Os processos químicos, físicos e biológicos que controlam, em grande parte, a disponibilidade de nutrientes, o transporte de poluentes, a contaminação do ambiente e outros aspectos relacionados estão sendo mais facilmente desvendados com o auxílio da luz síncrotron – radiação eletromagnética produzida por aceleradores de partículas.
Essas e outras aplicações da radiação síncrotron em diversas áreas do conhecimento foram apresentadas durante a São Paulo School of Advanced Sciences on Recent Developments in Synchrotron Radiation - SyncLight 2015, realizada no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), de 13 a 24 de julho. O SyncLight teve apoio da FAPESP por meio do programa Escola São Paulo de Ciência Avançada (ESPCA).

De acordo com Hélio Cesar Nogueira Tolentino, pesquisador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e coordenador da Escola que reuniu pesquisadores e estudantes de 17 países, o objetivo foi oferecer um panorama amplo das aplicações da radiação síncrotron para o avanço da ciência.

“A luz síncrotron tem importantes aplicações em áreas como física, química, biologia, geociências, medicina, engenharia e ciência dos materiais, entre outras. O SyncLight pretendeu motivar e ajudar a preparar essa nova geração de usuários dessa importante ferramenta científica para todo o potencial que ela oferece, apresentando técnicas avançadas ligadas à radiação síncrotron e discutindo seus potenciais”, disse à Agência FAPESP.

No caso das geociências, a luz síncrotron tem possibilitado o aprofundamento do conhecimento sobre o solo por melhorar nosso entendimento sobre diversos processos que ocorrem em escala microscópica, explicou Dalton Belchior Abdala, pesquisador do LNLS na área de ciências do solo.

“O desenvolvimento da agricultura brasileira será, em grande parte, um reflexo dos avanços tecnológicos obtidos pelo emprego dessas técnicas. As fronteiras do conhecimento científico em geociências nas próximas décadas serão o melhor entendimento dos processos químicos, físicos e biológicos que ocorrem em solos em seu nível mais fundamental, ou seja, o nível atômico, e a radiação síncrotron terá papel fundamental nisso.”

Abdala apresentou, na ocasião, técnicas de espectroscopia de absorção de raios X aplicadas à pesquisa em geociências, utilizadas especialmente para determinar a presença de metais em solos e que permitem entender sobre aspectos da reatividade desses elementos no ambiente.

“As pesquisas nessa área buscam compreender as reações que ocorrem nas interfaces entre os diferentes componentes de solos – uma mistura heterogênea de compostos orgânicos e inorgânicos de diferentes composições. A luz síncrotron facilita essa compreensão por permitir aos pesquisadores observar reações que ocorrem na escala dos átomos e das moléculas”, explicou.

Em função de suas características, a radiação síncrotron permite o estudo de processos biogeoquímicos e a simulação das condições de sua ocorrência na natureza. Geralmente, a utilização dessas técnicas requer o mínimo de preparação da amostra, possibilitando a observação de elementos que se encontram naturalmente em concentrações bastante diluídas no solo, e a partir disso, elaborar protocolos para, entre outros objetivos, melhorar a eficiência agronômica de materiais utilizados na agricultura, como fertilizantes e agroquímicos, por exemplo.

A elaboração de novos fertilizantes tem sido uma das linhas de pesquisa que mais têm utilizado as instalações do LNLS. Nesses estudos, tem-se dado ênfase ao fósforo para produção de fertilizantes fosfatados, por ele ser um macronutriente essencial para o ciclo de vida das plantas. Além disso, por se tratar de um elemento cujas reservas estão cada vez mais escassas.

A atual fonte de luz síncrotron do LNLS, o UVX, único acelerador de partículas em operação na América Latina, também tem sido utilizada por pesquisadores da Universidade Federal de Viçosa (UFV) para estudar o fosfato em colônias pinguineiras na Antártica.

É importante ressaltar que, nos estudos conduzidos pelos pesquisadores da UFV, o foco das pesquisas é o de monitorar as sucessões ecológicas ocorridas no continente antártico como resultado do aquecimento global, nos quais os fosfatos podem ser utilizados como indicadores dessas sucessões.

Para a caracterização química e mineral dos solos antárticos, foram utilizadas três técnicas experimentais disponíveis em três linhas de luz do LNLS: difração, fluorescência e espectroscopia de absorção de raios X moles.

“Por meio da técnica de absorção de raios X, uma das técnicas de maior interesse em pesquisa em geociências, é possível determinar a forma química de um elemento de maneira muito direta, podendo-se ter acesso ao ambiente local de um determinado átomo”, explicou Abdala.

É por meio de estudos como estes que é possível determinar se o fósforo, em determinada condição ambiental, está associado à matriz do solo por uma ligação bidentada ou monodentada.

“Se for determinado que o fósforo encontra-se predominantemente em sua forma monodentada, pode-se concluir que ele está menos intimamente associado à matriz do solo, podendo ser mais facilmente absorvido pela planta, mas também mais facilmente perdido para o ambiente. Se a forma predominante for a bidentada, isso implica ele estar mais fortemente associado à matriz do solo, e as chances de ele entrar em equilíbrio com a solução do solo e participar diretamente da nutrição da planta ou contaminar o ambiente serão dificultadas. Por meio de técnicas baseadas em radiação síncrotron, é possível discutir a reatividade desses elementos baseando-se na espécie química e no ambiente local de um dado elemento numa dada condição ambiental”, explicou.

Sirius

Ryan Tappero, do National Synchrotron Light Source (NSLS) dos Estados Unidos, destacou que a nova fonte de luz síncrotron brasileira, o Sirius, em construção no CNPEM, ampliará ainda mais as possibilidades de pesquisa em solo por combinar absorção, florescência e difração de raios X numa mesma câmara experimental e com precisão sem precedentes.

“No NSLS desenvolvemos diversas pesquisas de ponta, mas nosso acelerador de partículas não é mais o estado da arte em radiação síncrotron. O Sirius, uma fonte de luz síncrotron de quarta geração, vai elevar as pesquisas em diversos campos a um novo patamar por estender o espectro de radiação para raios X mais energéticos e com brilho exponencialmente superior”, disse.

Abdala explicou que a resolução espacial que será obtida no Sirius ampliará as possibilidades dos estudos sobre a rizosfera, região que representa a interface entre o solo e as raízes das plantas.

“Trata-se de uma região muito importante porque é uma interface entre solo e planta, onde se dá a absorção de nutrientes pela planta, liberação de exsudatos radiculares, entre outros processos. A resolução espacial e o tempo de aquisição de dados no Sirius facilitarão, por exemplo, estudos sobre como os micróbios afetam a ciclagem de nutrientes no solo. O entendimento da dinâmica dos processos que ocorrem na rizosfera explicará muita coisa sobre os mecanismos que as plantas utilizam para recuperar um nutriente no solo, como potássio, cálcio ou zinco.”

Também será possível avançar em estudos de biofortificação de alimentos, ou seja, no enriquecimento de alimentos com formas mais biodisponíveis de diversos nutrientes, citou Abdala.

“É conhecido que o feijão, por exemplo, é rico em ferro. Porém, muito dele está associado ao fitato, o que reduz não só a biodisponibilidade do ferro, mas também de zinco e de outros metais presentes no feijão. Com o Sirius, será possível obter maior precisão na localização e determinação das espécies químicas desses elementos em regiões de um fruto, por exemplo, e indicar que partes são de maior interesse do ponto de vista nutricional.”

O Sirius, que deve começar a operar em 2018, terá o maior brilho entre todos os equipamentos na sua classe de energia em operação ou em construção no mundo. Sua infraestrutura será aberta e poderá ser usada por pesquisadores de diversas procedências.

ESPCA

A FAPESP lançou um site para o programa Escola São Paulo de Ciência Avançada (ESPCA), que oferece recursos para a organização de cursos de curta duração em pesquisa avançada nas mais diversas áreas do conhecimento.

O site, em português e em inglês, reúne informações sobre as próximas escolas e as mais de 40 já realizadas e que reuniram milhares de estudantes e pesquisadores de diversos países – entre os quais ganhadores do Nobel como a israelense Ada Yonath, o japonês Ei-ichi Negishi, os norte-americanos Alvin Roth e John Nash e o suíço Kurt Wüthrich.

As páginas das escolas apresentam um resumo sobre a mesma, o programa final, fotos das atividades realizadas e outras informações. Várias páginas trazem ainda links para reportagens publicadas sobre as escolas na Agência FAPESP.

Cada ESPCA recebe cerca de 100 estudantes, dos quais em torno de 50% são do exterior. Para manutenção dos estudantes selecionados que venham de outras cidades, estados e países, os benefícios oferecidos são passagens aéreas, despesas de transporte terrestre local (aeroporto-hotel) e diárias na cidade que sediará a escola.

As solicitações devem ser submetidas para análise atendendo a Chamadas de Propostas anunciadas pela FAPESP e publicadas no site do programa. Onze chamadas já foram lançadas desde 2009, quando o programa foi criado.

O site do programa ESPCA pode ser acessado em: espca.fapesp.br

Fonte: Fapesp