Atividade Geoquímica

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Atividade Optativa de Geoquímica Marinha
Fontes Hidrotermais: Biota
Izabela Bonaccorsi Freire
Introdução
Investigações sobre os sistemas hidrotermais do fundo do mar são recentes e tem focado principalmente em de vents ativos, por três motivos principais: 1) as plumas provenientes de vents ativos podem ser detectadas em distâncias quilométricas de sua fonte; 2) vents hospedam exuberantes e únicos ecossistemas quimiossintetizantes; e 3) vents ativos proporcionam oportunidade para medições diretas de fluxos de fluidos, composições, temperaturas e estudos sobre adaptação de espécies. 
Há evidência crescente que o número total de sistemas hidrotermais inativos, e tonelagem total de sulfeto a partir desses, pode ser maior do que a que foi descoberto e estimada a partir de sítios ativos. Pouco é conhecido sobre a taxa de oxidação de sulfureto no fundo do mar ou de comunidades biológicas que habitam esses depósitos. A necessidade de uma melhor compreensão dos depósitos de sulfureto inativos é reforçada pela crescente segmentação desses depósitos em empresas de exploração para os seus metais preciosos e de base, além de importante fonte de informações sobre processos geoquímicos e biológicos que ocorrem nesses sistemas pontuais.
Distribuição
Basicamente, as fontes hidrotermais de mar profundo formam-se em zonas de expansão e subducção do assoalho oceânico associados às bordas das placas tectônicas. Fora do eixo das cordilheiras, tais ambientes podem estar presentes também em pontos quentes (hotspots), tais como o ponto quente formador das ilhas do arquipélago do Havaí.Figura 1: Distribuição global de fontes hidrotermais (vermelho), coldseep (azul) e queda de baleia (amarelo) sites que foram estudados em relação à sua fauna. Criado por MBaker e DCuvelier, com dados da literatura publicada ou fornecido pelos pesquisadores.
Mais da metade dos aproximadamente 280 locais ativos conhecidos ou inferidos ocorrem no Pacifico Oriental onde há forte pesquisa sobre o assunto.
 Formação
Figura 2: Processos de formação de fluido hidrotermal, etapas de 1 a 7.
Podemos esquematizar e resumir a formação do fluido em 7 etapas:
A Água entra pelas fissuras da crosta (1), e pela elevação abrupta da temperatura a até 380ºC há remoção de O2, K, Ca, SO4 e Mg (2) e incorporação de Sílica, Sulfetos, e metais (3). A elevação da temperatura e diminuição do pH (4), faz com que a água com alta temperatura, retire do sedimento elementos como Cu, Zn, Ca, Mn, SiO3, S, Fe, K, Ba, Au através do fluxo (5). Ocorre a ascensão do fluido hidrotermal, com alta temperatura e viscosidade, baixo pH e baixa densidade (6), e com o contato com águas frias e oxigenadas, ocorre a precipitação de sulfetos polimetálicos e formação das fumarolas cinzas ou brancas (7).
Caracterização do Fluido Hidrotermal
 Diferenças físico-químicas com a água do mar geram a construção das chaminés devido à solubilização e precipitação de alguns compostos como Anidrita, Sulfeto de ferro, Zn, Cu e óxidos de ferro.
Biota
Nas fontes hidrotermais temos a presença de comunidades com alta biomassa e baixa diversidade, vistas pela primeira vez em 1977, por meio do submersível Alvin, nas falhas de Galápagos, a 2.700 m de profundidade. São verdadeiros Oasis de mar profundo, formados por comunidades incomuns e quimiossintetizantes dependentes de bactérias quimioautotróficas, que acompanham a atividade hidrotermal. 
Vermes tubícolas, os poliquetas siboglinídeos Rifita pachyptila chegam a 3m de comprimento, sem trato digestório nem boca, fazem simbiose com bactérias quimiossintetizantes e tem no sangue a hemoglobina, proteína que se liga ao sulfeto para transportá-lo até as bactérias. Figura 3: Riftia pachyptila
Sua pluma vermelha, altamente vascularizada, é o órgão de troca de compostos com o meio. As bactérias vivem em órgão especializado dentro do corpo da Riftia, podendo ser até metade do peso corporal.
Na simbiose das fontes hidrotermais as bactérias convertem elementos químicos em matéria orgânica (quimiossíntese) e os animais concentram nitrato no sangue (em até 100 x em relação ao meio). 
Figura 4: Bactéria quimiossintetizante Thiomicrospira crunogena.
Figura 5: Fontes de energia em ecossistemas quimiossintéticos, incluindo reações de Quimiossíntese.
Outra comunidade importante são as de caranguejos. Várias espécies vivem próximas as fumarolas, o Bythograea é um dos predadores do ecosistema, sendo geralmente é o primeiro a colonizar um novo vent, formando densos agregados. Figura 6: Figura 6: Alvinella pompejana e bactérias em filamentos.
Figura 7: Aglomeração de Bythograea
O anelídeo “verme pompéia”, Alvinella pompejana, é o animal mais tolerante ao calor. Pode viver a 80°C e tem grande tolerância a variação térmica. Enquanto sua cauda está a 80°C os tentáculos estão a 20 ºC. O anelídeo tem proteínas com grande estabilidade ao calor: são hidrofóbicas e possuem muitas porções ionizadas, ligações fortes e que não se quebram com o calor. Vive em tubos pergamináceos em densos agregados, unidos a bactérias simbiontes em forma de filamentos. A Alvinella secreta muco com glândulas nas costas para alimentar as bactérias. 
Na abundância de espécies de invertebrados destacam-se também os bivalves vesicomídeos do gênero Calyptogena e mexilhões Bathymodiolus.Figura 8: Bathymodiolus
Figura 9: Calyptogena
Nos últimos anos temos visto o surgimento de novas técnicas de sequenciamento de DNA. Essas tecnologias oferecem-nos com novas perspectivas e dados para tratar de questões fundamentais sobre a evolução das espécies de vents, os processos em curso de seleção e especiação, a conectividade das comunidades de vents, e os efeitos potenciais das mudanças globais sobre a sobrevivência destes assentamentos biológicos.
Condições físico-químicas, incluindo a baixa presença de oxigênio, altas temperaturas, radioatividade, toxinas potenciais e gradientes extremos, podem ser um desafio para a sobrevivência de organismos. Isto explica em parte o alto grau de endemismo. Estudos genéticos permitem comparativo que pode apontar as mutações fundamentais na adaptação de organismos de vents. Embora adaptado à extinção episódica de fontes, a capacidade das espécies para dispersar, assim como o tamanho crítico população para permitir recuperação de perturbação, tem sido pouco estudados para a maioria das espécies.
Referências
From Ridge Crest to deep-Ocean Trench: Formation and Evolution of the Oceanic Crust and its Interaction with the Ocean, Biosphere, Climate and Human Society. InterRidge News, Vol.21, InterRidge Steering Committee (including Ferreira, P. and others) (2012). 
Introduction to Martine Biogeochemistry, Vol. 2, Susan M. Libes, (eds.), (2009).
Mid-Ocean Ridges: Hydrothermal Interactions Between the Lithosphere and Oceans, Geophysical Monograph Series 148, C.R. German, J. Lin, and L.M. Parson (eds.), (2004).
The Ecology of Deep Sea Hydrothermal Vents, Van Dover, Cindy Lee.