11 662 vírus recentemente identificados revelam vida oculta numa zona de mineração em águas profundas do Pacífico

Uma vasta comunidade viral sob os locais de mineração

Cientistas que estudaram sedimentos da Zona Clarion-Clipperton, no oceano Pacífico, identificaram 11 742 vírus distintos, incluindo 11 662 variedades até agora não registadas, numa área que suscita grande interesse por parte de empresas à procura de metais no fundo do mar. Os vírus recém-identificados representam mais de 99% do total, revelando uma parte do ecossistema que, em grande medida, ainda não foi catalogada e que a mineração poderá perturbar.

A investigação, publicada na Nature Communications, envolveu Bowen Hou e Lilan Zhang, da Universidade de Chongqing, e Dong Sung, do Segundo Instituto de Oceanografia da China. A equipa analisou mais de 60 amostras de sedimentos recolhidas em 2023 e 2024 na região entre o Havai e o México, onde o oceano atinge profundidades de cerca de 6000 metros.

A maioria dos vírus parece estar adaptada a infetar bactérias e arqueias, dois grupos de organismos microscópicos que ajudam a reciclar nutrientes no fundo do mar. As descobertas dizem respeito ao funcionamento de um ecossistema remoto, com poucas ameaças diretas aparentes para a saúde humana.

A descoberta surge numa altura em que os investigadores estudam dois problemas interligados: de que forma a mineração poderá alterar as comunidades microscópicas do fundo do mar e se as áreas protegidas poderão ajudar à recuperação dos habitats danificados. Um estudo separado de modelação por computador sugere que as 13 áreas protegidas da região trocam muito poucas larvas de animais, enquanto uma expedição europeia analisa os danos deixados por um ensaio de equipamento de mineração realizado em 2021.

Em conjunto, estas investigações quantificam um difícil problema de conservação. Os cientistas continuam a identificar os organismos que vivem na zona de mineração, enquanto governos e empresas ponderam atividades que destruiriam o seu habitat e perturbariam os sedimentos circundantes.

Como os investigadores encontraram os vírus ocultos

A equipa de investigação chinesa extraiu ADN e ARN, moléculas que transportam informação genética, de amostras de sedimentos recolhidas durante os dois anos de amostragem. Utilizou sequenciação metagenómica, um método que lê material genético de uma amostra ambiental mista, sem exigir que cada organismo seja cultivado separadamente em laboratório.

Esta abordagem permite aos cientistas procurar vestígios genéticos de muitos vírus numa pequena quantidade de lama, de uma só vez. A comparação com sequências existentes ajuda depois a identificar grupos virais distintos e a investigar que organismos esses vírus poderão infetar.

Apenas cerca de 4% dos agrupamentos de proteínas identificados no estudo correspondiam a registos em bases de dados globais existentes. As proteínas desempenham muitas das funções no interior das células e dos vírus, e os investigadores agrupam proteínas semelhantes para procurar funções comuns ou relações evolutivas. A baixa percentagem de correspondências mostra quão pouco desta diversidade genética das profundezas oceânicas foi catalogada.

As duas percentagens em destaque dizem respeito a medições diferentes. Mais de 99% refere-se aos vírus que nunca tinham sido registados; cerca de 4% diz respeito às correspondências entre agrupamentos de proteínas e entradas nas bases de dados. Ambas apontam para uma comunidade pouco representada nos registos científicos existentes.

O que fazem estes vírus no fundo do mar

As bactérias e as arqueias realizam reações químicas que fazem circular carbono, azoto, fósforo, enxofre e metais nos sedimentos das profundezas oceânicas. Num local sem luz solar, essas reações ajudam a sustentar a cadeia alimentar local e determinam a forma como os materiais são armazenados ou libertados.

Os vírus influenciam estes processos ao infetarem hospedeiros microbianos. Alguns transportam genes metabólicos auxiliares, instruções genéticas que podem alterar a forma como uma célula infetada processa nutrientes ou reage ao meio envolvente. A equipa identificou indícios genéticos de que os vírus nos campos de nódulos poderão influenciar o metabolismo microbiano, incluindo possíveis respostas ao stress provocado por metais.

Estas funções ainda precisam de ser mais investigadas. As sequências genéticas permitem aos investigadores identificar atividades possíveis; são necessárias medições de comunidades vivas para determinar como essas atividades se desenrolam no fundo do mar.

Os investigadores descreveram o objetivo do seu levantamento na Nature Communications:

uma referência fundamental, anterior à mineração, do ecossistema microbiano para futuras avaliações de impacto ambiental.

Uma referência de base é um registo das condições antes do início de uma atividade. Neste caso, fornece um ponto de partida para futuros levantamentos acompanharem as mudanças nas comunidades virais, nos seus hospedeiros e nos processos químicos que sustentam.

Porque atrai o mesmo fundo do mar as empresas de mineração

A Zona Clarion-Clipperton contém a maior acumulação conhecida de nódulos polimetálicos do mundo. Estes nódulos contêm manganês, níquel, cobalto e outros metais procurados para utilizações industriais, incluindo eletrónica e baterias.

A Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos concedeu 31 contratos de exploração de minerais em águas profundas, segundo os dados que acompanham a investigação sobre os vírus. Dezassete situam-se na Zona Clarion-Clipperton, incluindo cinco atribuídos à China. Os contratos de exploração permitem investigar os depósitos e as condições ambientais; a extração comercial exige um processo regulamentar adicional.

Os nódulos também fornecem superfícies duras num fundo marinho dominado, de outro modo, por lama fina. Os animais fixam-se neles e alguns servem de abrigo a outros. A remoção de um nódulo elimina, por isso, tanto material mineral como um local onde viver.

O doutor Matthias Haeckel, biogeoquímico do Centro Helmholtz de Investigação Oceânica GEOMAR, em Kiel, e cientista-chefe da expedição SONNE que investiga os impactos da mineração, descreveu os organismos que neles vivem:

Normalmente, encontramos dois a três organismos pequenos em cada nódulo.

O crescimento dos nódulos é extraordinariamente lento. O relato da expedição de Haeckel indica uma taxa de cerca de um a dois milímetros por milhão de anos. As taxas variam consoante o tipo de nódulo e a localização, mas a reconstrução destes habitats demora tempo geológico, muito para além da duração de um projeto de mineração.

A perturbação pode ir além dos percursos das máquinas de recolha

Os veículos de mineração removeriam nódulos e revolveriam os sedimentos à superfície. As partículas finas podem subir na coluna de água, deslocar-se e voltar a depositar-se, cobrindo organismos fora do percurso imediato das máquinas. Os animais fixos aos nódulos têm poucas possibilidades de escapar.

Haeckel explicou como esses sedimentos depositados podem afetar diferentes animais:

Alguns organismos conseguem limpar-se, outros não. É também muito provável que os que filtram o alimento da água sejam afetados.

O estudo dos vírus aponta para outra camada de perturbação, por baixo dos animais visíveis. A deslocação dos sedimentos poderá alterar os locais onde vivem os vírus e os seus hospedeiros, a forma como se encontram e o modo como as comunidades microbianas processam nutrientes e metais. As experiências de perturbação anteriores citadas pelos autores detetaram efeitos nos sedimentos dos campos de nódulos que perduraram durante décadas.

A equipa identificou também uma possível fonte de recuperação parcial: populações virais e funções genéticas partilhadas pelos sedimentos profundos e superficiais. As comunidades mais profundas poderão contribuir para reconstruir algumas comunidades à superfície após uma perturbação. A dimensão dessa contribuição e os efeitos da mineração sobre estes vírus e os seus hospedeiros continuam por determinar.

Regresso ao ensaio de mineração de 2021

A expedição SO322 do navio de investigação SONNE está a estudar um local na Zona Clarion-Clipperton onde a empresa belga Global Sea Mineral Resources testou um veículo de recolha telecomandado na primavera de 2021. O ensaio decorreu a profundidades superiores a 4000 metros.

Ao longo de 74 horas, a máquina percorreu cerca de 32 quilómetros e recolheu nódulos numa área de 54 000 metros quadrados. São 5,4 hectares, uma área suficientemente grande para permitir aos investigadores estudar tanto os próprios percursos como os sedimentos circundantes afetados pelo ensaio.

A expedição reúne 39 investigadores de 17 instituições de sete países europeus. O equipamento inclui o veículo operado remotamente KIEL 6000, o veículo subaquático autónomo ABYSS, instrumentos colocados no fundo do mar e dispositivos de recolha de sedimentos. O trabalho integra o MiningImpact, um programa de investigação que estuda potenciais efeitos da mineração desde 2015.

Os cientistas planeiam examinar habitats no fundo do mar e na coluna de água, avaliar durante quanto tempo persistem os efeitos das plumas de sedimentos e investigar se superfícies artificiais duras poderão favorecer a recolonização em locais onde os nódulos foram removidos.

Haeckel descreveu a dimensão do trabalho de identificação que ainda falta realizar:

Muitas espécies na CCZ são extremamente raras; cerca de 90% das espécies que já recolhemos continuam por identificar e não têm nome. E ninguém sabe quantas espécies ainda estão por descobrir.

Esta estimativa diz respeito às espécies recolhidas pelos investigadores da expedição, enquanto a percentagem de 99% do estudo dos vírus se refere a vírus recém-registados no levantamento de sedimentos. Cada valor mede uma parte diferente da biodiversidade da região, ainda pouco catalogada.

Há poucas ligações entre as áreas protegidas

Um estudo liderado por Molly Kendall James e colegas, publicado na Nature Ecology & Evolution, analisou se as 13 Áreas de Particular Interesse Ambiental da Zona Clarion-Clipperton funcionam como uma rede de conservação interligada.

Muitos animais do fundo do mar começam a vida como larvas transportadas pelas correntes. Se as larvas conseguirem deslocar-se entre áreas protegidas, as populações poderão trocar genes e fornecer novos indivíduos a outros locais. Os investigadores modelaram esse movimento usando dados sobre a circulação oceânica e mais de 68 milhões de partículas simuladas por execução.

As partículas representavam larvas à deriva perto do fundo do mar durante 19, 35 ou 69 dias. As simulações abrangeram janeiro e julho de 2019 e 2023. Mesmo na simulação de maior duração, as distâncias medianas percorridas mantiveram-se abaixo dos 100 quilómetros, face a distâncias de cerca de 200 a 800 quilómetros entre áreas protegidas.

Apenas cinco das 156 ligações diretas possíveis entre reservas apresentaram alguma troca. Menos de 0,02% das larvas simuladas libertadas numa área protegida chegaram a outra, e três percursos representaram mais de 99% das transferências entre reservas.

O modelo manteve as larvas a cerca de 10 metros do fundo do mar. A duração da vida das larvas na região é pouco conhecida, e nadarem a maior altura, onde encontram correntes diferentes, poderia alterar os seus percursos. Os resultados descrevem as ligações esperadas nessas condições específicas e fornecem um ponto de partida testável para o planeamento.

De onde poderá vir a recuperação

Nas zonas de mineração do modelo, 76% das larvas que aí se fixavam provinham das próprias zonas de mineração, 19% de áreas não protegidas situadas fora dessas zonas e apenas 5% da rede de áreas protegidas. Assim, antes da perturbação, as populações locais forneciam a maior parte das novas larvas simuladas.

Os investigadores testaram depois um cenário em que as zonas de mineração deixavam de fornecer larvas. As áreas não protegidas situadas fora das zonas de mineração forneciam 81% das larvas que continuavam a fixar-se, enquanto as áreas protegidas forneciam 19%. Esta alteração mostra por que razão os habitats fora das reservas designadas podem ser muito importantes para a recuperação.

A equipa identificou 53 células de corredores propostos, cada uma com 100 por 100 quilómetros, que poderiam ligar as reservas existentes através de habitats intermédios. A área total seria de 530 000 quilómetros quadrados.

A proteção destas células permitiu identificar 151 percursos indiretos no modelo e aumentou em 406 vezes o movimento entre reservas. A proporção de partículas libertadas em áreas protegidas que chegavam a outra área protegida passou de cerca de uma em cada 5556 para uma em cada 14.

Apenas 11% da área dos corredores propostos se sobrepunha a zonas já abrangidas por contratos. No cenário de perturbação, a rede de áreas protegidas alargada fornecia 36% das larvas que continuavam a fixar-se nas zonas de mineração, face a 19% na configuração atual.

O modelo analisou a perda de fontes de larvas. As plumas de sedimentos, o ruído e outros efeitos que se estendam para além dos limites de mineração exigem uma avaliação adicional. O contributo prático do estudo é identificar locais onde a proteção de mais habitats poderá melhorar as ligações entre populações.

As decisões aproximam-se enquanto os levantamentos prosseguem

As provas disponíveis abrangem agora levantamentos genéticos, modelos de circulação oceânica e a análise direta de um local de ensaio de mineração. Cada uma destas abordagens responde a uma parte da mesma questão: o que poderá perder-se, como se propaga a perturbação e onde poderá começar a recuperação.

Os principais acontecimentos e próximos passos anunciados incluem:

• 2015: O MiningImpact iniciou o estudo dos efeitos ambientais da potencial mineração em águas profundas.
• Primavera de 2021: A Global Sea Mineral Resources testou o seu veículo de recolha na Zona Clarion-Clipperton.
• 2023 e 2024: Os investigadores recolheram as amostras de sedimentos usadas no estudo dos vírus.
• Expedição SO322: Os cientistas estão a investigar o legado do ensaio de 2021 e possíveis vias para a recolonização.
• 19 de novembro de 2026: Estão previstas duas vendas de concessões dos fundos marinhos dos Estados Unidos ao largo da Samoa Americana, segundo o plano anunciado.

A proposta para a Samoa Americana diz respeito a outra zona do Pacífico, distinta da Zona Clarion-Clipperton. As duas áreas de concessão propostas abrangem, no total, mais de 31 milhões de acres e situam-se junto ao Monumento Nacional Marinho do Atol de Rose. O governador Pulaali'i Nikolao Pula opôs-se à extração comercial de minerais nas águas do território.

A proposta dos Estados Unidos ilustra a pressão mais ampla para abrir os depósitos do fundo do Pacífico à mineração enquanto prosseguem os estudos ecológicos. Na Zona Clarion-Clipperton, o novo catálogo de vírus oferece um instrumento concreto para a avaliação ambiental: os investigadores podem agora procurar alterações em milhares de grupos virais até aqui não registados, além de mudanças nos animais, na química dos sedimentos e nas ligações entre habitats.

Para o planeamento da conservação, os estudos apontam para duas tarefas que têm de avançar em simultâneo. Os cientistas precisam de compreender os organismos e os processos numa determinada área do fundo marinho, enquanto as entidades reguladoras têm de considerar as ligações dessa área com as zonas circundantes. A remoção dos nódulos afeta a primeira; a perturbação das vias de recolonização afeta a segunda.

Pontos principais

• Os investigadores identificaram 11 742 vírus nos sedimentos da Zona Clarion-Clipperton, incluindo 11 662 variedades até agora não registadas.
• A maioria parece estar associada a bactérias e arqueias e poderá influenciar a circulação de nutrientes e as respostas aos metais.
• A perturbação dos sedimentos poderá afetar as comunidades virais, bem como os animais que vivem nos nódulos.
• Um modelo de circulação identificou apenas cinco ligações diretas entre 156 percursos possíveis entre 13 áreas protegidas.
• A inclusão de 53 corredores de habitat propostos aumentou consideravelmente as ligações no modelo.
• A expedição SONNE está a analisar os efeitos de um ensaio de mineração de 2021 para contribuir para as avaliações ambientais e a regulamentação.