Um novo estudo mostra que "pontos críticos" de nutrientes ao redor do fitoplâncton - que são minúsculas algas marinhas que produzem aproximadamente metade do oxigênio que respiramos todos os dias - desempenham um papel desproporcional na liberação de um gás envolvido na formação de nuvens e na regulação do clima.

A nova pesquisa quantifica a maneira como bactérias marinhas específicas processam uma substância química chave chamada dimetilsulfoniopropionato (DMSP), que é produzido em enormes quantidades pelo fitoplâncton. Este produto químico desempenha um papel fundamental na maneira como o enxofre e o carbono são consumidos por microorganismos no oceano e liberados na atmosfera.

O trabalho é relatado no jornal Nature Communications , em um artigo da estudante de pós-graduação do MIT Cherry Gao, ex-professor de engenharia civil e ambiental do MIT Roman Stocker (agora professor da ETH Zurique, na Suíça), em colaboração com Jean-Baptiste Raina e o professor Justin Seymour da University of Technology Sydney, na Austrália, e quatro outros.

Mais de um bilhão de toneladas de DMSP é produzido anualmente por microrganismos nos oceanos, responsável por 10 por cento do carbono que é absorvido pelo fitoplâncton - um grande "sumidouro" de dióxido de carbono, sem o qual o gás de efeito estufa se acumularia ainda mais rápido na atmosfera. Mas exatamente como esse composto é processado e como suas diferentes vias químicas figuram nos ciclos globais de carbono e enxofre não tinha sido bem compreendido até agora, Gao diz.

"DMSP é uma importante fonte de nutrientes para bactérias, "ela diz." Satisfaz até 95 por cento da demanda de enxofre bacteriano e até 15 por cento da demanda de carbono bacteriano no oceano. Dada a onipresença e abundância de DMSP, esperamos que esses processos microbianos tenham um papel significativo no ciclo global do enxofre. "

Gao e seus colegas de trabalho modificaram geneticamente uma bactéria marinha chamada Ruegeria pomeroyi, causando fluorescência quando uma das duas vias diferentes para o processamento de DMSP foi ativada, permitindo que a expressão relativa dos processos seja analisada sob uma variedade de condições.

Um dos dois caminhos, chamado desmetilação, produz nutrientes baseados em carbono e enxofre que os micróbios podem usar para sustentar seu crescimento. O outro caminho, chamado clivagem, produz um gás chamado dimetilsulfeto (DMS), que Gao explica "é o composto responsável pelo cheiro do mar. Na verdade, cheirei muito o oceano no laboratório quando estava fazendo experiências."

O DMS é o gás responsável pela maior parte do enxofre derivado biologicamente que entra na atmosfera vindo dos oceanos. Uma vez na atmosfera, compostos de enxofre são uma fonte chave de condensação para moléculas de água, portanto, sua concentração no ar afeta os padrões de chuva e a refletividade geral da atmosfera por meio da geração de nuvens. Compreender o processo responsável por grande parte dessa produção pode ser importante de várias maneiras para refinar os modelos climáticos.

Essas implicações climáticas são "por que estamos interessados ​​em saber quando as bactérias decidem usar a via de clivagem versus a via de desmetilação, "para entender melhor quanto do importante DMS é produzido em quais condições, Gao diz. "Esta tem sido uma questão em aberto por pelo menos duas décadas."

O novo estudo descobriu que a concentração de DMSP na vizinhança regula qual caminho a bactéria usa. Abaixo de uma certa concentração, desmetilação era dominante, mas acima de um nível de cerca de 10 micromoles, o processo de clivagem predominou.

"O que foi realmente surpreendente para nós foi, após a experimentação com as bactérias modificadas, descobrimos que as concentrações de DMSP em que a via de clivagem domina são maiores do que o esperado - ordens de magnitude maiores do que a concentração média no oceano, " ela diz.

Isso sugere que esse processo dificilmente ocorre em condições oceânicas típicas, concluíram os pesquisadores. Em vez, "hotspots" em microescala de concentração elevada de DMSP são provavelmente responsáveis ​​por uma quantidade altamente desproporcional da produção global de DMS. Esses "pontos críticos" em microescala são áreas ao redor de certas células fitoplanctônicas onde quantidades extremamente altas de DMSP estão presentes cerca de mil vezes maiores do que a concentração oceânica média.

"Na verdade, fizemos um experimento de co-incubação entre as bactérias modificadas e um fitoplâncton produtor de DMSP, "Gao diz. O experimento mostrou" que, de fato, bactérias aumentaram sua expressão da via de produção de DMS, mais perto do fitoplâncton. "

A nova análise deve ajudar os pesquisadores a entender os principais detalhes de como esses organismos marinhos microscópicos, através de seu comportamento coletivo, estão afetando os processos biogeoquímicos e climáticos em escala global, dizem os pesquisadores.