Terras áridas: diversidade vegetal inesperada permite adaptação a climas extremos

Três cientistas do INRAE, do CNRS e da King Abdullah University of Science and Technology na Arábia Saudita coordenaram um estudo internacional em larga escala envolvendo 120 cientistas de 27 países para entender como as plantas encontradas em terras áridas se adaptaram a esses habitats extremos. Por 8 anos, as equipes coletaram amostras de várias centenas de parcelas de terras áridas selecionadas em seis continentes, permitindo a análise de mais de 1.300 conjuntos de observações de mais de 300 espécies de plantas, uma novidade nessa escala. Os resultados, publicados na Nature, mostram que as plantas em zonas áridas adotam muitas estratégias de adaptação diferentes e que, surpreendentemente, essa diversidade aumenta com os níveis de aridez. O isolamento dessas plantas em zonas mais áridas parece ter reduzido a competição entre as espécies, permitindo que elas expressem uma diversidade de formas e funções que é globalmente única, exibindo o dobro da diversidade encontrada em zonas mais temperadas. Este estudo lança nova luz sobre nossa compreensão da arquitetura vegetal, adaptação vegetal a habitats extremos, colonização histórica de plantas em ambientes terrestres e a capacidade das plantas de responder às mudanças globais atuais.

A Terra abriga uma diversidade de plantas com formas e funções altamente variadas. Essa extraordinária diversidade morfológica, fisiológica e bioquímica determina como as plantas se adaptam e respondem às mudanças globais em andamento, com consequências significativas para o funcionamento dos ecossistemas. No entanto, 90% do conhecimento atual sobre a diversidade funcional das plantas diz respeito apenas aos ecossistemas agrícolas e zonas temperadas. Em contraste, as terras secas (veja o detalhe), que compõem 45% da área terrestre da Terra, permanecem sub-representadas nos dados. Essas zonas importantes agora estão diretamente ameaçadas pelo aumento da aridez, pressão de pastoreio e desertificação. Precisamos entender como as plantas respondem a essas pressões antes de podermos estabelecer a possível evolução futura desses frágeis ecossistemas em termos de biodiversidade e funcionamento. Para atender a essa necessidade urgente, uma equipe internacional de 120 cientistas de 27 países realizou a primeira investigação mundial sobre a diversidade funcional de plantas em zonas áridas.

Tendo desenvolvido um protocolo de amostragem padronizado, os cientistas coletaram e processaram amostras de 301 espécies de plantas encontradas em 326 parcelas representativas de todos os continentes (exceto a Antártida) para caracterizar a diversidade funcional das zonas, gerando um total de 1347 conjuntos completos de observações de características para análise. Foi dada atenção especial à caracterização do elemento vegetal, ou seja, a diversidade de elementos químicos e oligoelementos (como nitrogênio, fósforo, cálcio, magnésio e zinco) encontrados nas plantas, pois essas características, muitas vezes não registradas, exercem uma forte influência sobre como estas últimas funcionam. No geral, o estudo envolveu mais de 130 000 medições de características individuais de plantas.

Uma hipótese-chave no início do estudo foi que a aridez reduziria a diversidade de plantas por meio da seleção, deixando apenas as espécies capazes de tolerar extrema escassez de água e estresse por calor. No entanto, descobrimos que o oposto é o caso nas pastagens mais áridas do planeta, onde as plantas exibem uma ampla gama de estratégias de adaptação individuais. Por exemplo, algumas plantas desenvolveram altos níveis de cálcio, fortalecendo as paredes celulares como proteção contra a dessecação. Outras contêm altas concentrações de sal, reduzindo a transpiração. Embora menos espécies sejam observadas em escala local do que em outras regiões do planeta (em zonas temperadas ou tropicais), as plantas em zonas áridas exibem uma extraordinária diversidade de formas, tamanhos e funcionamento, o dobro daquelas em zonas climáticas mais temperadas. Esse aumento na diversidade de características ocorre abruptamente no ponto em que os volumes de chuva caem abaixo do limite anual de 400 mm. Esse também é o limite para um declínio pronunciado na cobertura vegetal e o surgimento de grandes áreas de solo descoberto. Para explicar esse fenômeno, os autores do estudo sugerem que a perda de cobertura vegetal leva à “síndrome da solidão vegetal”, onde o aumento do isolamento e a redução da competição por recursos produzem altos graus de singularidade de características e diversidade funcional que são globalmente excepcionais. Essa diversidade adaptativa poderia igualmente refletir histórias evolutivas complexas que remontam à colonização inicial de habitats terrestres por plantas há mais de 500 milhões de anos, quando esses habitats apresentavam condições extremas para organismos vivos.

Este estudo revela a importância das terras secas como um reservatório global de diversidade funcional em plantas. Ele fornece uma nova lente através da qual podemos ver a arquitetura vegetal, a adaptação das plantas a habitats extremos, a colonização histórica de plantas em ambientes terrestres e a capacidade das plantas de responder às mudanças globais atuais.

O que são terras áridas?

Terras áridas são definidas como zonas tropicais e temperadas com um valor de aridez abaixo de 0,65. Elas cobrem 45% da área terrestre da Terra e abrigam um terço da população humana global. Elas incluem ecossistemas subúmidos, semiáridos, áridos e hiperáridos, como a paisagem mediterrânea, estepes, savanas e desertos.

Referência

Gross N., T. Maestre F., Liancourt P. et al. (2024). Diversidade fenotípica imprevista de plantas em um mundo seco e pastoreado. NaturezaDOI : https://doi.org/10.1038/s41586’024 -07731-3