Milhas abaixo da superfície do oceano no abismo escuro, vastas comunidades de micróbios submarinos em fontes termais profundas estão convertendo produtos químicos em energia que permite que a vida no fundo do mar sobreviva - e até mesmo prospere - em um mundo sem luz solar. Até agora, Contudo, medir a produtividade das comunidades de micróbios submarinos - ou a rapidez com que oxidam produtos químicos e a quantidade de carbono que produzem - tem sido quase impossível.

Um novo estudo realizado por cientistas da Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) revelou que esses ecossistemas baseados em micróbios são surpreendentemente produtivos e desempenham um papel importante no apoio à vida na parte superior da cadeia alimentar em um oceano profundo faminto por alimentos. Eles estimam que em todo o mundo, comunidades microbianas de fontes hidrotérmicas em alto mar podem produzir mais de 4, 000 toneladas de carbono orgânico por dia, o bloco de construção da vida. Essa é aproximadamente a mesma quantidade de carbono em 200 baleias azuis - tornando esses ecossistemas entre os mais produtivos do oceano por volume. O estudo aparece em 11 de junho, 2018, emissão de Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Descobrimos que as comunidades microbianas que vivem abaixo do fundo do mar em aberturas podem gerar quantidades semelhantes de carbono como as conhecidas comunidades de animais acima do fundo do mar, como os vermes tubulares, que são conhecidos por serem tão produtivos quanto os ecossistemas da floresta tropical, "disse Stefan Sievert, microbiologista do WHOI e autor sênior do estudo. "As quantidades significativas de carbono que esses organismos produzem diariamente fornecem uma importante fonte de alimento e energia para outros organismos no fundo do mar, onde geralmente há muito menos carbono disponível. "À medida que o carbono da vida marinha em decomposição afunda das águas superficiais para as profundezas, bactérias e outros microorganismos mastigam-no até que ele se torne cartilagem marinha. "O que está descendo da superfície até essas profundezas não é muito, e não muito digerível para a vida do fundo do mar, "disse Jesse McNichol, que conduziu este trabalho como um Ph.D. aluno do WHOI e é o primeiro autor do estudo.

Os micróbios nas aberturas obtêm sua energia para viver e crescer por meio da quimiossíntese, alimentando-se de um coquetel químico de fluidos hidrotermais quentes que emanam da crosta do oceano. E eles, por sua vez, representam a base da teia alimentar, fornecer alimento para outros organismos que requerem matéria orgânica pré-formada, assim como os humanos fazem.

"Portanto, os micróbios desempenham um papel importante, gerando novas fontes de carbono que outros organismos podem consumir, "McNichol disse." Com base na área relativamente pequena que as aberturas ocupam no fundo do mar, a produtividade geral lá embaixo é pequena em comparação com o que vemos na superfície, mas um pouco pode ir longe no fundo do mar e também cria pontos quentes de atividade perto de respiradouros. "

Medir a produtividade das comunidades de micróbios submarinos tem sido uma tarefa assustadora. Para conseguir isso, os pesquisadores coletaram amostras de micróbios de um local bem estudado de ventilação no East Pacific Rise conhecido como Crab Spa. Os fluidos de ventilação foram coletados em recipientes de amostragem de água conhecidos como amostradores Isobaric Gas-Tight (IGTs), que são projetados para manter as pressões extremas do ambiente natural do fundo do mar, onde vivem os micróbios. "Se você trazer os amostradores para a superfície sem manter a pressão que existe no fundo do mar, "explicou Jeff Seewald, um geoquímico da WHOI que desenvolveu esses amostradores e é co-autor do estudo, "os gases dissolvidos no fluido irão liberar o gás, semelhante a quando você abre uma garrafa de água com gás. Isso pode alterar a química do fluido e a atividade dos micróbios. "

No laboratório, as pressões e temperaturas do fundo do mar foram mantidas enquanto os pesquisadores adicionavam produtos químicos como nitrato, gás hidrogênio, e gás oxigênio para as amostras. Através deste processo, os cientistas foram capazes de medir as taxas nas quais os micróbios consomem produtos químicos específicos e com que eficiência eles os convertem em biomassa, um parâmetro crítico para determinar a produtividade do ecossistema microbiano.

Para fazer isso, os cientistas da WHOI se uniram a pesquisadores em Leipzig, Alemanha, para empregar um novo método analítico conhecido como NanoSIMS, permitindo-lhes combinar as identidades dos micróbios com suas taxas de produção de carbono sob diferentes condições de incubação no nível de células microbianas individuais, mostrando que micróbios conhecidos como Campylobacteria (anteriormente conhecidos como Epsilonproteobacteria) eram os produtores de carbono dominantes.

"Alguns dos micróbios nas incubações dobraram suas populações em apenas algumas horas", disse Sievert. "Isso aponta para uma biosfera submarina muito ativa nas aberturas do fundo do mar."

Dado o papel crítico que essas comunidades microbianas desempenham no oceano profundo, os cientistas estão procurando maneiras novas e mais rotineiras de medir a produtividade a quilômetros abaixo da superfície do mar. Recentemente, Sievert junto com o microbiologista da WHOI Craig Taylor, o biogeoquímico microbiano Jeremy Rich da University of Maine, e os engenheiros da WHOI receberam financiamento da National Science Foundation para desenvolver um novo tipo de instrumento de amostragem conhecido como Vent-Submersible Incubation Device ("Vent-SID") que complementa a abordagem baseada em IGT.

"Ele é projetado para incubar micróbios e medir suas atividades no fundo do mar, "explicou Sievert, minimizar o tempo antes que as incubações possam começar após a coleta de uma amostra. Seguindo em frente, os cientistas também planejam medir a produtividade microbiana em outros locais de ventilação através do oceano global para refinar as estimativas obtidas no presente estudo.

"Temos estudado um tipo de sistema de ventilação que é bastante comum, mas gostaríamos de olhar para outros locais de ventilação onde há uma abundância de outros produtos químicos, como hidrogênio, por exemplo, e ver se os valores de produtividade mudam significativamente, "disse McNichol.