Cultivar plantas sem água

3 de Março de 2016 / Lucas Laursen

Como os humanos podem sobreviver se o mundo fica mais seco? Aqui está a resposta de um cientista... as chamadas culturas de "ressurreição".

Desde que a humanidade começou a cultivar nossa própria comida, enfrentamos um inimigo imprevisível: a chuva. Ele vem e vai sem muito aviso, e um campo de folhas verdes exuberantes um ano pode estacar, secar e explodir no próximo. A segurança alimentar e as fortunas dependem da chuva, e em nenhum lugar mais do que na África, onde 96% das terras agrícolas dependem da chuva em vez da irrigação comum em lugares mais desenvolvidos. Tem consequências: a seca contínua da África do Sul - a pior em três décadas - custará pelo menos um quarto de sua safra de milho este ano.

A bióloga Jill Farrant (TED Talk: Como podemos fazer as culturas sobreviverem sem água) da Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, diz que a natureza tem muitas respostas para as pessoas que querem cultivar culturas em locais com chuvas imprevisíveis. Ela está trabalhando duro para encontrar uma maneira de pegar características de plantas silvestres raras que se adaptam à dessecação extrema e as usam em culturas alimentares. À medida que o clima da Terra muda e as chuvas se tornam ainda menos previsíveis em alguns lugares, essas respostas se tornarão ainda mais valiosas. "O tipo de agricultura que estou buscando é literalmente para que as pessoas possam sobreviver, pois vai ficar cada vez mais seco", diz Farrant.

Condições extremas produzem plantas extremamente difíceis. Nos desertos vermelhos enferrujados da África do Sul, montes rochosos íngremes chamados inselbergs levantam-se das planícies como os ossos da Terra. As colinas são remanescentes de uma era geológica anterior, raspadas da maioria do solo e expostas aos elementos. No entanto, nestas e formações similares em desertos ao redor do mundo, algumas plantas ferozes se adaptaram para suportar sob condições em constante mudança.

https://tedideas.files.wordpress.com/2016/02/jf_clip.gif?w=396

Farrant as chama de plantas de ressurreição. Durante meses sem água sob um sol severo, eles murcham e contraem até parecerem uma pilha de folhagens cinzas mortas. Mas as chuvas podem reanimá-los em questão de horas. Seus vídeos de lapso de tempo dos reavivamentos parecem alguém tocando uma fita da morte da planta ao contrário.

A grande diferença entre a flora "tolerante à seca" e essas plantas resistentes: o metabolismo. Muitos tipos diferentes de plantas desenvolveram táticas para resistir a períodos secos. Algumas plantas armazenam reservas de água para vê-las através de uma seca; outros enviam raízes profundas para suprimentos de água subsuperficial. Mas uma vez que essas plantas usam sua reserva armazenada ou aproveitam o suprimento subterrâneo, elas param de crescer e começam a morrer. Eles podem ser capazes de lidar com uma seca de algum comprimento, e muitas pessoas usam o termo "tolerante à seca" para descrever tais plantas, mas eles nunca param de precisar consumir água, então Farrant prefere chamá-las de resistentes à seca.

As plantas de ressurreição, definidas como aquelas capazes de se recuperar de manter menos de 0,1 gramas de água por grama de massa seca, são diferentes. Eles não têm estruturas de armazenamento de água, e seu nicho em rostos rochosos os impede de tocar águas subterrâneas, então eles desenvolveram a capacidade de mudar seu metabolismo. Quando detectam um período seco prolongado, desviam seus metabolismos, produzindo açúcares e certas proteínas associadas ao estresse e outros materiais em seus tecidos. À medida que a planta seca, esses recursos assumem primeiro as propriedades de um mel, depois de borracha, e finalmente entram em um estado semelhante ao vidro que é "o estado mais estável que a planta pode manter", diz Farrant. Isso retarda o metabolismo da planta e protege seus tecidos dessecados. As plantas também mudam de forma, murchando para minimizar a área superficial através da qual sua água restante pode evaporar. Eles podem se recuperar de meses e anos sem água, dependendo da espécie.

O que mais pode fazer esse truque de secar e reviver? Sementes - quase todas elas. No início de sua carreira, Farrant estudou "sementes recalcitrantes", como abacates, café e lichia. Embora saborosas, essas sementes são delicadas — elas não podem germinar se secarem (como você deve saber se você já tentou cultivar uma árvore a partir de um poço de abacate). No mundo das sementes, isso as torna raras, porque a maioria das sementes de plantas em floração são bastante robustas. A maioria das sementes pode esperar as estações secas e pouco acolhedoras até que as condições estejam certas e comecem a crescer. No entanto, uma vez que eles começam a crescer, tais plantas parecem não reter a capacidade de apertar o botão de pausa no metabolismo em suas hastes ou folhas. Depois de concluir seu Doutorado em sementes, Farrant começou a investigar se seria possível isolar as propriedades que tornam a maioria das sementes tão resistentes e transferi-las para outros tecidos vegetais. O que Farrant e outros descobriram nas últimas duas décadas é que há muitos genes envolvidos na resposta das plantas da ressurreição à dessecação. Muitos deles são os mesmos que regulam como as sementes se tornam tolerantes à dessecação enquanto ainda anexam sua planta-mãe. Agora eles estão tentando descobrir quais processos de sinalização molecular ativam esses genes de construção de sementes em plantas de ressurreição - e como replicá-los nas culturas. "A maioria dos genes são regulados por um conjunto mestre de genes", diz Farrant. "Estamos olhando para os promotores de genes e qual seria o seu interruptor mestre."

Agora, para adicionar esses genes resistentes a culturas úteis. Uma vez que Farrant e seus colegas sentem que têm uma melhor noção de quais interruptores jogar, eles terão que encontrar a melhor maneira de fazê-lo em culturas úteis. "Estou tentando três métodos de reprodução", diz Farrant: convencional, modificação genética e edição de genes. Ela diz estar ciente de que muitas pessoas não querem comer culturas geneticamente modificadas, mas ela está avançando com todas as ferramentas disponíveis até que uma funcione. Tanto os agricultores quanto os consumidores podem escolher se usam ou não qualquer versão que prevaleça: "Estou dando às pessoas uma opção". Farrant e outros no negócio da ressurreição se reuniram no ano passado para discutir as melhores espécies de plantas de ressurreição para usar como modelo de laboratório. Assim como pesquisadores médicos usam ratos para testar ideias para tratamentos médicos humanos, botânicos usam plantas relativamente fáceis de crescer em um laboratório ou ambiente de estufa para testar suas ideias para espécies relacionadas. Boea hygrometrica, também conhecida como a violeta rochosa de Queensland, é uma das plantas de ressurreição mais bem estudadas até agora, com um genoma de rascunho publicado no ano passado por uma equipe chinesa. Também no ano passado, Farrant e colegas publicaram um estudo molecular detalhado de outra candidata, Xerophyta viscosa, uma planta sul-africana durona com flores semelhantes a lírios, e ela diz que um genoma está a caminho. Um ou ambos os modelos ajudarão os pesquisadores de dessecação a testar suas ideias — até agora feitas principalmente em laboratório — em gráficos de teste.

Entender a ciência básica primeiro é fundamental. Há boas razões pelas quais as plantas agrícolas já não usam defesas de proficação. Por exemplo, há um alto custo de energia na mudança de um metabolismo regular para um metabolismo quase sem água. Também será necessário entender que tipo de rendimento os agricultores podem esperar e estabelecer a segurança da planta. "O rendimento nunca será alto", diz Farrant, então essas plantas não serão direcionadas aos agricultores de Iowa que tentam tirar mais dinheiro de campos já exuberantes, mas agricultores de subsistência que precisam de ajuda para sobreviver a uma seca como a atual na África do Sul. "Minha visão é para o agricultor de subsistência", diz Farrant. "Estou mirando culturas de valor africano."

SOBRE O AUTOR

Lucas Laursen é um jornalista que aborda como as pessoas usam a ciência, os mercados e a serendipity para testar novas ideias. Escreveu para a Scientific American, IEEE Spectrum, e produziu rádio para Deutsche Welle (em inglês) e NPR's Here and Now.