Como as plantas competem por imóveis subterrâneos afetam as mudanças climáticas e a produção de alimentos

Em um artigo publicado hoje em Ciências, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo estudante de graduação de Princeton Ciro Cabal lança luz sobre a vida subterrânea das plantas. A pesquisa deles usou uma combinação de modelagem e um experimento de estufa para descobrir se as plantas investem de maneira diferente nas estruturas das raízes quando plantadas sozinhas ou ao lado de um vizinho.

“Este estudo foi muito divertido porque combinou vários tipos diferentes de tratamentos mentais para reconciliar resultados aparentemente contraditórios na literatura: um experimento inteligente, um novo método para observar sistemas de raízes em solos intactos e uma teoria matemática simples”, disse Stephen Pacala, o Frederick D. Petrie Professor de Ecologia e Biologia Evolutiva (EEB) e o autor principal do artigo.

“Embora as partes aéreas das plantas tenham sido amplamente estudadas, incluindo quanto carbono elas podem armazenar, sabemos muito menos sobre como as partes subterrâneas – as raízes – armazenam carbono”, disse Cabal, um Ph.D. . aluno do laboratório da Pacala. “Como aproximadamente um terço da biomassa da vegetação mundial, portanto o carbono, é subterrâneo, nosso modelo fornece uma ferramenta valiosa para prever a proliferação de raízes em modelos do sistema terrestre global.”

As plantas produzem dois tipos diferentes de raízes: raízes finas que absorvem água e nutrientes do solo e raízes grossas de transporte que transportam essas substâncias de volta ao centro da planta. A “inversão” da planta nas raízes envolve tanto o volume total de raízes produzidas quanto a maneira como essas raízes estão distribuídas pelo solo. Uma planta pode concentrar todas as suas raízes diretamente abaixo de seus brotos, ou pode espalhar suas raízes horizontalmente para se alimentar do solo adjacente, o que corre o risco de competir com as raízes das plantas vizinhas.

O modelo da equipe previu dois resultados potenciais para a inversão da raiz quando as plantas estão compartilhando o solo. No primeiro resultado, as plantas vizinhas “cooperam” segregando seus sistemas de raízes para reduzir a sobreposição, levando à produção de menos raízes em geral do que fariam se estivessem sozinhas. No segundo resultado, quando uma planta detecta recursos reduzidos em um lado devido à presença de um vizinho, ela encurta seu sistema radicular daquele lado, mas investe mais nas raízes logo abaixo do caule.

A seleção natural prediz este segundo cenário, porque cada planta atua para aumentar sua própria aptidão, independentemente de como essas ações afetam outros indivíduos. Se as plantas estiverem próximas, esse aumento de investimento no volume das raízes, apesar da segregação dessas raízes, pode resultar em uma tragédia dos comuns, então os recursos (no caso, a umidade e a nutrientes do solo) estão esgotados.

Para testar as previsões do modelo, os pesquisadores cultivaram plantas de pimenta em uma estufa tanto individualmente quanto em pares. No final do experimento, eles tingiram as raízes das plantas com cores diferentes para que pudessem ver facilmente quais raízes pertenciam a qual planta. Eles então calcularam a biomassa total do sistema radicular de cada planta e a proporção de raízes para brotos, para ver se as plantas mudaram a quantidade de energia e carbono que eles depositaram em estruturas subterrâneas e aéreas quando plantadas ao lado de vizinhos, e contaram o número de sementes produzidas por cada planta como uma medida de aptidão relativa.

A equipe descobriu que o resultado depende da proximidade de um par de plantas. Se plantadas próximas umas das outras, as plantas têm maior probabilidade de investir pesadamente em seus sistemas de raízes para tentar competir entre si por recursos subterrâneos finitos; se plantadas em áreas mais distantes, provavelmente irão investir menos em seu sistema de raízes do que uma planta solitária.

Especificamente, eles descobriram que quando plantadas próximas umas das outras, as plantas de pimenta aumentaram o investimento nas raízes localmente e reduziram o quanto suas raízes se esticaram horizontalmente, para reduzir a sobreposição com as vizinhas. Não houve evidência de um cenário de “tragédia comum”, pois não houve diferença na biomassa total das raízes ou investimento relativo nas raízes em comparação com as estruturas aéreas (incluindo o número de sementes produzidas por planta) para as plantas solitário ou coabitando.

As plantas removem o dióxido de carbono da atmosfera e o depositam em suas estruturas, sendo que um terço desse carbono vegetativo é armazenado nas raízes. Entender como as mudanças na deposição de carbono em diferentes cenários podem 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 colheitas, é útil entender como usar os recursos subterrâneos (e aéreos) da maneira ideal.

Fonte da história:

materiais fornecido por Universidade de Princeton. Original escrito por Liana Wait. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.