Agradecimentos a Liana Wait, estudante de pós-graduação, Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da Universidade de Princeton por este artigo. Você pode vê-lo em sua forma original aqui. Você pode ter observado plantas competindo pela luz solar – a maneira como elas se estendem para cima e para fora para bloquear o acesso umas das outras aos raios solares – mas fora da vista, outro tipo de competição está acontecendo no subsolo. Da mesma forma que você pode mudar a maneira de procurar lanches gratuitos na sala de descanso quando seus colegas estão presentes, as plantas mudam seu uso de recursos subterrâneos quando são plantadas ao lado de outras plantas.
Em um
artigo publicado mês passado na Science (e destaque na
capa ), uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo aluno de pós-graduação de Princeton
Ciro Cabal lança luz sobre a vida subterrânea das plantas. Sua pesquisa usou uma combinação de modelagem e um experimento em estufa para descobrir se as plantas investem de forma diferente em estruturas radiculares quando plantadas sozinhas versus quando plantadas ao lado de uma vizinha.
“Este estudo foi muito divertido porque combinou vários tipos diferentes de doces mentais para reconciliar resultados aparentemente contraditórios na literatura:um experimento inteligente, um novo método para observar sistemas radiculares em solos intactos e uma teoria matemática simples”, disse
Stephen Pacala , o professor Frederick D. Petrie em
Ecologia e Biologia Evolutiva (EEB) e o autor sênior do artigo.
“Embora as partes acima do solo das plantas tenham sido extensivamente estudadas, incluindo quanto carbono elas podem armazenar, sabemos muito menos sobre como as partes subterrâneas – ou seja, as raízes – armazenam carbono”, disse Cabal, Ph.D. estudante no laboratório de Pacala. “Como cerca de um terço da biomassa da vegetação mundial, portanto, o carbono, está abaixo do solo, nosso modelo fornece uma ferramenta valiosa para prever a proliferação de raízes em modelos globais do sistema terrestre.”
As plantas produzem dois tipos diferentes de raízes:raízes finas que absorvem água e nutrientes do solo e raízes transportadoras grossas que transportam essas substâncias de volta ao centro da planta. O “investimento” das plantas em raízes envolve tanto o volume total de raízes produzidas quanto a forma como essas raízes são distribuídas pelo solo. Uma planta pode concentrar todas as suas raízes diretamente abaixo de seus brotos, ou pode espalhar suas raízes horizontalmente para forragear no solo adjacente – o que corre o risco de competir com as raízes das plantas vizinhas.
O modelo da equipe previu dois resultados potenciais para o investimento de raízes quando as plantas se encontram compartilhando o solo. No primeiro resultado, as plantas vizinhas “cooperam” segregando seus sistemas radiculares para reduzir a sobreposição, o que leva a produzir menos raízes em geral do que produziriam se fossem solitárias. No segundo resultado, quando uma planta sente recursos reduzidos em um lado devido à presença de um vizinho, ela encurta seu sistema radicular naquele lado, mas investe mais nas raízes diretamente abaixo de seu caule.
A seleção natural prevê esse segundo cenário, porque cada planta age para aumentar sua própria aptidão, independentemente de como essas ações afetam outros indivíduos. Se as plantas estiverem muito próximas, esse maior investimento no volume das raízes, apesar da segregação dessas raízes, pode resultar em uma tragédia dos comuns, em que os recursos (neste caso, umidade e nutrientes do solo) são esgotados.
Para testar as previsões do modelo, os pesquisadores cultivaram plantas de pimenta em uma estufa individualmente e em pares. No final do experimento, eles tingiram as raízes das plantas de cores diferentes para que pudessem ver facilmente quais raízes pertenciam a qual planta. Em seguida, eles calcularam a biomassa total do sistema radicular de cada planta e a proporção de raízes para brotos, para ver se as plantas mudavam quanta energia e carbono depositavam nas estruturas abaixo e acima do solo quando plantadas ao lado das vizinhas, e contavam o número de sementes produzidas por cada planta como uma medida de aptidão relativa.
A equipe descobriu que o resultado depende da proximidade entre um par de plantas. Se plantadas muito próximas umas das outras, é mais provável que as plantas invistam pesadamente em seus sistemas radiculares para tentar competir umas com as outras por recursos subterrâneos finitos; se forem plantadas mais distantes, provavelmente investirão menos em seus sistemas radiculares do que uma planta solitária.
Especificamente, eles descobriram que, quando plantadas perto de outras, as plantas de pimenta aumentavam o investimento nas raízes localmente e reduziam o quanto esticavam suas raízes horizontalmente, para reduzir a sobreposição com as vizinhas. Não houve evidência para um cenário de “tragédia dos comuns”, uma vez que não houve diferença na biomassa total da raiz ou investimento relativo nas raízes em comparação com as estruturas acima do solo (incluindo o número de sementes produzidas por planta) para plantas solitárias versus coabitantes .
As plantas retiram dióxido de carbono da atmosfera e o depositam em suas estruturas — e um terço desse carbono vegetativo é armazenado nas raízes. Compreender como a deposição de carbono muda em diferentes cenários pode nos ajudar a prever com mais precisão a absorção de carbono, o que, por sua vez, pode ajudar a projetar estratégias para mitigar as mudanças climáticas. Esta pesquisa também pode ajudar a otimizar a produção de alimentos, porque, para maximizar o rendimento das culturas, é útil entender como usar de maneira ideal os recursos subterrâneos (e acima do solo).
Os outros co-autores do artigo são Ricardo Martínez-García, ex-bolsista de pós-doutorado da EEB que agora é professor do South American Institute for Fundamental Research; Aurora de Castro, que trabalhou no projeto como parte de uma tese de graduação para o Departamento de Biogeografia e Mudança Global do Museu Nacional de Ciências Naturais da Espanha; e Fernando Valladares, professor associado do Departamento de Biologia, Geologia, Física e Química Inorgânica da Universidade Rey Juan Carlos e pesquisador do Departamento de Biogeografia e Mudança Global do Museu Nacional Espanhol de Ciências Naturais.
“A segregação exploradora das raízes das plantas”, de Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares e Stephen W. Pacala, aparece na edição de 4 de dezembro da Science (DOI :10.1126/science.aba9877). Este trabalho foi financiado pela Princeton University May Fellowship no Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva; a Fundação Gordon e Betty Moore (concessão GBMF2550.06); Instituto Serrapilheira (concessão Serra-1911-31200); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Processo ICTP-SAIFR 2016/01343-7); o Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes (2019/24433-0); a Fundação Simons; o Ministério da Ciência, Inovação e Universidades da Espanha (bolsa COMEDIAS CGL2017-83170-R); e a Iniciativa de Mitigação de Carbono do High Meadows Environmental Institute.
