Areia viva: fibras de bactérias e fungos podem reduzir a perda de água

Para quem cultiva terrenos arenosos, regar é apenas uma parte do trabalho.

A água escoa rapidamente pelos espaços entre os grãos e o vento pode transportar a areia solta. Para manter as plantas vivas, é necessário conservar a humidade junto às raízes e impedir que a areia seja levada.

Uma equipa de cientistas testou agora se as fibras produzidas por bactérias e fungos conseguem unir esses grãos.

Ao cultivar microrganismos diretamente na areia, os investigadores criaram um material a que chamam «areia viva». Os testes mostraram que este material podia reduzir a perda de água seis vezes.

Numa abordagem diferente, cultivaram películas finas de celulose bacteriana e colocaram-nas entre camadas de areia. Em ensaios laboratoriais, estas películas reduziram a permeabilidade à água cerca de 28 vezes.

O estudo, publicado na revista Carbohydrate Polymers, envolveu investigadores da Universidade Khalifa, nos Emirados Árabes Unidos, do instituto suíço de investigação Empa e da ETH Zurique.

Como as fibras microbianas ligam os grãos de areia

No solo, as raízes, os filamentos dos fungos e as fibras produzidas por microrganismos ajudam a manter as partículas unidas. Os investigadores procuraram determinar se redes microscópicas semelhantes poderiam reforçar a areia e alterar a passagem da água através dela.

Para isso, utilizaram uma bactéria produtora de celulose, Komagataeibacter medellinensis, e duas estirpes do fungo Schizophyllum commune. As estirpes pertencem à mesma espécie, mas apresentam características de crescimento diferentes.

A celulose confere às paredes das células vegetais grande parte da sua resistência. Algumas bactérias também a produzem, libertando fibras extremamente finas capazes de formar uma rede em torno das partículas próximas.

O estudo incluiu areia recolhida em dunas perto de Al Ain, nos Emirados Árabes Unidos, bem como areia de laboratório normalizada para determinados testes de resistência. Antes de acrescentarem os microrganismos e as soluções nutritivas, os investigadores esterilizaram a areia.

As imagens obtidas ao microscópio revelaram que a celulose bacteriana aderia à superfície dos grãos e ligava grãos vizinhos.

«Isto cria uma espécie de material compósito natural», afirmou Gustav Nyström, responsável pelo laboratório de Celulose e Materiais de Madeira da Empa.

As amostras tratadas com bactérias revelaram-se mais resistentes do que as tratadas com fungos. Ao fim de sete dias, uma coluna de areia com cerca de 6 centímetros de altura estava suficientemente coesa para ser retirada do molde e cortada em pedaços. Esses pedaços mantiveram-se intactos quando foram colocados em água.

Os fungos também uniram os grãos, mas as respetivas amostras eram mais frágeis. Algumas desfizeram-se ao serem retiradas dos moldes ou ao serem cortadas depois de secarem.

Películas de celulose e retenção de água na areia

Na segunda abordagem, a equipa cultivou separadamente películas de celulose e inseriu-as entre camadas de areia. Estas funcionaram como um tecido de reforço, ajudando a distribuir a força aplicada ao material.

Numa demonstração com uma carga de 10 quilogramas, um cubo de areia não tratada cedeu muito mais do que outro reforçado com películas de celulose. Em geral, as películas cultivadas durante mais tempo tornaram as amostras mais resistentes. Foram também as películas que produziram a maior redução da permeabilidade à água.

Para avaliar essa permeabilidade, os investigadores verteram água em tubos cheios de areia e mediram o tempo que esta demorava a sair pela parte inferior. Compararam areia não tratada, areia com fibras cultivadas entre os grãos e areia com uma película de celulose cultivada separadamente. Cada grupo tinha três amostras de ensaio.

A película inserida reduziu a permeabilidade, ou seja, a velocidade a que a água atravessava o material, para aproximadamente um vigésimo oitavo do valor registado na areia não tratada. Já as fibras cultivadas diretamente no interior da areia reduziram-na cerca de seis vezes.

Os investigadores mediram ainda a quantidade de água que as amostras conseguiam reter. Na areia com fibras cultivadas diretamente entre os grãos, esse valor passou de cerca de 20,2% para 25,5%. Os cientistas descrevem o aumento como ligeiro.

A equipa sugere que as fibras microbianas poderão constituir alternativas biodegradáveis a alguns materiais sintéticos usados na estabilização de solos. Ligações mais fortes entre os grãos poderão também ajudar a limitar a erosão causada pelo vento, embora as experiências não tenham medido emissões de poeiras.

«Esta abordagem permite-nos introduzir matéria orgânica e água na areia e estabilizá-la até certo ponto», afirmou Nyström.

Limitações do estudo sobre a areia viva

O trabalho continua a ser um estudo laboratorial. Os microrganismos receberam água e nutrientes em condições controladas e necessitaram de oxigénio para crescer. O crescimento foi desigual ao longo da coluna de areia tratada com bactérias, sendo a secção superior muito mais frágil do que a inferior.

As experiências não avaliaram o crescimento de culturas agrícolas nem determinaram durante quanto tempo o material resistiria às condições do deserto.

Na declaração de interesses concorrentes do artigo, três investigadores - Blaise Tardy, M-Haidar A. Dali e Mohamed Hamid Salim - revelaram ter um pedido de patente pendente.

A investigação foi publicada na revista Carbohydrate Polymers.

Este artigo foi verificado e editado por Fiona MacDonald. Embora tenhamos orgulho no nosso processo, somos apenas humanos. Se detetar algum erro, por favor informe-nos.