Notícia

Bactérias do solo respiram mais CO2 após consumo de matéria orgânica sem açúcar

Fonte

Universidade Northwestern

Data

quinta-feira, 13 junho 2024 12:50

Áreas

Agronomia. Biodiversidade. Biologia. Biotecnologia. Carbono. Ecologia. Microbiologia. Mudanças Climáticas. Solo. Sustentabilidade.

Quando os micróbios do solo consomem matéria vegetal, o alimento digerido segue um de dois caminhos: ou o micróbio usa o alimento para construir sua própria biomassa, ou ele respira sua refeição como dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, rastreou, pela primeira vez, os caminhos de uma mistura de resíduos vegetais à medida que se move pelo metabolismo de bactérias para contribuir com o CO₂ atmosférico.

Os pesquisadores descobriram que os micróbios respiram três vezes mais CO₂ de carbonos de lignina (unidades aromáticas não açucaradas) em comparação com carbonos de celulose (unidades de glicose), que adicionam estrutura e suporte às paredes celulares das plantas.

Essas descobertas ajudam a compreender o papel dos micróbios no ciclo do carbono do solo — informações que podem ajudar a melhorar as previsões de como o carbono no solo afetará as mudanças climáticas.

A pesquisa foi publicada na revista científica Environmental Science & Technology.

“O reservatório de carbono armazenado no solo é cerca de 10 vezes maior que a quantidade na atmosfera”, disse a Dra. Ludmilla Aristilde, professora da Universidade Northwestern que liderou o estudo. “O que acontecer com esse reservatório terá um impacto enorme no planeta. Como os micróbios podem desbloquear esse carbono e transformá-lo em CO₂ atmosférico, há um grande interesse em entender como eles metabolizam os resíduos vegetais. À medida que as temperaturas aumentam, mais matéria orgânica de diferentes tipos ficará disponível no solo. Isso afetará a quantidade de CO₂ emitida por atividades microbianas”, continuou a pesquisadora.

Especialista na dinâmica de compostos orgânicos em processos ambientais, a Dra. Ludmilla Aristilde é professora de Engenharia Civil e Ambiental na Escola de Engenharia da Universidade Northwestern e é membro do Centro de Biologia Sintética e do Instituto de Sustentabilidade e Energia da Northwestern. A Dra. Caroll Mendonca, ex-doutoranda no laboratório da professora Ludmilla, é a primeira autora do artigo. O estudo também inclui colaboradores da Universidade de Chicago.

Caminhos no metabolismo

O novo estudo se baseia no trabalho em andamento no laboratório da professora Ludmilla Aristilde para entender como o solo armazena — ou libera — carbono. Embora pesquisadores já rastreassem como compostos decompostos da matéria vegetal se movem individualmente através de bactérias, a equipe da professora Ludmilla usou uma mistura desses compostos para representar ao que as bactérias são expostas no ambiente natural. Então, para rastrear como diferentes derivados de plantas se movem através do metabolismo de uma bactéria, os pesquisadores marcaram átomos de carbono individuais com rótulos de isótopos.

“A marcação de isótopos nos permitiu rastrear átomos de carbono específicos para cada tipo de composto dentro da célula”, disse a pesquisadora. “Ao rastrear as rotas de carbono, fomos capazes de capturar seus caminhos no metabolismo. Isso é importante porque nem todos os caminhos são criados igualmente em termos de produção de dióxido de carbono.”

Carbonos de açúcar na celulose, por exemplo, foram metabolizados por vias glicolíticas e de pentose-fosfato. Essas vias levam a reações metabólicas que convertem matéria digerida em carbono para produzir DNA e proteínas, que constroem a própria biomassa do micróbio. Mas carbonos aromáticos e não açucarados da lignina foram metabolizados por uma rota diferente — através do ciclo do ácido tricarboxílico.

“O ciclo do ácido tricarboxílico existe em todas as formas de vida. Ele existe em plantas, micróbios, animais e humanos. Embora esse ciclo também produza precursores para proteínas, ele contém várias reações que produzem CO₂. A maior parte do CO₂ que é respirado do metabolismo vem dessa via”, disse a professora Ludmilla.

Expandindo as descobertas

Após rastrear as rotas do metabolismo, a professora Ludmilla Aristilde e sua equipe realizaram análises quantitativas para determinar a quantidade de CO₂ produzida a partir de diferentes tipos de matéria vegetal. Após consumir uma mistura de matéria vegetal, os micróbios respiraram três vezes mais CO₂ de carbonos derivados da lignina em comparação com carbonos derivados da celulose.

“Embora os micróbios consumam esses carbonos ao mesmo tempo, a quantidade de CO₂ gerada a partir de cada tipo de carbono é desproporcional”, disse a pesquisadora. “Isso ocorre porque o carbono é processado por meio de duas vias metabólicas diferentes.”

Nos experimentos iniciais, a Dra. Ludmilla Aristilde e sua equipe usaram Pseudomonas putida, uma bactéria comum do solo com um metabolismo versátil. Curiosos para ver se suas descobertas se aplicavam a outras bactérias, os pesquisadores estudaram dados de experimentos anteriores na literatura científica. Eles encontraram a mesma relação que descobriram entre matéria vegetal, metabolismo e CO₂ manifestada em outras bactérias do solo.

“Propomos uma nova perspectiva guiada pelo metabolismo para pensar sobre como diferentes estruturas de carbono acessíveis aos micróbios do solo são processadas. Isso será fundamental para nos ajudar a prever o que acontecerá com o ciclo do carbono do solo com as mudanças climáticas”, concluiu a pesquisadora da Universidade Northwestern.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Northwestern (em inglês).

Fonte: Amanda Morris, Universidade Northwestern. Imagem: Ilustração de solo com uma bactéria e as vias celulares envolvidas na produção de dióxido de carbono em destaque. Substratos disponíveis da matéria orgânica do solo são processados ​​por meio de vias específicas com diferentes quantidades de fluxo de saída de dióxido de carbono. Fonte: Laboratório da Dra. Ludmilla Aristide, Universidade Northwestern.