Pesquisadores da Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) conceberam e testaram com sucesso um dispositivo portátil, DISCOTECA, que realizou as primeiras medições in situ de um tipo de oxigênio altamente reativo, conhecido como superóxido, que pode desempenhar um papel fundamental na saúde dos recifes de coral. Suas descobertas foram publicadas como um artigo inicial em 29 de outubro no jornal de Ciência e Tecnologia Ambiental .

O superóxido é um produto químico reativo que é um subproduto de todos os organismos que respiram e fotossintetizam. Esta forma instável de oxigênio, ou espécies reativas de oxigênio (ROS), tem tendência a roubar ou dar elétrons. Como consequência, superóxido é conhecido por catalisar reações químicas que podem levar ao câncer e outras doenças - uma das muitas razões pelas quais as dietas de hoje enfatizam a incorporação de alimentos ricos em antioxidantes, como mirtilos, nozes ou chocolate amargo. Contudo, em muitos organismos, incluindo corais, a natureza do superóxido pode ser mais complicada.

"Antigamente, o [superóxido] era considerado apenas tóxico, "diz o químico marinho da WHOI Colleen Hansel, coautor do estudo. "Mas sabemos agora que ele é usado para muitos processos benéficos. Em fungos, plantas e até animais, o superóxido é importante para a resposta imune de um organismo [por exemplo]. Essa [lógica] ainda não foi realmente transferida para a vida marinha. "

Hansel e sua equipe investigaram a interação do produto químico com microorganismos simbióticos que habitam os recifes de coral. A evidência preliminar sugere que, embora os corais possam não ser imunes aos efeitos tóxicos do superóxido quando ele atinge altas concentrações dentro de suas células, eles também podem estar empregando o produto químico fora de suas células por razões benéficas, como uma defesa contra infecções marinhas - algumas das quais podem ser estimuladas por temperaturas mais altas do oceano.

"O superóxido para os organismos reflete como uma espécie de efeito Cachinhos Dourados, "diz Kalina Grabb, o autor principal do estudo e estudante do Programa Conjunto WHOI-MIT no laboratório de Hansel. "Você não quer muito porque pode levar ao estresse oxidativo, mas você não quer muito pouco porque é essencial para as funções fisiológicas. "

Até recentemente, a natureza efêmera do superóxido tornou incrivelmente difícil a amostragem no ambiente marinho - o produto químico dura apenas alguns minutos na água do mar. Isso tradicionalmente não deixava tempo para transferir amostras de água para um laboratório para análise adequada. Ao mesmo tempo, outros sistemas embarcados eram complicados de operar e só podiam ser usados ​​em ambientes muito selecionados.

Para superar essas limitações, O engenheiro da WHOI Jason Kapit e o cientista da WHOI Scott Wankel trabalharam em conjunto com Hansel e seu laboratório para desenvolver o primeiro sensor quimioluminescente submersível operado por DIver portátil do mundo, ou DISCO. Com isso, eles conseguiram amostrar as concentrações de superóxido em tempo real durante uma viagem de pesquisa em 2017 ao sistema de recifes imaculado de Cuba, Jardines de la Reina.

O dispositivo portátil quadrado compreende uma bateria selada à água e uma tela de tablet que os mergulhadores podem operar em profundidade. Dentro, as bombas fluídicas absorvem o produto químico invisível à medida que os corais o produzem. DISCO então adiciona um produto químico à mistura que reage com o superóxido para criar luz mensurável, lido por um sensor integrado. Armado com essas ferramentas, DISCO detectou diferenças notáveis ​​nos níveis de superóxido entre espécies de corais em seu primeiro teste de campo.

"Agora, queremos ser capazes de chegar ao porquê, "acrescenta Hansel." Por que eles estão produzindo superóxido de propósito e isso está ajudando o coral ou está relacionado ao estresse de alguma forma? "

Desde a sua criação, O DISCO foi reprojetado para se tornar ainda mais portátil e leve. Em 2018, Hansel, Wankel e Kapit colaboraram em outra iteração do dispositivo, desta vez com cerca de metade do tamanho e peso de seu antecessor. A equipe também adaptou DISCO em uma versão de alto mar conhecida como SOLARIS para acompanhar o submersível de ocupação humana da WHOI, ALVIN. Em outubro de 2019, eles foram capazes de usar o SOLARIS para detectar superóxido produzido por corais em 1, 300 metros de profundidade (~ 4, 200 pés) ao longo do monte submarino Davison, na costa da Califórnia central.

"Já estamos conversando sobre o que podemos fazer a seguir com essa tecnologia, "diz Hansel." Como podemos construir novos sensores que incorporem outras espécies reativas de oxigênio para entender completamente seu papel na saúde do organismo e na química do oceano? Não vejo um fim à vista. "