativas de que os micróbios estão aqui há 3,8 bilhões de anos no planeta. O planeta há cerca de 4,8 bilhões de anos e os primeiros indícios de vida microbiana por volta de 3,8 bilhões de anos, "diz Rodrigues.

O trabalho de Rodrigues com micróbios deu a ele um grande respeito pelos organismos. "Eu os admiro." Ele sorri. "Esses caras podem sobreviver."