Um novo estudo da Universidade Rutgers, publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences, fornece uma visão mais clara de como esse processo essencial funciona e por que é importante para a vida na Terra.

Ferro e os Produtores de Oxigênio do Oceano

Fitoplânctons marinhos são pequenas algas que estão na base das redes alimentares oceânicas. Esses organismos necessitam de ferro, um micronutriente fundamental, para crescer e se desenvolver. O ferro chega aos oceanos principalmente por meio de poeira transportada pelo ar de desertos e regiões áridas, além de águas derretidas liberadas por geleiras.

“Cada respiração que você dá inclui oxigênio do oceano, liberado pelos fitoplânctons,” afirmou Paul G. Falkowski, titular da Cátedra Bennett L. Smith em Negócios e Recursos Naturais na Rutgers-New Brunswick e coautor do estudo. “Nossa pesquisa mostra que o ferro é um fator limitante na capacidade dos fitoplânctons de produzir oxigênio em vastas regiões do oceano.”

Sem ferro suficiente, a fotossíntese diminui ou pode até parar. A fotossíntese é o processo que converte energia luminosa em energia química enquanto libera oxigênio. Quando esse processo falha, os fitoplânctons crescem mais lentamente, capturam menos luz solar e removem menos dióxido de carbono da atmosfera.

Mudanças Climáticas e Efeitos em Cadeia na Vida Marinha

Segundo Falkowski, evidências crescentes indicam que as mudanças climáticas estão alterando os padrões de circulação oceânica e diminuindo a quantidade de ferro que chega ao mar. Embora níveis mais baixos de ferro não impeçam as pessoas de respirar, ele afirmou que ainda podem ter sérias repercussões para os ecossistemas marinhos.

“Os fitoplânctons são a principal fonte de alimento para o krill, o mini camarão que é a base da cadeia alimentar no Oceano Antártico para praticamente todos os animais, incluindo pinguins, focas, morsas e baleias,” disse Falkowski. “Quando os níveis de ferro caem e a quantidade de alimento disponível para esses animais de topo diminui, o resultado será a redução dessas criaturas majestosas.”

Cientistas suspeitam há décadas que o ferro desempenha um papel crucial na fotossíntese. No entanto, a maior parte da pesquisa anterior baseou-se em experimentos de laboratório, deixando grandes perguntas sobre como o processo ocorre no oceano aberto.

Investigando a Fotossíntese no Oceano Aberto

Para entender melhor as condições do mundo real, a autora principal Heshani Pupulewatte, assistente de pesquisa de pós-graduação no Departamento de Química e Biologia Química trabalhando no laboratório de Falkowski, passou 37 dias no mar em 2023 e 2024. Ela viajou a bordo de um navio de pesquisas britânico pelo Oceano Atlântico Sul e pelo Oceano Austral, indo da costa da África do Sul até a borda da zona de gelo do Giro de Weddell e retornando.

Durante a viagem, Pupulewatte utilizou fluorômetros personalizados desenvolvidos por Max Gorbunov do Laboratório Falkowski no Cook Campus em New Brunswick. Esses instrumentos mediram a fluorescência, que reflete a energia liberada pelos fitoplânctons quando a fotossíntese se degrada. Ela também adicionou nutrientes às amostras coletadas para verificar se a fotossíntese poderia ser reiniciada.

“Queríamos saber o que realmente acontece com o processo de transferência de energia no nível molecular dos fitoplânctons em ambientes naturais,” explicou.

Como a Falta de Ferro Desperdiça Energia

As medições mostraram que quando o ferro é escasso, até 25% das proteínas que capturam luz ficam “desacopladas” das estruturas que convertem essa energia em formas químicas utilizáveis. Essa desconexão reduz a eficiência com que os fitoplânctons podem usar a luz solar. Quando o ferro se torna novamente disponível, as algas podem reconectar esses sistemas, melhorando o uso de energia e apoiando o crescimento.

“Mostramos os efeitos do estresse por falta de ferro nos fitoplânctons no oceano, sem precisar trazer amostras de volta ao laboratório para realizar extrações moleculares usando medições de fluorescência realizadas no mar,” disse. “Assim, conseguimos demonstrar que muito mais energia é desperdiçada como fluorescência quando o ferro é limitante.”

Uma compreensão mais profunda de como o ferro controla a fotossíntese em escala molecular pode ajudar os pesquisadores a antecipar melhor mudanças na produtividade do oceano e nas variações do ciclo global do carbono, acrescentou.