As descobertas foram recentemente publicadas na revista Nature.

Como os Microrganismos Movimentam os Ciclos de Elementos da Terra

A movimentação de elementos essenciais como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro pelo meio ambiente ocorre através dos ciclos biogeoquímicos. Essas transformações são realizadas por reações de redução e oxidação (redox) que deslocam os elementos entre o ar, água, solo, rochas e seres vivos. Como esses ciclos regulam os gases do efeito estufa, eles influenciam diretamente o clima e o equilíbrio de temperatura da Terra. Microrganismos são responsáveis por quase todas as etapas desses processos, utilizando substâncias como enxofre e ferro para respiração, de maneira semelhante a como os humanos dependem do oxigênio para metabolizar alimentos.

O enxofre e o ferro são particularmente essenciais para as comunidades microbianas que vivem em habitats sem oxigênio, como fundos oceânicos, áreas úmidas e sedimentos. O enxofre pode existir como um gás na atmosfera, como sulfato dissolvido na água do mar ou preso em depósitos minerais. O ferro, por sua vez, muda entre diferentes formas químicas dependendo da disponibilidade de oxigênio. Quando os micróbios processam o enxofre, frequentemente alteram a forma do ferro ao mesmo tempo, criando uma relação interligada entre os dois elementos. Esse acoplamento afeta o ciclo de nutrientes e influencia a produção ou consumo de gases de efeito estufa como dióxido de carbono e metano. Compreender essas conexões ajuda os cientistas a preverem como sistemas naturais respondem a mudanças ambientais, incluindo poluição e aquecimento global.

Micróbios que Usam Ferro para Eliminar Sulfeto Tóxico

Em ambientes com pouco oxigênio, como sedimentos marinhos, áreas úmidas e aquíferos subterrâneos, certos micróbios produzem sulfeto de hidrogênio, um gás com um odor desagradável e altamente tóxico. Interações entre esse sulfeto e os minerais de óxido de ferro (III) — essencialmente ferrugem — ajudam a controlar os níveis de sulfeto. Até agora, os cientistas acreditavam que esse processo ocorria apenas através de reações químicas que geravam enxofre elementar e monossulfeto de ferro (FeS), o mineral escuro responsável pela coloração típica das areias de praia em baixa oxigenação.

“Mostramos que essa reação redox ambientalmente importante não é exclusivamente química”, afirma Alexander Loy, líder do grupo de pesquisa no CeMESS, Centro de Microbiologia e Ciências Ambientais da Universidade de Viena. “Os microrganismos também podem aproveitá-la para crescer.”

A descoberta da equipe revela uma nova forma de produção de energia microbiana chamada MISO. Esse processo conecta a redução do óxido de ferro (III) com a oxidação do sulfeto. Diferentemente de uma reação química pura, os MISO geram sulfato diretamente, evitando etapas intermediárias do ciclo do enxofre. “As bactérias MISO removem sulfeto tóxico e podem ajudar a prevenir a expansão das chamadas ‘zonas mortas’ em ambientes aquáticos, enquanto fixam dióxido de carbono para o crescimento — de maneira semelhante às plantas”, acrescenta Marc Mussmann, cientista sênior do CeMESS.

Um Processo Rápido e Amplamente Difundido que Moldeia o Planeta

Em experimentos de laboratório, os pesquisadores descobriram que a reação MISO realizada por microrganismos ocorre mais rapidamente do que a mesma reação quando realizada químicamente. Isso indica que os micróbios são provavelmente a principal força por trás dessa transformação em ambientes naturais. “Bactérias e arqueias diversas possuem a capacidade genética para o MISO”, explica o autor principal Song-Can Chen, “e estão presentes em uma ampla gama de ambientes naturais e antropogênicos.”

De acordo com o estudo, a atividade MISO nos sedimentos marinhos pode ser responsável por até 7% de toda a oxidação de sulfeto a sulfato globalmente. Esse processo é sustentado pelo fluxo constante de ferro reativo que entra nos oceanos através de rios e do derretimento de glaciares. A pesquisa, apoiada pelo Fundo de Ciência da Áustria (FWF) como parte do Cluster de Excelência ‘Microbiomas Impulsionam a Saúde Planetária’, identifica um novo mecanismo biológico que liga os ciclos de enxofre, ferro e carbono em ambientes sem oxigênio.

“Essa descoberta demonstra a engenhosidade metabólica dos microrganismos e destaca seu papel indispensável na formação dos ciclos globais de elementos da Terra”, conclui Alexander Loy.