Algumas descobertas acontecem por acaso. Considere como 28 de setembro, 1928, desdobrado:Alexander Fleming, de volta ao laboratório depois de férias com a família, estava vasculhando pratos de Petri sujos que não tinham sido limpos antes de sua partida. Um mofo crescendo em um dos pratos chamou sua atenção - e assim começou a história do primeiro antibiótico do mundo:a penicilina.

Recentemente, na Universidade de Delaware, as plantas não foram regadas em um longo fim de semana durante um pequeno experimento de botânica. Isso agora levou a uma descoberta intrigante, especialmente para áreas do globo duramente atingidas pela seca - o oeste americano, Europa, Austrália, partes da África, Sudeste Asiático e América do Sul, entre eles.

Os cientistas do clima dizem que devemos esperar secas mais frequentes e severas nos próximos anos, enquanto os especialistas em população prevêem um aumento de cerca de 30 por cento na população mundial, para mais de 9 bilhões em 2050. Como vamos cultivar alimentos suficientes para todos sob tais pressões, e fazer isso de forma sustentável? De acordo com esta pesquisa UD, a resposta pode estar bem debaixo de nossos pés.

Descobrindo um lutador contra a seca

De volta ao experimento UD. Voltando ao laboratório na manhã de segunda-feira seguinte, o associado de pós-doutorado encontrou uma bandeja de mudas murcha, bagunça desgrenhada, enquanto a outra bandeja de mudas ficava em posição de sentido. A única diferença entre as bandejas:o solo dos espécimes prósperos foi pulverizado com Bacillus subtilis (UD1022), uma cepa de bactéria descoberta há vários anos na UD por uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Harsh Bais no Departamento de Ciências de Plantas e Solo.

A equipe de Bais determinou que esses micróbios, que vivem na superfície das raízes e no solo circundante, acionar aberturas semelhantes a poros nas folhas, chamados estômatos, para fechar bem para manter os patógenos fora e para proteger as plantas da desidratação.

Depois que o laboratório Bais publicou sobre o trabalho, Professor Yan Jin, um físico do solo no departamento, abordou Bais sobre uma análise mais profunda para ver se os micróbios podem afetar o solo real que habitam.

"Há uma grande lacuna em nossa compreensão de como os micróbios benignos podem afetar a chamada 'água verde' - a água no solo que está disponível para as plantas, "Jin explicou.

Ela queria saber se UD1022 pode modificar as propriedades do solo - sua estrutura, química, como os poros do solo são distribuídos e como seus tamanhos mudam - em relação ao suprimento de água verde. Ela queria saber exatamente o que estava acontecendo no solo e começou a encontrar a resposta.

Em um artigo publicado recentemente em Pesquisa de Recursos Hídricos , Jin e sua equipe da UD, junto com colegas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), confirme que o micróbio benéfico UD1022 reduz a evaporação e aumenta a capacidade do solo de reter água. Usando técnicas de ponta, o estudo fornece análises detalhadas de como os micróbios interagem com as partículas do solo para alterar fisicamente o ecossistema subterrâneo e ajudar as plantas a tolerar a seca.

Como os micróbios retêm a água

Os experimentos foram feitos no laboratório da UD, e usando imagens de nêutrons de alta potência no NIST para perscrutar o solo e registrar o que estava acontecendo.

Em uma câmara de ambiente fechado na Faculdade de Agricultura e Recursos Naturais da UD, o pesquisador de pós-doutorado Wenjuan Zheng e o aluno de mestrado Saiqi Zeng trabalharam com duas amostras de solo por vez - uma amostra de controle e uma amostra tratada com micróbios UD1022 - e mediram continuamente as características de retenção de água do solo e a taxa de evaporação de água enquanto o solo era seco na câmara. Os experimentos foram feitos para solos de diferentes texturas:areia, solo arenoso e amostras de solo rico em argila, retirado da fazenda UD e de uma estação experimental agrícola em Georgetown, Delaware.

Para determinar o que estava acontecendo nas amostras de solo, a equipe contou com os recursos de imagem de radiografia de nêutrons no NIST.

"Os nêutrons podem 'ver' a água, "Jin disse." Porque eles interagem fortemente com o hidrogênio, eles fornecem uma técnica não destrutiva ideal para examinar a distribuição de água em materiais delicados como nossas amostras de solo contendo micróbios, em tempo real."

"Tivemos muita sorte em encontrar o NIST e poder usar suas instalações de imagem, "Jin acrescentou." Esta colaboração foi crítica para o nosso trabalho. "

Colunas minúsculas estavam cheias de solo - uma coluna foi tratada com os micróbios UD1022 e a outra coluna não foi tratada. Em seguida, as colunas foram saturadas com água, e a imagem de nêutrons registrou o processo de evaporação. Um total de 1, 500 imagens individuais foram tiradas de cada amostra ao longo de um período de cerca de nove horas. Eles forneceram uma visão detalhada da distribuição de água nas amostras, bem como dinâmica de evaporação em tempo real. Um microscópio eletrônico de varredura de alta potência (SEM) ajudou a descobrir o que os micróbios estavam fazendo nas amostras.

E como esses minúsculos organismos (UD1022) ajudam o solo a reter água?

"Este efeito é causado pela capacidade dos micróbios de formar uma rede gelatinosa, um biofilme de uma mistura complexa de polissacarídeos, proteínas, lípido, vitaminas e açúcares, "disse Zheng, o primeiro autor no artigo. Ela era pós-doutoranda na época e agora é pesquisadora sênior do Departamento de Mecânica e Engenharia Aeroespacial da Southern University of Science and Technology, China.

"É como se as bactérias construíssem essas casinhas para si mesmas, "Zheng disse.

O biofilme gerado pelas bactérias atua como uma cola para formar "agregados de solo" que podem reter mais água em seus poros.

Esses microrganismos e sua matriz adesiva podem mais do que carregar seu próprio peso. "Eles mostraram reter água como uma esponja, absorvendo 10 vezes mais água do que seu peso seco, "Zheng observou." Este biofilme natural muda as propriedades do solo, levando a uma evaporação mais lenta. Isso pode tornar mais água disponível para as plantas, além de aumentar o tempo disponível para as plantas se ajustarem metabolicamente ao estresse da seca. "

Embora grande parte da costa leste dos EUA tenha tido um verão e início do outono encharcados, outras áreas do país e muitas outras nações estão sofrendo de implacável, e em alguns casos, com risco de vida, secas. Jin espera que o UD1022 possa desempenhar um papel positivo na agricultura nessas regiões áridas, à medida que a população global aumenta cada vez mais.

"O que podemos fazer para garantir a segurança alimentar?" Jin perguntou. “As plantas podem ser geneticamente modificadas, mas isso leva muito tempo. Muitas empresas estão vendendo biofertilizantes para superar esses problemas - às vezes eles funcionam, mas na maioria das vezes eles não o fazem. É por isso que pesquisas mais básicas são essenciais para nos ajudar a entender os mecanismos em funcionamento. Ao compreender as interações entre as raízes das plantas e o microbioma do solo - um recurso subterrâneo amplamente inexplorado - esperamos desenvolver novas tecnologias que irão aumentar a produção de alimentos e, ao mesmo tempo, reduzir o uso de fertilizantes químicos. "