Efeitos da acidificação na nitrificação e na emissão de óxido nitroso associada em águas estuarinas e costeiras
Nature Communications volume 14, número do artigo: 1380 (2023) Citar este artigo
5487 Acessos
25 Altmétrico
Detalhes das métricas
No contexto de um nível crescente de dióxido de carbono (CO2) atmosférico, a acidificação das águas estuarinas e costeiras é grandemente exacerbada pelas entradas de nutrientes provenientes da terra, pela ressurgência costeira e por processos biogeoquímicos complexos. Uma compreensão mais profunda de como os nitrificadores respondem à intensificação da acidificação é, portanto, crucial para prever a resposta dos ecossistemas estuarinos e costeiros e a sua contribuição para as alterações climáticas globais. Aqui, mostramos que a acidificação pode diminuir significativamente a taxa de nitrificação, mas estimular a geração de subproduto óxido nitroso (N2O) em águas estuarinas e costeiras. Ao variar a concentração de CO2 e o pH de forma independente, um efeito benéfico esperado do CO2 elevado na atividade dos nitrificadores (efeito de “fertilização com CO2”) é excluído sob acidificação. Os dados do metatranscriptoma demonstram ainda que os nitrificadores podem regular positivamente as expressões genéticas associadas à homeostase do pH intracelular para lidar com o estresse de acidificação. Este estudo destaca os fundamentos moleculares dos efeitos da acidificação na nitrificação e na emissão associada de gases com efeito de estufa N2O, e ajuda a prever a resposta e a evolução dos ecossistemas estuarinos e costeiros sob as alterações climáticas e as atividades humanas.
O dióxido de carbono (CO2) na atmosfera tem aumentado devido às atividades humanas intensivas, como a combustão de combustíveis fósseis, a produção de cimento, a desflorestação e outras alterações no uso do solo1. Globalmente, a concentração atmosférica média de CO2 atingiu agora 413,2 ppm e espera-se que exceda 800 ppm até ao final do século XXI2,3. Aproximadamente 40% do CO2 emitido durante a era industrial foi absorvido pelos oceanos4, causando consequentemente uma redução de cerca de 0,1 unidade de pH nas águas superficiais do mar5,6. Estima-se um declínio adicional de 0,2–0,3 unidades de pH no final deste século, com consequências graves esperadas para organismos e ecossistemas sensíveis6,7,8.
Os ecossistemas estuarinos e costeiros são regiões dinâmicas sob a interação de rios, terras e oceanos9, que podem fornecer serviços ecossistémicos vitais para o bem-estar humano10. No contexto de um nível crescente de CO2 atmosférico, as águas estuarinas e costeiras, no entanto, sofrem de acidificação mais aguda do que os oceanos abertos, sob os efeitos sinérgicos de insumos de nutrientes derivados da terra, ressurgência costeira e processos biogeoquímicos complexos (Figura 1 suplementar) 11,12. Uma das maiores ameaças aos ecossistemas estuarinos e costeiros em todo o mundo é o excesso de nutrientes antropogénicos das bacias hidrográficas10. A produção de fitoplâncton induzida pela eutrofização pode resultar numa elevada taxa de respiração nas águas de fundo onde a matéria derivada de algas se deposita, o que pode causar uma forte produção de CO213. A acidificação nas águas estuarinas e costeiras pode, portanto, ser grandemente intensificada pela intrusão episódica de águas ressurgentes com alto teor de CO211,13,14, o que pode afetar negativamente os processos biológicos e o funcionamento dos ecossistemas estuarinos e costeiros15,16,17,18,19,20,21 .
A nitrificação é um processo crítico para o equilíbrio dos reservatórios de nitrogênio reduzidos e oxidados, ligando a mineralização às vias de remoção de nitrogênio de desnitrificação e oxidação anaeróbica de amônio22. Desempenha assim um papel crucial no ciclo global do azoto, especialmente em ecossistemas aquáticos eutróficos. Devido ao crescimento lento dos nitrificantes e à sua elevada sensibilidade às perturbações ambientais23, prevê-se que a nitrificação seja perturbada pela acidificação aquática. Uma complicação na resposta dos nitrificadores à acidificação é que o aumento da pressão parcial de CO2 (pCO2) e a diminuição do pH podem ter efeitos opostos. Espera-se que uma condição de pCO2 mais elevada beneficie a nitrificação, uma vez que uma fonte aumentada de carbono pode promover o crescimento de nitrificadores quimioautotróficos (fertilização com CO2)24,25,26,27. Em contraste, a diminuição concomitante do pH pode alterar o equilíbrio entre amônia (NH3) e amônio (NH4+) em direção a uma concentração mais baixa de substrato NH3 disponível para oxidantes de amônia e, assim, inibir a nitrificação25,28,29. A resposta dos nitrificadores depende, portanto, fortemente do equilíbrio destes potenciais efeitos positivos e negativos. No entanto, pouco se sabe sobre os efeitos dos níveis projetados de acidificação aquática no metabolismo dos nitrificantes e nos mecanismos subjacentes.