Volta a controvérsia sobre o ciclo de nitrogênio

Princeton University


Equipe chefiada pela Universidade de Princeton revela que a desnitrificação pode continuar sendo vital


IMAGEM:

A partir da esquerda: Amal Jayakumar e Bess Ward da Universidade de Princeton, e Dave
Langner, um técnico marítimo, coletam amostras do Mar da Arábia para estudo do ciclo de nitrogênio.

Créditos e imagem original.

Após mais de uma década de pesquisas, uma equipe de cientistas, liderada pela Universidade de  Princeton, virou a mesa quanto a uma questão controversa sobre como se processa a mistura do nitrogênio nos oceanos.

Ao longo de décadas, os cientistas pensavam dominar o funcionamento de um intrincado mecanismo da natureza, conhecido como o ciclo de nitrogênio, essencial à vida na Terra. Esse processo, uma das prestigitações mais elegantes da natureza, transporta o nitrogênio dos solos para os oceanos, destes para a atmosfera e, daí, para o solo novamente.

Os pesquisadores antigamente pensavam que uma parte vital desse ciclo era um processo conhecido como desnitrificação. Em condições ambientes de baixo teor de oxigênio – anaeróbicas – encontradas em grandes faixas de sedimentos oceânicos e umas poucas regiões importantes do alto oceano, as bactérias agem como desnitrificadores, realizando a tarefa crucial de digerir nitratos e convertê-los em nitrogênio  gasoso que completa o ciclo ao evaporar para a atmosfera.

Em 1995, um grupo de cientistas holandese que estudava o ciclo de nitrogênio em instalações de tratamento de águas servidas, apareceu com uma conclusão surpreendente. Um novo processo, que eles chamaram de oxidação anaeróbica da amônia [obrigado, Luiz Bento!] ou “anammox” e que envolvia diferentes bactérias, seria o principal agente na remoção do nitrogênio em ambientes pobres em oxigênio. Eles descobriram que esse processo funcionava na decomposição dos materiais nas águas servidas e confirmaram que esse mesmo mecanismo também funcionava nos ambientes marinhos pobres em oxigênio. Chegaram mesmo a sugerir que a parte oceânica do ciclo do nitrogênio precisava ser revista, uma vez que a desnitrificação – de acordo com as pesquisas deles – não desempenhava um papel tão importante como se pensava.

A ideia era controversa e alguns cientistas não a aceitaram pelo valor de face.

Agora, uma equipe de pesquisas, liderada por Bess Ward,  a Professora William J. Sinclair de Geociências na Universidade de Princeton, em um artigo a ser publicado na edição de 3 de setembro da Nature, apresenta novos dados que podem voltar a reestabelecer a desnitrificação como o principal agente para a devolução do nitrogênio aos ares. Após viajar por alguns dos locais chave de baixo teor de oxigênio dos oceanos do mundo, a equipe encontrou as “pegadas” com as “assinaturas químicas” que comprovam que é a desnitrificação, e não a
anammox, o processo central em funcionamento na maior parte do tempo.

Ward que também é catedrática no Departamento de Geociências em Princeton, disse:

— Em nosso artigo, relatamos que no maior ecossistema anóxico [sic. O termo usado no original é “anoxic” – deveria ser “anaeróbico”. Mais uma vez obrigado, Luiz Bento!] marinho do mundo – as águas pobres em oxigênio do Mar da Arábia – o processo dominante é a desnitrificação, não a anammox. Se a desnitrificação é importante no Mar da Arábia, então ela é importante em escala global e o ciclo do nitrogênio deve ser avaliado dessa pesrpectiva.

De acordo com um dos maiores experts em ciclo de nitrogênio marinho, o trabalho atual confirma suas próprias observações dos processos da água do mar, que mostram que a chave está na desnitrificação e que a atual corrente dominante na ciência pode estar se baseando em uma impressão falsa.
“Minhas suspeitas de que trabalhos futuros demonstrassem, novamente, a importância da desnitrificação convencional, foi confirmada”, disse Louis A. Codispoti, oceanógrafo e professor pesquisador no Laboratório de
Horn Point, que faz parte da Universiade de Maryland em Cambridge, que não participou da pesquisa.

Os pesquisadores que descobriram o processo anammox, há quase 15 anos, liderados por Gifjs
Kuenen, então na Universidade de Tecnologia Delft na Holanda, foram além de sua descoberta inicial nas instalações de tratamento de águas servidas e descobriram que a reação também estava em funcionamento em algumas regiões dos oceanos, conhecidas como “zonas de oxigênio mínimo”. Se focalizando inteiramente em uma zona de baixo teor de oxigênio ao largo da costa do Peru, o trabalho de cientistas da Holanda, Dinamarca e Alemanha descobriu que lá, em lugar da desnitrificação, estava em funcionamento a anammox.

“Foi estarrecedor”, recorda Ward.

Com a ideia de que poderia haver um problema com a metodologia, ou que os cientistas não entendessem o ciclo de nitrogênio tão bem quanto pensavam, ela começou a projetar experiências para buscar respostas.

Em conjunto com outros membros de sua equipe, através de toda a década seguinte, aprenderam os processos usados pelos cientistas europeus e começaram a planejar duplicar seus estudos. Em 2005, eles confirmaram que as bactérias que realizam a reação anammox
dominavam a remoção de nitrogênio em uma região pobre em oxigênio ao largo da costa do Peru. Poré, quando coletaram amostras das águas do Mar da Arábia, eles encontraram o exatamente oposto – aqui, a principal força era a desnitrificação. Os pesquisadores europeus encontraram anammox no sistema peruano, mas nunca tinham ido ao Mar da Arábia.

A idéia de que os processos microbianos podem diferir de uma zona pobre em oxigênio da outra pelo mundo, é desconcertante e um conhecimento importante, afirmam os pesquisadores.

Jeremy Rich, um antigo associado pós-doutorado no laboratório de Ward e atualmente professor assistende de Estudos Ambientais na Universidade Brown, que contribuiu com o estudo, disse:

– Isso importa porque o nitrogênio é um nutriente chave e limitante para a produtividade primária. Nós já sabíamos que essas zonas removiam niotrogênio, mas agora que sabemos quais são os verdadeiros processos que acontecem, ficaremos em uma posição muito melhor para predizer como essas zonas se modificarão. E as modificações que ocorrerem, por sua vez, influenciarão a produtividade primária.

As descobertas forçaram os cientistas a reavaliarem o que já pensavam saber. Segundo Ward:

— Isso nos fez pensar: isso significa que o Mar da Arábia é, de alguma forma, diferente do sistema do Peru. Antes, nós pesávamos que eles eram iguais. Claramente algo é diferente e, isso por si só, é um conhecimento importante. E, claramente, a desnitrificação é importante – não dá para reescrever o ciclo do nitrogênio.

Uma vez que o Mar da Arábia é o maior ecossistema marinho anóxico do mundo, o processo dominante nesse corpo certamente deve ser o método principal para a remoção de nitrogênio nos oceanos do mundo. Para confirmar as conclusões, a equipe projetou uma nova maneira de coletar amostras e identificar as substâncias químicas, e repetiu as experiências. Os resultados foram os mesmos.

O ciclo do nitrogênio é um dos mais importantes ciclos de nutrientes da natureza, um processo de transformação no qual o nitrogênio é tirado da atmosfera e convertido em algo que pode ser utilizado pelas plantas. O nitrogênio contitui cerca de 80% da atmosfera terrestre e é usado pelos organismos vivos para produzir várias moléculas orgâncias complexas, inclusive DNA.

É necessário o processamento ou a fixação para converter o nitrogênio gasoso em formas utilizáveis pelos organismos vivos. A maior parte é realizada por bactérias que possuem a enzima nitrogenase que combina o nitrogênio gasoso com hidrogênio para produzir amônia que é, então, convertida pelas bactérias para criarem seus próprios compostos orgânicos.

Em condições pobres em oxigênio, a desnitrificação por bactérias ocorre quando os nitratos são convertidos [em nitrogênio gasoso e  — mais uma vez, sic. E novamente obrigado, Luiz Bento!] gases nitrogenados, tais como óxido nitroso, e devolvidos à atmosfera. No processo anammox, os nitratos são reduzidos a nitritos que se combinam com a amônia, antes de voltar à atmosfera.

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Além de Ward e Rich, assinam o artigo: Silvia
Bulow e Amal Jayakumar, do Departamento de Geociências de Princeton; Allan Devol e Bonnie Chang, da Universidade de Washington; e Hema Naik e Anil Pratihary, do Instituto Nacional de Oceanografia da Índia.


Discussão - 3 comentários

  1. Luiz Bento disse:

    Mal posso esperar pelo artigo!
    Só uns detalhes:
    – Annamox: oxidação anaeróbica da amônia
    – Usamos o termo anaeróbico quando estamos falando de um processo realizado em condições de baixa concentração de oxigênio. O termo anóxico é utilizado para descrever ambientes sem oxigênio.
    – Na desnitrificação o principal gás liberado é o N2. O óxido nitroso é liberado em pequena quantidade, quando o processo de desnitrificação não é realizado por completo.
    Abraços!

  2. João Carlos disse:

    Don’t shoot me!… I’m just the translator… 😛 Obrigado pelas correções; vou acertar o texto.

  3. Clarissa disse:

    Nossa! Li o texto todo num fôlego só e menos de 5 minutos.
    Interessantíssimo, boa escolha! (agora é correr no site da nature para ler o artigo)

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