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Algumas plantas são capazes de dominar espaços desabitados como dunas de areia, substratos vulcânicos e áreas de queda de rochas. Os primeiros colonizadores têm características específicas que lhes permitem crescer em ambientes tão hostis. Outras plantas não têm essas características, mas logo seguirão essas pioneiras. Ricardo Martínez-García do Center for Advanced Systems Understanding (CASUS), um instituto do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), e colaboradores da Espanha e do Brasil investigaram o tipo de interação entre diferentes espécies nesses territórios recém-conquistados com a ajuda de um modelo matemático baseado no conhecimento existente da fisiologia das raízes. Seu novo modelo conecta o tipo de interação de espécies com a disponibilidade geral de um recurso escasso do solo. Ele também revela a melhor estratégia para o pioneiro que pode aproveitar um recurso que não está disponível gratuitamente.
As plantas interagem de muitas maneiras diferentes e, com muita frequência, vemos que um indivíduo está apoiando outro de uma espécie diferente. O termo que os especialistas usam para isso é facilitação. Com a facilitação simbiótica, ambas as plantas apoiam uma à outra. Com a facilitação comensalística, a planta nutrida não afeta seu benfeitor nem positiva nem negativamente. O terceiro tipo de facilitação é chamado de facilitação antagônica. Aqui, o parceiro nutrido se beneficia às custas do benfeitor. Este último, por exemplo, deixa um recurso autoproduzido para o parceiro, embora ele pudesse realmente usá-lo ele mesmo. O benfeitor parece “aceitar” esta situação: nem um tipo de reação defensiva contra a remoção de recursos nem uma parada completa da produção podem ser observados.
“Há um debate em andamento sobre se a facilitação antagônica realmente existe. Nosso estudo fornece um resultado claro: esse tipo de interação entre espécies de plantas pode ocorrer na natureza”, diz o Dr. Ricardo Martínez-García, jovem pesquisador do CASUS e autor correspondente do estudo que será publicado na segunda edição de outubro do periódico Novo Fitologista. “Para provar a facilitação antagônica experimentalmente, é preciso um grande esforço. Para começar, deve-se descartar que esse tipo de interação não seja facilitação simbiótica nem comensalística. Além disso, deve-se mostrar que não é uma competição clássica em que ambas as plantas estão prejudicando uma à outra na luta por recursos.”
Plantas como mineradores
Martínez-García, bem como Ciro Cabal (Universidade Rei Juan Carlos, Madri, Espanha) e Gabriel A. Maciel (Instituto Sul-Americano de Pesquisa Fundamental, São Paulo, Brasil), os dois principais autores do estudo, concentraram seus esforços de modelagem em um exemplo da natureza onde a existência de facilitação antagônica era suspeita há muito tempo: plantas pioneiras começando a crescer em solo desabitado e outras plantas logo seguindo o rastro. Essas plantas pioneiras podem projetar seu ambiente para aumentar a disponibilidade de certos recursos escassos do solo, como nitrogênio e fósforo. Suas habilidades certamente as ajudam a prosperar e elas não parecem se incomodar com o surgimento de plantas oportunistas se servindo no bufê. O ponto principal é que a pioneira ainda se beneficia de suas características especiais. De um ponto de vista experimental, o exemplo da planta pioneira parece ser um sistema administrável. No entanto, os profissionais ainda não conseguiram determinar o tipo de interação para este exemplo com certeza. Os resultados do modelo apresentado aqui são agora um forte argumento para a existência de facilitação antagônica nessas áreas pioneiras. É claro que é lógico que esse tipo de interação provavelmente não existe apenas aqui, mas também em outros lugares da natureza.
“Nosso modelo também mostra que as interações entre plantas são uma propriedade emergente da disponibilidade de recursos”, acrescenta Cabal. “Descobriu-se que em ambientes com baixa e intermediária disponibilidade de recursos, a facilitação antagônica é a melhor estratégia. Isso também foi sugerido há algum tempo, mas até agora não foi apoiado por dados experimentais ou modelos teóricos.” Consequentemente, a equipe de pesquisa não só foi capaz de fornecer resultados confiáveis para a existência geral desse tipo de interação. Na verdade, a facilitação antagônica é até mesmo a interação ótima entre duas comunidades de plantas sob algumas condições ambientais.
À medida que o solo muda com o tempo e mais e mais espécies de plantas florescem, a interação entre as espécies muda. Embora as espécies pioneiras continuem a aumentar a disponibilidade de recursos, isso não afeta mais as outras plantas devido à situação geral de recursos. A fase de facilitação antagônica acabou e todas as plantas competem entre si. Mais adiante no futuro, a capacidade de mineração do pioneiro se tornará um fardo nessa competição. Os pioneiros estão em desvantagem. No final, outras espécies de plantas prevalecem na competição e as plantas pioneiras não são mais encontradas no local.
Como a modelagem de raízes ajuda a explicar padrões ecológicos
A modelagem é uma ferramenta importante em ecologia, porque permite testar hipóteses e explorar ideias que são difíceis de investigar em experimentos de campo ou de laboratório. Nesses casos, simulações computacionais podem ajudar a entender a dinâmica e os padrões ecológicos e até mesmo orientar o design de experimentos de campo e de laboratório. Em um 2020 Ciência paper Cabal, Martínez-García e outros apresentaram um modelo matemático que prevê a densidade e distribuição espacial de raízes de plantas interagindo. Uma comparação com experimentos de estufa mostrou grande sobreposição com a previsão do modelo.
Para o Novo Fitologista estudo, o modelo de raiz de 2020 foi estendido e refinado para representar a interação de plantas pioneiras com seu ambiente, bem como com outras plantas. Entre outros, o modelo leva em consideração a dinâmica de um recurso de solo em demanda (entrada, decomposição, disponibilidade para as plantas, característica de mineração das plantas pioneiras), o tamanho e a forma dos sistemas de raízes das plantas e os custos de crescimento e manutenção de raízes, mineração do recurso, bem como seu transporte dentro das plantas.
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