Archive for the ‘Ciclo do Carbono’ Category

E se não houvesse bactérias?

21 de fevereiro de 2015

E se não houvesse mais bactérias? Você já parou para pensar se as bactérias fizessem uma grande greve geral e parassem de trabalhar? Para começar, esta seria uma greve incrivelmente difícil de controlar, considerando que seriam 4-6×1030 pequeninos insurgentes, muito mais do que as 1024 estrelas no Universo!!!

Bom, mas o que aconteceria com o mundo além de você ficar sem iogurte, queijo e vinagre (produtos da atividade bacteriana) ou as inúmeras substâncias benéficas que estes organismos produzem1? Para começar, os efeitos seriam sentidos por você mesmo, pois o corpo humano tem 10 vezes mais bactérias do que células humanas2; a maioria delas é inofensiva e até essencial para a manutenção da saúde, produzindo vitaminas (para as quais não possuímos genes para a produção), auxiliando na digestão, na resposta imunológica e na produção de compostos anti-inflamatórios, por exemplo (veja mais em The Human Microbiome Project, http://www.hmpdacc.org/). De fato, tem sido descoberto nos últimos anos que até o fato de você ser magro ou obeso está fortemente relacionado aos tipos de bactérias que você carrega no corpo!

Bacterias em greve

Figura 1: E se as bactérias entrassem em greve? Modificado de: http://blogs.scientificamerican.com/molecules-to-medicine/tag/antibiotic-resistance/. Acesso: 20/02/2015.

Só com estes fatos já temos ideia do problemão que teríamos se essa greve acontecesse. Mas o fato é que o papel das bactérias é muito maior do que apenas isso. Na verdade toda a vida e a própria história da vida na Terra dependeu e depende da atuação destes micro-organismos. Você sabe por quê?

Para começar, a vida aeróbica não teria sido possível se as cianobactérias não tivessem surgido, pois elas foram responsáveis pelo aumento inicial de O2 atmosférico do planeta Terra há cerca de 2,3 bilhões de anos3. De fato, a fotossíntese oxigênica foi “inventada” por estes organismos, pois todas as plantas e algas eucarióticas possuem cloroplastos que, acredita-se, tenham sido cianobactérias englobadas por seres eucariontes e que passaram a viver em simbiose para depois tornarem-se parte das células. Esses organismos inclusive foram responsáveis por mudanças importantes no clima global, pois a atmosfera redutora (anaeróbica) primitiva da Terra era abundante em gás metano (CH4), o que causava um efeito estufa que impedia que a Terra congelasse; o aumento da concentração de oxigênio coincide precisamente com o primeiro evento bem documentado de glaciação da Terra. Atualmente, mesmo com a relativa estabilização da composição do ar atmosférico, as bactérias continuam atuando em diversos processos em menor escala; as cianobactérias são os maiores responsáveis pela fixação biológica do nitrogênio atmosférico nos oceanos, enquanto que as bactérias do gênero Rhizobium e actinobactérias são as principais fixadoras de nitrogênio nos solos em simbiose com plantas terrestres. Outro importante papel das bactérias é a oxidação do DMSP (dimetilsulfopropionato), produzido pelas algas marinhas, em DMP (dimetilsulfeto), cujos sub-produtos de degradação geram compostos formadores de nuvens, que por sua vez aumentam o albedo (reflexão da radiação para o espaço) e que tem como efeito geral uma redução na quantidade de luz do sol que chega à superfície do planeta, podendo haver consequente redução da temperatura  (leia mais sobre a hipótese CLAW em http://en.wikipedia.org/wiki/CLAW_hypothesis).

Embora seja difícil estabelecer uma ordem de importância para todos os papéis das bactérias, talvez o mais fundamental do ponto de vista ambiental, seja o de ciclagem de nutrientes através da decomposição e mineralização de matéria orgânica, uma vez que são responsáveis pela maior parte das respirações aeróbica e anaeróbica e regeneração de nutrientes no planeta. Desta forma, se elas parassem de atuar, uma enorme proporção da matéria no planeta iria se acumular na forma orgânica e os ciclos dos elementos seriam estagnados ou enormemente desacelerados, podendo afetar até a produção de alimentos. Além desse papel de decompositoras que por muitos anos foi o único atribuído às bactérias, elas ainda compõem um importante elo de transferência de matéria orgânica dissolvida e energia para níveis tróficos superiores (Figura 01), fazendo com que uma grande quantidade de organismos dependa delas direta ou indiretamente. Em comunidades de fontes hidrotermais das profundezas oceânicas, por exemplo, onde a luz do sol não chega e a fotossíntese é impossível, as bactérias são a base das cadeias tróficas realizando quimiossíntese através da simbiose com vermes poliquetas.

Alça Microbiana

Figura 2: A alça microbiana, conceito introduzido por Pomeroy (1974) e Azam et al. (1983) que diz que as bactérias, além de servirem de decompositoras nas terias tróficas clássicas (reciclando nutrientes para o fitoplâncton, que vai servir de alimento para o zooplâncton e este por sua vez seria predado por peixes, por exemplo), também servem de alimento para organismos microscópicos unicelulares como flagelados e ciliados, que por sua vez podem alimentar o zooplâncton. Desta forma, a matéria orgânica dissolvida (DOM) retorna para a cadeia alimentar sem precisar passar pela etapa de decomposição e mineralização. Fonte: modificado de Schulz, 2005. Disponível em: <http://www.esf.edu/efb/schulz/limnology/microbialloop.jpg&gt;. Acessado em: 21/06/06.

Desta forma, espero que neste ponto tenha conseguido convencê-los de que no mínimo a vida no planeta Terra seria profundamente alterada se não tivéssemos mais bactérias. Talvez a vida se adequasse, com outros organismos preenchendo os nichos (simplificadamente, termo ecológico para designar as funções ecológicas de organismos) deixados por elas, como a vida sempre faz. Mas o certo é que não, a vida não seria mais igual. Esses ínfimos seres foram protagonistas do desenvolvimento da história do planeta e continuam sendo essenciais à manutenção de toda a vida que ajudaram a criar.

Autor:

Ng Haig They (Pós-doutorando, Laboratório de Limnologia, DOL – UFRN)

Supervisão:

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Notas:

1 – bactérias recombinantes ou geneticamente modificadas são utilizadas para a produção de várias substâncias de interesse médico, tais como insulina, hormônio de crescimento, vacinas e muitas outras (veja mais em: http://en.wikipedia.org/wiki/Genetically_modified_bacteria).

2 – Isso sem contar as milhares de mitocôndrias que temos em nossas células, que, acredita-se, foram originadas de uma bactéria ancestral que passou a viver em simbiose com uma célula eucariótica (Margulis, 1981).

3– Atualmente a maior parte do oxigênio que respiramos é produzido por microalgas eucarióticas nos oceanos. A fotossíntese terrestre é feita principalmente pelas plantas superiores e não por micro-organismos, mas tem pouco efeito sobre o O2 atmosférico, pois a produção de O2 é contrabalançada por processos de respiração (Kasting e Siefert, 2002).

Referências:

Azam F, Fenchel T, Field JG, Gray JS, Meyer-Reil LA, Thingstad F (1983)The role of water-colum microbes in the sea. Marine Ecology Progress Series 10:257-263.

European Space Agency (ESA). How many stars are there in the Universe? Disponível em: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Herschel/How_many_stars_are_there_in_the_Universe.

Garrison T (2010) Fundamentos de Oceanografia.4ª ed. Cengage Learning: São Paulo, 426 pp.

Kasting JF, Siefert JL (2002) Life and evolution of earth´s atmosphere. Science 296:1066-1068.

Margulis L (1981) Symbiosis in cell evolution: life and its environment on the early earth. NASA:Boston, 438 p.

Mylona P, Pawlowski K, Bisseling T (1995) Symbiotic nitrogen fixation. The Plant Cell 7:869-885.

Pomeroy LR (1974) The ocean’s food web, a changing paradigm. Bioscience 24(9):499-504.

Re L (2010) Obesity and the human microbiome. Current Opinion in Gastroenterology 26(1):5-11.

The Human Microbiome Project (2015). Disponível em: http://www.hmpdacc.org/. Acessado em 20/02/2015.

Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ (1998) Prokaryotes: the unseen majority. PNAS 95(12):6578-6853.

E se não houvesse lagos?

13 de janeiro de 2015

Além de servirem para você andar no jet ski do seu primo rico ou para você pescar com o seu pai, para que mais servem os lagos? Os lagos estão presentes na história e no cotidiano de povos de todo o planeta. Eles fornecem alimentos, água, recreação e até inspiração religiosa ao ser humano. Eles também são fundamentais para a vida de um sem número de espécies de plantas, animais e até de seres que a gente nem vê – organismos microscópicos como algas e bactérias. Contudo, existe um aspecto sobre os lagos que pouca gente conhece e que iremos apresentar aqui por meio de um exercício mental. Os lagos são muito importantes para o balanço global de carbono, uma vez que eles podem lançar grandes quantidades de dióxido de carbono para a atmosfera e influenciar no clima do Planeta, como já discutimos no post anterior (“Rios e lagos e o efeito estufa: importantes fontes de gás carbônico para a atmosfera). Agora, vamos imaginar se todos os rios fluíssem direto para o mar, sem nenhum lago no caminho, o que mudaria no fluxo de matéria orgânica no planeta! Aceitam o exercício? Para simplificar a discussão, nós vamos tratar como “lago” qualquer acumulo d’água no continente, incluindo lagoas, represas, lagunas, etc.

Exercício Metal: Experimento de microcosmo - escala experimental = Planeta. (fonte: http://raphalss.files.wordpress.com/2012/05/planeta-terra.jpg)

Exercício Metal: Experimento de microcosmo – escala experimental = Planeta.
(fonte: http://raphalss.files.wordpress.com/2012/05/planeta-terra.jpg)

Alguns cientistas mostraram recentemente que, apesar de sua área superficial reduzida globalmente, os lagos podem emitir quase tanto gás carbônico quanto o que é sequestrado pelos oceanos (ver referências ao final). Isso é bastante surpreendente e revela um papel ignorado até pouco tempo atrás: o dos lagos como biorreatores capazes de processar grandes quantidades de matéria orgânica. Esses ambientes têm se mostrado tipicamente supersaturados, com concentrações de gás carbônico (CO2) maiores do que a atmosfera. A produção desse gás carbônico vem da fotodegradação (degradação de moléculas orgânicas na água pela ação da radiação solar) de compostos orgânicos e da respiração dos seres vivos presentes no lago, com participação importante dos microrganismos responsáveis pela decomposição da matéria orgânica (oxidação biológica da matéria orgânica pela qual o produto final é geralmente o CO2). Tal matéria orgânica pode ter sido formada no próprio lago, pela fixação de gás carbônico pelas algas e macrófitas (plantas aquáticas), mas uma parcela significativa dela tem origem terrestre, chegando aos lagos por meio dos rios ou por percolação após passarem por um processo de decomposição nos solos e nos próprios rios.

Parte da matéria orgânica que é acumulada nos lagos, proveniente da bacia hidrográfica, é considerada refratária, isto é, de difícil decomposição. Ela encontra nos lagos condições necessárias para a finalização do processo de decomposição. Isso acontece principalmente porque, diferentes dos rios, os lagos retêm a água por um período mais longo. É válido especular, portanto, que sem os lagos, essa matéria talvez não tivesse tempo suficiente para processamento e acabaria sendo transportada ao oceano, onde poderia ser parcialmente processada, aumentando a atividade metabólica nesse ecossistema, e, em sua maior parte, estocada no leito do oceano – como acontece com grande parte da matéria que entra nesse ambiente. O processamento que deixou de acontecer nos lagos e que não se completou no oceano, resultaria numa menor emissão de carbono para a atmosfera, que consequentemente teria uma menor quantidade desse elemento.

A alteração no ciclo global do carbono poderia gerar mudanças na temperatura do planeta e até na taxa de produção primária, embora seja difícil prever com exatidão essas mudanças. O fato é que nós abordamos um aspecto bem pontual do papel dos lagos, que tem sido pouco discutido. Mas, se levarmos em conta outros aspectos relevantes, como a contribuição dos lagos para o volume de água evaporada ou para a manutenção da biodiversidade, é inevitável a conclusão de que teríamos um planeta totalmente diferente. É claro que você não precisa se preocupar com um repentino desaparecimento dos lagos. Eles continuarão existindo e desempenhando seus papéis, inclusive seu relevante papel no ciclo do carbono, que é um processo natural, diferentemente, por exemplo, da emissão de carbono pela queima de combustíveis fósseis. Esta última é resultado das nossas atividades e seu controle está em nossas mãos. Como você deve saber, isso está afetando o clima do planeta. Ou será que não é bem assim? Há um post recente neste blog sobre esse tema polêmico. Leia aqui.

 

Nota: Esse é o último artigo da série produzida pelos alunos do curso de Limnologia (2014-2) do Programa de Pós-Gradação em Ecologia da UFRN.

 

Autores:

Pedro Junger (Mestrando; PPG Ecologia – UFRJ)

Barbara Precila Bezerra (Mestranda; PPG Ecologia – UFRN)

Dhalton Ventura (Doutorando; PPG Ecologia – UFRN – Especialista em Recursos Hídricos; Agência Nacional de Águas)

Colaborações:

Rafael de Carvalho (Mestrando; PPG Ecologia e Evolução – UFS)

Luana Rezende (Mestranda; PPG Ecologia e Evolução – UFS

Arthur Cruz (Mestrando; PPG Ecologia e Evolução – UFS)

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Supervisão:

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

 

Referências:

Cole, J. J., Prairie, Y. T., Caraco, N. F., McDowell, W. H., Tranvik, L. J., Striegl, R. G., Duarte, C. M., Kortelainen, P., Downing, J. A., Middelburg, J. J. & Melack, J. 2007. Plumbing the Global Carbon Cycle: Integrating Inland Waters into the Terrestrial Carbon Budget. Ecosystems, 8: 862–870.

Marotta, H., Duarte, C. M., Sobek, S. & Enrich-Prast, A. 2009a. Large CO2 disequilibria in tropical lakes. Global Biogeochemistry Cycles, 23: GB4022.

Tranvik, L. J., Downing, J. A., Cotner, J. B., Loiselle, S. A., Striegl, R. G., Ballatore, T. J., Dillon, P., Finlay, K., Fortino, K., Knoll, L. B., Kortelainen, P. L., Kutser, T., Larsen, S., Laurion, I., Leech, D. M., McCallister, S. L., McKnight, D. M., Melack, J. M., Overholt, E., Porter, J. A., Prairie, Y., Renwick, W. H., Roland, F., Sherman, B. S., Schindler, D. W., Sobek, S., Tremblay, A., Vanni, M. J., Verschoor, A. M. Von Wachenfeldt, E. & Weyhenmeyer, G. A. 2009. Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate. Limnology and Oceanography, 54(6): 2298–2314.

Rios e lagos e o efeito estufa: importantes fontes de gás carbônico para a atmosfera.

14 de novembro de 2014

Muito tem sido falado nos meios de comunicação sobre como a poluição e a emissão de gases poluentes contribuem para o aquecimento global. As mudanças climáticas globais, decorrentes da intensificação do efeito estufa, têm o gás carbônico (CO2) como o principal vilão. A emissão do CO2 para a atmosfera é fortemente associada à poluição, sobretudo a resultante da queima de combustíveis fósseis através de grandes indústrias, carros, etc. (http://aquecimento-global-no-brasil.info/) Você sabia que rios e lagos também são importantes lançadores de CO2 para a atmosfera? Sabia ainda, que isso é um fenômeno natural? O Carbono (na forma de CO2), é um componente natural da atmosfera (menos de 1% de sua composição) (Fig. 1) e também está presente em ambientes aquáticos continentais e oceânicos, que participam ativamente do Ciclo do Carbono na biosfera (http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-carbono/ e Cole, 2007).

Fig. 1 texto 6

Figura 1: Composição percentual de gases na atmosfera terrestre. Adaptado de: http://agfdag.wordpress.com/2009/03/10/quanto-co2-ha/. Acesso em 27/10/2014.

O ciclo do carbono é conhecido principalmente pela troca constante de CO2 entre florestas, solos, o oceano (reservatório de gás carbônico) e a atmosfera e pelo ciclo realizado pelas cadeias tróficas, na qual os vegetais (organismos autótrofos) absorvem CO2 da atmosfera, incorporam em sua biomassa e transferem para os níveis tróficos superiores (e.g. herbívoros, carnívoros, etc.; http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Ecologia/Cadeiaalimentar.php) formados por organismos heterótrofos. Por sua vez, todos os organismos respiram e lançam parte do CO2 de volta para a atmosfera. Porém, um componente muito importante do ciclo do carbono foi sistematicamente ignorado por muito tempo: os ambientes aquáticos continentais (rios, riachos, lagos, lagoas, estuários, reservatórios, etc. (http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-carbono/). Estudos recentes demonstram que esses ambientes são responsáveis pelo lançamento de cerca de 70% do CO2 emitido de forma natural para a atmosfera, mesmo que representem apenas cerca de 20% da superfície dos continentes (Raymond et al. 2013).

Historicamente os ambientes aquáticos continentais eram apenas reconhecidos como “transportadores” de C do continente (por exemplo, a partir das florestas, solos, cidades, etc.) para o oceano. Entretanto sabe-se que durante este percurso há uma série de processos complexos de transformações e perdas (armazenamento no sedimento, mineralização e troca de C com a atmosfera, etc.) os quais podem sedimentar carbono (estoca-lo na lama no fundo dos ambientes), mas sobretudo emitir grandes quantidades de CO2 e gás metano (CH4). Esses processos estão exemplificados na figura 2.

Figura 2 Texto Arthur, e cia 3

Figura 2: Transformações do carbono em corpos d’água continentais. Setas cheias indicam transformações do carbono e setas tracejadas indicam fluxo na cadeia trófica. A seta vermelha indica o fluxo de água e materiais para jusante do ambiente (sejam rios ou lagos de inundação). Figura adaptada de Esteves et al. 2011.

Estudos recentes mostram que apenas cerca de 30% de todo carbono que chega nos ecossistemas aquáticos continentais chegam aos oceanos. Quase 50% desse carbono é emitido para a atmosfera pelos processos de degradação e os 20% restantes são estocados nos sedimentos. Desse último, parte pode ser novamente emitido para a atmosfera, principalmente na forma de CH4 a partir de sedimentos inorgânicos. Os valores absolutos em Pg (equivalente a 10E5g) de carbono estão representados na figura 3.

Figura 3 texto 1

Figura 3: Papel dos ecossistemas aquáticos continentais no fluxo e transformação de carbono provenientes dos ecossistemas terrestres para a atmosfera e oceanos. Figura adapatada de Tranvik et al 2009 e atualizada com dados de Raymond et al 2013. Valores em Pg (equivalente a 10E5g).

Mesmo diante de tamanha importância para o ciclo global do carbono, notamos que os ecossistemas aquáticos continentais são ignorados ou sub-representados nas figuras dos livros texto de Ecologia, como Odum (2004, p. 150) e Ricklefs (2010, p. 433). Diante da grande importância das contribuições das águas continentais para o ciclo do carbono, fica evidente uma necessidade de revisão e atualização dessas imagens, uma vez que representações visuais tem papel relevante para a aprendizagem.

E se não houvessem os ecossistemas aquáticos continentais? Como seria o ciclo global do carbono? Essas perguntas ficam para o próximo post.

Nota: Esse texto foi produzido a partir de leituras e discussões realizadas durante o curso de Limnologia do Programa de Pós-Graduação em Ecologia da UFRN, em outubro de 2014. Nas próximas semanas serão publicados em sequência os demais textos produzidos.

Autores:

Rafael de Carvalho (Mestrando; PPG Ecologia e Evolução – UFS)

Luana Rezende (Mestranda; PPG Ecologia e Evolução – UFS

Arthur Cruz (Mestrando; PPG Ecologia e Evolução – UFS)

Colaborações:

Pedro Junger (Mestrando; PPG Ecologia – UFRJ)

Barbara Precila Bezerra (Mestranda; PPG Ecologia – UFRN)

Dhalton Ventura (Doutorando; PPG Ecologia – UFRN – Especialista em Recursos Hídricos; Agência Nacional de Águas)

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Supervisão:

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Referências:

http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-carbono/

http://camada-de-ozonio.info/

http://aquecimento-global-no-brasil.info/

http://aquecimento-global-no-brasil.info/consequencias-do-aquecimento-global.html

http://agfdag.wordpress.com/2009/03/10/quanto-co2-ha/

Cole, J. J., Prairie, Y. T., Caraco, N. F., McDowell, W. H., Tranvik, L. J., Striegl, R. G., Melack, J. (2007). Plumbing the global carbon cycle: Integrating inland waters into the terrestrial carbon budget. Ecosystems, 10(1), 171-184.

Marotta, H., Duarte, C. M., Sobek, S., Enrich-Prast, A. (2009). Large CO2 disequilibria in tropical lakes. Global Biogeochemical Cycles, 23.

Pacheco, F. S.; Roland, F. Downing, J. A. (2014). Eutrophication reverses whole-lake carbon budgets. Inland Waters, 4, 41-48.

Odum, E. P. Princípios e conceitos relacionados aos ciclos biogeoquímicos: estudos quantitativos dos ciclos biogeoquímicos. In: _____ Fundamentos da Ecologia. 6. ed. Lisboa, Portugal: Fundação Calouste Gulbenkian, 2004.

Ricklefs, R. E. Caminho dos elementos nos ecossistemas. In: _____ A economia da natureza. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. 544, 2010.

Tranvik, L., Downing, J. A., Cotner, J. B., Loiselle, S. A., Striegl, R. G., Ballatore, T. J., Weyhenmeyer, G. A. (2009). Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate. Limnology and Oceanography, 54(6, part 2), 2298-2314.