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Quase um terço dos recursos de água doce da Terra está nas águas subterrâneas – muito mais do que em todos os lagos, rios e na atmosfera combinados, e superado apenas pela água congelada nas calotas polares. Assim, cerca de metade da humanidade depende das águas subterrâneas como fonte de água potável.
Apesar da ocorrência global e da importância essencial das águas subterrâneas, o conhecimento dos organismos que as habitam e como eles sobrevivem permanece escasso.
Uma investigação recente liderada pelo ecologista microbiano Emil Ruff, do Laboratório de Biologia Marinha (MBL), descobriu que águas subterrâneas antigas abrigam não apenas comunidades microbianas diversas e ativas, mas também um número inesperadamente grande de células microbianas. Surpreendentemente, alguns desses micróbios parecem produzir “oxigênio escuro” (na ausência de luz solar) em tal abundância que o oxigênio pode nutrir não apenas esses micróbios, mas também pode vazar para o ambiente e sustentar outros micróbios dependentes de oxigênio que não podem t produzi-lo eles mesmos. O estudo foi publicado hoje na Natureza Comunicações.
“Ao fazer pesquisas, é comum encontrar resultados surpreendentes; ainda sabemos muito pouco sobre o cosmos”, disse Ruff. “Mas é um destaque encontrar algo tão inesperado quanto o oxigênio que parece ser produzido sob nossos pés na escuridão permanente. A princípio, pensamos que havíamos contaminado todas as nossas amostras, mas análises adicionais confirmaram uma fonte do gás dentro do aquíferos.”
O estudo investigou 138 amostras de águas subterrâneas retiradas de 14 aquíferos que se encontram abaixo de mais de 80.000 milhas quadradas de pradaria na província de Alberta, Canadá, uma área três vezes o tamanho da Irlanda. O objetivo era investigar a biogeoquímica e ecologia microbiana de uma ampla gama de ambientes aquíferos.
“O vazamento de oxigênio escuro nas águas subterrâneas pode ter consequências muito importantes e relevantes para a pesquisa sobre mudanças climáticas”, disse o coautor Marc Strous, da Universidade de Calgary. “Temos indícios de que os micróbios usam o oxigênio das águas subterrâneas para consumir metano, um gás de efeito estufa. Especialmente na província de Alberta, o metano é comum nas águas subterrâneas e pode vazar do solo para a atmosfera. quanto metano esses micróbios impedem de ser emitido.”
Surpreendentemente, a equipe encontrou significativamente mais células microbianas em amostras de águas subterrâneas mais antigas do que em águas subterrâneas mais jovens, sugerindo que essas águas subterrâneas antigas evoluíram ao longo do tempo para fornecer energia para o crescimento de micróbios. Esta descoberta contraria estudos anteriores em oceanos subterrâneos e ecossistemas terrestres que descobriram que a densidade de células microbianas geralmente diminui à medida que a profundidade aumenta, presumivelmente devido a limitações de energia.
“Contar células bacterianas sob um microscópio requer enorme paciência e habilidade e raramente é feito para um grande número de amostras”, disse Strous. “No entanto, quando Isabella Hrabe de Angelis se juntou ao Dr. Ruff como aluna do projeto, ela fez exatamente isso e passou centenas de horas atrás de um microscópio. Foi graças a esse esforço que pudemos mostrar que essas águas subterrâneas são realmente ecossistemas produtivos, onde todos esperava que fossem ‘desertos’ subterrâneos, geralmente desprovidos de nutrientes e energia.”
O estudo incluiu colaboradores da University of Calgary, Canadá; Instituto Max Planck de Química, Mainz, Alemanha; Woods Hole Oceanographic Institution e Alberta Environment and Protected Areas, Calgary, Canadá.
oxigênio ou morrer
O oxigênio é vital para a vida dos seres humanos, da maioria dos animais e de muitos microorganismos. De longe, a maior parte do oxigênio na Terra é produzida por meio da fotossíntese, na qual plantas e micróbios usam a luz solar como fonte de energia para assimilar o dióxido de carbono para o crescimento. Como esse oxigênio não é totalmente consumido pelas próprias plantas e micróbios, ao longo de eras ele pode se acumular na atmosfera, onde fica disponível para humanos e outros organismos dependentes de oxigênio.
Existem, no entanto, alguns processos químicos e microbianos obscuros que podem produzir oxigênio na ausência de luz. Em um caso, os micróbios dividem o óxido nítrico em nitrogênio e oxigênio e, no outro, dividem a clorita em cloreto e oxigênio. Esses processos, também chamados de dismutações microbianas, eram considerados muito raros e relevantes apenas em microescala, com o oxigênio produzido sendo imediatamente consumido.
No entanto, Ruff et. al. encontraram evidências de que esses micróbios produtores de oxigênio podem ser muito abundantes e ativos nos ecossistemas de águas subterrâneas. Na verdade, tão abundantes e ativos que parecem vazar quantidades substanciais desse “oxigênio escuro” para o ambiente, fazendo com que ele se acumule. Análogo ao acúmulo de oxigênio na atmosfera pela fotossíntese, esse processo subterrâneo pode permitir que micróbios que dependem de oxigênio sobrevivam e prosperem.
“Usar oxigênio para a respiração libera muita energia que um organismo pode usar para crescer e se propagar”, disse Ruff. “Não é surpreendente que basicamente todos os animais que podem ser vistos a olho nu usam oxigênio, incluindo insetos, moluscos e vertebrados. Sem oxigênio, eles não poderiam sustentar corpos tão grandes. Da mesma forma, pensamos que o grande número de micróbios que encontramos nessas águas subterrâneas são sustentadas pela energia liberada pelo uso de oxigênio. Essa descoberta desafia nossa compreensão atual dos ecossistemas subterrâneos da Terra.”
As amostras de águas subterrâneas para este estudo foram obtidas da Rede de Poços de Observação de Águas Subterrâneas mantida por Alberta Environment and Protected Areas, Canadá, que compilou dados geoquímicos para águas subterrâneas de mais de 250 locais de amostragem obtidos de poços de monitoramento em diferentes aquíferos e regiões de Alberta, representando uma variedade de regimes geoquímicos e idades das águas subterrâneas.
A província de Alberta abriga grandes depósitos de petróleo, gás e carvão e tem sido extensivamente estudada no contexto da exploração e desenvolvimento de petróleo e carvão.
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