Num esforço para compreender melhor como o oceano armazena carbono, os investigadores da UC Santa Bárbara e os seus colaboradores encontraram resultados que desafiam ideias de longa data sobre como o dióxido de carbono é “fixado” no oceano escuro e profundo. Uma equipe liderada pelo oceanógrafo microbiano Alyson Santoro, da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, geociências naturais O seu trabalho ajuda a colmatar a lacuna de longa data entre as estimativas da disponibilidade de azoto em águas profundas e as medições da fixação de carbono inorgânico dissolvido (DIC).
“Temos tentado controlar melhor a quantidade de carbono sequestrada no oceano”, disse Santoro. “Agora que os números foram divulgados, é fantástico.”
Este projeto foi apoiado em parte pela National Science Foundation.
Oceanos como sumidouros planetários de carbono
Quem está fazendo os reparos? O oceano é o maior sumidouro de carbono da Terra, absorvendo cerca de um terço das emissões de dióxido de carbono da humanidade e ajudando a controlar as temperaturas globais. Como dependemos fortemente desta capacidade de amortecimento natural, os cientistas estão interessados em desvendar os processos complexos que controlam a forma como o carbono entra, se move e é armazenado no oceano.
“Queremos saber como o carbono se move nas profundezas do oceano, porque para que o oceano afete o clima, o carbono tem que passar da atmosfera para as profundezas do oceano”, disse Santoro.
Grande parte desta fixação inorgânica de carbono é realizada pela vida microscópica. Na superfície, o fitoplâncton são organismos fotossintéticos unicelulares que absorvem dióxido de carbono inorgânico (incluindo gás dióxido de carbono dissolvido). Como autotróficos, eles produzem seus próprios alimentos de maneira semelhante às plantas terrestres, usando dióxido de carbono e água para construir matéria orgânica (açúcar) e liberar oxigênio.
Antiga hipótese sobre microrganismos do fundo do mar
Os cientistas geralmente acreditam que a maior parte da fixação de DIC ocorre em camadas superficiais iluminadas pelo sol devido à fotossíntese pelo fitoplâncton, mas a fixação substancial de DIC não fotossintética também ocorre em regiões mais profundas e escuras do oceano. Nestas águas sem sol, pensa-se que o processo seja dominado por arquéias autotróficas, que oxidam o amoníaco, um composto que contém azoto, para obter energia, em vez de utilizar a luz solar.
No entanto, quando os investigadores examinaram os orçamentos energéticos baseados em azoto destes micróbios fixadores de carbono através de amostras da coluna de água, rapidamente perceberam que a matemática não fazia sentido.
“Há uma discrepância entre o que as pessoas medem quando medem a fixação de carbono em navios e o que as pessoas entendem sobre a energia microbiana”, disse Santoro. “Basicamente não temos acesso ao orçamento dos organismos usados para fixar carbono.” Os micróbios precisam de energia para fixar carbono, mas não parece haver energia suficiente de fonte de nitrogênio nas profundezas do oceano para suportar altas taxas de fixação de carbono em toda a coluna de água, explicou ela.
O mistério de uma década do ciclo do carbono
Esta incompatibilidade preocupa Santoro e a principal autora do artigo, Barbara Beyer, há quase uma década, enquanto tentam colmatar uma lacuna crítica na nossa compreensão do ciclo do carbono no oceano. As primeiras pesquisas testaram a ideia de que arqueas fixadoras de carbono podem ser muito mais eficientes do que os cientistas pensavam, exigindo menos nitrogênio para fixar a mesma quantidade de carbono. No entanto, a sua investigação mostra que esta explicação não é verdadeira.
No novo estudo, os investigadores mudaram o foco e fizeram uma pergunta diferente: quanto é que estes oxidantes de amoníaco realmente contribuem para a quantidade total de carbono inorgânico dissolvido fixado no mar escuro? Para responder a esta pergunta, a Bayer desenvolveu um experimento direcionado.
“Ela descobriu uma maneira de inibir especificamente a atividade deles nas profundezas do oceano”, explicou Santoro. Ao limitar a atividade destes oxidantes utilizando produtos químicos especializados, a equipe espera que a quantidade de fixação de carbono caia drasticamente. Foi demonstrado que o inibidor fenilacetileno não tem outros efeitos mensuráveis em outros processos comunitários.
Os seus resultados mostraram que, apesar de suprimirem estes oxidantes de amoníaco, principalmente archaea que são abundantes no mar escuro, as taxas de fixação de carbono na área de estudo não caíram tanto quanto o esperado.
Novos suspeitos de sequestro de carbono em águas profundas
Se as archaea oxidantes de amônia não contribuem tanto para a fixação de carbono como se pensava, outros microrganismos devem intervir. O conjunto de possíveis contribuintes agora inclui outros tipos de micróbios na comunidade circundante, notadamente bactérias e algumas archaea.
“Achamos que isso significa que os heterótrofos – microrganismos que se alimentam de carbono orgânico produzido pela decomposição de microrganismos e outros organismos marinhos – absorvem grandes quantidades de carbono inorgânico, além do carbono orgânico que normalmente consomem, o que significa que também são responsáveis pela fixação de algum dióxido de carbono”, disse Santoro.
“É realmente interessante porque, embora soubéssemos que era uma possibilidade teórica, não tínhamos realmente dados quantitativos sobre que proporção de carbono no oceano profundo foi fixada por estes heterótrofos versus autotróficos. Agora sabemos.”
Repensando a teia alimentar do fundo do mar
As novas descobertas fazem mais do que esclarecer quem está fixando o carbono em profundidade. Eles também fornecem novos insights sobre a estrutura e manutenção das cadeias alimentares em águas profundas.
“Não entendemos alguns aspectos fundamentais de como funcionam as teias alimentares do fundo do mar, e acho que se trata de descobrir como funcionam os fundamentos das teias alimentares do fundo do mar”, disse Santoro.
Mais mistérios do fundo do mar
O trabalho futuro de Santoro e seus colaboradores nesta área irá aprofundar aspectos mais sutis da fixação de carbono nos oceanos, como o ciclo do nitrogênio e como o ciclo do carbono interage com outros ciclos de elementos no oceano, incluindo ferro e cobre.
“A outra coisa que estamos tentando descobrir é, uma vez que esses organismos fixam carbono em suas células, como ele é usado pelo resto da cadeia alimentar?” ela notou. “Que tipos de compostos orgânicos eles podem vazar das células para fornecer nutrientes ao resto da cadeia alimentar?”
A pesquisa para este artigo também foi conduzida por Nicola L. Paul, Justine B. Albers e Craig A. Carlson na UCSB; Katharina Kitzinger e Michael Wagner, da Universidade de Viena; e Mak A. Saito da Instituição Oceanográfica Woods Hole.
