Usando anos de dados coletados de habitats cobertos de gelo em todo o mundo, uma equipe da Montana State University descobriu novos insights sobre os processos que sustentam a vida microbiana sob mantos de gelo e geleiras, e o papel que esses organismos desempenham na perpetuação da vida através do gelo idades e, talvez, em ambientes aparentemente inóspitos em outros planetas.
O candidato ao doutorado Eric Dunham, do Departamento de Microbiologia e Imunologia da Faculdade de Agricultura da MSU, junto com o mentor Eric Boyd, publicou suas descobertas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences esta semana. O trabalho examina as maneiras como a água e os micróbios interagem com o leito rochoso sob as geleiras, usando amostras de sedimentos retiradas de sítios glaciais no Canadá e na Islândia.
“Continuamos encontrando organismos nesses sistemas que eram sustentados por gás hidrogênio”, disse Boyd sobre a inspiração para o projeto. “Inicialmente não fazia sentido, porque não podíamos descobrir de onde vinha aquele gás hidrogênio sob essas geleiras.”
Uma equipe de pesquisadores, incluindo Boyd, descobriu mais tarde que, por meio de uma série de processos físicos e químicos, o gás hidrogênio é produzido à medida que o leito de rocha rico em sílica sob as geleiras é triturado em minúsculas partículas minerais pelo peso do gelo sobre ele. Quando essas partículas minerais se combinam com a água do degelo glacial, elas liberam hidrogênio.
O que se tornou ainda mais fascinante para Boyd e Dunham foi que as comunidades microbianas sob as geleiras podiam combinar esse gás hidrogênio com dióxido de carbono para gerar mais matéria orgânica, chamada biomassa, por meio de um processo chamado quimiossíntese. A quimiossíntese é semelhante a como as plantas geram biomassa a partir do dióxido de carbono por meio da fotossíntese, embora a quimiossíntese não exija a luz solar.
Para saber mais sobre o que esses micróbios quimiossintéticos estavam fazendo, Dunham usou amostras de sedimentos das geleiras do Canadá e da Islândia. Ele cultivou amostras dos organismos vivos encontrados no sedimento em um laboratório, observando-os por vários meses para ver se continuariam a crescer no ambiente simulado.
“Os organismos em que estávamos interessados dependem do gás hidrogênio como alimento para crescer, e a maioria também são anaeróbios, o que significa que o oxigênio os matará”, disse Dunham, que nasceu em Billings e está entrando no último semestre de seus estudos de doutorado. “Uma das etapas mais críticas na preparação desses experimentos, e facilmente o elemento mais estressante, foi colocar essas amostras em garrafas e liberar todo o oxigênio o mais rápido possível, de modo que não matei os organismos que estava tentando estudar. ”
Ao longo de meses preparando e observando as culturas microbianas, Dunham descobriu que não só era possível rastrear o crescimento das comunidades no ambiente de laboratório, mas também que o tipo de rocha subjacente a uma geleira influenciava a quantidade de gás hidrogênio produzido, o que por sua vez levou à presença de comunidades microbianas mais adaptadas ao metabolismo do hidrogênio. Amostras retiradas da geleira Kötlujökull na Islândia, que fica no topo da rocha basáltica, produziram muito mais gás hidrogênio do que as amostras da geleira Robertson em Alberta, Canadá, que tem rocha carbonática abaixo dela.
À medida que usam esse gás hidrogênio para gerar energia, disse Boyd, os micróbios também retiram dióxido de carbono do ar para criar biomassa, replicar e crescer. Essa capacidade de “fixar” o carbono é um processo crítico de regulação do clima, outra semelhança com a fotossíntese nas plantas.
“Considerando que as geleiras e mantos de gelo cobrem cerca de 10% da massa terrestre hoje, e uma fração muito maior às vezes no passado do planeta, as atividades microbianas, como as que Eric mediu, provavelmente tiveram um grande impacto no clima da Terra, ambos hoje e no passado “, disse Boyd. “Há um tempo que sabemos que microorganismos que vivem sob mantos de gelo ou geleiras podem fixar carbono, mas nunca entendemos como. O que o trabalho pioneiro de Eric mostra é que esses organismos não são apenas completamente autossustentáveis no sentido de que podem gerar seu próprio carbono fixo, eles também não precisam da luz solar para fazê-lo como o resto da biosfera com a qual estamos familiarizados. ”
Olhando mais longe, em outros planetas em nosso sistema solar, Boyd observa que dois dos elementos críticos que os cientistas procuram ao avaliar a habitabilidade são a água e uma fonte de energia. O conhecimento recente de que comunidades microbianas autossustentáveis podem florescer em ambientes gelados por meio da geração de gás hidrogênio é um passo crítico para a identificação de ambientes potencialmente habitáveis em outros planetas.
“Há muitas evidências de gelo e geleiras em outros planetas”, disse ele. “Eles são habitáveis? Não sabemos. Poderia haver micróbios vivendo sob mantos de gelo em planetas com alicerces semelhantes aos que Eric estudou? Com certeza. Não há razão para pensar o contrário.”
Para Dunham, cuja pesquisa de graduação e pós-bacharelado se concentrava em ciências da saúde e virologia antes de mudar para a biogeoquímica, a parte mais gratificante da nova descoberta é explorar como vários processos da Terra se encaixam e influenciam uns aos outros de maneiras que a comunidade científica está apenas começando a desbloquear .
Publicado em 30/12/2020 07h34
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