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O jatobá contra a poluição

Árvores tropicais podem ser opção para limpar atmosfera caso o efeito estufa aumente

MARCOS PIVETTA | Edição 80 - Outubro de 2002

Quando a concentração de gás carbônico é 20% maior (ampliação 25 vezes)

Transformar as florestas tropicais em aspiradores de dióxido de carbono (CO2) e, assim, livrar a atmosfera de grandes quantidades do principal gás responsável pelo aumento do efeito estufa na Terra é, por ora, uma idéia tão polêmica quanto inatingível. Se um dia esse feito for possível, um grupo de especialistas em fisiologia vegetal do Instituto de Botânica de São Paulo acredita que o jatobá, uma árvore extremamente adaptada aos ecossistemas brasileiros e presente em praticamente todas as latitudes do território nacional, pode ser um bom candidato a desempenhar o papel de faxineiro do ar – ou, no mínimo, mostrar como essa tarefa poderá ser desempenhada por outras plantas. Esse sonho, um devaneio ainda longínquo, é baseado nos resultados de uma série de experimentos realizados com mudas de uma espécie de jatobá, a Hymenaea courbaril, cujo crescimento parece se acelerar em ambientes ricos em gás carbônico, o nome popular do CO2.

Em linhas gerais, os estudos indicam que, quando cultivadas por três meses num local com 720 ppm (partes por milhão) de CO2 no ar, o dobro da atual concentração atmosférica, as mudas de Hymenaea courbaril duplicam a absorção de gás carbônico e a produção de açúcares (carboidratos) e aumentam em até 50% a sua biomassa, sobretudo na área foliar e nas raízes, visto que, com essa idade, as plantinhas ainda não produzem caule (madeira). “Os trabalhos sugerem que o jatobá pode continuar seqüestrando carbono enquanto cresce num ambiente com altas taxas de dióxido de carbono”, diz Marcos Silveira Buckeridge, do Instituto de Botânica, coordenador de um projeto desenvolvido no âmbito do Biota-FAPESP, programa de mapeamento da biodiversidade paulista. “Nossa proposta não é sair plantando florestas de jatobá pelo país na esperança de diminuir o efeito estufa. Mas, sim, entender o mecanismo fisiológico dessa planta, cujas pesquisas estão em estágio mais avançado, para um dia tentar otimizar a assimilação de carbono do jatobá e outras árvores tropicais, que devem ter um metabolismo semelhante.”

Se o comportamento do jatobá adulto nafloresta for semelhante ao de sua muda criada em ambiente controlado, essa árvore poderá engordar consideravelmente caso a atmosfera da Terra atinja os tais 720 ppm de CO2 em 2075, como sugerem algumas estimativas. Nesse hipotético cenário futurista, dizer que a árvore do jatobá vai elevar sua biomassa – ter mais e/ou maiores folhas e raízes e, sobretudo, produzir mais madeira – equivale a afirmar que esse vegetal vai seqüestrar mais carbono do ar. Afinal, a celulose da madeira é uma das melhores formas de estocar o carbono hoje presente no CO2 atmosférico. “Ainda não sabemos, no entanto, como a árvore do jatobá, em sua integralidade, responde ao aumento de CO2“, comenta Marcos Aidar, outro biólogo do Instituto de Botânica envolvido no projeto. “Não podemos precisar, por exemplo, quanto desse dióxido de carbono a mais que entra na planta acaba saindo em sua respiração.”

Ao lado da água e da luz, o dióxido de carbono é um composto necessário para as plantas realizarem fotossíntese (produção de energia). O CO2 absorvido por um vegetal só pode ter dois destinos: uma parte fica retida no interior do vegetal e outra é devolvida à atmosfera pela respiração. A parcela que permanece na planta é usada em reações químicas que geram a celulose e outros açúcares. Alterar a mistura da quantidade de CO2 eliminada pelas plantas, e sobretudo da fração empregada na produção de carboidratos e madeira, é um objetivo perseguido pela indústria de papel, setores da agricultura e cientistas como Buckeridge e Aidar.

Nas últimas décadas, a elevação nos níveis de dióxido de carbono na atmosfera se deveu basicamente a mudanças no uso do solo (derrubada e queima de florestas) e ao incremento da atividade industrial, sobretudo em razão da combustão acelerada de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gases). Medidas em nível global para combater uma série de problemas ambientais, entre os quais a escalada do efeito estufa, foram discutidas na Rio + 10, conferência realizada pela Organização das Nações Unidas (ONU) na África do Sul no final de agosto e início de setembro. Teoricamente, baixar as emissões de CO2 é a medida mais simples e eficaz para atenuar o impacto do efeito estufa, que deve esquentar em alguns graus o clima na Terra e mudar o regime de chuvas em pontos do globo. Porém, esse objetivo é de difícil execução, pois os Estados Unidos, que sozinhos despejam um quarto do dióxido de carbono da atmosfera, não estão dispostos a assumir tal compromisso, como ficou claro mais uma vezao fim da reunião da ONU.

Entre as propostas alternativas ou complementares à redução na emissão de CO2, a manutenção das matas tropicais (e o eventual reflorestamento de novas áreas) é freqüentemente apontada como capaz de atenuar as mudanças climáticas, sobretudo devido ao potencial de seqüestro de carbono exibido pelas árvores. Um potencial que, aliás, ainda está longe de ser bem conhecido e pode variar muito em função de vários fatores, como a idade e o tipo de árvore analisada. Normalmente, costuma-se dizer que as florestas tropicais têm uma grande capacidade de retirar CO2 do ar. Mas cálculos recentes feitos no âmbito do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA), um megaprojeto internacional liderado pelo Brasil, apontam que o potencial de seqüestro de carbono desse ecossistema pode ser mais modesto do que se imaginava (veja Pesquisa FAPESP 72). É nesse contexto que se encaixam os estudos dos pesquisadores do Instituto de Botânica sobre o metabolismo do jatobá em ambientes ricos em dióxido de carbono.

O principal experimento de campo com a Hymenaea courbaril foi conduzido no ano passado em colaboração com Carlos Martinez, então na Universidade Federal de Viçosa (UFV), em Minas Gerais, e hoje na Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto. Em Viçosa, as mudas da planta foram cultivadas em dois tipos de câmaras especiais: uma em que a mistura de gases era igual à da atual atmosfera (360 ppm de CO2) e outra cujo ar era mantido, de forma artificial, com uma concentração constante de 720 ppm de CO2. Esses dispositivos não reproduzem à perfeição o hipotético ambiente de 2075 – por exemplo, a temperatura e a umidade, parâmetros que devem variar com o aumento do efeito estufa, não são controladas. Ainda assim, o uso das câmaras é universalmente aceito para esse tipo de ensaio comparativo. “Há métodos mais sofisticados e caros, mas a maioria dos trabalhos utiliza essas câmaras”, pondera Buckeridge. Ao longo do experimento, vários parâmetros das plantas criadas sob condições ambientais distintas foram medidos e, posteriormente, confrontados.

Outra metodologia usada pelos pesquisadores foi bombear diferentes concentrações de dióxido de carbono apenas nas folhas de jatobá – e não na muda inteira. Com essa abordagem mais direcionada, concentrada na parte da planta que absorve e emite gases, a equipe de Buckeridge descobriu que as folhas do jatobá só atingem o ponto de saturação na absorção de CO2 quando a concentração do gás ultrapassa as 1.000 ppm. Trata-se de um ponto de saturação altíssimo, comparado com o de outras plantas tropicais. A bromélia Alcantarea imperialis, por exemplo, não consegue mais aumentar sua velocidade de assimilação de dióxido de carbono se colocada num ambiente com 600 ppm. Com o pau-brasil (Caesalpinia echinata), o mesmo acontece quando a taxa de CO2 bate em 700 ppm. “Se nossa hipótese estiver certa, o jatobá ainda estará respondendo à mudança de concentração desse gás muitas décadas depois de outras plantas terem chegado ao ponto máximo de sua assimilação de carbono”, comenta Aidar.

Além de mostrar que as mudas de jatobá se comportam de forma diferente quando cultivadas em concentrações distintas de CO2, os trabalhos comprovaram alterações na estrutura celular das folhas da plantas. A equipe do Instituto de Botânica, integrada também por Paula Costa, Solange Viveiros e Sonia Dietrich, verificou que o número de estômatos dos jatobás criados a 720 ppm de CO2 era cerca de 15% menor do que o medido nas mudas mantidas a 360 ppm. Presentes fundamentalmente na superfície das folhas, onde controlam a entrada e saída de gases das plantas, especialmente a absorção de CO2 e emissão de vapor d’água, os estômatos são conjuntos de células que fazem o papel de poros dos vegetais.

O que a variação no número de estômatos de um vegetal tem a ver com o maior ou menor volume de CO2 na atmosfera? Em ambientes extremamente ricos de dióxido de carbono, a planta se adapta às condições da atmosfera e reduz seu número de estômatos para não captar uma quantidade excessiva de CO2, o que seria improdutivo ou até prejudicial para o seu organismo. “Mudanças na densidade estomática fazem parte do mecanismo de regulação do metabolismo da planta”, diz Buckeridge. “Isso já foi verificado em plantas de clima temperado e na Arabidopsis thaliana (planta-modelo para a biologia) expostas a altas concentrações de CO2.”

Alterações no índice de estômatos das plantas não é um fenômeno previsto apenas para o futuro, quando e se o aumento do efeito estufa se agravar ainda mais. Na verdade, há fortes indícios de que essas mudanças na estrutura celular das folhas acontecem há, pelo menos, dois séculos. Trabalhos feitos em centros do exterior mostram que, com a Revolução Industrial e a elevação gradativa da emissão de gases tóxicos como o CO2, os vegetais de hoje apresentam menos estômatos do que os do passado. A equipe de Buckeridge também comprovou esse fenômeno com o jatobá. No herbário do Instituto de Botânica, pegaram folhas de uma árvore de 1919, época em que a concentração de CO2 rondava as 300 ppm, 20% a menos que a atual, e viram que esse exemplar da espécie tinha uma densidade de estômatos 40% maior do que a das atuais Hymenaea courbaril. “Se confrontado com as mudas de jatobá que cultivamos em Viçosa a 720 ppm, o espécime do início do século passado tinha praticamente o dobro de estômatos”, compara Aidar.

O leitor pode não ter percebido um paradoxo que emerge dos experimentos realizados com as mudas de jatobá no suposto ambiente de 2075, rico em CO2. Nessas condições, a planta exibe um aumento de 50% de seu açúcar e dobra a assimilação de dióxido de carbono. Esses dois últimos dados levam a crer que, em relação à situação atual, a fotossíntese da planta também deve duplicar se os níveis de CO2 aumentarem em 100% nos próximos 75 anos. Até aí tudo faz sentido. Mas a diminuição no número de estômatos bagunça um pouco esse quadro. Afinal, essa alteração é uma tentativa de ajustar para baixo – e não para cima, como os dados anteriores sugerem – os níveis correntes de fotossíntese da planta. “Pode ser que, apesar de ter diminuído o número de estômatos, a eficiência das estruturas celulares que restaram e são responsáveis por captar CO2 tenha se aprimorado”, diz Buckeridge. Essa contradição é um indício de que o metabolismo do jatobá trava uma espécie de luta interna tentando ajustar o nível de fotossíntese num ambiente mais rico em dióxido de carbono.

Muitos botânicos acreditam que as plantas têm um mecanismo interno que lhes permite sentir a sua quantidade de carboidratos (açúcares) e, assim, ajustar os seus níveis de fotossíntese para evitar a absorção excessiva de dióxido de carbono. Por essa teoria, quando a produção de açúcares atinge um nível muito elevado, acima da capacidade de uso do vegetal, um sensor manda uma ordem para cessar a fotossíntese e, por conseqüência, diminuir a assimilação de CO2 e a síntese de celulose. Na opinião de Buckeridge e Aidar, a determinação de genes que codificam proteínas importantes para o funcionamento desse sensor natural de açúcar, como a enzima conhecida como rubisco (ribulose 1,5-difosfato carboxilase), poderá ser útil para tentar controlar a entrada de dióxido de carbono e a produção de celulose de uma árvore.

Entusiasmados com os resultados obtidos com as mudas de jatobá a 720 ppm de CO2, os pesquisadores do Instituto de Botânica resolveram defender publicamente a idéia de pesquisar o uso de terapia gênica em plantas para perseguir tal intento. Num artigo publicado em abril na revista eletrônica Biota Neotropica, mantida pelo programa Biota-FAPESP, a dupla propôs algumas rotas bioquímicas que poderiam ser alteradas nas plantas com o intuito de controlar sua fotossíntese, o metabolismo de carboidratos (açúcares) e também a síntese de celulose. “Sabemos que essa idéia é controversa, mas defendemos abordagens que sejam seguras do ponto de vista ambiental”, explica Aidar. Para serem ecologicamente corretas, essas intervenções no genoma das plantas não devem ser repassadas para seus descendentes. Dessa forma, a natureza não seria atingida por espécies transgênicas, que poderiam competir e se tornar dominantes em relação às não-alteradas em seu DNA.

Para os pesquisadores do Instituto de Botânica, dois tipos de intervenção, ambas teoricamente seguras do ponto de vista ambiental, poderiamser tentadas em plantas com o intuito de aumentar a sua eficiência na tarefa de limpar a atmosfera de dióxido de carbono. Uma das possibilidades seria promover alterações genéticas na região dos cloroplastos das plantas, visto que essa parte do genoma não é, na imensa maioria das espécies vegetais, passada hereditariamente para seus descendentes. Outra alternativa seria o desenvolvimento de remédios ou vacinas gênicas que pudessem ser administradas temporariamente, apenas pelo tempo que se julgar necessário, às plantas e tivessem por objetivo atuar sobre o seu metabolismo, levando-as à maior produção de fotossíntese e assimilação de carbono.

Nem todo mundo aprovou as idéias de Buckeridge e Aidar. No número seguinte da revista Biota Neotropica, dois pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Fábio Rubio Scarano e Eduardo Arcoverde de Mattos, fizeram um artigo criticando as propostas de seus colegas paulistas. “(As propostas) pecam por não considerarem importantes aspectos ecológicos e sociopolíticos, tais quais imprevisibilidade ecológica, a existência de um grande potencial de seqüestro de carbono por plantas nativas não-manipuladas e a relevância da soberania científica e política no que se refere ao tema das mudanças globais”, escreveram Scarano e Arcoverde. Obviamente, os conhecimentos em fisiologia vegetal e biotecnologia ainda não estão num nível que permita aos cientistas levar adiante, no curto prazo, qualquer uma das duas abordagens sugeridas pelos pesquisadores do Instituto de Botânica. “Mas o tempo está correndo e, se as previsões estiverem corretas, temos apenas 50 anos para decidirmos se vamos usar ou não esses métodos de manipulação de plantas”, comenta Buckeridge.

Mesmo que os estudos com o jatobá não abram caminho para o desenvolvimento de técnicas capazes de elevar a capacidade de as florestas tropicais seqüestrarem (dióxido de) carbono da atmosfera, as pesquisas com a Hymenaea courbaril terão servido para outro objetivo, tão ou mais importante do ponto de vista da botânica: ajudar a entender a fisiologia das espécies vegetais e servir de parâmetro para os possíveis rearranjos da flora que devem ocorrer em função das mudanças climáticas. Muitos trabalhos internacionais, quase sempre com plantas de clima temperado ou culturas agrícolas, mostram que pode haver alterações profundas na biodiversidade da Terra devido ao aumento das taxas de CO2 e do efeito estufa. Um estudo da Universidade da Flórida publicado recentemente na revista Global Change Biology mostrou, por exemplo, que o rendimento de uma safra de feijões é um quarto maior quando cultivada a 720 ppm. Com a soja plantada em ambientes ricos de CO2, o mesmo também parece acontecer.

No caso de árvores de clima temperado, há indícios de que, num ambiente com concentrações elevadas de CO2, as espécies de sombra vão aumentar mais a sua biomassa do que as variedades acostumadas à luz do sol. Os dados sobre o crescimento do jatobá a 720 ppm de dióxido de carbono reforçam, por ora, essa hipótese. Em tempo: a variedade de jatobá estudada no Instituto de Botânica é uma espécie tropical que se desenvolve à sombra quando jovem, protegida dos raios solares pela copa de árvores maiores. Buckeridge e Aidar planejam agora experimentos com outras espécies tropicais, como o ipês (Tabebuia spp), quaresmeiras (Tibouchina spp), pau-jacaré (Piptadenia gonoacantha)e pau-brasil, para ver o seu comportamento em ambientes com níveis elevados de CO2. Outra meta é levar a cabo ensaios mais complexos com o jatobá, em que, além dos níveis de gás carbônico, sejam controladas a temperatura e umidade nas câmaras especiais em que as plantas são cultivadas.

Rússia viabiliza acordo internacional
Se a medida do sucesso da Rio + 10, a cúpula mundial da ONU para o desenvolvimento sustentável encerrada mês passado em Johannesburgo, é a adesão dos Estados Unidos aos compromissos estabelecidos pelo Protocolo de Kyoto, a reunião pode ser considerada um fracasso à primeira vista. Na África do Sul, a administração George W. Bush não deu garantias de reduzir as emissões de dióxido de carbono, o principal responsável pelo efeito estufa. Mas o que pareceu vitória da intransigência dos norte-americanos, responsáveis por um quarto das emissões globais de CO2, pode ser um sinal de isolamento crescente da posição do país.Embora a cúpula não tenha produzido fatos bombásticos, o final desse megaevento, que reuniu representantes de 190 países, pode ter pavimentado o caminho para que Kyoto comece a sair do papel. O proto- colo prevê, até 2012, a diminuição da emissão de CO2 dos países industrializados aos níveis anteriores a 1990.

Para entrar em vigor, o acordo precisa ser ratificado por pelo menos 55 países (o que já foi conseguido) que respondam por, no mínimo, 55% das emissões globais de CO2 - exigência difícil de ser cumprida sem a adesão dos Estados Unidos e de seus aliados no campo ambiental. Mas o cenário mudou ao término do encontro, pois a Rússia, o segundo maior emissor de CO2 do planeta, e o Canadá, um seguidor do receituário de Washington, disseram que ratificarão o protocolo em breve. A Austrália também estuda cumprir as normas de Kyoto. Como os 15 países da União Européia e o Japão ratificaram o acordo no início do ano, com a entrada da Rússia, mesmo sem os Estados Unidos, o protocolo pode decolar. Países pobres e em desenvolvimento, como o Brasil, estão isentos de cumprir as metas.

O Brasil, aliás, foi notícia na Rio + 10 ao apresentar uma proposta que chamou a atenção: defendeu a idéia de que, até 2010, 10% da energia utilizada globalmente viesse de fontes renováveis, como a energia hidroelétrica. A sugestão, porém, foi rechaçada pelos Estados Unidos e os países produtores de petróleo, com exceção da Venezuela.

O Projeto
Conservação e Utilização Sustentável da Biodiversidade Vegetal do Cerrado e Mata Atlântica: os Carboidratos de Reserva e seu Papel no Estabelecimento e Manutenção das Plantas em seu Ambiente Natural
Modalidade
Projeto temático
Coordenador
Marcos Silveira Buckeridge – Instituto de Botânica da Secretaria de Estado do Meio Ambiente
Investimento
R$ 309.845 e US$ 378.726

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