Os pesquisadores resolveram um mistério de 50 anos sobre por que a matéria orgânica na água resiste à degradação, descobrindo que a reação de desaromatização oxidativa transforma biomoléculas em formas diversas e estáveis, impactando significativamente os ciclos globais de carbono.
Um mistério que intriga a comunidade científica há mais de 50 anos foi finalmente resolvido. Uma equipe da Universidade de Linköping, na Suécia, e da Helmholtz Munique descobriram que um certo tipo de reação química pode explicar por que a matéria orgânica encontrada em rios e lagos é tão resistente à degradação. Seu estudo foi publicado na revista Natureza.
“Este tem sido o Santo Graal no meu campo de pesquisa há mais de 50 anos”, diz Norbert Hertkorn, cientista em química analítica que trabalhou anteriormente na Helmholtz Munique e atualmente na Universidade de Linköping.
Vamos começar desde o início. Quando, por exemplo, uma folha se desprende de uma árvore e cai no chão, ela começa a quebrar imediatamente. Antes de a folha se decompor, ela consiste em alguns milhares de biomoléculas distintas; moléculas que podem ser encontradas na maior parte da matéria viva.
A decomposição da folha ocorre em várias fases. Insetos e microorganismos começam a consumi-la, enquanto a luz solar e a umidade afetam a folha, causando maior degradação. Eventualmente, as moléculas da folha decomposta são levadas para rios, lagos e oceanos.
Mistério da transformação química desvendado
No entanto, neste ponto, os milhares de biomoléculas conhecidas foram transformadas em milhões de moléculas de aparência muito diferente, com estruturas complexas e tipicamente desconhecidas. Este dramático processo de transformação química permaneceu um mistério que confundiu os investigadores durante mais de meio século, até agora.
David Bastviken, professor de mudanças ambientais na Universidade de Linköping, Suécia. Crédito: Charlotte Perhammar
“Agora podemos elucidar como alguns milhares de moléculas na matéria viva podem dar origem a milhões de moléculas diferentes que rapidamente se tornam muito resistentes a uma maior degradação”, diz Norbert Hertkorn.
A equipe descobriu que um tipo específico de reação, conhecido como desaromatização oxidativa, está por trás do mistério. Embora esta reação tenha sido estudada e aplicada extensivamente em síntese farmacêutica, sua ocorrência natural permaneceu inexplorada.
No estudo, os pesquisadores mostraram que a desaromatização oxidativa altera a estrutura tridimensional de alguns componentes da biomolécula, que por sua vez pode ativar uma cascata de reações subsequentes e diferenciadas, resultando em milhões de moléculas diversas.
Resultados e técnicas do estudo
Anteriormente, os cientistas acreditavam que o caminho para a matéria orgânica dissolvida envolvia um processo lento com muitas reações sequenciais. No entanto, o estudo atual sugere que a transformação ocorre de forma relativamente rápida.
A equipe examinou matéria orgânica dissolvida de quatro afluentes do rio Amazonas e dois lagos na Suécia. Eles empregaram uma técnica chamada ressonância magnética nuclear (RMN) para analisar a estrutura de milhões de moléculas diversas. Notavelmente, independentemente do clima, a estrutura fundamental da matéria orgânica dissolvida permaneceu consistente.
“A chave para as descobertas foi o uso não convencional de RMN de forma a permitir estudos do interior profundo de grandes moléculas orgânicas dissolvidas – mapeando e quantificando assim o ambiente químico em torno dos átomos de carbono”, explica Siyu Li, cientista do Helmholtz Zentrum e líder autor do estudo.
Nas biomoléculas, os átomos de carbono podem estar conectados a quatro outros átomos, mais frequentemente ao hidrogênio ou ao oxigênio. No entanto, para surpresa da equipa, uma fracção muito elevada de átomos de carbono orgânico não estava ligada a nenhum hidrogénio, mas principalmente a outros átomos de carbono. Particularmente intrigante foi o grande número de átomos de carbono ligados especificamente a três outros carbonos e um de oxigênio. átomouma estrutura muito rara em biomoléculas.
Segundo David Bastviken, professor de alterações ambientais na Universidade de Linköping, isto torna a matéria orgânica estável, permitindo-lhe persistir durante muito tempo e evitando que regresse rapidamente à atmosfera sob a forma de dióxido de carbono ou metano.
“Esta descoberta ajuda a explicar os sumidouros substanciais de carbono orgânico no nosso planeta, que reduzem a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera”, diz David Bastviken.
Referência: “A desaromatização impulsiona a geração de complexidade na matéria orgânica de água doce” por Siyu Li, Mourad Harir, David Bastviken, Philippe Schmitt-Kopplin, Michael Gonsior, Alex Enrich-Prast, Juliana Valle e Norbert Hertkorn, 24 de abril de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07210-9
Financiamento: Alexander von Humboldt-Stiftung, Conselho Sueco de Pesquisa, Conselho Europeu de Pesquisa
