p Muito do carbono da terra está preso no solo, e os cientistas presumiram que os compostos potenciais para o aquecimento do clima permaneceriam ali com segurança por séculos. Mas uma nova pesquisa da Universidade de Princeton mostra que as moléculas de carbono podem potencialmente escapar do solo muito mais rápido do que se pensava. As descobertas sugerem um papel fundamental para alguns tipos de bactérias do solo, que pode produzir enzimas que quebram grandes moléculas baseadas em carbono e permitem que o dióxido de carbono escape para o ar. p Mais carbono é armazenado no solo do que em todas as plantas e atmosfera do planeta combinadas, e o solo absorve cerca de 20% das emissões de carbono geradas pelo homem. Ainda, fatores que afetam o armazenamento e liberação de carbono do solo têm sido um desafio para estudar, colocar limites na relevância dos modelos de carbono do solo para prever as mudanças climáticas. Os novos resultados ajudam a explicar as evidências crescentes de que grandes moléculas de carbono podem ser liberadas do solo mais rapidamente do que se supõe em modelos comuns.

p "Fornecemos uma nova visão, que é o surpreendente papel da biologia e sua ligação com o fato de o carbono permanecer armazenado "no solo, disse o co-autor Howard Stone, o Donald R. Dixon '69 e Elizabeth W. Dixon Professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial.

p Em um artigo publicado em 27 de janeiro em Nature Communications , Os pesquisadores, liderado pela ex-colega de pós-doutorado Judy Q. Yang, desenvolveram experimentos "solo em um chip" para imitar as interações entre os solos, compostos de carbono e bactérias do solo. Eles usaram um sintético, argila transparente como substituto para os componentes de argila do solo, que desempenham o maior papel na absorção de moléculas contendo carbono.

p O "chip" era uma lâmina de microscópio modificada, ou um dispositivo microfluídico, contendo canais com paredes de silicone com meio centímetro de comprimento e várias vezes a largura de um cabelo humano (cerca de 400 micrômetros). Tubos de entrada e saída em cada extremidade dos canais permitiram aos pesquisadores injetar a solução de argila sintética, seguido por suspensões contendo moléculas de carbono, bactérias ou enzimas.

p Depois de revestir os canais com a argila transparente, os pesquisadores adicionaram moléculas de açúcar marcadas com fluorescência para simular nutrientes contendo carbono que vazam das raízes das plantas, particularmente durante as chuvas. Os experimentos permitiram aos pesquisadores observar diretamente as localizações dos compostos de carbono dentro da argila e seus movimentos em resposta ao fluxo do fluido em tempo real.

p Moléculas pequenas e grandes à base de açúcar grudaram na argila sintética enquanto fluíam pelo dispositivo. Consistente com os modelos atuais, pequenas moléculas foram facilmente desalojadas, enquanto os maiores permaneceram presos na argila.

p Quando os pesquisadores adicionaram Pseudomonas aeruginosa, uma bactéria comum do solo, para o dispositivo solo-em-um-chip, as bactérias não conseguiam alcançar os nutrientes alojados nos pequenos poros da argila. Contudo, a enzima dextranase, que representa enzimas liberadas por certas bactérias do solo, poderia quebrar os nutrientes dentro da argila sintética e disponibilizar moléculas menores de açúcar para alimentar o metabolismo bacteriano. No ambiente, isso pode levar a grandes quantidades de CO ₂ para ser liberado do solo para a atmosfera.

p Os pesquisadores muitas vezes presumiram que os compostos de carbono maiores são protegidos da liberação, uma vez que aderem às superfícies de argila, resultando em armazenamento de carbono de longo prazo. Alguns estudos de campo recentes mostraram que esses compostos podem se desprender da argila, mas a razão para isso tem sido misteriosa, disse o autor principal Yang, que conduziu a pesquisa como pós-doutorado em Princeton e agora é professor assistente na Universidade de Minnesota.

p "Este é um fenômeno muito importante, porque está sugerindo que o carbono sequestrado no solo pode ser liberado [e ter um papel nas] mudanças climáticas futuras, "disse Yang." Estamos fornecendo evidências diretas de como esse carbono pode ser liberado - descobrimos que as enzimas produzidas por bactérias desempenham um papel importante, mas isso tem sido freqüentemente ignorado por estudos de modelagem climática "que presumem que a argila protege o carbono nos solos por milhares de anos.

p O estudo surgiu de conversas entre Stone e o co-autor Ian Bourg, professor assistente de engenharia civil e ambiental e do High Meadows Environmental Institute. O laboratório de Stone usou dispositivos microfluídicos para estudar as propriedades de fibras sintéticas e biofilmes bacterianos, enquanto Bourg tem experiência em geoquímica de superfície de minerais de argila - que provavelmente contribuem para o armazenamento de carbono no solo devido à sua estrutura em escala fina e cargas superficiais.

p Pedra, Bourg e seus colegas perceberam que havia a necessidade de testar experimentalmente algumas das suposições em modelos amplamente usados ​​de armazenamento de carbono. Yang se juntou ao grupo de Stone para liderar a pesquisa, e também colaborou com Xinning Zhang, um professor assistente de geociências e do High Meadows Environmental Institute que investiga o metabolismo das bactérias e suas interações com o ambiente do solo.

p Jinyun Tang, um cientista pesquisador do departamento de ciências climáticas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, observou que, nos últimos anos, ele e outros observaram a degradação de grandes moléculas de carbono nos solos e levantaram a hipótese de que era mediada por enzimas produzidas biologicamente.

p As observações da equipe de Princeton "fornecem um suporte muito forte para nossa hipótese, "disse Tang, que não estava envolvido no estudo. Ele acrescentou que a técnica do estudo também poderia ser usada para explorar questões como "A interação reversível entre moléculas de carbono de pequeno tamanho e partículas de argila induzirá a fome de carbono para os micróbios e contribuirá para a estabilização do carbono? E como essas interações ajudam a manter a diversidade microbiana no solo? É um começo muito emocionante. "

p Estudos futuros irão testar se as bactérias no sistema modelo podem liberar suas próprias enzimas para degradar grandes moléculas de carbono e usá-las para energia, liberando CO ₂ no processo.

p Embora a estabilização de carbono Tang descrita seja possível, o fenômeno recém-descoberto também pode ter o efeito oposto, contribuindo para um ciclo de feedback positivo com o potencial de agravar o ritmo das mudanças climáticas, os autores do estudo disseram. Outros experimentos mostraram um efeito de "priming", em que aumentos em pequenas moléculas de açúcar no solo levam à liberação de carbono do solo, o que pode, por sua vez, fazer com que as bactérias cresçam mais rapidamente e liberem mais enzimas para quebrar ainda mais as moléculas de carbono maiores, levando a ainda mais aumentos na atividade bacteriana.