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Por que os cientistas querem resolver um mistério subterrâneo sobre onde vivem os micróbios
Uma equipe de biólogos da BU, incluindo Bhatnagar, assumiu esse desafio - e sua pesquisa revela, pela primeira vez, que é possível prever com precisão a abundância de diferentes espécies de micróbios do solo em diferentes partes do mundo.
Por Jessica Colarossi - 05/06/2021


Os pesquisadores da Universidade de Boston desenvolvem um modelo pioneiro para prever quais espécies de organismos do solo vivem em diferentes ambientes, com enormes implicações para a agricultura, mudanças climáticas e saúde pública. Crédito: Florian van Duyn no Unsplash

Embora possa parecer inanimado, o solo sob nossos pés está muito vivo. Ele é preenchido com inúmeros microorganismos que quebram ativamente a matéria orgânica, como folhas e plantas caídas, e desempenham uma série de outras funções que mantêm o equilíbrio natural de carbono e nutrientes armazenados no solo abaixo de nós.

"O solo é composto principalmente de microorganismos, vivos e mortos", diz Jennifer Bhatnagar, microbiologista do solo e professora assistente de biologia do Boston University College of Arts & Sciences. É típico ver várias centenas de tipos diferentes de fungos e bactérias em uma única pitada de solo do solo, diz ela, tornando-o um dos mais diversos ecossistemas que existem.

Como ainda há muito que se desconhece sobre os organismos do solo , até agora os cientistas não tentaram prever onde certas espécies ou grupos de micróbios do solo vivem ao redor do mundo. Mas ter esse conhecimento sobre esses organismos - pequenos demais para serem vistos a olho nu - é a chave para entender melhor o microbioma do solo, que é formado pelas comunidades de diferentes micróbios que vivem juntos.

Uma equipe de biólogos da BU, incluindo Bhatnagar, assumiu esse desafio - e sua pesquisa revela, pela primeira vez, que é possível prever com precisão a abundância de diferentes espécies de micróbios do solo em diferentes partes do mundo. A equipe publicou recentemente suas descobertas em um novo artigo na Nature Ecology & Evolution .

"Se soubermos onde estão os organismos na Terra e como eles mudam no espaço e no tempo devido às diferentes forças ambientais, e algo sobre o que as diferentes espécies estão fazendo, poderemos prever muito melhor como a função dessas comunidades mudará em termos de ciclo de carbono e nutrientes ", diz Bhatnagar. Esse tipo de conhecimento teria enormes implicações para a agricultura, mudanças climáticas e saúde pública.

"A saúde dos solos está muito ligada aos micróbios do solo", diz Michael Dietze, autor sênior do estudo e professor de Terra e Meio Ambiente da Faculdade de Artes e Ciências da BU. Dietze, Bhatnagar e pesquisadores de seus laboratórios uniram forças para trabalhar neste projeto, que envolveu a análise de centenas de amostras de solo coletadas por locais de pesquisa da National Ecological Observatory Network (NEON). Bhatnagar e seus membros de laboratório trouxeram para a equipe sua experiência em solo, enquanto Dietze e seu laboratório ofereceram sua capacidade única de desenvolver previsões ecológicas precisas e previsões ambientais de curto prazo.
 
A equipe aprendeu que a previsibilidade do micróbio aumenta à medida que a área espacial aumenta, portanto, quanto maior o pedaço de terra sobre o qual seu modelo faz previsões, mais provável será que as previsões sobre quais tipos de micróbios vivem lá serão precisas.

Dietze diz que a capacidade de prever com precisão quais micróbios provavelmente seriam encontrados em uma determinada amostra de solo também aumentou à medida que os pesquisadores analisaram agrupamentos de organismos mais acima na escala filogenética, um sistema que classifica os organismos com base na relação evolutiva. No menor extremo da escala, uma "espécie" representa o melhor nível de classificação; na outra extremidade, um "filo" constitui os maiores e mais diversos agrupamentos de organismos. Eles ficaram surpresos ao descobrir que eram mais capazes de prever a presença de um filo inteiro, em oposição a espécies individuais.

Depois de receber os dados genômicos das amostras de solo do NEON, os modelos de previsão da equipe de pesquisa levam em consideração fatores ambientais específicos do local de onde o solo veio - quais plantas vivem lá, a acidez do solo (pH), temperatura, clima e muitos outras. Eles descobriram que seu modelo era mais capaz de prever a presença de microrganismos com base em sua relação simbiótica com espécies de plantas locais. Os fungos micorrízicos, por exemplo, são um micróbio muito comum do solo, associado a cerca de 90% das famílias de plantas, incluindo pinheiros e carvalhos na Nova Inglaterra.

Em contraste, a equipe descobriu que era mais difícil prever grandes grupos de organismos com base em sua relação com a acidez do solo. Apesar de conhecer os níveis de acidez do solo e quais tipos de bactérias normalmente gostariam de viver naquele ambiente, seu modelo não podia prever com precisão a quantidade de bactérias que estavam realmente presentes na amostra de solo, diz Bhatnagar. “Isso significa que há algo mais além da relação com [a acidez], além da relação com qualquer outro fator ambiental que normalmente medimos em nossos ecossistemas”, diz ela.

Agora, a equipe de Dietze e Bhatnagar está expandindo suas previsões além da previsão de micróbios com base apenas em sua localização, para incluir também épocas específicas do ano.

"Construir uma estrutura para prever o microbioma do solo em locais nos EUA melhorará nossa compreensão das mudanças sazonais e interanuais", disse Zoey Werbin, Ph.D. estudante trabalhando no laboratório de Bhatnagar e autor do artigo. "Isso pode nos ajudar a antecipar como as mudanças climáticas podem afetar os processos microbianos, como a decomposição ou o ciclo do nitrogênio."

Com seu projeto de dissertação, Werbin espera responder a questões fundamentais sobre como e por que o microbioma do solo varia no tempo e no espaço.

“Quanto mais aprendemos, mais percebemos como os micróbios do solo são importantes para a agricultura, saúde pública e mudança climática. É realmente empolgante investigar como os organismos microscópicos podem ter tais efeitos em larga escala”, diz Werbin. "Sabemos que certos fatores, como temperatura e umidade, afetam as comunidades microbianas. Mas não sabemos a importância desses fatores em comparação com a variabilidade natural ou as interações entre os micróbios . Meu projeto de doutorado ajudará a identificar as forças motrizes do microbioma do solo, bem como as maiores fontes de incerteza. "

 

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