Como parte de Conversations on Sustainability , uma sanãrie de webinars hospedados pelo Caltech Science Exchange, Dianne Newman , Gordon M. Binder / Amgen Professor de Biologia e Geobiologia e Ecologia e Iniciativa de Engenharia da Biosfera La­der do Resnick Sustainability Institute; e Victoria Orphan , James Irvine Professor de Ciências Ambientais e Geobiologia e Allen VC Davis e Lenabelle Davis Leadership Chair do Center for Environmental Microbial Interactions; discutiram suas pesquisas sobre as conexões entre microrganismos emudanças climáticas.

Orphan e Newman explicam como os micróbios moldaram a Terra para permitir vida complexa, como plantas e animais, como os microrganismos estãose adaptando ao aquecimento do planeta e como os humanos podem ser capazes de usar esses organismos para ajudar a lidar com asmudanças climáticas.

Aqui, eles conversam com a escritora cienta­fica do Caltech, Lori Dajose

Orphan : os micróbios representam as primeiras formas de vida em nosso planeta, surgindo hácerca de 3,8 bilhaµes de anos. Ao longo desses bilhaµes de anos, eles moldaram o ambiente qua­mico e fa­sico em que vivemos e abriram caminho para a evolução da vida multicelular, como plantas e animais.

Esses micróbios são os campeaµes da engenharia de ecossistemas. Um exemplo pungente que posso dar éa invenção da fotossa­ntese de oxigaªnio. A capacidade de usar a luz do sol para dividir a águaéimportante não apenas na produção de oxigaªnio, da qual todos nosdependemos, mas também porque os micróbios são capazes de fixar o dia³xido de carbono [isto anã, converter o CO2 do ar em material orga¢nico]. Por sua vez, isso mudou a quantidade total de biomassa que poderia ser sustentada na Terra. Todos esses processos, bem como os nutrientes que esses organismos percorrem coletivamente em seus ecossistemas em microescala, estãorealmente influenciando nosso planeta. Eles são realmente a nossa salvação na criação de um ambiente que seja habita¡vel para nós.

Newman : Muitos na plateia podem estar familiarizados com o pensamento sobre o microbioma com relação a  saúde humana. Os micróbios desempenham um papel igualmente importante na saúde planeta¡ria e tem feito isso hábilhaµes de anos, como Victoria disse. Ha¡ tantos aspectos nisso, mas a parte que me intriga são as estratanãgias que os micróbios usam para conservar energia. Adoro este ta³pico geral porque abrange todas as facetas da vida no planeta, não apenas a vida humana, mas também a vida das plantas e de outros organismos.

O que tento fazer em minha pesquisa éescolher bactanãrias para estudar que tenham metabolismos muito fundamentais, que sejam tão relevantes no contexto do solo quanto o são na infecção crônica.

Sempre estou lembrando a mim e aos meus alunos o fato de que, na escala microbiana, o micróbio são sabe o que estãoao seu redor. a‰ possí­vel utilizar manãtodos da genanãtica moderna para escolher organismos que são organismos ambientais importantes, mas, mesmo assim, podemos trazer para o laboratório, cultivar e aprender como eles catalisam esses processos nota¡veis ​​que mudam seu ambiente de maneiras profundas. Nosso objetivo éentender como eles fazem isso para que possamos prever, em diversos contextos, o que fara£o e, por fim, obter a capacidade de manipula¡-los e controla¡-los para fins bons.

Orphan : Meu principal interesse éem microrganismos que vivem em ecossistemas oceânicos. Os oceanos representam 71 por cento dasuperfÍcie do nosso planeta e os micróbios que vivem nesse ambiente são essenciais para controlar o clima da Terra e a sustentabilidade do planeta. a‰ realmente chocante, dado o quanto grande éeste ecossistema e o impacto que ele tem, que tão pouco do ambiente ocea¢nico tenha sido estudado pelos cientistas - algo em torno de 5%. Existem oportunidades maravilhosas para novas descobertas de microrganismos e suas atividades que podem ter impactos profundos.

Muitas de nossas pesquisas são conduzidas em ambientes oceânicos profundos, observando os papanãis que os microrganismos desempenham no ciclo do metano. Como o dia³xido de carbono [CO2], o metano éoutro gás de efeito estufa que muda dinamicamente ao longo do tempo, e os oceanos são um grande reservata³rio de metano. Muito disso estãona forma de material semelhante ao gelo circundando os continentes. a‰ conhecido como hidrato de metano, e muito pouco desse metano éliberado na atmosfera porque os microrganismos estãooxidando esse gás nos sedimentos, servindo basicamente como um filtro biola³gico. Esses organismos tem sido muito difa­ceis de cultivar em laboratório, e usamos combinações de técnicas moleculares como sequenciamento gena´mico e análises geoquímicas e isota³picas para estudar esses microrganismos diretamente no ambiente.

Newman : Sim, éum equa­voco comum pensar nos micróbios como patógenos. Acho que éum vesta­gio do século passado, quando muito da microbiologia se orientava para entender como os patógenos agiam. O que agora sabemos éque, dos milhões de espanãcies microbianas do planeta, acredita-se que menos de 100 sejam patógenos radicais. Isso significa que a grande maioria estãofazendo coisas que são vitais para a vida do planeta e seus habitats.

Orphan : Sa³ recentemente - acho que em grande parte devido ao reconhecimento de que o microbioma humano éimportante para a saúde humana - o paºblico ganhou um interesse maior pelos microrganismos e reconheceu que eles são mais do que apenas patógenos a serem temidos. O fato de serem difa­ceis de ver, embora sejam tão penetrantes e tenham um impacto tão profundo, éum dos maiores desafios para nosem termos de comunicar ao paºblico em geral que todos devem prestar atenção ao mundo microbiano. Nossa capacidade de entender a biologia em geral, eu acho, estãointegrada com a nossa compreensão dos microrganismos, simplesmente porque evolua­mos em um mundo microbiano. Eles estiveram em cena bilhaµes de anos antes de nós.

Newman : Plantas e animais não evolua­ram em um mar de Purell, certo? Esta¡vamos cercados pelo mundo microbiano desde o ina­cio.

Orphan : Falei sobre minha pesquisa no fundo do mar. Mais recentemente, temos trabalhado em ecossistemas costeiros com vegetação, que incluem plantas marinhas, como ervas marinhas, que são enormes sequestradores de carbono e também supostamente protegem contra alguns dos efeitos da acidificação dos oceanos. Ha¡ muitas pesquisas a serem feitas estudando o destino do carbono nesses ecossistemas. Os micróbios desempenham um papel central em quanto carbono éenterrado e como a saúde desses ecossistemas émantida. Compreender isso éimportante com o aumento dos impactos dasmudanças climáticas e o aumento do CO2 na atmosfera.

Newman : Outro exemplo éque agora reconhecemos que háuma grande quantidade de carbono armazenado no solo, mas não entendemos muito bem os mecanismos que permitem isso. Sabemos que envolve uma complexa inter-relação entre certos tipos de micróbios, como fungos, que estãointimamente associados a quase todas as plantas da Terra. Esses fungos ajudam a fornecer a s plantas nutrientes e águaque permitem que elas se desenvolvam. Mas dentro do solo, existem muitos outros tipos de micróbios além dos fungos que formam uma comunidade que faz todo o ecossistema inteiro. E assim, um dos principais interesses dos ecologistas microbianos éobter uma compreensão preditiva de como esses sistemas ecola³gicos ira£o evoluir em diferentes partes do mundo. Nas latitudes ao norte, muito carbono éarmazenado na tundra congelada, mas conforme o planeta estãose aquecendo, o carbono armazenado naquele solo não necessariamente permanecera¡ la¡. Mas não podemos prever o que acontecera¡ porque não temos uma compreensão quantitativa de quais organismos estãopresentes neste habitat, o que estãofazendo e como va£o responder.

Certa vez, ouvi alguém dizer: "Os micróbios foram os primeiros a entrar e sera£o os últimos a sair", em termos da vida neste planeta. Acho que émuito profundo e importante percebermos, porque os micróbios estãosempre se adaptando a um ritmo extraordina¡rio. Isso éalgo que potencialmente, se o entendermos, pode ser aproveitado para a população humana.

Newman: Existem tantos exemplos. Vou ficar com meu tema agra­cola para citar um: A superutilização de fertilizantes. a‰ claro que as safras precisam de nutrientes para crescer e queremos que as safras alimentem a população global. Mas o que não queremos édesperdia§ar nutrientes como nitrogaªnio ou fa³sforo porque corremos o risco de esgotar as reservas naturais, mas também porque continuamos a gerar nitrogaªnio em fertilizantes por meio de processos industriais que, por sua vez, são prejudiciais ao meio ambiente. Portanto, háum incentivo para pensar sobre como podemos aproveitar a capacidade natural do mundo microbiano para ajudar as culturas a obter esses nutrientes. a‰ sabido hámuitas décadas, por exemplo, que certos tipos de micróbios tem simbiose com certos tipos de plantações. A soja éum bom exemplo: As bactanãrias do solo podem naturalmente retirar nitrogaªnio da atmosfera e convertaª-lo em uma forma que a planta de soja possa usar. Se entendaªssemos como efetuar essa habilidade de forma mais ampla em várias culturas diferentes, isso seria uma virada de jogo. Isso nos daria a oportunidade de ter uma fonte muito mais sustenta¡vel de nitrogaªnio para as plantações.

Orphan : O mesmo tipo de coisa se aplica ao controle de atividades microbianas no oceano. O sequestro de carbono éuma grande questão, e as pessoas estãotrabalhando duro para tentar descobrir como utilizar os microorganismos. Mencionei anteriormente esses ecossistemas costeiros com vegetação, onde as comunidades de ervas marinhas são grandes estoques de carbono. A planta basicamente fixa o dia³xido de carbono por meio da fotossa­ntese oxigenada, e muito desse carbono acaba enterrado no solo. Nãoentendemos totalmente os mecanismos que estãoconduzindo isso. Muito disso éfeito por microorganismos que não respiram oxigaªnio, mas usam uma sanãrie de produtos químicos diferentes para oxidar o carbono. Se pudermos entender os segredos para o sucesso de como esse carbono fica preso, esta éoutra oportunidade para aumentarmos o soterramento de carbono nesses ambientes costeiros.