A ideia feita sobre árvores sob stress térmico começa quase sempre pela água: durante vagas de calor, pensa-se que as árvores murcham e morrem sobretudo porque a seca vem “de arrasto”. Retire-se a seca da equação e, em teoria, a maioria das plantas suportaria o calor sem grandes problemas.
Foi precisamente isso que uma equipa de investigadores testou - eliminou a seca e aumentou a temperatura. Mantiveram sete espécies de plantas bem regadas enquanto elevavam o calor até 104°F (40°C). As plantas continuaram vivas.
No entanto, surgiu uma surpresa na química dos açúcares. Mesmo com água em abundância, as folhas já exibiam uma espécie de impressão digital de perturbação metabólica.
Um sinal no açúcar
Os investigadores quiseram perceber o que acontece dentro de uma folha quando o problema é apenas o calor - e não a falta de água. Uma equipa do Instituto Federal Suíço de Investigação sobre Florestas, Neve e Paisagem (WSL) desenhou um ensaio para isolar essa variável.
Escolheram sete espécies mantidas bem regadas e aumentaram a temperatura do ar em degraus de 5 graus, desde 50°F (10°C) até 104°F (40°C). A humidade manteve-se constante. E foram os açúcares das folhas que revelaram o que realmente se passava.
Após cinco dias de aclimatação em cada patamar de temperatura, Philipp Schuler, autor principal do estudo, e os seus colegas recolheram tecido foliar e acompanharam como cada planta respirava e fazia fotossíntese.
Plantas expostas apenas ao calor
As plantas C3 - categoria que inclui a maioria das árvores, o trigo, o arroz, a cevada e a grande maioria do reino vegetal - lidaram bem com temperaturas até cerca de 86°F (30°C). Acima desse limiar, o sistema começou a falhar.
A fotossíntese diminuiu. A respiração - a velocidade a que a planta “queima” o seu próprio açúcar para se manter viva - subiu de forma contínua. Em quase todas as espécies C3 testadas, a maquinaria celular que transforma luz solar em energia utilizável começou a degradar-se acima de 86°F (30°C).
Uma revisão anterior já tinha mostrado que vagas de calor reduzem o ganho de carbono nas árvores. Mas, até este estudo, ninguém tinha observado de forma limpa o que acontece aos açúcares internos de uma planta quando a única coisa que muda é a temperatura.
Quando a matemática se inverte
Em temperaturas frescas, as folhas guardavam quase 14 percent do seu peso seco sob a forma de hidratos de carbono. Mais de metade desse total estava armazenada como amido - o equivalente às poupanças da planta.
Com mais calor, a reserva total desceu para menos de 8 percent, e a fatia de amido caiu para aproximadamente um quinto. O restante tinha sido convertido em açúcar - dinheiro pronto a usar numa folha sobreaquecida que consome combustível mais depressa do que o habitual.
Esta mudança é exatamente o que se espera de uma planta a tentar manter a respiração a funcionar. O enigma está no que fica para trás.
Aos 104°F (40°C), a experiência atingiu o seu limite. A maior parte das plantas de cevada não sobreviveu ao calor. Uma parente do tomateiro também morreu. Ainda assim, o sinal nos açúcares já tinha aparecido muito antes de as folhas cederem.
O calor alterou os açúcares das plantas
Moléculas de água e de açúcar contêm hidrogénio e oxigénio, e ambos os elementos existem em versões ligeiramente mais leves e mais pesadas, conhecidas como isótopos. Em condições normais, a proporção entre as formas “pesadas” e “leves” no açúcar de uma folha mantém-se bastante estável.
O calor quebrou esse padrão nas plantas do ensaio. À medida que as temperaturas ultrapassavam 86°F (30°C), os açúcares das folhas ficaram enriquecidos em hidrogénio pesado e, em simultâneo, empobrecidos em oxigénio pesado. Duas alterações em sentidos opostos. O mesmo gatilho.
A explicação mais provável, sugerem Schuler e colegas, é que, com a respiração a acelerar sob calor, os açúcares com hidrogénio mais leve parecem ser consumidos primeiro, deixando para trás os mais “pesados”. O mecanismo exato que conduz este processo continua em análise.
As plantas C4 mantiveram-se estáveis sob calor
Entre as sete espécies, o sorgo foi a única planta C4 e funcionou como controlo da experiência. As plantas C4 fazem fotossíntese de forma diferente - e tendem a ser mais tolerantes ao calor. Exemplos incluem o milho, a cana-de-açúcar e gramíneas de regiões quentes.
A partir de 95°F (35°C) e acima, continuou a fotossintetizar de forma estável. A sua razão isotópica de hidrogénio no açúcar foliar não se alterou. Só isso indicou à equipa que a “assinatura” observada nas C3 estava ligada a stress metabólico impulsionado pelo calor, e não simplesmente à temperatura por si só.
A divisão atravessa diretamente os principais alimentos agrícolas do planeta. Trigo, arroz, cevada e a maioria das leguminosas são C3. Milho, sorgo e cana-de-açúcar são C4. A lista de compras incorpora, assim, duas respostas muito diferentes a um planeta em aquecimento.
O que os anéis das árvores guardam
Os açúcares produzidos nas folhas acabam por dar origem à madeira. Os anéis de crescimento registam um arquivo anual da química da árvore, incluindo os isótopos de hidrogénio e oxigénio herdados desses açúcares foliares originais.
Outros trabalhos já tinham sugerido que as razões de hidrogénio nos anéis sobem quando uma árvore está em dificuldades - desfolhada, sob stress ou desenquadrada do seu ambiente. Os novos resultados fornecem um mecanismo para essa indicação.
Se essas mesmas oscilações isotópicas ficarem registadas na madeira dos anéis, observam os autores, poderão funcionar como forma de identificar árvores com um balanço de carbono desfavorável - essencialmente, a consumir mais do que produzem.
Uma nova ferramenta de diagnóstico
Há muito que cientistas do clima exploram a química dos anéis de árvores para reconstruir temperaturas e precipitação do passado. Partia-se do pressuposto de que os passos químicos desde a água na folha até ao açúcar se mantinham mais ou menos constantes em diferentes temperaturas.
Este estudo abala essa suposição. Acima de 86°F (30°C), a assinatura dupla - hidrogénio a subir e oxigénio a descer - deixa um rasto claro de stress metabólico que modelos anteriores não contemplavam.
Para gestores florestais e investigadores do clima, isto abre uma nova ferramenta de diagnóstico. Anéis de árvores com décadas ou séculos podem agora ser relidos à luz da química do stress por calor.
Danos silenciosos que nunca chegaram a ser visíveis na casca ou na copa podem, afinal, ter estado sempre registados de forma meticulosa no açúcar.
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