No ciclo do nitrogênio, fitoplâncton e outras plantas marinhas transformam nitrato (NO 3 ) em nitrogênio orgânico durante a fotossíntese. O nitrogênio orgânico afunda no oceano profundo, onde os micróbios "comem" o nitrogênio orgânico e usam o oxigênio para respirar e transformar o nitrogênio em nitrato. As correntes oceânicas fazem o ciclo do nitrato de volta à superfície do oceano e o nitrogênio não é perdido nem ganho (painel esquerdo). Quando o oxigênio acabar, no entanto, alguns organismos respiram usando nitrato em vez de oxigênio, converter o nitrato de volta em gás nitrogênio, conduzindo-o para a atmosfera e removendo-o dos oceanos. Crédito:ilustração da Universidade de Rochester / Michael Osadciw
O nitrogênio é essencial para a vida marinha e circula pelo oceano em um sistema delicadamente equilibrado. Os organismos vivos - especialmente as plantas marinhas chamadas fitoplâncton - requerem nitrogênio em processos como a fotossíntese. Por sua vez, o crescimento do fitoplâncton absorve dióxido de carbono da atmosfera e ajuda a regular o clima global.
De acordo com uma nova pesquisa de Thomas Weber, professor assistente de ciências terrestres e ambientais na Universidade de Rochester, pequenos microambientes nas profundezas do oceano podem conter pistas importantes para o ciclo global do nitrogênio na água do mar.
Em um artigo publicado em Nature Geoscience , Weber e sua co-autora Daniele Bianchi, professor assistente de ciências atmosféricas e oceânicas na UCLA, mostram que pequenos micróbios que removem o nitrogênio da água existem nesses microambientes e estão mais disseminados do que se pensava anteriormente. Usando esses dados, eles desenvolveram um modelo de computador que muda a maneira como pensamos sobre o ciclo do nitrogênio marinho.
"O entendimento anterior do ciclo do nitrogênio era que o nitrogênio era perdido do oceano apenas em três regiões onde o oxigênio é escasso. Se quiséssemos prever como o ciclo do nitrogênio responderia às mudanças climáticas, tudo o que precisávamos fazer era prever como essas três regiões de baixo oxigênio se expandiriam ou se contrairiam, "Diz Weber." Nosso estudo muda esse quadro, mostrando que a perda de nitrogênio está realmente acontecendo em regiões muito maiores, e precisamos pensar sobre como o oceano como um todo está mudando. "
A maioria dos organismos marinhos "respiram, "ou respire, usando oxigênio. Quando o oxigênio não está presente na água do mar, em vez disso, os micróbios respiram usando outros compostos como nitrato, uma forma de nitrogênio. "Isso tem o efeito líquido de remover o nitrogênio do oceano, "Diz Weber.
Existem três regiões no oceano com níveis de oxigênio excepcionalmente baixos; dois na costa das Américas, logo ao norte e ao sul do equador (números 1 e 2) e um no Mar da Arábia (número 3). Essas áreas são conhecidas como "zonas mortas" porque apenas micróbios anaeróbicos podem sobreviver aqui. Crédito:Thomas Weber / Universidade de Rochester
Os pesquisadores acreditavam que micróbios anaeróbios - pequenos microrganismos e bactérias que não precisam de oxigênio para respirar - só eram encontrados em bolsões do oceano com níveis excepcionalmente baixos de oxigênio; particularmente, três regiões conhecidas como "zonas mortas".
Weber e Bianchi desenvolveram um modelo de computador que leva em consideração novos dados genéticos coletados de micróbios do oceano. Os dados indicam que micróbios anaeróbicos existem não apenas em áreas de água não oxigenada, mas de alguma forma prosperam em áreas do oceano onde há oxigênio. Azoto, Portanto, pode ser perdido em grande parte do oceano, não apenas em áreas onde o oxigênio é escasso.
"Uma das maiores revoluções da oceanografia nos últimos anos foi a revolução genômica, "Diz Weber." Os oceanógrafos foram capazes de medir todos os genes presentes na água do mar. "Uma de suas descobertas foi que os genes que permitem a respiração anaeróbica não são encontrados apenas nas três regiões; os genes foram encontrados muito mais disseminados em todo o oceano.
Sempre que o oxigênio estiver disponível, não deve haver organismos que respiram anaerobicamente, Weber diz. "Eles devem ser superados por coisas que usam oxigênio, porque essa é uma maneira muito mais eficiente de respirar. "
Como então, esses organismos anaeróbicos sobrevivem em áreas onde o oxigênio está presente?
Weber e Bianchi descobriram que pequenos "microambientes" sem oxigênio existem em todo o oceano profundo em "neve marinha" rica em orgânicos - partículas de matéria orgânica, como células mortas do plâncton e fezes do zooplâncton, presos juntos. Micróbios ganham energia comendo matéria orgânica e usando oxigênio para respirar. Se a respiração for intensa o suficiente dentro das partículas, todo o oxigênio pode acabar e os micróbios passarão a respirar usando compostos além do oxigênio.
"Sugerimos que micróbios anaeróbicos podem prosperar em vastas faixas do oceano oxigenado, na neve marinha orgânica que se afunda, '", Diz Bianchi." Isso muda a maneira como pensamos sobre o ciclo do nitrogênio e, De forma geral, metabolismo anaeróbico no oceano, e sugere que ambos poderiam responder às mudanças climáticas de maneiras que desafiam nosso entendimento atual. "
O aquecimento global faz com que a temperatura do oceano suba, resultando em uma maior perda de oxigênio, o que pode então afetar o orçamento de nitrogênio em todo o mundo. Quando os humanos perturbam uma parte do sistema, pode ter efeitos inesperados. Mas os modelos de computador podem ajudar a prever melhor essas consequências.
“O aquecimento dos oceanos está ocorrendo por causa das emissões humanas de dióxido de carbono, que aquecem a terra como um todo, "Diz Weber." Indiretamente, isso altera o conteúdo de oxigênio e nitrogênio do oceano. Eventualmente, o crescimento do fitoplâncton marinho e sua capacidade de absorver dióxido de carbono são afetados, que então se retroalimenta sobre as mudanças climáticas. Nosso novo trabalho e outros esforços de modelagem nos ajudarão a planejar melhor essas consequências. "
