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As plantas colonizaram a grande maioria da superfície da Terra. Então, qual é a chave para o sucesso deles?
As pessoas costumam pensar nas plantas como formas de vida simples e sem sentido. Eles podem viver enraizados em um só lugar, mas quanto mais os cientistas aprendem sobre as plantas, mais complexos e receptivos percebemos que eles são. Eles são excelentes em se adaptar às condições locais. As plantas são especialistas, aproveitando o que está próximo de onde germinam.
Aprender sobre as complexidades da vida vegetal é mais do que inspirar admiração nas pessoas. Estudar as plantas também é garantir que ainda possamos cultivar no futuro, pois as mudanças climáticas tornam nosso clima cada vez mais extremo.
Os sinais ambientais moldam o crescimento e o desenvolvimento das plantas. Por exemplo, muitas plantas usam a duração do dia como sinal para desencadear a floração. A metade oculta das plantas, as raízes, também usam sinais de seus arredores para garantir que sua forma seja otimizada para procurar água e nutrientes.
As raízes protegem suas plantas de estresses como a seca, adaptando sua forma (ramificação para aumentar sua área de superfície, por exemplo) para encontrar mais água. Mas, até recentemente, não entendíamos como as raízes detectam se há água disponível no solo circundante.
A água é a molécula mais importante da Terra. Muito ou pouco pode destruir um ecossistema. O impacto devastador das mudanças climáticas (como visto recentemente na Europa e no leste da África) está tornando as inundações e as secas mais comuns. Como as mudanças climáticas estão tornando os padrões de chuva cada vez mais erráticos, aprender como as plantas respondem à escassez de água é vital para tornar as plantações mais resilientes.
Criando raízes
Nossa equipe de cientistas e matemáticos de plantas e solos descobriu recentemente como as raízes das plantas adaptam sua forma para maximizar a absorção de água. Raízes normalmente se ramificam horizontalmente. Mas eles param de ramificar quando perdem o contato com a água (como crescer através de uma lacuna cheia de ar no solo) e as raízes só retomam a ramificação quando se reconectam ao solo úmido.
Nossa equipe descobriu que as plantas usam um sistema chamado hidrosinalização para gerenciar onde as raízes se ramificam em resposta à disponibilidade de água no solo.
Bildagentur Zoonar GmbH/Shutterstock
A hidrosinalização é a maneira como as plantas detectam onde está a água, não medindo os níveis de umidade diretamente, mas detectando outras moléculas solúveis que se movem com a água dentro das plantas. Isso só é possível porque (ao contrário das células animais) as células vegetais estão conectadas umas às outras por pequenos poros.
Esses poros permitem que a água e pequenas moléculas solúveis (incluindo hormônios) se movam juntas entre as células da raiz e os tecidos. Quando a água é absorvida pela raiz da planta, ela viaja através das células epidérmicas mais externas.
As células da raiz externa também contêm um hormônio que promove a ramificação chamado auxina. A absorção de água desencadeia a ramificação mobilizando a auxina para dentro dos tecidos radiculares internos. Quando a água não está mais disponível externamente, digamos, quando uma raiz cresce através de uma lacuna cheia de ar, a ponta da raiz ainda precisa de água para crescer.
Então, quando as raízes não conseguem absorver a água do solo, elas precisam contar com a água de suas próprias veias no fundo da raiz. Isso muda a direção do movimento da água, fazendo com que ela se mova para fora, o que interrompe o fluxo do hormônio de ramificação auxina.
A planta também produz um hormônio anti-ramificação chamado ABA em suas veias radiculares. ABA também se move com o fluxo de água, na direção oposta à auxina. Então, quando as raízes puxam a água das veias das plantas, as raízes também estão atraindo o hormônio anti-ramificação para si mesmas.
O ABA interrompe a ramificação da raiz fechando todos os pequenos poros que conectam as células da raiz – um pouco como portas anti-explosão em um navio. Isso isola as células da raiz umas das outras e impede que a auxina se mova livremente com a água, bloqueando a ramificação da raiz. Este sistema simples permite que as raízes das plantas ajustem sua forma às condições locais da água. Chama-se xerobranching (pronuncia-se zerobranching).
Poder da flor
Nosso estudo também descobriu que as raízes de uma planta usam um sistema semelhante para reduzir a perda de água na parte aérea. As folhas impedem a perda de água durante as condições de seca, fechando microporos chamados estômatos em suas superfícies. O fechamento dos estômatos também é desencadeado pelo hormônio ABA. Da mesma forma, nas raízes, o ABA reduz a perda de água fechando os nanoporos chamados plasmodesmas que ligam todas as células da raiz.
Barbol/Shutterstock
Raízes de tomate, agrião, milho, trigo e cevada respondem à umidade dessa maneira, apesar de evoluir em diferentes solos e climas. Por exemplo, o tomate é originário de um deserto sul-americano, enquanto o agrião vem de regiões temperadas da Ásia Central. Isso sugere que a xerobranching é uma característica comum em plantas com flores, que são mais de 200 milhões de anos mais jovens que plantas sem flores, como samambaias.
Raízes de samambaias, uma espécie de planta terrestre em evolução precoce, não respondem à água dessa maneira. Suas raízes crescem mais uniformemente. Isso sugere que as espécies com flores se adaptam melhor ao estresse hídrico do que as plantas terrestres anteriores, como as samambaias.
As plantas com flores podem colonizar uma gama mais ampla de ecossistemas e ambientes do que as espécies sem flores. Dadas as rápidas mudanças nos padrões de chuva em todo o mundo, a capacidade das plantas de sentir e se adaptar a uma ampla gama de condições de umidade do solo é mais importante agora do que nunca.
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