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As plantas estão entre os exploradores mais intrépidos da Terra. Há cerca de 460 milhões de anos, as primeiras plantas começaram a sair de lagos e rios e a aparecer na terra. Naquela época, a superfície da Terra era composta principalmente de rocha nua.
Esses pioneiros tiveram que superar desafios extraordinários durante a transição do estilo de vida aquático. As culturas que cultivamos para nos alimentarmos agora estão a lutar para se adaptarem aos novos extremos do nosso clima. Mas há uma forma de ajudar a protegê-los: despertar a sua antiga resiliência.
Todas as plantas necessitam de 17 nutrientes para viver. Nitrogênio, fosfato e potássio são os mais importantes. Um suprimento limitado de qualquer um desses prejudica o crescimento da planta.
Assim, durante milénios, os humanos domesticaram as culturas para maximizar a produção e para garantir que as plantas tivessem um fornecimento suficiente dos nutrientes de que necessitavam. Nossos ancestrais coletaram e espalharam excremento noturno (fezes humanas) nos campos para fertilizá-los e lutaram por terras cobertas por guano de pássaros rico em nutrientes. Mais recentemente, os seres humanos criaram um comércio global de fertilizantes azotados sintéticos. A ascensão da civilização humana está interligada com o uso de nutrientes vegetais na agricultura.
Muitas pessoas pensam nas plantas como verduras bonitas. Essencial para o ar puro, sim, mas para organismos simples. Uma mudança radical na investigação está a abalar a forma como os cientistas pensam sobre as plantas: elas são muito mais complexas e mais parecidas connosco do que se possa imaginar. Este florescente campo da ciência é demasiado encantador para lhe fazer justiça em uma ou duas histórias.
Este artigo faz parte de uma série, Plant Curious, que explora estudos científicos que desafiam a maneira como você vê a vida vegetal.
Estas práticas lideradas pelo homem podem ter impulsionado a produção de alimentos, mas também tornaram as colheitas preguiçosas.
Conexões antigas
Antigamente, as plantas tiveram que adotar soluções evolutivas engenhosas para sobreviver na terra. Uma forma pela qual evoluíram foi forjar uma relação simbiótica (mutuamente benéfica) com os fungos do solo, micorriza arbuscular, que agiam como raízes primitivas para ajudar essas primeiras plantas a acessar os nutrientes da terra. Em troca, os fungos recebiam a energia das plantas colhidas na fotossíntese.
As nossas práticas agrícolas suprimiram estas relações simbióticas.
Em vez disso, dependemos de fertilizantes químicos para cultivar os nossos alimentos, que são responsáveis tanto pelas emissões de gases com efeito de estufa como pela poluição agrícola, e são em grande parte inacessíveis para os pequenos agricultores, que produzem um terço do abastecimento alimentar global.
Longe de ser uma história antiga, no entanto, acredito que estas relações microbianas simbióticas ainda são relevantes para a forma como deveríamos ou poderíamos produzir os nossos alimentos hoje.
As plantas eventualmente desenvolveram as suas próprias raízes há cerca de 350-400 milhões de anos, mas continuaram a explorar esta relação fúngica para ajudar a absorver nutrientes da terra e do solo.
Então, há cerca de 100 milhões de anos, algumas plantas – o que hoje conhecemos como família das leguminosas, incluindo feijões, ervilhas e lentilhas – desenvolveram uma relação com bactérias no solo. A bactéria, chamada rizóbio, infecta as raízes das leguminosas e usa uma enzima para decompor o nitrogênio do ar em uma substância acessível à planta.
Worachat Tokaew/Shutterstock
As plantas selvagens ainda usam essas associações primitivas para obter esses nutrientes cruciais. As características que as plantas precisam para ativar as relações simbióticas permanecem, em sua maioria, adormecidas ou subutilizadas nos sistemas mundiais de produção de alimentos.
Pesquisa promissora
Os cientistas estão a trabalhar para compreender como as plantas interagem com estes microrganismos do solo, para que possamos reactivá-los. A produção de alimentos deve aumentar para alimentar a crescente população mundial. No entanto, é insustentável na sua forma actual, com cerca de metade da população mundial dependente de fertilizantes para a produção de alimentos. A cadeia de abastecimento de azoto sintético, por si só, produziu cerca de 10% das emissões agrícolas de gases com efeito de estufa em 2018 e está muitas vezes fora do alcance dos pequenos agricultores em África, que trabalham com algumas das terras mais esgotadas do mundo.
Pesquisas recentes sobre genes de plantas nos revelaram algo com profundas implicações. As nossas culturas de cereais têm o mesmo caminho genético antigo que as leguminosas, o que lhes permite interagir com bactérias fixadoras de azoto.
Quando as leguminosas desenvolveram a capacidade de se associarem a bactérias fixadoras de azoto, há 100 milhões de anos, utilizaram muitos dos processos já presentes na sua biologia para interagir com fungos micorrízicos arbusculares. Os cereais perderam este truque evolutivo: já tinham divergido, em termos evolutivos, das leguminosas.
A boa notícia é que a investigação sugere que é possível transferir as propriedades únicas de fixação de azoto das leguminosas para outras culturas alimentares.
Nos últimos anos, os investigadores aumentaram dramaticamente a nossa compreensão de como as plantas interagem com microrganismos benéficos. Pelo menos em laboratório, podemos encorajar as culturas de cereais a interagir de forma mais proactiva com fungos benéficos, em condições que reproduzam um campo altamente fertilizado e a começar a recapitular os processos que vemos nas leguminosas necessários para acomodar bactérias fixadoras de azoto. Os pesquisadores estão retreinando as plantas para procurar microorganismos benéficos.
Estas descobertas são vitais para o desenvolvimento de cereais que possam fixar nitrogénio sem a nossa ajuda e aceder a outros nutrientes essenciais através de interações com fungos. Sabemos agora que todas as plantas possuem o mecanismo fundamental que, até agora, apenas as leguminosas utilizavam para permitir interações com bactérias benéficas.
Podemos fazer com que as nossas culturas interajam de forma mais proativa e produtiva com fungos e bactérias benéficos. E não precisamos de começar do zero a conceber cereais para sermos mais independentes.
Porém, não será fácil. Existem vários processos complicados envolvidos na transferência da capacidade de fixar nitrogénio aos cereais, que incluem o desenvolvimento da função de reconhecimento de bactérias benéficas.
No futuro, poderá ser possível cultivar culturas sem grandes quantidades de fertilizantes químicos. Isto poderia não só transformar a sorte dos pequenos agricultores em países de baixos rendimentos que não têm acesso a fertilizantes, mas também reduzir a poluição da agricultura e as emissões de gases com efeito de estufa. Reduziria também o impacto de choques como a escassez de fertilizantes e os aumentos de preços causados pelo conflito na Ucrânia.
Embora as relações subterrâneas das plantas com os microrganismos passem em grande parte despercebidas, elas podem ser a chave para grandes avanços no futuro da agricultura.
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