A vida secreta das florestas Understand article

Traduzido por Rita Campos. Uma nova investigação está a revelar efeitos benéficos das copas das árvores anteriormente desconhecidos - e a sua vida secreta.

A autora no meio de
sequoias, no
Parque Estadual
Calaveras Big Trees, na
Califórnia, EUA

Katie Jennings/Rossella
Guerrieri

Quando caminhas por uma floresta, o que há nas árvores que mais te impressiona? Para mim, é o verde das folhas das copas das árvores, com ramos que se estendem para o céu. Lembro-me de quando vi uma sequoia gigante pela primeira vez, no Parque Estadual Calaveras Big Trees, na Califórnia, EUA. O que realmente me impressionou foi a copa alta e sempre verde dessas árvores – que podem chegar aos 3500 anos – receber água das raízes que estão quase 100 metros abaixo. Na minha carreira como eco-fisiologista de árvores, estou fascinada pela copa das árvores, que são importantes não só para cada árvore individualmente, mas também para a floresta – e para todos nós.

A copa das árvores dá uma enorme contribuição para a mitigação do aquecimento global e das alterações climáticas porque, através das suas folhas, absorvem dióxido de carbono, que depois usam na fotossíntese para produzir açucares. Graças a esta actividade, as copas das florestas de todo o mundo removem cerca de 30% do dióxido de carbono emitido pela combustão de combustíveis fósseis. Ao mesmo tempo, as árvores perdem água pelas sua folhas. Essa água é retirada do solo e devolvida para a atmosfera através da transpiração. Esta história é familiar, mas o que é menos conhecido, e só agora começa a ser compreendido, é que as árvores também têm efeito sobre outros gases presentes no ar, para além do dióxido de carbono, oxigénio e vapor de água – em particular, tem efeito sobre o nitrogénio e os seus compostos.

O ciclo do nitrogénio

A copa das árvores está continuamente exposta a mudanças na composição da atmosfera, incluindo aquelas que resultam de poluentes. Alguns desses poluentes são reactivos a compostos de nitrogénio, incluindo a amónia (NH3) e os seus compostos, e vários óxidos de nitrogénio conhecidos como NOx (NO, NO2 e NO3). Ao longo do último século tem havido um rápido aumento nos compostos de nitrogénio atmosféricos devido maioritariamente ao aumento global da actividade industrial, emissões provenientes do tráfego, pecuária intensiva, aumento do uso de fertilizantes na agricultura e queima de biomassa para energia (Galloway et al., 2004).

Tal como com o aumento do dióxido de carbono atmosférico, as florestas têm um efeito estabilizador nestes casos porque retiram da atmosfera e armazenam alguns dos compostos de nitrogénio extra. Uma das questões-chave que os cientistas tentam responder desde a década de 1980 é se são as próprias árvores que têm este papel ou apenas o solo por baixo delas. Os estudos iniciais assumiram que os compostos de nitrogénio extra chegavam ao solo directamente e que não havia interacção com as copas das árvores, mas investigações mais recentes mostram que esta assumpção pode não estar correcta.

Copa das árvores e poluição

Stomata on leaf surface
Os estomas são poros
protegidos por células
alongadas (mostradas a
verde) que permitem que os
gases entrem e saiam da
folha

BlueRidgeKitties/Flickr, CC BY-
NC-SA 2.0
 

Os compostos de nitrogénio têm vindo a ser monitorizados em várias florestas da Europa e EUA, ao longo de várias décadas. Estudos que usam estes dados têm mostrado que a copa das árvores tem um papel activo na remoção de poluentes do ar, retendo alguns dos compostos de nitrogénio e alterando outros que chegam ao solo. Mas como é que fazem isso? Parece que, tal como no caso do dióxido de carbono, estes compostos de nitrogénio são capazes de penetrar a superfície da folha pelos estomas e ser absorvidos pela planta. Outros estudos revelaram que a copa das árvores pode transformar a amónia e os seus compostos, convertendo-os em nitrato, que é transportado para o solo e absorvido pelas raízes como nutriente. Estes processos explicam outra descoberta: os compostos de nitrogénio na atmosfera podem mesmo beneficiar as árvores porque aumenta a sua taxa de crescimento em algumas florestas onde a disponibilidade de nitrogénio é um factor limitante (Magnani et al., 2007).

Claro que as árvores também podem ser prejudicadas pela poluição aérea, particularmente pelo ozono e compostos de enxofre como o dióxido de enxofre – o que é conhecido desde a década de 1980. Estes gases causam danos na cutícula das folhas e nos estomas, causando um desequilíbrio nas trocas gasosas entre a planta e o ar. No entanto, graças a regulamentação, as emissões que causam a poluição do ar diminuíram desde a década de 1980, especialmente no que diz respeito aos compostos de enxofre.

As árvores actuam como filtros e contribuem para melhorar a qualidade do ar, até nas cidades. De modo geral, a eficácia de uma árvore a remover poluentes depende da estrutura das copas das árvores (a sua forma, densidade de folhas e ramos) e das suas folhas (por exemplo, a rugosidade e a quantidade de cera da superfície). As espécies de árvores particularmente eficientes a remover compostos NOx através das suas folhas incluem espécies de bétulas (Betula), choupos (Populus) e sabugueiro (Sambucus nigra), enquanto carvalhos (Quercus), faias (Fagus sylvatica) e carpino (Carpinus betulus) são boas a remover amónia.

Oak tree (Quercus)
Carvalhos (Quercus), uma espécie que pode retirar amónia da atmosfera
Yuriy Vahlenko/Shutterstock.com

Protectores microbianos

Bacterial colonies from leaf
Colónias de bactérias
cultivadas imprimindo uma
folha num meio de cultura,
mostrando como as bactérias
se alinham ao longo das
estruturas foliares

Julia Vorholt/ETH Zurich
 

A investigação actual está a revelar outro factor sobre como a copa das árvores tem estes efeitos notáveis na atmosfera. É o ‘microbioma das folhas’ – as formas de vida microbianas encontradas dentro ou nas superfícies das folhas, um pouco como o microbioma intestinal dentro dos nossos corpos. É hoje bem conhecido que a nossa saúde e até a nossa felicidade pode ser significativamente afectada pelo nosso microbioma intestinal. Notavelmente, parece haver um efeito muito semelhante nas árvores, com o microbioma das folhas a influenciar a forma como as árvores respondem a alterações ambientais.

Mas enquanto as análises de sequenciação de ADN permitiram aos cientistas compilar um atlas global das bactérias que vivem no solo, ainda só começámos a aprender quais são as classes de microorganismos que vivem na copa das árvores. Ainda há muitas questões por responder: por exemplo, estas espécies microbianas são semelhantes entre diferentes florestas e espécies de árvores? E quais são os microorganismos responsáveis por remover o nitrogénio atmosférico nas copas das árvores, e quais são responsáveis por transformá-lo?

Em 2015, recebi uma bolsa de investigação para responder a estas questões. O meu objectivo era investigar a vida secreta das copas das árvores de florestas maduras de pinheiros-da-Escócia e de faias por toda a Europa, da Suécia e Finlândia no extremo norte até à Itália e Espanha mediterrânicas, no sul. Seis meses depois de começar o meu trabalho, tinha um laboratório cheio de terra, folhas e garrafas com água recolhida da parte de baixo das copas das árvores. Foi extraordinário descobrir que apenas algumas gramas de folhas escondem uma comunidade bacteriana incrivelmente diversa (Guerrieri et al., 2017), e através do microscópio pude ver como os microorganismos se alinham tão perfeitamente ao longo das nervuras das folhas.

Com os meus colegas, começámos a perceber quais microorganismos das folhas estavam a fazer o quê – por exemplo, descobrimos que havia mais archea que bactérias envolvidas na conversão da amónia atmosférica em nitrato. Outros estudos mostraram que algumas bactérias removem poluentes da atmosfera usando-os no seu metabolismo (Wei et al., 2017). Mas temos ainda muito a fazer nesta nova área de investigação para perceber os efeitos de certos microorganismos dentro do bioma das folhas.

Biomas de folhas e saúde da floresta

Tal como no caso dos humanos, parece que as próprias árvores beneficiam dos seus hóspedes microbianos. Recentemente, cientistas descobriram que a copa das árvores ajuda a melhorar a resistência a pragas e contribui para uma melhor saúde das florestas em geral. E um grupo de cientistas do EUA descobriram bactérias em folhas de sequoias que protegem contra fungos patogénicos (Carrell & Frank, 2015) – logo, talvez este seja o segredo que tem permitido que estas belas árvores gigantes consigam resistir a doenças e sobreviver durante séculos ou mesmo milénios.

Seja como for, depois de mais de 20 anos de observações nas florestas europeias podemos dizer com certeza que a copa das árvores – e as formas de vida invisível que escondem – são uma peça importante no puzzle complexo e incompleto de como o nitrogénio circula entre a terra, o ar e os seres vivos.

Primeval beech forest canopy
A canópia de uma floresta de faia primitiva no Parque Nacional de Hainich, na Alemanha
Takashi Images/Shutterstock.com

Agradecimentos

A autora gostaria de agradecer o financiamento Newton International Fellowship Alumni follow-on (2013–2017) da Royal Society, o financiamento da EU da bolsa individual MSCA (NITRIPHYLL), e a Joan Cáliz e Mateu Menéndez-Serra (do Centro para os Estudos Avançados de Blanes, Espanha) pelo seu apoio nas observações ao microscópio.

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References

Resources

Author(s)

Rossella Guerrieri é uma fisiologista de plantas e ecologista de florestas. O seu principal interesse de investigação é compreender como o funcionamento das florestas varia em relação a grandes mudanças ambientais e antropogénicas. Depois de obter o seu doutoramento pela Universidade de Basilicata, Itália, fez investigação nas universidades de New Hampshire, USA, e Edimburgo, Escócia/Reino Unido, e depois no CREAF (Centro para Investigação Ecológica e Aplicações Florestais) em Barcelona, Espanha.


Review

Este artigo é sobre a copa das árvores e a sua importância como agentes de mudança atmosférica. A autora descreve os objectivos da sua própria investigação: perceber a diversidade e função dos microorganismos que vivem nas e sobre as folhas de pinheiros-da-Escócia e florestas de faias.

O artigo pode ser usado como estímulo para ensinar tópicos como metabolismo celular, reacções biológicas, o ciclo do nitrogénio e, de forma geral, ecossistemas.

Pode também ser usado como base para a compreensão de questões como:

  • Que compostos estão envolvidos nas trocas entre árvores e atmosfera?
  • Qual o impacto do dióxido de enxofre nas plantas?
  • Como é que as árvores reduzem a poluição por compostos de nitrogénio?

O artigo pode ainda ser útil para mostrar a aplicação de técnicas usadas para a identificação de bactérias, em particular as análises de ADN. De forma mais geral, destaca o grande entusiasmo da investigação científica, e o entusiasmo da investigadora por esta área de estudo.


Monica Menesini, science teacher, Italy




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