Porque as folhas mudam de cor e caem no outono?
Crédito: Exothermic
No último mês o periódico americano Science publicou um artigo que relata mais uma tentativa de melhorar o nosso entendimento sobre um dos mecanismos mais comuns e visíveis da natureza. A senescência sazonal das folhas das plantas, principalmente de espécies características de clima temperado. O trabalho de JH Kim e colaboradores coreanos analisou a cadeia de eventos que regulam este processo em plantas normais e em mutantes, onde as folhas demoravam mais tempo para morrer. Segundo os autores, a chave deste complexo processo está na regulação do gene ORE1, responsável pela produção de uma proteína que induz a perda e clorofila e a consequente morte da folha. Se não houvesse um mecanismo de supressão do gene ORE1 em folhas jovens, certamente o tempo de vida das folhas seria drasticamente reduzido. Além da importância de responder a uma questão intrigante da natureza, o estudo da senescência sazonal das folhas pode ser muito importante para o ser humano, principalmente na agricultura.
Acompanhando o processo de morte celular, a mudança de cor destas folhas é algo realmente marcante. Mas será que a alteração da cor das folhas resulta somente do processo de senescência celular? Na verdade não totalmente. As chamadas “cores de outono” (pelo menos em clima temperado) são resultado da mistura de três pigmentos: clorofila (verde), carotenóides (amarelo-laranja) e antocianina (vermelho-violeta). Tanto a clorofila quanto os carotenóides são produzidos ao longo ao ano todo, mas devido a grande produção do principal pigmento fotossintético, as cores amarelo-alaranjadas são mascaradas. Já os pigmentos de cores avermelhadas (antocianina) são produzidos especificamente no outono, logo antes antes da queda das folhas. Então a coloração vermelha das folhas no outono não é um efeito colateral da senescência sazonal, o que torna a produção ativa deste pigmento no outono ecologicamente interessante.
Predominância das coloração vermelha (a), amarela (b) e marrom (c) em folhas. O marrom normalmente indica morte celular. Fonte: Archetti et al. 2009
A explicação mais antiga e testada para a função do pigmento vermelho é a proteção contra fatores abióticos, principalmente a radiação solar. As antocianinas aliviariam esse estresse foto-oxidativo, funcionando como um verdadeiro “protetor solar”. Mas para que aliviar esse estresse em folhas que vão morrer de uma maneira ou outra? Aí entramos no papel de um mecanismo muito importante, a reabsorção de nutrientes. Folhas mais saudáveis podem aumentar a eficiência da reabsorção de nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo) para o resto da planta. Esse mecanismo é bem difundido em vegetais, tendo grande importância competitiva em ambientes pobres em nutrientes. Discuti um pouco a importância do mecanismo de reabsorção de nutrientes em vegetais no artigo intitulado “O papel das macrófitas aquáticas emersas no ciclo do fósforo em lagos rasos“, publicado pelo periódico aberto Oecologia Brasilisensis.
Além das explicações abióticas, outro grupo de explicações para a produção ativa de antocianina no outono por folhas senescentes está relacionada a interação inseto-planta. Coevolução, dispersão de sementes, defesa direta, camuflagem, anticamuflagem, mutualismo tritrófico (entre três níveis tróficos) são hipóteses relacionadas a este tipo de interação. Dentre todas essas possibilidades bióticas, a mais estudada, para felicidade do Atila, é a coevolução. Segundo esta hipótese, a coloração vermelha seria um sinal de advertência para os insetos herbívoros. Ela indicaria um alto nível de defesas químicas, baixa qualidade nutricional ou queda iminente da folha, o que não seria nada interessante para os insetos. Sendo a migração no outono um passo crucial no ciclo de vida de vários insetos, a pressão seletiva para buscar uma folha de qualidade para colocar os seus ovos é bem forte. Já a planta se beneficiaria tanto pela menor taxa de herbivoria em suas folhas quanto pela menor taxa de infecção por vírus, bactérias e fungos trazidos pelos insetos. Desta forma, a escolha das folhas pelos insetos e as cores do outono poderiam coevoluir como em uma corrida armamentista. As plantas com folhas de coloração em tons avermelhados seriam selecionadas por ter menor taxa de herbivoria e os insetos que buscavam folhas em tons diferentes do vermelho foram selecionados por acharem substratos de maior qualidade. Simples assim. Simples?
Bem, o buraco é um pouco mais embaixo. Um trabalho que analisou 262 espécies de árvore mostrou que as espécies que apresentam “coloração de outono” são as que apresentam uma história evolutiva ligada a insetos que migram no outono (no caso, pulgões). Pulgões realmente parecem ter uma preferência por folhas verdes em detrimento de folhas avermelhadas, mas como eles distinguem entre o verde e o vermelho? Muitos insetos não apresentam fotoreceptores para a cor vermelha e por isso não enxergariam o que nós vemos como vermelho. Uma possível saída para essa questão seria que os pulgões não seriam atraídos ou repelidos por cores, mas sim por fatores químicos voláteis ligados a qualidade da folha. Desta forma eles teriam um indicativo indireto da coloração da folha, o que é consistente em relação a hipótese da coevolução. Mas não corrobora totalmente a hipótese, já que não mostra que a coloração vermelha é o sinal que direcionador da escolha de folhas pelos pulgões.
Grupo de pulgões (Aphis nerii) tirando a barriga da miséria. Crédito: bobtravis
As hipóteses da fotoproteção e da coevolução foram as que receberam mais atenção nos últimos anos, o que não quer dizer que as outras hipóteses são menos expressivas
. As hipótese que tentam explicar o valor adaptativo das “cores de outono” são tantas que foi publicado no relevante periódico Oikos esse ano um levantamento do estado da arte do tema. No total, Marco Archetti levantou em seu artigo 16 diferentes hipóteses e finalizou mostrando que ainda temos um grande caminho pela frente “Nós não temos nenhuma evidência para qualquer hipótese“.
Da próxima vez que você olhar uma folha mudando de cor no outono eu tenho certeza que os pontos discutidos neste post ainda estarão pulsando. O levantamento de questões sobre situações que parecem simples em um primeiro momento, mas apresentam grande complexidade é um dos fatores que faz a ciência ser tão interessante.
Referências:
Kim, J., Woo, H., Kim, J., Lim, P., Lee, I., Choi, S., Hwang, D., & Nam, H. (2009). Trifurcate Feed-Forward Regulation of Age-Dependent Cell Death Involving miR164 in Arabidopsis Science, 323 (5917), 1053-1057 DOI: 10.1126/science.1166386
Archetti, M., Döring, T., Hagen, S., Hughes, N., Leather, S., Lee, D., Lev-Yadun, S., Manetas, Y., Ougham, H., & Schaberg, P. (2009). Unravelling the evolution of autumn colours: an interdisciplinary approach Trends in Ecology & Evolution, 24 (3), 166-173 DOI: 10.1016/j.tree.2008.10.006
Luiz Bento, Humberto Marotta & Alex Enrich-Prast (2007). O papel das macrófitas aquáticas emersas no ciclo do fósforo em lagos rasos. Oecologia Brasiliensis 11(4), 582-589. Link para o artigo
Archetti, M. (2009). Classification of hypotheses on the evolution of autumn colours Oikos, 118 (3), 328-333 DOI: 10.1111/j.1600-0706.2008.17164.x
Pós-graduação para quê?
Passei seis anos da minha vida dedicados a academia. Iniciação científica, mestrado e um doutorado engatilhado. Porém entre o doutorado e o mestrado, tive um ano para repensar minha vida. Diferente dos anos anteriores onde fui emendando uma coisa na outra, a onda acadêmica me levava.
Para que eu faria um doutorado? Prazer, realização pessoal, orgulho, gostar de ciência… tudo isso eram atrativos. Porém, toda hora me vinha a cabeça o tempo entre o mestrado e doutorado que fiquei sem bolsa. Me encontrei no limbo, sem contato nenhum fora da universidade e sem possibilidade de ganhar dinheiro dentro dela. E foi nessa situação de extrema tristeza e desilusão que tomei algumas atitudes para minha nova vida.
Isto mesmo, como na alegoria da caverna de Platão. Um mundo de sombras. A sombra da publicação, a sombra da pressão do seu programa de pós-graduação, a sombra do seu orientador, entre outras. É… o mundo de ilusão da universidade é muito sedutor. Professores com egos inflados, viajando pelo mundo (e de graça! Como vocês sabem a universidade sempre libera verba para esses “congressos”). Eu admirava isso. Toda essa politicagem dentro dos institutos. Estava cercado de Pseudo-Deuses.
Sempre imaginei: “Poxa, me formei numa universidade ótima, tenho mestrado nessa mesma universidade, arrumo emprego quando quiser…” Nem preciso dizer que quebrei a cara. O mundo real é diferente, as coisas são bem mais difíceis! Os contatos são muito importantes. Por sorte, acabei conseguindo trabalho alguns meses depois. Hoje, leciono em dois colégios. Mas, trabalhar como biólogo ainda não consegui.
Nesse momento, me pergunto: E se eu tivesse um doutorado? Bem, na minha humilde opinião, seria a mesma situação, só que 4 anos a mais na falta de experiência no mercado. Qual o futuro de um Doutor no Brasil? Se não for para ser professor de Universidade ou em um raro centro de pesquisa, acho que só vale de pontos a mais um uma possível prova de título em um concurso público. Nosso país precisa absorver esses pós-graduados. Não podemos ter a profissão de pesquisadores? Nosso país gera tanta tecnologia assim para a quantidade de doutores e mestres que produzimos? Ou será que estamos formando uma massa de desempregados super qualificados? Qual o futuro de um doutor? Pós doutorado atrás de pós doutorado para ter uma bolsa?
Um doutor não pode nem financiar um carro no nome dele. Ele não tem comprovante de renda! É um absurdo! Temos prazo de validade, esse prazo é a data do término da bolsa! Ou quem sabe, te pasteurizam de novo e prolongam essa prazo por mais 2 anos.
É nesse contexto que vemos as notícias de fraude de dados se ampliando cada vez mais. É a pressão para sermos os melhores do mundo, temos que publicar em revistas internacionais. Fazer ciência para o Brasil e publicar para gringos. Tenho certeza que o número de pessoas que leram os trabalhos que participei como um dos autores é ínfimo diante das pessoas que já leram o que escrevi nesse blog.
Mas aonde quero chegar? Acredito que é vital que o Brasil crie instituições para absorver todos estes cientistas altamente qualificados. Pois, ou os perderemos para o exterior ou não vão trabalhar na área que foram altamente capacitados a trabalhar (investimento de milhares de reais no lixo). Ou se não, teremos que abrir 1 milhão de universidades para ter vaga para tanto professor!
Bem, essa é minha humilde opinião. E que venham as críticas…rs
Especial da Sociedade Lineana sobre Darwin e Wallace
Capa do número especial
Em comemoração aos 150 anos da Teoria da evolução de Darwin e Wallace a mesma Sociedade Lineana preparou um número especial que está disponível de forma gratuita (clique aqui para baixar o pdf). Além do texto original lido perante a sociedade há 150 anos atrás, temos uma reunião de vários artigos sobre a vida e obra de Wallace e Darwin. Particularmente interessante são os artigos relacionados a Wallace, sempre bem vindos em uma situação de certa escassez de material sobre este grande naturalista. Este realmente não é apenas mais um especial lançado este ano sobre Darwin. Vale a pena a leitura completa.
Porque Darwin não descobriu as leis de Mendel?
Robin Marantz Henig (2001). O monge no jardim. Editora Rocco.
Definitivamente a hereditariedade é um conceito que Darwin nunca entendeu corretamente. E não podemos dizer que as tentativas foram poucas. Dois volumes inteiros publicados em 1868 foram dedicados a isso, sob o nome de “A variação dos animais e plantas sob domesticação”, além de vários experimentos feitos na sua casa em Down (sua última residência) sobre este mesmo tema.
Praticamente ao mesmo tempo, Gregor Mendel, um monge da Morávia (região central da República Tcheca), desenvolveu um trabalho com ervilhas no jardim de seu mosteiro. Seu trabalho foi lido para a Sociedade de História Natural de Brunn em 1865, mas não teve o que podemos chamar de “sucesso”. Em 1884, o considerado atualmente como pai da genética, morreu sozinho e desiludido. Apenas 16 anos depois de sua morte e 35 anos depois da publicação de seu trabalho, o legado de Mendel foi finalmente redescoberto, de forma independente por vários cientistas. Hoje devido a velocidade de publicação e disseminação de artigos científicos via internet, a ideia de que um trabalho científico de tamanha importância como o de Mendel para a teoria da evolução passou despercebido por Darwin é realmente inconcebível. Mas pensando em uma época onde a forma mais comum de disseminação de artigos científicos era a leitura dos mesmos em reuniões de sociedades científicas, podemos compreender melhor este lag. Mas será que Darwin poderia ter descoberto as leis Mendel sobre hereditariedade de forma independente? Em um artigo publicado no periódico Journal of Biology, Jonathan C. Howard discute esta questão. O artigo é aberto, sendo apenas necessário o cadastro no sítio do periódico para baixar o pdf.
Darwin poderia ter sido um mendeliano, mas temos que reconhecer que o monge tinha uma certa vantagem nas ciências exatas. Mendel tinha conhecimentos profundos de matemática, estatística e probabilidade, algo que Darwin não dominava, fato revelado por ele mesmo em sua autobiografia. Mas esta situação não impediu que Darwin tivesse uma grande importância no avanço da estatística.
“Nos três anos que passei em Cambridge, meu tempo foi tão completamente desperdiçado, no que diz respeito aos estudos acadêmicos, quanto em Edimburgo e na escola. Experimentei a matemática (…) mas meus progressos foram lentos. O trabalho me repugnava, principalmente por eu não conseguir perceber nenhum sentido nos primeiros passos de álgebra. Essa impaciência foi uma grande tolice. Em anos posteriores, lamentei não ter seguido adiante, pelo menos o suficiente para compreender um pouco os princípios centrais da matemática, pois os homens assim dotados parecem ter um sentido a mais. Entretanto, não creio que conseguisse ultrapassar um grau muito baixo.”
Mesmo assim, o jardim de Down era muito utilizado para experimentos de todo o tipo, com características bem semelhantes do jardim utilizado por Mendel. Desta forma, outro fatores pesaram mais para que Darwin não tivesse fechado de forma mais coerente os aspectos relacionados a herança. A certeza de que a teoria da pangênese estava correta era uma delas. Darwin era um fã incondicional da “Hipótese provisória da pangênese”, teoria de aspectos lamarckistas onde todas as características de um organismos estariam representadas em “gêmulas”. Estas seriam modificadas ao longo da vida e posteriormente misturadas durante a reprodução sexuada. A pangênese era bem aceita na época e não foi questionada pelos evolucionistas até então.
Mesmo realizando vários experimentos onde conclusões poderiam ser obtidas em direção as leis mendelianas, Darwin nunca chegou perto de questionar a hipótese da pangênese. Como Jonathan Howard descreveu no seu artigo “(…) se Darwin falhou em descobrir as leis de Mendel, não foi porque ele carecia de genialidade ou talentos matemáticos ou mentalidade experimental, mas particularmente por causa da forte tendência do que ele já possuía“. Charles Darwin não chegou a uma conclusão correta sobre o mecanismo chave da teoria da evolução por estar plenamente convencido de que a pangênese era a hipótese mais correta.
“Tanto como é me dado julgar, não tenho a tendência de seguir cegamente a opinião de outros homens. Tenho feito um esforço sistemático de manter minha mente livre, de modo a abandonar qualquer hipótese , por mais amada que seja (…), tão logo os fatos revelem opor-se a elas. (…) não sou muito cético, mentalidade que creio ser prejudicial ao progresso da ciência; para evitar perda de tempo, um cientista deve ter boa dose de ceticismo. Porém, conheci muitos homens que foram impedidos pelo ceticismo de fazerem experimentos ou observações que poderiam ter-se revelado úteis, direta ou indiretamente.”
Talvez se Darwin estivesse aberto a outros aspectos e fosse menos dogmático em relação a pangênese, ele pudesse ter descoberto as leis de mendel. Será que faltou um pouco mais de ceticismo a Darwin?
Referências:
Howard, J. (2009). Why didn’t Darwin discover Mendel’s laws? Journal of Biology, 8 (2) DOI: 10.1186/jbiol123
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