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Pesquisadores quantificam a energia que as plantas usam para elevar a água que necessitam para a fotossíntese

Fonte

UCSB | Universidade da Califórnia em Santa Bárbara

Data

quarta-feira, 14 setembro 2022 18:20

Todos os dias, cerca de 3,8 quatrilhões de litros de água são bombeados silenciosamente do solo para as copas das árvores. A vida vegetal da Terra realiza esse feito impressionante usando apenas a luz solar. É preciso energia para elevar todo esse líquido, mas quantificar essa energia era uma questão em aberto até agora.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Barbara (UCSB), nos Estados Unidos, calcularam a tremenda quantidade de energia usada pelas plantas para mover a água através do xilema, do solo para as folhas. Eles descobriram que, em média, é um adicional de 14% da energia que as plantas coletam através da fotossíntese. Em escala global, isso é comparável à produção de toda a energia hidrelétrica da humanidade. O estudo, publicado na revista científica Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, é o primeiro a estimar quanta energia é aplicada para elevar a água até as copas das plantas, tanto para plantas individuais quanto em todo o mundo.

“É preciso energia para mover a água através do xilema da árvore. Estamos quantificando essa energia”, disse o Dr. Gregory Quetin, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Geografia da UCSB. Essa energia é um acréscimo ao que uma planta produz por meio da fotossíntese. “É a energia que está sendo colhida passivamente do meio ambiente, apenas através da estrutura da árvore”, continuou o pesquisador.

Fotossíntese

A fotossíntese requer dióxido de carbono, luz e água. O CO₂ está amplamente disponível no ar, mas os outros dois ingredientes representam um desafio: a luz vem de cima e a água de baixo. Assim, as plantas precisam trazer a água (às vezes a uma distância considerável) para onde está a luz.

Plantas mais complexas realizam isso com um sistema vascular, no qual pequenos tubos chamados xilema trazem água das raízes para as folhas, enquanto outros tubos chamados floema transportam o açúcar produzido nas folhas para o resto da planta.

Muitos animais também têm um sistema vascular: um sistema circulatório fechado com um coração que bombeia sangue através de artérias, capilares e veias fornece oxigênio e nutrientes para todo o corpo. As plantas também poderiam ter evoluído com ‘corações’, mas não o fizeram. Isso poupa-lhes muita energia metabólica.

Em contraste com os animais, os sistemas circulatórios das plantas são abertos e alimentados passivamente. A luz do sol evapora a água, que escapa dos poros das folhas. Isso cria uma pressão negativa que puxa a água abaixo dela. Os cientistas chamam esse processo de ‘transpiração’. Em essência, a transpiração é apenas outra maneira pela qual as plantas coletam energia da luz solar. Mas, ao contrário da fotossíntese, essa energia não precisa ser processada antes de ser usada.

Os cientistas entendem esse processo muito bem, mas ninguém jamais havia estimado quanta energia ele consome. “Eu só vi isso mencionado especificamente como energia em um artigo”, disse o coautor Dr. Leander Anderegg, “e era para dizer que ‘este é um número realmente grande. Se as plantas tivessem que pagar por isso com seu metabolismo, elas não funcionariam’”.

Para fazer esse cálculo, a equipe combinou um banco de dados global de condutância de plantas com modelos matemáticos de ascensão de seiva para estimar quanta energia a vida vegetal do mundo dedica ao bombeamento de água. Eles descobriram que as florestas da Terra consomem cerca de 9,4 petawatts-hora por ano. “Isso está no mesmo nível da produção global de energia hidrelétrica”, destacaram os pesquisadores.

Isso é cerca de 14,2% da energia que as plantas absorvem através da fotossíntese. Portanto, é uma parte significativa de energia da qual as plantas se beneficiam, mas não precisam processar ativamente. Essa energia livre passa para os animais e fungos que consomem as plantas, e os animais que as consomem, e assim por diante. Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que lutar contra a gravidade representa apenas uma pequena fração desse total. A maior parte da energia vai para simplesmente superar a resistência do próprio caule de uma planta.

Essas descobertas podem não ter muitas aplicações imediatas, mas ajudam a entender melhor a vida na Terra. “O fato de haver um fluxo global de energia dessa magnitude que não quantificamos é levemente chocante”, disse o Dr. Gregory Quetin.

A energia envolvidas na transpiração parecem estar entre as escalas que diferentes cientistas examinam. É grande demais para os fisiologistas das plantas considerarem e pequeno demais para os cientistas que estudam os sistemas da Terra se preocuparem com isso, então foi esquecido. E foi apenas na última década que os cientistas coletaram dados suficientes sobre o uso da água e a resistência ao xilema para começar a abordar a energia da transpiração em escala global, explicaram os autores.

Nesse período, os cientistas conseguiram refinar o significado da transpiração nos sistemas da Terra usando novas observações e modelos. Isso afeta temperaturas, correntes de ar e chuvas, e ajuda a moldar a ecologia e a biodiversidade de uma região. O poder de ascensão da seiva é um pequeno componente da transpiração em geral, mas os autores suspeitam que possa ser notável, dada a energia significativa envolvida.

Ainda é cedo, e a equipe admite que há muito trabalho a fazer para melhorar suas estimativas. As plantas variam muito em quão condutivas são para o fluxo de água. Essa incerteza se reflete nas estimativas dos autores, que ficam entre 7,4 e 15,4 petawatts-hora por ano. Dito isso, pode chegar a 140 petawatts-hora por ano, embora o Dr. Gregoty Quetin admita que esse limite superior é improvável. “Acho que essa incerteza destaca que ainda há muito que não sabemos sobre a biogeografia da resistência das plantas (e, em menor grau, da transpiração)”, disse ele. “Esta é uma boa motivação para a pesquisa contínua nessa área”, concluiu o pesquisador.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (em inglês).

Fonte: Harrison Tasoff, UCSB.