Hidrocarbonetos e petróleo são quase sinônimos na ciência ambiental. Afinal, as reservas de petróleo respondem por quase todos os hidrocarbonetos que encontramos. Mas os poucos hidrocarbonetos que traçam sua origem em fontes biológicas podem desempenhar um papel ecológico maior do que os cientistas inicialmente suspeitavam.
Uma equipe de pesquisadores da UC Santa Barbara e do Woods Hole Oceanographic Institution investigou essa área anteriormente negligenciada da oceanografia em busca de sinais de um ciclo global negligenciado. Eles também testaram como sua existência pode impactar a resposta do oceano aos derramamentos de óleo.
“Demonstramos que existe um ciclo de hidrocarbonetos massivo e rápido que ocorre no oceano e que é distinto da capacidade do oceano de responder à entrada de petróleo”, disse o professor David Valentine, que ocupa a cadeira presidencial da Norris no Departamento da Terra Ciência na UCSB. A pesquisa, liderada por seus alunos de graduação Eleanor Arrington e Connor Love, aparece na Nature Microbiology.
Em 2015, uma equipe internacional liderada por cientistas da Universidade de Cambridge publicou um estudo demonstrando que o hidrocarboneto pentadecano foi produzido por cianobactérias marinhas em culturas de laboratório. Os pesquisadores extrapolaram que esse composto pode ser importante no oceano. A molécula parece aliviar o estresse nas membranas curvas, por isso é encontrada em coisas como os cloroplastos, em que as membranas compactadas exigem curvatura extrema, explicou Valentine. Algumas cianobactérias ainda sintetizam o composto, enquanto outros micróbios do oceano o consomem prontamente para obter energia.
Valentine foi o autor de um comentário de duas páginas sobre o papel, junto com Chris Reddy de Woods Hole, e decidiu aprofundar o assunto com Arrington e Love. Eles visitaram o Golfo do México em 2015, depois o Atlântico oeste em 2017, para coletar amostras e realizar experimentos.
A equipe coletou amostras de água do mar de uma região pobre em nutrientes do Atlântico, conhecida como Mar dos Sargaços, batizada em homenagem à alga marinha flutuante varrida do Golfo do México. Esta é uma água linda, clara e azul com as Bermudas bem no meio, disse Valentine.
A obtenção das amostras foi aparentemente uma tarefa bastante complicada. Como o pentadecano é um hidrocarboneto comum no óleo diesel, a equipe teve que tomar precauções extras para evitar a contaminação do próprio navio. Eles fizeram o capitão virar o navio contra o vento para que o escapamento não manchasse as amostras e analisaram a assinatura química do diesel para garantir que não era a fonte de qualquer pentadecano que encontraram.
Além do mais, ninguém podia fumar, cozinhar ou pintar no convés enquanto os pesquisadores coletavam água do mar. “Isso foi um grande negócio”, disse Valentine, “não sei se você já esteve em um navio por um longo período de tempo, mas você pinta todos os dias. É como a ponte Golden Gate: você começa em um final e quando você chegar ao outro lado, é hora de começar de novo. ”
As precauções funcionaram, e a equipe recuperou amostras de água do mar intocada. “Em frente ao cromatógrafo de gás em Woods Hole após a expedição de 2017, ficou claro que as amostras estavam limpas, sem nenhum sinal de diesel”, disse o co-autor Love. “Pentadecano era inconfundível e já mostrava padrões oceanográficos claros, mesmo nas primeiras amostras que [nós] executamos.”
Devido ao seu vasto número nos oceanos do mundo, Love continuou, “apenas dois tipos de cianobactérias marinhas estão adicionando 500 vezes mais hidrocarbonetos ao oceano por ano do que a soma de todos os outros tipos de entradas de petróleo no oceano, incluindo o óleo natural vazamentos, derramamentos de óleo, despejo de combustível e escoamento da terra. ” Esses micróbios produzem coletivamente 300-600 milhões de toneladas métricas de pentadecano por ano, uma quantidade que supera as 1,3 milhão de toneladas métricas de hidrocarbonetos liberados de todas as outras fontes.
Embora essas quantidades sejam impressionantes, elas são um pouco enganosas. Os autores apontam que o ciclo pentadecano abrange 40% ou mais da superfície da Terra, e mais de um trilhão quatrilhão de células cianobacterianas carregadas de pentadecano estão suspensas na região iluminada pelo sol do oceano mundial. No entanto, o ciclo de vida dessas células é normalmente inferior a dois dias. Como resultado, os pesquisadores estimam que o oceano contém apenas cerca de 2 milhões de toneladas métricas de pentadecano em determinado momento.
É uma roda que gira rápido, explicou Valentine, então a quantidade real presente em qualquer ponto no tempo não é particularmente grande. “A cada dois dias você produz e consome todo o pentadecano do oceano”, disse ele.
No futuro, os pesquisadores esperam vincular a genômica dos micróbios à sua fisiologia e ecologia. A equipe já possui sequências de genoma de dezenas de organismos que se multiplicaram para consumir o pentadecano em suas amostras. “A quantidade de informação que existe é incrível”, disse Valentine, “e acho que revela o quanto não sabemos sobre a ecologia de muitos organismos consumidores de hidrocarbonetos.”
Tendo confirmado a existência e a magnitude deste ciclo do biohidrocarboneto, a equipe procurou resolver a questão de se sua presença poderia preparar o oceano para quebrar o petróleo derramado. A questão chave, explicou Arrington, é se esses abundantes microorganismos consumidores de pentadecano servem como um ativo durante as limpezas de derramamento de óleo. Para investigar isso, eles adicionaram pentano – um hidrocarboneto de petróleo semelhante ao pentadecano – à água do mar amostrada a várias distâncias de infiltrações de óleo natural no Golfo do México.
Eles mediram a respiração geral em cada amostra para ver quanto tempo levou para os micróbios comedores de pentano se multiplicarem. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que, se o ciclo do pentadecano realmente preparasse os micróbios para consumir outros hidrocarbonetos também, então todas as amostras deveriam desenvolver florações em taxas semelhantes.
Mas não foi esse o caso. Amostras próximas às infiltrações de óleo rapidamente desenvolveram flores. “Dentro de cerca de uma semana após a adição de pentano, vimos uma população abundante se desenvolver”, disse Valentine. “E isso fica cada vez mais lento à medida que você se afasta, até que, quando estiver no Atlântico Norte, você pode esperar meses e nunca ver uma flor.” Na verdade, Arrington teve que ficar para trás após a expedição nas instalações em Woods Hole, Massachusetts, para continuar o experimento com as amostras do Atlântico, porque essas flores demoraram muito para aparecer.
Curiosamente, a equipe também encontrou evidências de que micróbios pertencentes a outro domínio da vida, Archaea, também podem desempenhar um papel no ciclo pentadecano. “Aprendemos que um grupo de micróbios misteriosos e globalmente abundantes – que ainda não foram domesticados em laboratório – pode ser alimentado por pentadecano na superfície do oceano”, disse o co-autor Arrington.
Os resultados levantam a questão de por que a presença de um enorme ciclo pentadecano parecia não ter efeito sobre a quebra do pentano petroquímico. “O petróleo é diferente do pentadecano”, disse Valentine, “e você precisa entender quais são as diferenças e quais compostos realmente constituem o petróleo, para entender como os micróbios do oceano vão responder a ele.”
Em última análise, os genes comumente usados por micróbios para consumir o pentano são diferentes daqueles usados para o pentadecano. “Um micróbio que vive nas águas límpidas da costa das Bermudas tem muito menos probabilidade de encontrar o pentano petroquímico em comparação com o pentadecano produzido por cianobactérias e, portanto, é menos provável de carregar os genes para consumo de pentano”, disse Arrington.
Cargas de diferentes espécies microbianas podem consumir pentadecano, mas isso não significa que também possam consumir outros hidrocarbonetos, continuou Valentine, especialmente dada a diversidade de estruturas de hidrocarbonetos que existem no petróleo. Existem menos de uma dúzia de hidrocarbonetos comuns que os organismos marinhos produzem, incluindo pentadecano e metano. Enquanto isso, o petróleo compreende dezenas de milhares de hidrocarbonetos diferentes. Além do mais, agora estamos vendo que organismos capazes de decompor produtos petrolíferos complexos tendem a viver em maior abundância perto de vazamentos naturais de óleo.
Valentine chama esse fenômeno de “priming biogeográfico” – quando a população microbiana do oceano é condicionada a uma fonte de energia específica em uma área geográfica específica. “E o que vemos com este trabalho é uma distinção entre pentadecano e petróleo”, disse ele, “que é importante para entender como as diferentes regiões do oceano responderão aos derramamentos de óleo.”
Os giros pobres em nutrientes, como o Mar dos Sargaços, respondem por impressionantes 40% da superfície da Terra. Mas, ignorando a terra, ainda sobra 30% do planeta para explorar outros ciclos de biohidrocarbonetos. Valentine acredita que os processos em regiões de maior produtividade serão mais complexos e talvez forneçam mais preparação para o consumo de óleo. Ele também destacou que o projeto da natureza para a produção de hidrocarbonetos biológicos é uma promessa para os esforços para desenvolver a próxima geração de energia verde.
Publicado em 04/02/2021 16h27
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