Índice
Quando os seres humanos desenvolveram a agricultura, há cerca de 10.000 anos, nada se conhecia sobre o mundo microscópico. Entretanto, a microbiologia do solo mostra que é impossível estudar a agricultura sem levar em conta os efeitos diretos e indiretos dos microrganismos que habitam o solo.
Quer saber mais sobre a microbiologia do solo? Acompanhe o texto! Nele, abordamos as definições desta ciência, seus principais tópicos e alguns dos desafios encontrados pelos pesquisadores da área. Além disso, falamos sobre as funções dos microbiomas do solo, do ciclo do nitrogênio e de metagenômica!
O que é a microbiologia do solo?
A microbiologia do solo é o estudo dos microrganismos que colonizam o solo. Os estudos de microbiologia do solo buscam entender quais são e quais as funções desempenhadas pelos microrganismos presentes em diferentes solos.
Além disso, pesquisadores desta área procuram compreender as relações complexas existentes entre os microrganismos do solo, bem como os mecanismos e os fatores que influenciam a transformação de nutrientes e a decomposição da matéria orgânica.
Dessa maneira, o estudo de tais tópicos exerce grande influência sobre outras áreas do conhecimento, como a agronomia, a biotecnologia, a microbiologia ambiental e até mesmo a saúde humana.
Alguns dos principais temas estudados pela microbiologia do solo são:
- Biorremediação e a utilização de microrganismos na resolução de problemas ambientais;
- Produção de biocombustíveis;
- Melhorias para a qualidade e quantidade das colheitas;
- Movimentação de nutrientes na natureza e produção de fertilizantes;
- Produção de antibióticos e outros insumos que suprimam a prosperidade de fitopatógenos;
- Os efeitos dos microrganismos do solo sobre a saúde humana.
Quais as funções de um microbioma do solo?
O microbioma de um solo pode ser entendido como um conjunto único que compreende a totalidade dos microrganismos presentes no solo de uma área geograficamente determinada. Tais microrganismos desempenham uma variedade de funções que acabam por determinar características físico-químicas e biológicas de um solo.
Algumas das funções exercidas pelos microbiomas do solo são:
- Decomposição da matéria orgânica e reciclagem dos nutrientes inorgânicos;
- Proteção das plantas contra pragas e fitopatógenos;
- Ciclo do carbono;
- Modificação estrutural do solo e de seus atributos físicos.
Ademais, este conjunto de seres vivos forma a base da Teia Alimentar do Solo, muitas vezes através do estabelecimento de uma relação ecológica de mutualismo. Nesta relação, microrganismos transformam e fornecem nutrientes como nitrogênio, enxofre e fósforo para plantas que, em troca, fornecem carboidratos para os microrganismos.
Estes são nutrientes essenciais para inúmeros processos fisiológicos e metabólicos em plantas. Sem uma fonte de nitrogênio seria impossível que plantas produzissem as proteínas que as constituem ou que duplicassem seu DNA, por exemplo.
A disponibilidade destes nutrientes, portanto, é essencial à constituição da vida vegetal.
Vejamos, na sequência, alguns dos papéis exercidos por microrganismos do solo e que viabilizam o desenvolvimento das plantas por meio da disponibilização do nitrogênio.
Fixação do nitrogênio e mineralização
As relações complexas entre os microrganismos que compõem o microbioma de um solo qualquer culminam em um processo essencial para a sobrevivência de muitos organismos vegetais, chamado de Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN).
Nele, microrganismos especializados utilizam o nitrogênio atmosférico (N2) como substrato em processos metabólicos capazes de gerar outras espécies de nitrogênio, como amônia/amônio (NH3/NH4+). Estas moléculas são fundamentais para a geração de nitratos (NO3), que são a principal fonte de nitrogênio dos vegetais.
Este processo é conduzido tanto por microrganismos de vida livre no solo quanto por microrganismos que vivem em simbiose com plantas na rizosfera (a região na qual as raízes vegetais entram em contato com o solo).
Microrganismos de vida livre, como bactérias dos gêneros Azotobacter e Azospirillum contribuem para a fertilidade geral do solo.
De maneira semelhante, a fixação simbiótica do nitrogênio (como aquelas do grupo Rhizobium) contribui adicionalmente para o crescimento vegetativo de maneira específica, como a Bradyrhizobium japonicum, que habita as raízes da soja.
Adicionalmente, a amônia pode se tornar disponível no solo por meio de um segundo processo, chamado de mineralização.
Neste processo, fungos (como Aspergillus sp. e Penicillium sp.) e bactérias (como Pseudomonas sp. e Bacillus sp.) degradam a matéria orgânica morta em compostos mais simples, como uréia e aminoácidos diversos.
Estes compostos orgânicos nitrogenados podem ser posteriormente convertidos em amônio (NH4) por meio de bactérias como Proteus sp., Klebsiella sp., que possuem glutamato desidrogenases em sua maquinaria enzimática.
Nitrificação
Com o amônio disponível na rizosfera, outros microrganismos são capazes de realizar conversões enzimáticas que terminam na formação de nitrato, a principal fonte de nitrogênio para o reino vegetal.
Na chamada nitrificação primária, as Bactérias Oxidadoras de Amônia (BOA), como as Nitrosomonas sp. e Nitrosococcus sp., oxidam enzimaticamente a amônia (NH4) a nitrito (NO22-) por meio da amonia-monooxigenase.
Em seguida, durante a nitrificação secundária, as Bactérias Oxidadoras de Nitritos (BON) capturam o nitrito disponibilizado anteriormente e oxidam-no a nitrato (NO3–). Isto é possível graças ao fato de que bactérias dos gêneros Nitrobacter e Nitrospira produzem oxiredutases de nitritos.
O processo de nitrificação pode ser, ainda, conduzido por seres do domínio Archaea, como as Nitrososphaera sp., ainda que o papel exato destes seres no âmbito geral da nitrificação na terra ainda não seja completamente compreendido pela ciência.
Qual a importância do microbioma para a fertilidade do solo?
Como vimos, diferentes microrganismos atuam de modo sequencial para que um único nutriente possa ser utilizado pelas plantas. Apesar disso, o nitrogênio é apenas um dos diversos fatores que permitem o crescimento vegetativo.
Nutrientes como o fósforo e o enxofre também são fundamentais para a vida vegetal, e a absorção destes também acontece em função de um conjunto variado de microrganismos. O mesmo acontece para fatores como o pH e a umidade, parcialmente regulados pelo microbioma.
Mais do que isso, a complexidade microbiológica do solo é um fator primordial para a manutenção da vida vegetal no planeta, moldada pela evolução através de milhões de anos, e que está no seio da diversidade genética que observamos diariamente nas plantas.
Em consequência, a microbiologia do solo é uma das principais áreas de interesse das ciências agronômicas, uma vez que estes microrganismos influenciam diretamente sobre a qualidade e a quantidade das colheitas.
Microbiologia do solo e problemas relacionados
Alguns dos principais desafios encontrados pela microbiologia do solo são semelhantes àqueles encontrados pela microbiologia ambiental.
Por mais que o avanço das tecnologias de sequenciamento genético tenha permitido a coleção de dados metagenômicos dos seres presentes no solo, a manipulação destes microrganismos ainda é um desafio, dadas as necessidades complexas de cultivo.
A microbiologia do solo busca, ainda, entender as relações ecológicas estabelecidas entre os incontáveis microrganismos que habitam o solo, bem como os detalhes bioquímicos envolvidos nestas relações.
É importante notar, afinal, que as funções exercidas pelo microbioma do solo não dependem de apenas um ou outro microrganismo, mas sim de uma cadeia de processos, no qual diferentes seres cumprem um papel.
Estas interações, portanto, constituem um desafio para o estudo individual dos microrganismos envolvidos, uma vez que o isolamento pode produzir resultados diferentes daqueles encontrados na natureza.
Qual o papel da metagenômica na microbiologia do solo?
A metagenômica é uma técnica desenvolvida a partir do sequenciamento genético massivo em paralelo (NGS). Com ela, cientistas são capazes de analisar a totalidade do conteúdo de DNA presente em uma determinada amostra sem a necessidade de cultivo.
No contexto da microbiologia do solo, a metagenômica permite a identificação de comunidades microbiológicas inteiras, bem como a determinação da abundância relativa de cada um deles em uma amostra, sem a necessidade de cultivo!
Adicionalmente, esta poderosa ferramenta pode ser trabalhada em conjunto com a metatranscriptômica, trazendo uma camada adicional de informações sobre as funções exercidas pelos microrganismos presentes em uma amostra de solo.
Referências
Vieira R.F. Ciclo do Nitrogênio em Sistemas Agrícolas. Embrapa, 2017.
Jacoby R. et al. The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition-Current Knowledge and Future Directions. Frontiers in Plant Science, 2017.
