A água do mar é mais do que água salgada. O oceano é uma verdadeira sopa de produtos químicos.

Parte desse caldo vem de compostos de carbono dissolvidos, que são responsáveis ​​por um armazenamento significativo de carbono global, a par com a quantia mantida na atmosfera. Os pesquisadores estão trabalhando ativamente para classificar as formas que o carbono assume nos oceanos do mundo, bem como os processos biológicos que o reciclam na água do oceano.

Algumas moléculas, como proteínas e açúcares, prontamente quebrar, enquanto outros são mais resistentes à degradação. Um novo estudo, liderado pelo pesquisador de pós-doutorado da UC Santa Bárbara Shuting Liu, investigou alguns desses compostos mais recalcitrantes e os micróbios que podem digeri-los. Os resultados, que aparecem no jornal Limnologia e Oceanografia , iluminar aspectos básicos do ciclo do carbono no oceano e pode ajudar os cientistas a prever o papel que os micróbios desempenham em sua regulação.

Liu e o professor Craig Carlson, no Departamento de Ecologia, Evolução e Biologia Marinha, fazem parte de um grupo conduzindo pesquisas no Bermuda Atlantic Time-series Study site. O site é um projeto de pesquisa de longo prazo no Mar dos Sargaços, em si uma região do Atlântico nas proximidades das Bermudas. Ao longo de muitos anos, os cientistas notaram matéria orgânica dissolvida acumulando-se nas águas superficiais durante os meses mais calmos do verão. Condições mais adversas no inverno misturaram esses compostos em águas mais profundas, uma camada que os cientistas chamam de zona mesopelágica - ou, a zona crepuscular, porque abrange as profundidades mais baixas que a luz pode alcançar. Uma vez que isso aconteceu, parte da matéria orgânica se decomporia, e o ciclo começaria novamente. A equipe estava ansiosa para entender o porquê.

Para fazer isso, Liu e seus colegas se concentraram em moléculas alicíclicas ricas em carboxila, ou CRAMs, um conjunto particularmente resistente e diversificado de compostos orgânicos com propriedades químicas semelhantes, alguns dos quais compreendem as moléculas orgânicas mais tenazes do oceano.

Uma classe de compostos que se encaixa na descrição do CRAM são as ligninas, o grupo de moléculas que dá à madeira sua rigidez. Na verdade, Liu usou a lignina como um dos quatro compostos modelo CRAM em seu experimento.

O objetivo da equipe era simples. "Estamos tentando ver quais tipos de micróbios estão respondendo a esses compostos semelhantes ao CRAM no mesopelágico, "disse Liu.

Os cientistas introduziram seus quatro compostos modelo CRAM em amostras de água do mar do mesopelágico e observaram os resultados. Em vários intervalos de tempo, eles analisaram as concentrações de carbono orgânico dissolvido e contaram o número total de células bacterianas usando um microscópio. O grupo também usou sondas moleculares direcionadas a seis linhagens de micróbios específicos para determinar o quanto cada linhagem estava crescendo em relação ao crescimento celular total na amostra. Isso disse a eles quais desses grupos eram mais ativos.

Os pesquisadores usaram esses compostos em concentrações ordens de magnitude maiores do que os micróbios jamais veriam na natureza. "Estávamos adotando uma abordagem de enriquecimento experimental, "Carlson disse." Se dermos a eles em concentrações elevadas, eles vão usá-lo? E se eles usarem, quem está usando? "

Eles descobriram que, apesar das características compartilhadas dos compostos, sua disponibilidade para os micróbios diferia entre as várias linhagens. "Alguns dos compostos foram facilmente utilizados, "disse Carlson, "enquanto outros eram mais resistentes à degradação, como a lignina e o ácido húmico. "

O experimento também confirmou a hipótese da equipe de que micróbios que são relativamente mais comuns no mesopelágico, ao invés da superfície do oceano, foram capazes de quebrar e usar esses compostos resistentes. Essa descoberta havia sido sugerida anteriormente a partir de estudos genômicos feitos por seus coautores e colaboradores Stephen Giovannoni e Jimmy Saw, da Oregon State University.

Liu e Carlson, entre outros pesquisadores, levantam a hipótese de que a zona mesopelágica hospeda uma comunidade distinta de micróbios com a capacidade de aproveitar o material intocado pelos micróbios que vivem acima. As bactérias da superfície devem gastar mais nutrientes sequestrantes de energia, como nitrogênio e fósforo, que são escassos no oceano superior. Por contraste, o plâncton fotossintético que vive na superfície iluminada pelo sol fornece carbono facilmente digerível. Como resultado, Os micróbios da superfície provavelmente usam as formas mais acessíveis de carbono, em vez de desviar energia para compostos orgânicos mais resistentes.

Enquanto isso, nitrogênio e fósforo são abundantes nas profundezas da zona mesopelágica, de acordo com os pesquisadores. Como resultado, micróbios que vivem lá podem ter os recursos e energia para investir na quebra e absorção de formas mais recalcitrantes de carbono, como CRAMs.

Agora mesmo, a relação entre a degradação de CRAMs e a presença de certos micróbios na zona mesopelágica é apenas uma correlação, Liu explicou. Ela espera estabelecer uma ligação causal rastreando o carbono dos compostos CRAM conforme eles se degradam e vendo se é absorvido pelos micróbios que ela estuda.

Liu e Carlson planejam usar compostos e concentrações mais semelhantes à água do mar real em experimentos futuros. Um de seus colegas está empregando espectrometria de massa para caracterizar compostos orgânicos dissolvidos na água do mar, incluindo alguns CRAMs. Uma vez que mais características desses compostos são identificadas, Liu pode usar métodos semelhantes para extrair componentes orgânicos do ambiente e conduzir um experimento semelhante.

"Micróbios são os organismos que conduzem esses grandes ciclos biogeoquímicos, "disse Carlson." Há tantos deles, eles crescem tão rápido, e eles mudam tão rapidamente. Eles podem transformar as distribuições químicas de ecossistemas inteiros. Estudar o que controla o crescimento dos menores organismos do oceano tem grandes implicações em como os ciclos químicos são governados no oceano. "