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Usando um novo método para detectar a atividade microbiana em crostas biológicas do solo, ou biocrostas, depois de serem molhadas, uma equipe de pesquisa liderada pela Penn State em um novo estudo descobriu pistas que levarão a uma melhor compreensão do papel que os micróbios desempenham na formação de uma vida pele sobre muitos ecossistemas semiáridos ao redor do mundo. Os minúsculos organismos – e os microbiomas que eles criam – estão ameaçados pelas mudanças climáticas.
Os pesquisadores publicaram suas descobertas em Fronteiras da Microbiologia.
“Atualmente, as biocrustas cobrem aproximadamente 12% da superfície terrestre da Terra e esperamos que diminuam cerca de 25% a 40% dentro de 65 anos devido às mudanças climáticas e à intensificação do uso da terra”, disse a líder da equipe Estelle Couradeau, professora assistente da Penn State of solos e microbiologia ambiental. “Esperamos que este trabalho possa abrir caminho para a compreensão das funções microbianas que suportam a resiliência da biocrosta aos padrões climáticos em rápida mudança e às secas mais frequentes”.
As crostas biológicas do solo são conjuntos de organismos que formam uma camada superficial perene e bem organizada nos solos. Eles são comuns, ocorrendo em todos os continentes onde a escassez de água limita o crescimento de plantas comuns, permitindo que a luz chegue ao solo descoberto. Mas ainda há água suficiente para sustentar o crescimento de microorganismos que realizam serviços ecossistêmicos valiosos, como retirar carbono e nitrogênio do ar e fixá-los no solo, reciclando nutrientes e mantendo as partículas do solo unidas, o que ajuda a evitar a poeira.
Essa função de estabilização do solo – que reduz a erosão, fornecendo os meios para que o solo se aglomere e não se transforme em pó – é extremamente importante, de acordo com Couradeau. Seu grupo de pesquisa, agora na Faculdade de Ciências Agrícolas da Penn State, estuda intensivamente as biocrostas há uma década.
“A maior parte da poeira é gerada em terras áridas, e estudos sugerem que a presença de biocrostas em terras áridas reduz muito a quantidade de poeira que, de outra forma, entraria na atmosfera”, disse ela. “Acreditamos que a perda de biocrostas causaria um aumento de 5% a 15% na emissão e deposição global de poeira – o que afetaria o clima, o meio ambiente e a saúde humana”.
Nas regiões semiáridas onde existem biocrostas, os organismos – minúsculos musgos, líquenes, algas verdes, cianobactérias, outras bactérias e fungos – podem experimentar apenas alguns eventos de chuva ou neve por ano, explicou Ryan Trexler, doutorando no Programa Intercollege de Pós-Graduação em ecologia e biogeoquímica, que liderou a pesquisa.
“Quando o solo está seco, na maior parte, os micróbios no solo estão dormentes, não fazendo muito”, disse ele. “Mas assim que eles sentem a água, eles são ressuscitados muito rapidamente, em segundos a minutos. E eles estão ativamente produzindo clorofila e fixando carbono e nitrogênio até que o solo esteja seco novamente – e então os micróbios ficam dormentes novamente. Eles vão através de ciclos de atividade toda vez que chove.”
Para estudar as biocrostas, os pesquisadores coletaram amostras de três parcelas de biocrostas não perturbadas, dominadas por cianobactérias, localizadas no planalto do Colorado, perto de Moab, Utah. Amostras de biocrosta foram coletadas no outono após a chuva que umedeceu o solo o suficiente para ativar os micróbios. As amostras foram subsequentemente secas e armazenadas no escuro e depois umedecidas muito mais tarde na pesquisa.
“Experimentamos o que chamamos de ‘deserto frio’, porque é muito árido, mas no inverno às vezes neva”, disse Trexler. “Portanto, não é tão quente quanto em muitos outros lugares áridos, mas ainda assim as plantas não podem prosperar lá porque não há água suficiente. E assim, a única comunidade que encontramos nos solos do local é microbiana.”
Para determinar quais microrganismos são ativos nas comunidades do solo, os pesquisadores associaram a marcação bioortogonal de aminoácidos não canônicos – conhecida como BONCAT – com classificação celular ativada por fluorescência. O BONCAT é uma ferramenta poderosa para rastrear a síntese de proteínas no nível de células individuais dentro de comunidades e organismos inteiros, enquanto a seleção de células ativada por fluorescência classifica as células com base na produção de novas proteínas.
Os pesquisadores combinaram esses processos com sequenciamento metagenômico shotgun, o que lhes permitiu amostrar de forma abrangente todos os genes em todos os organismos presentes nas amostras de biocrosta. Eles aplicaram esse método para traçar o perfil da diversidade e das capacidades funcionais potenciais de microrganismos ativos e inativos em uma comunidade de biocrosta após serem ressuscitados por um evento de chuva simulado. Os pesquisadores descobriram que sua nova abordagem pode discernir microorganismos ativos e inativos em biocrostas úmidas.
Os componentes ativos e inativos da comunidade de biocrosta diferiram em riqueza e composição de espécies em quatro horas e 21 horas após o evento de molhamento, relataram os pesquisadores.
Contribuindo para a pesquisa estavam Marc Van Goethem, Lawrence Berkeley National Laboratory e King Abdullah University of Science and Technology, Jeddah, Arábia Saudita; Danielle Goudeau, Nandita Nath, Trent Northen e Rex Malmstrom, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Instituto Conjunto do Genoma do Departamento de Energia dos EUA.
O Departamento de Energia dos EUA apoiou esta pesquisa.
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