Quanto carbono o oceano pode absorver e o que acontece com ele à medida que o planeta aquece? Sonya Dyhrman, um oceanógrafo microbiano e professor do Observatório da Terra de Lamont-Doherty, está tentando responder a essas perguntas. (Lamont faz parte da escola climática de Columbia.)
Dyhrman estuda micróbios marinhos, que sustentam a dinâmica do ecossistema altamente complexo do oceano. “Essa rede incrivelmente complexa de interações é realmente o coração do oceano”, diz ela. “E é fundamental responder à pergunta de quanto carbono o oceano pode manter.” Dyhrman conversou com o estado do planeta sobre como ela conduz sua pesquisa; aprender sobre a “linguagem” química dos microorganismos; E por que é importante ensinar jovens ciências oceânicas.
O que você estuda e por que é importante?
Eu estudo micróbios marinhos, principalmente micróbios marinhos fotossintéticos, que são a base da rede alimentar marinha e muito importantes, não apenas para a dinâmica do ecossistema no oceano, mas também para o ciclismo de carbono e outros gases de efeito estufa. Eles desempenham um papel fundamental em termos de cadeias alimentares e biogeoquímica.
A pergunta número um que recebo é: o que vai acontecer com o oceano no futuro? Ainda não entendemos as regras que nos permitem prever quem ou o que está no oceano e o que eles estão fazendo bem o suficiente para extrapolar sobre o futuro com a precisão que queremos.
Há uma rede incrivelmente complexa de interações acontecendo em uma escala microscópica invisível. Há toda uma rede de milhares e milhares de produtos químicos e micróbios, e todos eles têm características metabólicas ligeiramente diferentes. Alguns são fotossintéticos. Alguns são predadores. Alguns vivem em simbiose entre si. Essa rede de interações é realmente o coração do oceano. É como esse batimento cardíaco que sustenta todos os peixes, baleias, pássaros marinhos, selo e criatura de quem você se importa. E quando refletimos sobre quanto carbono o oceano pode manter e quão bem ele será capaz de amortecer as mudanças que estamos vendo no carbono atmosférico, essa rede é fundamental para responder à pergunta.
Como você conduz sua pesquisa?
Tanto a química quanto a biologia do ecossistema começam com o batimento cardíaco de produtos químicos e micróbios interagindo entre si – mas rastrear essas interações quando você não consegue observar diretamente os micróbios é realmente desafiador. Uma das coisas emocionantes que aconteceu ao longo da minha carreira são os avanços da tecnologia. Meu trabalho está centrado no seqüenciamento e na genômica que surgiram de coisas como o projeto do genoma humano. Essas ferramentas (genômicas) nos permitem mapear diferentes regiões do oceano e dizer quais espécies existem e quais são suas capacidades metabólicas.
O que fazemos é duplo. Temos isolados (uma cultura de microorganismos isolados para estudo) e micróbios que obtivemos da água do mar em diferentes ambientes. Nós os trazemos de volta ao laboratório e fazemos experimentos em condições controladas para tentar entender como eles funcionam e como eles respondem às mudanças em seu ambiente. Também fazemos observações diretas de campo e fazemos experimentos nos navios para descobrir quais organismos microbianos existem, do que eles são capazes e como eles mudam em diferentes condições. As ferramentas que usamos são chamadas metagenômico Porque estamos olhando para muitas espécies diferentes ao mesmo tempo. Pegamos todos os micróbios, extraímos seu DNA, o sequenciamos e olhamos para ele usando um supercomputador.
“Essa rede de interações é realmente o coração do oceano. É como se este batimento cardíaco que sustenta todos os peixes, baleias, pássaros marinhos, selo e criatura com quem você se importa.”
Como você usa essas seqüências de DNA?
Podemos ver qual DNA corresponde a diferentes organismos, para que possamos dizer quem está lá. Também posso ver que o DNA codifica diferentes funções, para que possamos ver o que os organismos são capazes de fazer. Utilizamos ferramentas chamadas metanscriptômicas e metaproteômicas. Quando os genes no genoma são ligados ou transcritos para o RNA, esse RNA pode fazer uma proteína, o que basicamente faz o trabalho da célula. (Com essas ferramentas) Podemos mapear quais genes estão ativados e quais genes são desligados sob diferentes condições em diferentes componentes da população.
É quase mágico que possamos fazer isso. No início da minha carreira, trarávamos um micróbio para a cultura e tentamos meticulosamente olhar para talvez um gene em vez de um genoma inteiro ou uma proteína. Agora podemos olhar para 10.000 de uma amostra!
O que algumas de suas descobertas revelaram?
Desenvolvemos um modelo com uma cianobactéria de fixação de nitrogênio fotossintética (uma alga azul que usa a luz solar para produzir nitrogênio), que desempenha um papel de pedra-chave nos ambientes de baixa resistência onde ele vive. Pensamos que prever suas atividades era apenas uma questão de sua interação com a rede química, mas aprendemos que as atividades desse organismo também dependem das dos organismos que crescem e ao redor dela. Basicamente, esses organismos estão conversando entre si com uma linguagem química. Entendendo que foi um momento importante de ‘aha’ para mim.
Também fizemos um grande estudo colaborativo para entender parte do trabalho que está acontecendo Estação Alohaa cerca de 200 milhas do Havaí. Todos os dias o sol se levanta e há um novo pulso de dióxido de carbono que é fixado no oceano pelos organismos fotossintéticos, que então reverbera pela comunidade. Para entender o que acontece ao longo de um dia, pois todos esses micróbios interagem com o ambiente e, um com o outro, tivemos dois cientistas de dois navios em alguns ciclos de dia e noite nessa região por várias semanas.
Em um papel Isso saiu desse trabalho, fomos capazes de mostrar como os organismos movem esse carbono quando há recursos limitantes, como o nitrogênio. Vimos que diferentes grupos de organismos particionaram usando seu nitrogênio diferentes momentos ao longo de um dia. A fixação inicial de carbono está realmente ligada ao sol. Vimos que o metabolismo do carbono trabalha através dos diferentes organismos, e os vimos então se revezando com o nitrogênio. Ser capaz de montar essa dinâmica de carbono-nitrogênio ao longo de um dia foi realmente emocionante e nos ajuda a entender como esse sistema está operando.
Como você vai conectar a pesquisa muito específica que está fazendo ao seu objetivo maior de entender como o oceano dinâmica funciona?
Vários dos meus projetos fazem parte de estudos colaborativos maiores, onde temos todos de químicos que medem os produtos químicos nessa rede – pessoas como eu olhando para quem está lá e o que estão fazendo – e então também modeladores que pensam em como essa interação pode influenciar o ciclo do carbono e como podemos projetá -lo em diferentes ambientes ou no futuro.
Desde a pesquisa que você fez até agora, você tem uma sensação sobre o futuro destino do oceano?
À medida que o oceano se aquece e se torna mais ácido, muda outros recursos. É aqui que tentar entender o futuro é realmente desafiador, porque ainda estamos tentando descobrir as regras do presente. Meus colegas modelaram que as mudanças de temperatura mudarão a dinâmica da comunidade e quais organismos existem entre as latitudes. Também pode alterar a maneira como essa rede está operando alterando os recursos disponíveis. Os micróbios ficarão bem, mas podem não ser a mesma espécie ou fazer as mesmas coisas das quais dependemos. Estamos tentando entender quais são as sensibilidades e as regras, para que possamos começar a fazer perguntas sobre a sensibilidade dessas regras a possíveis mudanças. Quanto mais entendemos as regras básicas, melhor seremos em termos de pensar em um futuro sustentável e sobre como a pesca, a biologia, a química etc. podem ser influenciadas.
A rede de micróbios oceânicos desempenha um papel vital na maneira como o oceano funciona, que literalmente torna nosso planeta habitável – as cianobactérias no oceano produziram o oxigênio que oxigenou nossa atmosfera. Então, o que está acontecendo com os micróbios no oceano é importante para o que acontece para o nosso planeta.
Você acha que pessoas suficientes entendem o quão importante é o oceano?
Eu acho que é essencial compartilhar essa mensagem em nossos sistemas educacionais, e acho que precisa começar em uma idade mais jovem. Não ensinamos ciências oceânicas nos currículos principais do STEM ou nos padrões de ciências estaduais do nosso país. Ao não fazer parte do currículo, perdemos a oportunidade de compartilhar a mensagem sobre o importante papel que o oceano e seus micróbios desempenham na maneira como nosso planeta funciona. Tenho uma paixão por tentar encontrar maneiras de expandir isso.
