“Uma coisa que temos tentado entender melhor é a quantidade de carbono no oceano que está sendo fixada”, afirmou Santoro. “Os números agora fazem sentido, o que é ótimo.”

Este projeto recebeu apoio em parte da Fundação Nacional de Ciências.

O oceano como um reservatório de carbono planetário

Quem está realizando a fixação? O oceano é o maior reservatório de carbono da Terra, absorvendo cerca de um terço das emissões de dióxido de carbono geradas pelo homem e ajudando a manter as temperaturas globais sob controle. Dada essa capacidade natural de amortecimento, os cientistas estão interessados em desvendar os processos complexos que determinam como o carbono entra, se movimenta e é armazenado no mar.

“Queremos entender como o carbono circula no oceano profundo, porque para que o oceano impacte o clima, o carbono precisa viajar da atmosfera para as profundezas do oceano”, disse Santoro.

Grande parte dessa fixação de carbono inorgânico é realizada por organismos microscópicos. Na superfície, os fitoplânctons, que são organismos unicelulares fotossintéticos, absorvem dióxido de carbono inorgânico (incluindo gás carbônico dissolvido). Como autotróficos, eles produzem seu próprio alimento de maneira semelhante às plantas terrestres, utilizando dióxido de carbono e água para criar matéria orgânica (açúcares) e liberar oxigênio.

Supondo crenças antigas sobre os micróbios do oceano profundo

Os cientistas geralmente acreditavam que a maior parte da fixação de DIC ocorria na camada superficial iluminada pelo sol, graças aos fitoplânctons fotossintéticos, mas que uma quantidade significativa de fixação de DIC não fotossintética também ocorria nas regiões mais profundas e escuras do oceano. Nestas águas sem luz, o processo foi considerado predominantemente dominado por arqueias autotróficas que oxidam amônia (um composto contendo nitrogênio) para obter energia em vez de usar a luz solar.

No entanto, ao analisarem o orçamento energético baseado em nitrogênio desses micróbios fixadores de carbono através da coleta de amostras da coluna de água, os pesquisadores logo perceberam que a matemática não se somava.

“Havia uma discrepância entre o que as pessoas mediam quando saíam em um barco para medir a fixação de carbono e o que se compreendia como as fontes de energia para os micróbios”, explicou Santoro. “Basicamente, não conseguimos equilibrar o orçamento para os organismos que estavam fixando carbono.” Os micróbios precisam de energia para fixar carbono, explicou, mas aparentemente não havia energia derivada do nitrogênio suficiente no oceano profundo para sustentar as altas taxas de fixação de carbono que estavam sendo relatadas.

Um mistério do ciclo do carbono que persiste há uma década

Esse descompasso tem capturado a atenção de Santoro e da autora principal do artigo, Barbara Bayer, por quase dez anos, enquanto buscavam fechar uma lacuna crucial na compreensão do ciclo do carbono dos oceanos. Estudos anteriores testaram a ideia de que talvez as arqueias fixadoras de carbono fossem muito mais eficientes do que os cientistas supunham, necessitando de menos nitrogênio para fixar a mesma quantidade de carbono. Contudo, suas investigações mostraram que essa explicação não se sustentava.

No novo estudo, os pesquisadores mudaram seu enfoque e levantaram uma pergunta diferente: quanto essas oxidantes de amônia realmente contribuem para a fixação total de carbono inorgânico dissolvido no oceano profundo? Para responder a essa questão, Bayer planejou um experimento direcionado.

“Ela concebeu uma maneira de inibir especificamente a atividade deles no oceano profundo”, explicou Santoro. Ao limitar a atividade desses oxidantes com um produto químico especializado, a equipe esperava observar uma queda acentuada na fixação de carbono. O inibidor, fenilacetileno, foi confirmado para não ter outros efeitos mensuráveis sobre outros processos comunitários.

Os resultados indicaram que, apesar da inibição desses oxidantes de amônia — principalmente arqueias que são abundantes no oceano profundo — a taxa de fixação de carbono nas áreas estudadas não caiu tanto quanto se esperava.

Novos suspeitos na fixação de carbono no fundo do mar

Se as arqueias oxidantes de amônia não são responsáveis pela quantidade de fixação de carbono que se acreditava, outros micróbios devem estar assumindo essa função. O grupo de prováveis colaboradores agora inclui outros tipos de micróbios na comunidade circundante, especialmente bactérias e algumas arqueias.

“Acreditamos que isso significa que os heterotróficos — microrganismos que se alimentam de carbono orgânico proveniente de micróbios em decomposição e de outras formas de vida marinha — estão absorvendo uma quantidade significativa de carbono inorgânico, além do carbono orgânico que costumam consumir”, disse Santoro, “o que significa que eles também estão responsáveis pela fixação de um pouco de dióxido de carbono.”

“E isso é realmente interessante porque, embora saibamos que essa seja uma possibilidade teórica, não tínhamos um número quantitativo sobre qual fração do carbono no oceano profundo estava sendo fixada por esses heterotróficos em comparação aos autotróficos. E agora temos.”

Repensando a teia alimentar do oceano profundo

As novas descobertas não apenas esclarecem quem está fixando carbono nas profundezas. Elas também oferecem uma nova perspectiva sobre como a teia alimentar do oceano profundo é estruturada e mantida.

“Existem aspectos básicos de como a teia alimentar funciona no oceano profundo que não entendemos”, disse Santoro, “e vejo isso como uma maneira de decifrar como funciona a base da teia alimentar neste ambiente.”

Mais mistérios das profundezas

Pesquisas subsequentes nessa área para Santoro e seus colaboradores irão explorar detalhes mais finos da fixação de carbono no oceano, como o ciclo do nitrogênio e o ciclo do carbono interagem com outros ciclos elementares no oceano, incluindo os de ferro e cobre.

“Outra questão que estamos tentando esclarecer é após esses organismos fixarem o carbono em suas células, como isso se torna disponível para o restante da teia alimentar?” observou. “Quais tipos de compostos orgânicos eles podem estar liberando de suas células que poderiam alimentar o restante da teia alimentar?”

A pesquisa mencionada neste artigo também contou com a participação de Nicola L. Paul, Justine B. Albers e Craig A. Carlson da UCSB; Katharina Kitzinger e Michael Wagner da Universidade de Viena, assim como Mak A. Saito da Instituição Oceanográfica Woods Hole.