DNRA stimulates aerobic microbial processes and restructures the surface planktonic community in the Chilean OMZ
Ao integrar a Redução Assimilatória de Nitrato a Amônio (DNRA) em um modelo biogeoquímico da Zona de Mínimo de Oxigênio costeira do Chile, o estudo revela que, embora a DNRA redirecione primariamente o nitrogênio para a reciclagem com impacto mínimo nos níveis de oxigênio, ela inesperadamente reduz as concentrações de nitrito e amônio através do aumento da nitrificação, estimulando, assim, o crescimento de grandes fitoplânctons e zooplânctons nas águas superficiais.
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O oceano não é uma piscina estática de água, mas um motor vasto e pulsante impulsionado pelo movimento de nutrientes. No coração deste motor reside o nitrogênio, um elemento químico essencial para toda a vida marinha, desde a minúscula alga unicelular até as maiores baleias. Em muitas partes do mundo, o oceano é carente de nitrogênio, e sua disponibilidade dita quanta vida o mar pode sustentar. No entanto, em regiões específicas conhecidas como Zonas de Mínimo de Oxigênio, a história torna-se mais complexa. Estas são camadas profundas de água onde o oxigênio é consumido mais rapidamente do que pode ser reposto, criando um ambiente de quase sufocamento. Nestes reinos escuros e de baixo oxigênio, um conjunto diferente de regras se aplica. Micróbios assumem o controle, decompondo a matéria orgânica sem oxigênio, um processo que frequentemente retira do oceano seu nitrogênio utilizável, transformando-o em um gás que escapa para a atmosfera. Por décadas, os cientistas acreditaram que estas zonas eram primariamente lugares onde o nitrogênio era perdido para sempre, um beco sem saída biológico que limitava a produtividade do oceano.
Uma equipe de pesquisadores agora desafia essa visão de longa data ao focar em um processo microbiano específico chamado redução dissimilatória de nitrato a amônio, ou DNRA. Embora o nome pareça técnico, o mecanismo é direto: na ausência de oxigênio, certas bactérias convertem o nitrato, uma forma de nitrogênio, diretamente em amônio, outra forma que as plantas podem usar. Ao contrário de outros processos que removem o nitrogênio do sistema, a DNRA o mantém circulando. Ao construir um modelo computacional sofisticado das águas costeiras do centro do Chile, lar de uma das zonas de mínimo de oxigênio mais intensas da Terra, os cientistas simularam o que acontece quando este processo de reciclagem está ativo. Eles descobriram que a DNRA não apenas adiciona mais amônio à mistura; em vez disso, ela desencadeia uma reação em cadeia que reorganiza fundamentalmente todo o ecossistema, transformando uma zona de perda de nitrogênio em uma zona de conservação de nitrogênio e de um novo e surpreendente crescimento.
Os pesquisadores construíram um gêmeo digital da costa chilena, uma região onde águas frias e ricas em nutrientes sobem das profundezas, alimentando florações massivas de plâncton. Eles programaram este modelo para incluir o processo de DNRA, que havia sido observado no oceano real, mas nunca totalmente integrado em simulações de grande escala. Eles então rodaram dois cenários: um onde a DNRA estava ausente, representando a visão tradicional de como estas águas funcionam, e outro onde a DNRA estava ativa. Os resultados foram contraintuitivos. Os cientistas esperavam que, ao produzir mais amônio, a DNRA simplesmente aumentaria a concentração deste nutriente na água. Em vez disso, o modelo mostrou que a presença da DNRA na verdade fez com que os níveis de ambos, amônio e nitrito, caíssem significativamente, por fatores de dois e cinco respectivamente, em comparação com a execução de controle.
Este paradoxo ocorreu porque o amônio produzido pela DNRA foi imediatamente agarrado por um grupo diferente de micróbios: bactérias nitrificantes. Estes organismos aeróbios, que requerem oxigênio, oxidaram rapidamente o novo amônio recém-criado de volta em nitrato. Isso criou um ciclo fechado e eficiente onde o nitrogênio era constantemente reciclado entre diferentes formas químicas, em vez de se acumular ou escapar. O nitrato produzido por esta reciclagem rápida foi então transportado para cima pelas correntes oceânicas para a camada superficial ensolarada. Lá, ele atuou como um fertilizante poderoso, mas com um toque especial. O nitrato extra não alimentou as pequenas algas unicelulares que tipicamente dominam estas águas. Em vez disso, ele impulsionou o crescimento de fitoplâncton maior, como as diatomáceas, que são os blocos de construção de uma teia alimentar mais complexa.
A mudança na base da teia alimentar reverberou para cima. À medida que o fitoplâncton grande prosperava, eles sustentavam um boom de zooplâncton grande, os pequenos crustáceos que os consomem. Por outro lado, as populações de fitoplâncton pequeno e zooplâncton pequeno declinaram. O modelo revelou que todo o ecossistema estava se reestruturando em torno deste novo fluxo de nutrientes. O processo também alterou o equilíbrio da perda de nitrogênio. No cenário tradicional sem DNRA, o oceano perdia quantidades significativas de nitrogênio fixo através de processos que o convertem em gás. Com a DNRA ativa, estas vias de perda foram suprimidas. A competição por nutrientes significou que menos nitrogênio estava disponível para as bactérias que o retiram do sistema, efetivamente prendendo o nitrogênio dentro da teia alimentar do oceano e tornando-o disponível para a vida mais uma vez.
O estudo também destacou o papel crítico das correntes oceânicas físicas nesta dança biológica. O movimento ascendente da água, impulsionado pelo vento e pela rotação da Terra, carregou o nitrato reciclado das camadas profundas e pobres em oxigênio para a superfície. Este transporte físico foi a ponte que permitiu que a atividade microbiana profunda influenciasse o ecossistema de superfície. Os pesquisadores descobriram que este acoplamento era robusto; mesmo quando ajustaram os parâmetros do modelo para levar em conta a incerteza sobre quão rápido as bactérias trabalham ou exatamente quanto pouco oxigênio é necessário para desencadear o processo, o resultado principal permaneceu o mesmo. O sistema consistentemente mudou para um estado de conservação de nitrogênio, com o processo de reciclagem profundo estimulando a produtividade da superfície.
Estas descobertas sugerem que a imagem clássica das zonas de mínimo de oxigênio como meros desertos de perda de nitrogênio pode estar incompleta. Em áreas onde a DNRA está ativa, estas zonas podem, em vez disso, funcionar como motores de reciclagem interna, sustentando níveis mais altos de produtividade do que se pensava anteriormente. O estudo não afirma ter resolvido todo o mistério do ciclo global do nitrogênio, nem sugere que este processo ocorra em todos os lugares. No entanto, fornece um argumento baseado em simulação convincente de que ignorar a DNRA leva a uma subestimação significativa de quanto nitrogênio é retido no oceano e como a teia alimentar é estruturada. Os pesquisadores enfatizam que o trabalho deles aponta para a necessidade de medições mais frequentes e detalhadas no oceano real, particularmente dos níveis de amônio tanto nas águas superficiais quanto nas profundas, para confirmar se a natureza se comporta exatamente como o seu modelo digital prevê. Ao revelar como um processo microscópico pode remodelar a abundância de vida desde o mar profundo até a superfície, o estudo oferece uma nova lente através da qual visualizar a complexa e interconectada maquinaria do oceano.
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