Espécies reativas de oxigênio afetam o potencial para processos de mineralização em planícies intertidais permeáveis

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 938 (2023) Cite este artigo

2507 acessos

70 Altmétrico

Detalhes das métricas

Sedimentos permeáveis ​​entre marés são locais cruciais para a remineralização da matéria orgânica. Esses sedimentos provavelmente têm uma grande capacidade de produzir espécies reativas de oxigênio (ROS) por causa da mudança das interfaces óxico-anóxicas e intensa ciclagem de ferro-enxofre. Aqui, mostramos que altas concentrações de peróxido de hidrogênio ROS estão presentes em sedimentos entremarés usando microssensores e análise quimioluminescente em água intersticial extraída. Além disso, investigamos o efeito de ROS em taxas potenciais de processos de degradação microbiana em sedimentos de superfície entremarés após oxigenação transitória, usando lamas que transitaram de condições óxicas para anóxicas. A remoção enzimática de ROS aumenta fortemente as taxas de respiração aeróbica, redução de sulfato e acúmulo de hidrogênio. Concluímos que as ROS são formadas em sedimentos e, posteriormente, moderam as taxas do processo de mineralização microbiana. Embora a redução do sulfato seja completamente inibida no período óxico, ela recomeça imediatamente após a anóxia. Este estudo demonstra os fortes efeitos de ROS e oxigenação transiente na biogeoquímica de sedimentos entremarés.

Espécies reativas de oxigênio (ROS) são intermediários contendo oxigênio de vida curta com vida útil de segundos a horas, incluindo superóxido, peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila. Eles são formados por uma variedade de processos fotoquímicos, abióticos e bióticos1. A formação biótica ocorre tanto intracelular quanto extracelularmente como subproduto de mecanismos metabólicos e outros mecanismos fisiológicos2. Além das vias fotoquímicas, vários processos abióticos independentes da luz podem levar à formação de ROS, incluindo oxidação de sulfeto e ferro ferroso (Fe2+)3,4, bem como reações anaeróbicas com pirita5. As ROS intracelulares podem danificar os componentes celulares, como DNA, proteínas e lipídios por meio de uma variedade de processos oxidativos6 e, portanto, ser prejudiciais aos microrganismos em níveis elevados. No entanto, ambas as ROS intracelulares e extracelulares também têm funções benéficas, incluindo resistência a patógenos7, aquisição de nutrientes8, crescimento microbiano9 e como moléculas de sinalização10. Como tal, os níveis de ROS são rigorosamente controlados por enzimas degradantes2, como a superóxido dismutase, que converte o superóxido em peróxido de hidrogênio, e a catalase, que converte o peróxido de hidrogênio em oxigênio e água. Mecanismos acionados por doadores de elétrons também degradam ativamente as ROS, como por meio de reações com metais e material orgânico11.

Apesar do grande potencial de ROS para influenciar processos microbianos, a distribuição de ROS, incluindo peróxido de hidrogênio, em sedimentos marinhos é pouco estudada. Até o momento, apenas alguns estudos investigaram as concentrações de peróxido de hidrogênio em sedimentos12, e a maioria deles enfocou o potencial dos sedimentos para gerar peróxido de hidrogênio após oxigenação ou exposição a sulfetos3. Estudos de solos anóxicos e sedimentos de aquíferos mostraram grande potencial para a geração de ROS após a reoxigenação e também mostraram que ROS impactam diretamente a evolução de CO213,14,15,16,17. Como também foi demonstrado que o peróxido de hidrogênio tem efeitos estimuladores e inibitórios sobre microorganismos6,7,10, ele pode afetar muito a ciclagem de carbono em sedimentos marinhos.

Particularmente durante eventos de perturbação e em interfaces óxi-anóxicas, que ocorrem frequentemente em sedimentos permeáveis ​​entremarés, níveis elevados de ROS são esperados12,16,17,18,19,20. A profundidade em que o oxigênio penetra no sedimento permeável intertidal varia de acordo com as marés, correntes, tempestades e bioturbação21. A zona óxica pode mudar entre vários mm a vários cm de profundidade várias vezes ao dia22. No entanto, anaeróbios no sedimento superior mantêm altas taxas de redução de sulfato, redução de nitrato dissimilatório, fermentação e outros processos anaeróbicos23,24,25. As altas taxas de remineralização de carbono e nitrogênio tornam esses sedimentos filtros biocatalíticos21,26, essenciais para o funcionamento dos ecossistemas de águas rasas. Consequentemente, as ROS podem desempenhar um papel subestimado na biogeoquímica de sedimentos costeiros dinâmicos.