Estudo aponta microrganismos como possível origem de metais em planalto submarino

Por André Julião – Agência FAPESP – 13 de maio de 2021 – Ilustração: https://revistapesquisa.fapesp.br.

Pesquisadores da USP concluem levantamento da microbiota presente nas crostas de ferromanganês da Elevação do Rio Grande, a 1,5 mil quilômetros da costa brasileira. Resultados revelam bactérias e arqueias envolvidas no ciclo de nutrientes e na geração de elementos como manganês, cobalto, níquel, molibdênio, nióbio, platina, titânio e telúrio (rochas de calcarinita na Elevação do Rio Grande; foto: National Oceanography Centre)

A riqueza biológica e mineral da Elevação do Rio Grande – monte submarino localizado a 1,5 mil quilômetros da costa brasileira – guarda estreita relação com criaturas microscópicas ainda pouco conhecidas.

Pesquisadores do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo (IO-USP), em projeto desenvolvido em colaboração com o National Oceanography Centre, da Inglaterra, descreveram os microrganismos presentes nas crostas oceânicas de ferromanganês da região e concluíram que as bactérias e as arqueias são potencialmente responsáveis pela manutenção da abundante vida local, além de estarem envolvidas no processo de biomineralização que dá origem aos metais presentes nas crostas.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Microbial Ecology.

O trabalho foi financiado por uma parceria entre a FAPESP e o Natural Environment Research Council (NERC), do Reino Unido.

Em 2014, o Brasil obteve da Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos (ISA, na sigla em inglês) autorização para estudar o potencial da área para mineração por um prazo de 15 anos.

Ligada à Organização das Nações Unidas (ONU), a ISA é responsável por regular atividades que envolvam o fundo dos oceanos em águas internacionais.

“No entanto, ainda se conhece muito pouco da biodiversidade local e não sabemos o impacto que essa atividade poderia ter sobre o ecossistema da Elevação do Rio Grande”, conta Vivian Pellizari, professora do IO-USP e coordenadora do estudo.

O trabalho integra projeto apoiado pela FAPESP. O artigo é um dos resultados do doutorado de Natascha Menezes Bergo, que atualmente realiza pós-doutorado no IO-USP.

“Apesar do processo de biomineralização por microrganismos ser conhecido, a oxidação e a precipitação de manganês não tinham sido provadas e não tínhamos ideia de como isso ocorria em áreas oceânicas.

Em julho de 2020, porém, um artigo publicado por pesquisadores dos Estados Unidos na Nature mostrou pela primeira vez bactérias que usam o manganês para converter dióxido de carbono em biomassa, por meio de um processo chamado quimiossíntese.

Uma dessas bactérias, pertencente ao grupo Nitrospirae, está presente nas sequências de DNA que extraímos das amostras de crostas coletadas na Elevação do Rio Grande.

Pesquisadores brasileiros e ingleses encontram evidências de que a porção continental submersa no Atlântico Sul pode ter sido gerada e afundada por erupções de lava vulcânica (imagem: National Oceanography Centre/UK)

Essa é uma forte evidência de que não é apenas um processo geológico que está ocorrendo na formação dos metais, mas sim um processo biológico, em que os microrganismos são bastante atuantes”, diz Bergo, que participou das coletas em 2018 embarcada no RRS Discovery, navio da realeza britânica (leia mais em: agencia.fapesp.br/29449/).

Além de ferro e manganês, as crostas são ricas ainda em cobalto – essencial para a produção de baterias recarregáveis, por exemplo –, além de níquel, molibdênio, nióbio, platina, titânio e telúrio, este último fundamental para a fabricação de células solares para geração de energia de alta eficiência, entre outros elementos.

No fim de 2018, o Brasil solicitou à ONU a ampliação da sua plataforma continental, de forma a incluir a Elevação do Rio Grande.

Em outras partes do mundo, outras áreas similares são estudadas há mais tempo com os mesmos objetivos, como a Zona de Fratura de Clipperton e o monte submarino Takuyo-Daigo, ambos no Pacífico Norte, além do monte submarino Tropic, no Atlântico Norte.

Formação

Com cerca de 150 mil quilômetros quadrados – área equivalente a três vezes a do Estado do Rio de Janeiro – a Elevação do Rio Grande está a profundidades que vão de 800 a 3 mil metros.

Peixes de mar profundo do gênero Allocyttus e corais negros dos gêneros Stichopathes (no alto) e Bathypathes (à esq.) na região central do platô da Elevação do Rio Grande NOC / UK

Formada durante a separação do supercontinente Gondwana (do que atualmente compreende a África e a América do Sul), entre 146 milhões e 100 milhões de anos atrás, a Elevação era uma ilha que afundou há cerca de 40 milhões de anos, provavelmente devido ao peso de um vulcão e da lava, bem como da movimentação de placas tectônicas (leia mais em: https://revistapesquisa.fapesp.br/revelacoes-de-um-arquipelago-submerso).

Em uma das expedições do grupo ocorridas em 2018, os pesquisadores recolheram de uma área da Elevação amostras das crostas de ferromanganês, dos esqueletos de corais que vivem sobre elas, de rochas de calcarinita e de biofilmes formados na superfície das crostas.

Os biofilmes são comunidades microbianas estruturadas e envoltas por substâncias secretadas por elas mesmas, um recurso que as protege contra agressões como falta de nutrientes ou substâncias potencialmente nocivas.

“Ter encontrado biofilme foi uma surpresa interessante, uma vez que ele é um indicativo do princípio do processo de biomineralização.

Tanto nele quanto nas amostras de esqueleto de coral, nas rochas de calcarinita e nas crostas encontramos os mesmos microrganismos.

A única diferença está na idade das superfícies: corais são mais recentes do que as crostas, e os biofilmes mais ainda”, afirma Bergo.

Um total de 666.782 sequências de DNA foram recuperadas das amostras.

As bactérias e as arqueias encontradas fazem parte de grupos conhecidos pelo envolvimento no ciclo do nitrogênio, transformando a amônia em nitrito e nitrato, que por sua vez fornecem energia para outros microrganismos.

Além do grupo Nitrospirae, foram encontrados outros procariotas como a arqueia Nitrososphaeria.

O sequenciamento das amostras revelou ainda grupos ligados ao ciclo de metano, como Methylomirabilales e Deltaproteobacteria.

Os resultados contribuem para a compreensão da diversidade microbiana e dos potenciais processos ecológicos ocorridos nas crostas de ferromanganês no Atlântico Sul.

Dados do tipo contribuem para a elaboração de futuras regulamentações de uma possível atividade de mineração na Elevação do Rio Grande.

“No processo de retirada das crostas, ocorreria provavelmente a alteração da circulação local, mudando a disponibilidade de matéria orgânica, dos nutrientes e, consequentemente, do microbioma local e de toda a vida associada a ele.

Além disso, as crostas crescem em média 1 milímetro a cada 1 milhão de anos.

Não haveria tempo hábil de haver uma recolonização.

Não é por acaso que, recentemente, estão surgindo muitos trabalhos sobre como avaliar e mitigar os impactos causados pela mineração marinha”, encerra Bergo.

O artigo Microbial Diversity of Deep-Sea Ferromanganese Crust Field in the Rio Grande Rise, Southwestern Atlantic Ocean, de Natascha Menezes Bergo, Amanda Gonçalves Bendia, Juliana Correa Neiva Ferreira, Bramley J. Murton, Frederico Pereira Brandini e Vivian Helena Pellizari, pode ser lido em: https://link.springer.com/article/10.1007/s00248-020-01670-y.