Pesquisa publicada esta semana por cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison mostra como as bactérias podem degradar a rocha sólida, dar início a um longo processo de alteração que cria a porção mineral do solo.

Solo, que o aforismo descreve como "aquela fina camada do planeta que fica entre nós e a fome, "é uma mistura complexa de minerais e orgânicos.

O problema é este, diz o autor sênior Eric Roden, um professor de geociências da UW-Madison:"A imagem geral do solo mostra uma rocha sólida alguns metros abaixo da superfície, então um fraturado, camada quebradiça popularmente chamada de 'subsolo'. No topo estão os ricos, camada biologicamente ativa chamada solo. A análise química liga os minerais do solo à rocha, mas como essa transformação extrema ocorre? "

O oxigênio e os compostos das raízes das plantas podem degradar a rocha perto da superfície, mas o alicerce começa a se degradar bem abaixo das raízes. Até agora, ninguém mostrou o papel-chave da biologia em acelerar a decomposição da rocha sólida em pedaços menores de minerais.

Esses bits, contendo nutrientes básicos de plantas, como fósforo e potássio, são essenciais para a capacidade do solo de sustentar as plantas - e a vida na biosfera terrestre.

No Proceedings of the National Academy of Sciences esta semana, Roden e seus colegas descobriram que os micróbios causam oxidação e "intemperismo" em um tipo comum de rocha.

"Sabemos que os processos químicos e físicos começam a rachar a rocha, "diz Roden, "mas esses processos não são suficientes para fazer os minerais que se transformam no solo. Uma vez que a rocha se rache o suficiente, micróbios entram nas rachaduras e assumem o controle. O resultado, de acordo com nosso trabalho, é uma rápida aceleração biológica do intemperismo. "

Os cientistas se perguntam há décadas se e como os microrganismos podem se envolver na degradação inicial, mas só agora eles explicaram o truque essencial que as bactérias usam para "comer" a superfície superior da rocha, disse Roden.

O processo gira em torno da oxidação, familiar como a causa da ferrugem do ferro. A oxidação move os elétrons, que fornecem energia para as bactérias, disse Roden. "O que desenvolvemos é uma imagem de como as bactérias lentamente 'mastigam' rochas para extrair energia sem levar os minerais para suas células."

Em geral, micróbios ingerem seu "alimento" em suas células antes de "comê-lo", mas eles não podem ingerir rocha intacta. Portanto, o diversificado grupo de bactérias que o grupo de Roden identificou no laboratório usa proteínas em sua superfície externa para mover os elétrons.

Para seu Ph.D. pesquisar, primeiro autor, Stephanie Napieralski perfurou cerca de oito metros para a rocha no Observatório da Zona Crítica de Luquillo em Porto Rico. Voltando para Madison, ela moeu amostras de uma rocha chamada diorito, que contém ferro ferroso. A moagem destinava-se a acelerar as reações bioquímicas lentas que ela esperava ver, e acelerar o ritmo do geológico ao acadêmico. Em seguida, ela inoculou as amostras com material do orifício de perfuração, que carregava um ensopado natural de bactérias. Ela usou um fluido estéril para suas amostras de comparação.

Depois de cerca de dois anos e meio no escuro, à temperatura ambiente, micrografias eletrônicas mostraram uma mudança radical na textura da superfície - mas apenas se as bactérias estivessem presentes. "A taxa de oxidação, intemperismo, foi lento, mas sem a bactéria, era zero, "diz Napieralski." Embora haja alguma deterioração química na zona crítica, era tão lento que não o vimos durante o experimento. "

"Na minha opinião, este tipo de metabolismo vem acontecendo basicamente desde sempre, mas desconhecido para nós, "diz Roden." Esta descoberta abre uma maneira totalmente diferente de pensar sobre o intemperismo oxidativo da rocha de silicato ferroso. Há anos que dançamos em torno disso. As rochas estavam se dissolvendo, e micróbios estavam envolvidos. Eu continuei dizendo, "E quanto à oxidação microbiana da rocha?" e meus colegas disseram, 'Mostre-me.'"

Localizar proteínas de transferência de elétrons na membrana celular faz sentido, diz Napieralski. "Esta invenção biológica - essa proteína - permite que as células façam contato elétrico com os minerais. Isso permite que elas enfraqueçam e comam rochas. Se elas trouxessem o ferro para dentro das células e fizessem com que ele se oxidasse, estariam cheios de ferrugem. "

Como o experimento se baseou em rocha pulverizada, não diz quão rápido a degradação ocorre na natureza. Contudo, Napieralski mediu a produção de ATP, uma molécula de processamento de energia, provando que os microrganismos estavam vivos e trabalhando durante a incubação de 30 meses.

As bactérias oxidantes de ferro reveladas no estudo ocupam uma gama de filos bacterianos, "o que significa que são tão diferentes quanto zebras e sapos, "Roden diz.

Embora o estudo tenha focado no escuro, temperaturas estáveis ​​encontradas no topo da rocha, bactérias oxidantes de ferro também podem desempenhar um papel no intemperismo nas partes mais altas do solo, Napieralski diz. “A transferência externa de elétrons é uma forma de lidar com a dificuldade de comer ferro. Uma grande novidade no artigo é demonstrar que os organismos cresceram e acoplaram a oxidação do ferro à geração de ATP, a 'molécula de energia' em todos os tipos de vida conhecidos. "

Uma compreensão completa da vida requer uma contabilidade de energia, Roden diz. "O que descobrimos é que as células fazem contato direto com um mineral insolúvel, e eles puxam elétrons do mineral. Eles estão obtendo energia comendo pedras e, ao longo do caminho, fornecendo nutrientes para as plantas - para a vida na Terra. "