Humanidades

Pergunte a um especialista da Caltech: Micróbios e mudanças climáticas
Orphan e Newman explicam como os micróbios moldaram a Terra para permitir vida complexa, como plantas e animais, como os microrganismos estão se adaptando ao aquecimento do planeta e como os humanos...
Por Lori Dajose - 26/12/2021



Como parte de Conversations on Sustainability , uma série de webinars hospedados pelo Caltech Science Exchange, Dianne Newman , Gordon M. Binder / Amgen Professor de Biologia e Geobiologia e Ecologia e Iniciativa de Engenharia da Biosfera Líder do Resnick Sustainability Institute; e Victoria Orphan , James Irvine Professor de Ciências Ambientais e Geobiologia e Allen VC Davis e Lenabelle Davis Leadership Chair do Center for Environmental Microbial Interactions; discutiram suas pesquisas sobre as conexões entre microrganismos e mudanças climáticas.

Orphan e Newman explicam como os micróbios moldaram a Terra para permitir vida complexa, como plantas e animais, como os microrganismos estão se adaptando ao aquecimento do planeta e como os humanos podem ser capazes de usar esses organismos para ajudar a lidar com as mudanças climáticas.

Aqui, eles conversam com a escritora científica do Caltech, Lori Dajose

As perguntas e respostas abaixo foram editadas para maior clareza e extensão.
Como os micróbios influenciaram a evolução da vida na Terra e como eles influenciaram o planeta?

Orphan : os micróbios representam as primeiras formas de vida em nosso planeta, surgindo há cerca de 3,8 bilhões de anos. Ao longo desses bilhões de anos, eles moldaram o ambiente químico e físico em que vivemos e abriram caminho para a evolução da vida multicelular, como plantas e animais.

Esses micróbios são os campeões da engenharia de ecossistemas. Um exemplo pungente que posso dar é a invenção da fotossíntese de oxigênio. A capacidade de usar a luz do sol para dividir a água é importante não apenas na produção de oxigênio, da qual todos nós dependemos, mas também porque os micróbios são capazes de fixar o dióxido de carbono [isto é, converter o CO2 do ar em material orgânico]. Por sua vez, isso mudou a quantidade total de biomassa que poderia ser sustentada na Terra. Todos esses processos, bem como os nutrientes que esses organismos percorrem coletivamente em seus ecossistemas em microescala, estão realmente influenciando nosso planeta. Eles são realmente a nossa salvação na criação de um ambiente que seja habitável para nós.

Cada um de vocês pode me falar um pouco mais sobre o foco de sua pesquisa? Que tipo de micróbios você estuda e por quê?

Newman : Muitos na plateia podem estar familiarizados com o pensamento sobre o microbioma com relação à saúde humana. Os micróbios desempenham um papel igualmente importante na saúde planetária e têm feito isso há bilhões de anos, como Victoria disse. Há tantos aspectos nisso, mas a parte que me intriga são as estratégias que os micróbios usam para conservar energia. Adoro este tópico geral porque abrange todas as facetas da vida no planeta, não apenas a vida humana, mas também a vida das plantas e de outros organismos.

O que tento fazer em minha pesquisa é escolher bactérias para estudar que tenham metabolismos muito fundamentais, que sejam tão relevantes no contexto do solo quanto o são na infecção crônica.

Sempre estou lembrando a mim e aos meus alunos o fato de que, na escala microbiana, o micróbio só sabe o que está ao seu redor. É possível utilizar métodos da genética moderna para escolher organismos que são organismos ambientais importantes, mas, mesmo assim, podemos trazer para o laboratório, cultivar e aprender como eles catalisam esses processos notáveis ​​que mudam seu ambiente de maneiras profundas. Nosso objetivo é entender como eles fazem isso para que possamos prever, em diversos contextos, o que farão e, por fim, obter a capacidade de manipulá-los e controlá-los para fins bons.

Orphan : Meu principal interesse é em microrganismos que vivem em ecossistemas oceânicos. Os oceanos representam 71 por cento da superfície do nosso planeta e os micróbios que vivem nesse ambiente são essenciais para controlar o clima da Terra e a sustentabilidade do planeta. É realmente chocante, dado o quão grande é este ecossistema e o impacto que ele tem, que tão pouco do ambiente oceânico tenha sido estudado pelos cientistas - algo em torno de 5%. Existem oportunidades maravilhosas para novas descobertas de microrganismos e suas atividades que podem ter impactos profundos.

Muitas de nossas pesquisas são conduzidas em ambientes oceânicos profundos, observando os papéis que os microrganismos desempenham no ciclo do metano. Como o dióxido de carbono [CO2], o metano é outro gás de efeito estufa que muda dinamicamente ao longo do tempo, e os oceanos são um grande reservatório de metano. Muito disso está na forma de material semelhante ao gelo circundando os continentes. É conhecido como hidrato de metano, e muito pouco desse metano é liberado na atmosfera porque os microrganismos estão oxidando esse gás nos sedimentos, servindo basicamente como um filtro biológico. Esses organismos têm sido muito difíceis de cultivar em laboratório, e usamos combinações de técnicas moleculares como sequenciamento genômico e análises geoquímicas e isotópicas para estudar esses microrganismos diretamente no ambiente.

Quando a maioria das pessoas pensa em micróbios, elas podem pensar nos germes que nos deixam doentes. Por que é importante estudar os micróbios no contexto da biosfera e do planeta em geral?

Newman : Sim, é um equívoco comum pensar nos micróbios como patógenos. Acho que é um vestígio do século passado, quando muito da microbiologia se orientava para entender como os patógenos agiam. O que agora sabemos é que, dos milhões de espécies microbianas do planeta, acredita-se que menos de 100 sejam patógenos radicais. Isso significa que a grande maioria está fazendo coisas que são vitais para a vida do planeta e seus habitats.

Orphan : Só recentemente - acho que em grande parte devido ao reconhecimento de que o microbioma humano é importante para a saúde humana - o público ganhou um interesse maior pelos microrganismos e reconheceu que eles são mais do que apenas patógenos a serem temidos. O fato de serem difíceis de ver, embora sejam tão penetrantes e tenham um impacto tão profundo, é um dos maiores desafios para nós em termos de comunicar ao público em geral que todos devem prestar atenção ao mundo microbiano. Nossa capacidade de entender a biologia em geral, eu acho, está integrada com a nossa compreensão dos microrganismos, simplesmente porque evoluímos em um mundo microbiano. Eles estiveram em cena bilhões de anos antes de nós.

Newman : Plantas e animais não evoluíram em um mar de Purell, certo? Estávamos cercados pelo mundo microbiano desde o início.

Agora estamos vendo os efeitos da mudança climática antropogênica - por exemplo, aumento do nível do mar, condições mais quentes e secas em alguns lugares e acidificação do oceano. Como os micróbios foram afetados? Existe o perigo de que certos micróbios se extingam?

Orphan : Falei sobre minha pesquisa no fundo do mar. Mais recentemente, temos trabalhado em ecossistemas costeiros com vegetação, que incluem plantas marinhas, como ervas marinhas, que são enormes sequestradores de carbono e também supostamente protegem contra alguns dos efeitos da acidificação dos oceanos. Há muitas pesquisas a serem feitas estudando o destino do carbono nesses ecossistemas. Os micróbios desempenham um papel central em quanto carbono é enterrado e como a saúde desses ecossistemas é mantida. Compreender isso é importante com o aumento dos impactos das mudanças climáticas e o aumento do CO2 na atmosfera.

Newman : Outro exemplo é que agora reconhecemos que há uma grande quantidade de carbono armazenado no solo, mas não entendemos muito bem os mecanismos que permitem isso. Sabemos que envolve uma complexa inter-relação entre certos tipos de micróbios, como fungos, que estão intimamente associados a quase todas as plantas da Terra. Esses fungos ajudam a fornecer às plantas nutrientes e água que permitem que elas se desenvolvam. Mas dentro do solo, existem muitos outros tipos de micróbios além dos fungos que formam uma comunidade que faz todo o ecossistema inteiro. E assim, um dos principais interesses dos ecologistas microbianos é obter uma compreensão preditiva de como esses sistemas ecológicos irão evoluir em diferentes partes do mundo. Nas latitudes ao norte, muito carbono é armazenado na tundra congelada, mas conforme o planeta está se aquecendo, o carbono armazenado naquele solo não necessariamente permanecerá lá. Mas não podemos prever o que acontecerá porque não temos uma compreensão quantitativa de quais organismos estão presentes neste habitat, o que estão fazendo e como vão responder.

Certa vez, ouvi alguém dizer: "Os micróbios foram os primeiros a entrar e serão os últimos a sair", em termos da vida neste planeta. Acho que é muito profundo e importante percebermos, porque os micróbios estão sempre se adaptando a um ritmo extraordinário. Isso é algo que potencialmente, se o entendermos, pode ser aproveitado para a população humana.

Quais são algumas maneiras concretas pelas quais os micróbios podem nos ajudar a abordar a sustentabilidade e as mudanças climáticas?

Newman: Existem tantos exemplos. Vou ficar com meu tema agrícola para citar um: A superutilização de fertilizantes. É claro que as safras precisam de nutrientes para crescer e queremos que as safras alimentem a população global. Mas o que não queremos é desperdiçar nutrientes como nitrogênio ou fósforo porque corremos o risco de esgotar as reservas naturais, mas também porque continuamos a gerar nitrogênio em fertilizantes por meio de processos industriais que, por sua vez, são prejudiciais ao meio ambiente. Portanto, há um incentivo para pensar sobre como podemos aproveitar a capacidade natural do mundo microbiano para ajudar as culturas a obter esses nutrientes. É sabido há muitas décadas, por exemplo, que certos tipos de micróbios têm simbiose com certos tipos de plantações. A soja é um bom exemplo: As bactérias do solo podem naturalmente retirar nitrogênio da atmosfera e convertê-lo em uma forma que a planta de soja possa usar. Se entendêssemos como efetuar essa habilidade de forma mais ampla em várias culturas diferentes, isso seria uma virada de jogo. Isso nos daria a oportunidade de ter uma fonte muito mais sustentável de nitrogênio para as plantações.

Orphan : O mesmo tipo de coisa se aplica ao controle de atividades microbianas no oceano. O sequestro de carbono é uma grande questão, e as pessoas estão trabalhando duro para tentar descobrir como utilizar os microorganismos. Mencionei anteriormente esses ecossistemas costeiros com vegetação, onde as comunidades de ervas marinhas são grandes estoques de carbono. A planta basicamente fixa o dióxido de carbono por meio da fotossíntese oxigenada, e muito desse carbono acaba enterrado no solo. Não entendemos totalmente os mecanismos que estão conduzindo isso. Muito disso é feito por microorganismos que não respiram oxigênio, mas usam uma série de produtos químicos diferentes para oxidar o carbono. Se pudermos entender os segredos para o sucesso de como esse carbono fica preso, esta é outra oportunidade para aumentarmos o soterramento de carbono nesses ambientes costeiros.

 

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