"Mineiros" bacterianos mostrados em relevo trabalhando para processar os nutrientes do solo, alguns com mais eficiência do que outros. Bradyrhizobium, um dos três principais processadores de nutrientes identificados no estudo, é mostrado aqui consolidando seu controle de carbono a partir de uma adição de glicose, processar os nutrientes com eficiência industrial (na forma de uma escavadeira de roda de caçamba). Crédito:Victor O. Leshyk, Centro de Ciência e Sociedade do Ecossistema, Northern Arizona University
Apenas alguns táxons bacterianos encontrados em ecossistemas em todo o planeta são responsáveis por mais da metade do ciclo do carbono nos solos. Essas novas descobertas, feita por pesquisadores da Northern Arizona University e publicada em Nature Communications esta semana, sugerem que, apesar da diversidade de taxa microbiana encontrada em solos selvagens coletados de quatro ecossistemas diferentes, apenas três a seis grupos de bactérias comuns entre esses ecossistemas foram responsáveis pela maior parte do uso de carbono que ocorreu.
O solo contém duas vezes mais carbono do que toda a vegetação da Terra, e, assim, prever como o carbono é armazenado no solo e liberado como CO 2 é um cálculo crítico para a compreensão da dinâmica futura do clima. A equipe de pesquisa, que incluiu cientistas do Pacific Northwest National Laboratory, Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Universidade de Massachusetts-Amherst, e West Virginia University, está perguntando como esses processos bacterianos-chave devem ser contabilizados no sistema terrestre e nos modelos climáticos.
"Descobrimos que o ciclo do carbono é realmente controlado por alguns grupos de bactérias comuns, "disse Bram Stone, um pesquisador de pós-doutorado no Center for Ecosystem Science and Society da Northern Arizona University que liderou o estudo. "A era do sequenciamento proporcionou uma visão incrível sobre a diversidade do mundo microbiano, "disse Stone, que agora está no Pacific Northwest National Laboratory. "Mas nossos dados sugerem que, quando se trata de funções importantes, como a respiração do solo, pode haver muita redundância embutida na comunidade do solo. É um pouco comum, atores abundantes que estão fazendo a maior diferença. "
Essas bactérias - Bradyrhizobium , as Acidobactérias RB41 , e Streptomyces - eram melhores do que suas contrapartes mais raras no uso do carbono existente no solo e dos nutrientes adicionados ao solo. Quando o carbono e o nitrogênio foram adicionados, essas linhagens de bactérias já dominantes consolidaram seu controle de nutrientes, devorando mais e crescendo mais rápido em relação a outros táxons presentes. Embora os pesquisadores tenham identificado milhares de organismos únicos, e centenas de gêneros distintos, ou coleções de espécies (por exemplo, o gênero Canis inclui lobos, coiotes, e cachorros), apenas seis foram necessários para responder por mais de 50 por cento do uso de carbono, e apenas três foram responsáveis por mais da metade do uso de carbono no solo enriquecido com nutrientes.
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Usando água marcada com isótopos especiais de oxigênio, Stone e sua equipe sequenciaram o DNA encontrado em amostras de solo, seguindo os isótopos de oxigênio para ver quais táxons os incorporaram em seu DNA, um sinal que indica crescimento. Esta técnica, chamado de sondagem isotópica estável quantitativa (qSIP), permite aos cientistas rastrear quais bactérias estão crescendo em solo selvagem no nível de taxa individual. Em seguida, a equipe considerou a abundância de cada táxon e modelou a eficiência com que as bactérias consomem o carbono do solo. O modelo que incluiu especificidade taxonômica, tamanho do genoma, e o crescimento previu o CO medido 2 liberar com muito mais precisão do que os modelos que olhavam apenas para a abundância de cada grupo bacteriano. Ele também mostrou que apenas alguns taxa produziram a maior parte do CO 2 que os pesquisadores observaram.
"Uma melhor compreensão de como os organismos individuais contribuem para o ciclo do carbono tem implicações importantes para o gerenciamento da fertilidade do solo e redução da incerteza nas projeções de mudanças climáticas, "disse Kirsten Hofmockel, Líder da Equipe de Ciência de Microbiome do Pacific Northwest National Laboratory e co-autor do estudo. "Esta pesquisa separa a diversidade taxonômica e funcional dos microrganismos do solo e nos pede para considerar a biodiversidade de uma nova maneira."
"Os dados demográficos microbianos que essa técnica revela nos permitem fazer perguntas mais sutis, "disse Stone." Onde costumávamos caracterizar uma comunidade microbiana por sua função dominante, a forma como é frequentemente relatado que um estado inteiro votou 'a favor' ou 'contra' uma proposta de votação, agora, com qSIP, podemos ver quem está conduzindo esse padrão mais amplo - os 'resultados eleitorais, 'se você quiser - no nível de vizinhanças microbianas individuais, quarteirões.
"Desta maneira, podemos começar a identificar quais organismos do solo estão desempenhando funções importantes, como sequestro de carbono, e estudá-los mais de perto. "
