Marcos S. Buckeridge
Seção de Fisiologia e Bioquímica de Plantas
Instituto de Botânica, SMA-SP
e-mail:msbuck@usp.br

     Durante os últimos anos, a especulação sobre a relação entre o aumento desproporcional na concentração de gás carbônico na atmosfera terrestre, que é conseqüência da queima de combustíveis fósseis, e os efeitos climáticos globais, se tornou um fato. Como conseqüência, um novo ramo da ciência surgiu. Em inglês se chama Global Change Biology e apesar de não estarmos usando oficialmente estes termos em revistas científicas em português por enquanto, poderíamos chamar este ramo de Biologia das Mudanças Climáticas.

     Antes de entrarmos na Biologia das Mudanças Climáticas propriamente dita, temos que compreender melhor alguns conceitos sobre o funcionamento da atmosfera de nosso planeta. Em primeiro lugar é preciso entender o que é o efeito estufa e para isso, sugiro ao leitor visitar o site da Sociedade Botânica de São Paulo (http://www.botanicasp.org.br) e entrar no link EDUCAÇÃO. Lá há um texto sobre o efeito estufa e há também animações que podem ser vistas tanto on line como o visitante pode baixar os arquivos e desde que possua um visualizador Flash em seu computador poderá assisti-las sem a necessidade de conecção à internet. Para o restante do texto, portanto, assumirei que o leitor já tem conhecimento sobre isso.

     Um fato de que temos que nos conscientizar é que o gás carbônico em excesso na atmosfera, produzido pelo nosso estilo de vida, está mesmo relacionado com as mudanças climáticas e que este não é, de forma alguma, um problema trivial. Nossa geração terá que enfrentar (e resolver) problemas muito sérios que podem até mesmo se tornar catastróficos, caso não façamos algo rapidamente.
Uma das formas de adotar uma atitude pró-ativa em relação a este problema é simplesmente passarmos a compreender melhor os diversos sistemas de produção de energia que estão por trás dos produtos que consumimos.

     Parece fácil, mas após um exame mais acurado percebemos que estamos atolados até o pescoço em nosso sistema de produção e praticamente tudo o que consumimos implica em emissão de carbono sujo. Carbono sujo se refere à parcela de carbono emitido em forma de gás carbônico a partir de um processo que envolva a degradação de petróleo ou de seus derivados. O carbono produzido dessa forma é acrescentado à atmosfera e aumenta artificialmente a concentração de gás carbônico enquanto o carbono limpo é o carbono que já estava na atmosfera e foi reciclado.

     Pode-se alegar, por exemplo, que quando se usa um automóvel a álcool, a energia utilizada é toda limpa. Porém, há uma parcela que não, pois a cana para ser plantada e cortada envolveu o uso de pessoas (que são consumidores e produtores de carbono sujo de alguma forma) e/ou máquinas que utilizam derivados de petróleo para funcionar. O mesmo ocorre para cortar a cana e depois para distribuir o álcool produzido. O próprio processo de produção do álcool na usina não é completamente limpo.
Teremos que utilizar diversas estratégias diferentes de mitigação da emissão de CO2 se quisermos obter um efeito significativo de maior escala.

      Atualmente, o Ministério de Meio Ambiente financia projetos de rotulagem de produtos fabricados de forma eficiente e ecologicamente corretos. Isto denota o fato de que a atividade de consumo deixou realmente de ser uma ação automática relacionada apenas ao desejo e mais recentemente à saúde do consumidor. Consumir se tornou bem mais complexo, pois os rótulos logo irão trazer diversos elementos que terão que ser balanceados pelo consumidor antes da decisão de comprar.

      O consumidor tem hoje que fazer uma série de perguntas antes de consumir. Após as perguntas óbvias como se tenho dinheiro para comprar, se o designer me agrada etc, algumas perguntas a mais seriam:
1) este produto faz bem à minha saúde?
2) dá empregos localmente?
3) o produto faz parte de um programa geral que possibilita o desenvolvimento sustentável?
4) a matéria prima provém de alguma atividade prejudicial à sociedade organizada?

      Tais perguntas surgiram recentemente e estão diretamente relacionadas com o esgotamento dos recursos naturais e o aumento desgovernado da população humana no planeta. Por trás destas perguntas está o fato de que se não equilibrarmos o uso dos recursos naturais no planeta, a civilização como a conhecemos simplesmente não sobreviverá. A pergunta 4 tem uma relação direta com a questão do CO2 e as mudanças climática. As questões relacionadas à eficiência de produção são importantes para o Brasil, na medida em que este país vem se tornando um dos pólos industriais mais importantes da América Latina. Mas o Brasil tem ainda uma outra grande responsabilidade: a manutenção dos biomas tropicais. Pensando apenas no contexto do problema do gás carbônico, as florestas Amazônica e Atlântica são de importância especial, pois constituem um dos maiores sumidouros de CO2 no Planeta Terra.

      A situação atual poderia ser descrita da seguinte forma: 1) ainda temos grande parte da Floresta Amazônica em pé, mas a invasão humana é iminente. Queimadas da floresta nativa trocam as paisagens por pastagens ou cidades; 2) Já destruímos grande parte da Mata Atlântica estamos destruindo rapidamente o cerrado. As soluções imediatas para os dois problemas seriam: 1) parar as queimadas na Amazônia e intensificar os programas de conservação e uso sustentável; 2) regenerar pelo menos parte das florestas e cerrado perdidos. Estas duas atitudes já seriam passos enormes no auxílio ao problema do CO2 e as mudanças climáticas, pois deixaríamos de perder capacidade de seqüestrar carbono.

     Mas só isto não é suficiente, pois as emissões continuam e continuarão aumentando por conta do rápido avanço dos países em desenvolvimento (Ásia, América Latina e o Leste Europeu).

     Assim, na situação de momento parece ser praticamente impossível diminuirmos as emissões de carbono sujo no curto e médio prazo. Se isto ocorrer, as conseqüências climáticas serão drásticas. Há previsão de um aumento médio de temperatura na Amazônia de 5oC. Parece pouco, mas estamos falando de média e isso significa que em alguns locais a temperatura poderia passar dos 45oC, o que torna a existências de muitas plantas impossível. Sem plantas não há consumo de CO2 e conseqüente produção de biomassa. Portanto não há floresta e conseqüentemente não haverá mais seqüestro de carbono. O "saldo geral" de tudo isso é que se tentarmos uma previsão para os próximos 30 a 50 anos, o sentido parece ser de diminuir o seqüestro de carbono e não de aumenta-lo. As previsões de aumento de CO2, com base na atividade industrial da qual todos dependemos, indicam que o aumento deste gás dobrará em meados do século 21.

     Isto coloca um problema para a humanidade que deve ser um dos mais incríveis que já tivemos que resolver. Ou mudamos nosso estilo de vida e alteramos nossos meios de produção e consumo, ou encontramos soluções tecnológicas.
Do ponto de vista econômico, podemos fazer uma analogia com um transatlântico em curso. Se, em um dado momento, mudarmos o rumo do navio muito bruscamente, os estragos serão enormes. Muito do que está dentro do navio (inclusive as pessoas), será severamente danificado.

     Por outro lado, do ponto de vista biotecnológico a analogia poderia ser com uma nave espacial. Estamos em uma nave (o Planeta Terra) extremamente sofisticada, girando em torno do Sol, mas não o manual da nave está incompleto. Portanto, teremos que descobrir como várias partes dela funcionam para podermos alterar o curso!
Ironicamente, assim como um veneno pode ser um remédio dependendo da dosagem, parece ser o avanço da tecnologia, cujo desenvolvimento gerou o problema, que possibilitará à civilização a seqüestrar mais carbono. A melhoria da eficiência de processos industriais é fundamental e dentre as diversas áreas tecnológicas, o campo da biotecnologia há uma forma bastante significativa de ajudar.

     Para tanto, é preciso que compreendamos melhor o funcionamento das florestas, especialmente as florestas tropicais. Pesquisas recentes vêm demonstrando que as florestas Neotropicais (da América Central e do Sul) são verdadeiros sumidouros de carbono, ou seja, através do processo fotossintético acoplado à produção de celulose durante o crescimento e manutenção da plantas, estas acumulam (um pouquinho por dia) carbono em seus corpos e depois de anos se verifica o que este acúmulo resulta no que se chama de seqüestro de carbono. Para se ter uma dimensão da importância das florestas tropicais, basta dizer que elas são responsáveis por cerca de 40% da capacidade de assimilação de carbono no ambiente terrestre. Assim, será de importância fundamental para que as gerações presente e futura compreendam os mecanismos envolvidos da assimilação e transformação do carbono em celulose nas plantas.
Objetivamente, neste momento temos que nos concentrar em compreender os mecanismos envolvidos no ciclo de carbono na biosfera.

     Em outras palavras, compreender os mecanismos que controlam o fluxo de compostos de carbono dentro dos seres vivos. As plantas são de particular importância nesse contexto, pois elas são as captadoras do CO2 e o processam através de um sistema altamente sofisticado. Nas árvores, este processo pode ser dividido em 3 partes: 1) assimilação do CO2 através da fotossíntese; 2) transformação do CO2 em açúcares (sacarose, glucose, frutose e amido) e 3) síntese e acúmulo da celulose. A conseqüência direta do acoplamento desses três mecanismos é o crescimento vegetal, que é o parâmetro principal que determina o desenvolvimento e dinâmica das florestas.
Assim que o problema da correlação entre o aumento de CO2 e o aumento de temperatura na atmosfera foi apontado pelo grupo do pesquisador da NASA James Hansen, que publicou um trabalho na revista Science onde foram apresentados dados consistentes demonstrando os aumentos de temperatura em todo o planeta e não em uma região específica, diversos pesquisadores iniciaram experimentos, principalmente com plantas do hemisfério norte (região temperada), para compreender em primeiro lugar aspectos relacionados ao passo 1 (assimilação do CO2).

     No fim da década de 90 o interesse começou a se concentrar principalmente na região amazônica (a maior floresta tropical do mundo) e hoje já há um corpo de conhecimento bem razoável sobre as florestas temperadas.
Mesmo assim, a maioria do conhecimento é sobre o passo 1 e praticamente nada se sabe sobre o acúmulo de celulose (passo 3).
Nos últimos anos, uma associação entre os governos Brasileiro e Americano iniciou um projeto conjunto para avaliar a Amazônia de vários ângulos. Este projeto é o LBA (Laboratório de Biosfera e Atmosfera).

     Pesquisadores brasileiros e americanos se uniram e instalaram torres em pontos estratégicos da Floresta Amazônica com as quais tem sido possível avaliar diversas características do comportamento da floresta do ponto de vista da atmosfera. Por exemplo, as torres medem automática e continuamente quanto de CO2 entra e sai do sistema. Tudo isso é correlacionado com outros dados atmosféricos e pesquisadores do Instituto Astronômico e Geofísico da USP (o grupo do Prof. Pedro Dias), por exemplo, estão trabalhando em modelos para explicar como o sistema funciona. Os resultados dessas análises vêm provocando um aumento sem precedentes no conhecimento do funcionamento da floresta. O projeto LBA é o maior e mais conhecido, mas há iniciativas por todos os lados e muitas delas vindas do lado da ecologia. Os ecólogos estão tentando compreender a dinâmica das florestas através de estudos do comportamento coletivo das espécies. Na Mata Atlântica, que é relativamente menor, os estudos ecológicos avançaram mais enquanto os estudos atmosféricos ainda estão sendo discutidos. Isso advém da dificuldade de manipular os dados produzidos pelas torres em regiões com grandes inclinações (encostas), que é onde se encontra grande parte da Mata Atlântica.

      Neste momento, estão entrando em ação os ecofisiologistas e fisiologistas que são os cientistas que poderão desvendar os processos relacionados ao fluxo do carbono dentro da planta. Os ecofisiologistas são pesquisadores que têm seu foco em compreender como os fenômenos ao nível ecológico surgem a partir dos mecanismos fisiológicos. Os fisiologistas de plantas têm o foco mais nos mecanismos fisiológicos e de como estes surgem a partir de mecanismos bioquímicos e celulares.

      Nosso grupo de pesquisas iniciou experimentos no ano 2000 com o jatobá (Hymenaea courbaril L.). Escolhemos esta espécie de árvore por ser uma espécie que ocorre em praticamente toda a região Neotropical, que consiste na região tropical nas Américas em oposição ao Paleotrópico, que consiste nas áreas tropicais na África e Ásia. As variedades da espécie de jatobá que ocorrem na Mata Atlântica formam árvores de até 20 metros de altura e podem durar dezenas, talvez centenas de anos. São espécies que desempenham suas funções ecológicas na fase final de formação da floresta. Por isso, caracteristicamente crescem lentamente no chão da floresta e portanto à sombra de outras espécies. Este acúmulo lento e contínuo de biomassa por muitos anos faz com que o jatobá seja uma das espécies importantes no processo de seqüestro de carbono pelas florestas. Uma outra conseqüência importante do crescimento lento é que a madeira do jatobá pode ser utilizada na construção de móveis e pisos.

      Como as espécies do estágio final de sucessão ecológica1 passam grande parte da vida crescendo, estudos do crescimento de plantas jovens são de grande importância não somente para compreender melhor como as florestas se formam, mas especificamente para avaliar como elas seqüestram carbono.

      Em nossos estudos, crescemos mudas de jatobá por 98 dias desde a germinação da semente em atmosfera de CO2 normal (360ppm) e emriquecida (720ppm). Esta última equivale à concentração de gás carbônico que esperamos ter na atmosfera terrestre em meados do século XXI, caso as emissões continuem a aumentar no mesmo ritmo que o atual.
Observamos que, em atmosfera enriquecida, as mudas aumentaram a capacidade de assimilação de CO2 (fotossíntese) em mais do que 60%. Fizemos medidas de crescimento ao longo dos primeiros 100 dias de vida da muda e descobrimos que havia alteração no crescimento da planta, mas que quantitativamente não era compatível com a alteração que vimos na fotossíntese.
O objetivo era avaliar os pontos de controle de entrada do CO2 e o primeiro e um dos mais importantes é o estômato. Estômatos são estruturas celulares especiais que ocorrem geralmente na superfície inferior das folhas das plantas e são responsáveis pelas trocas gasosas que estas fazem com o ambiente. As plantas possuem controles de diferentes níveis de seus estômatos. Um deles é a distribuição e o número total de deles nas folhas. Há evidências de que durante o desenvolvimento, a folha executa um programa de divisões celulares assimétricas que ao fim do processo de formação da folha determina o padrão de distribuição e o número total de estômatos em cada folha. Sabe-se também que este programa apresenta, até certo ponto, uma dependência das condições ambientais em que a planta se encontra. Assim, a concentração de CO2 em um determinado momento, parece determinar o número total de estômatos da folha que irá se desenvolver na próxima estação de crescimento.

      Com este conhecimento, nossa estratégia foi obter medidas de índice estomático2 para as folhas do jatobá e testar a hipótese de que este parâmetro poderia variar com a concentração de CO2 na atmosfera. A hipótese foi comprovada e observamos que as folhas das plantas de jatobá que cresceram em atmosfera enriquecida apresentaram índices estomáticos menores que as que cresceram em atmosfera normal. Para se ter uma idéia mais clara, enquanto uma folha do jatobá normal (na atmosfera atual) apresenta cerca de 70 mil estômatos em sua superfície, as que cresceram em atmosfera enriquecida de CO2 apresentaram cerca de 50 mil.
Mas ainda era possível ir mais longe. Os taxonomistas coletam partes das plantas e as mantêm em herbários. Havia algumas coletas de jatobá feitas e guardadas no Herbário do Instituto de Botânica de São Paulo e como os estômatos podem ser contados mesmo em folhas que tenham sido guardadas por muitos anos, isto foi feito e descobrimos que em folhas coletadas em 1919 havia, em média, mais de 110 mil estômatos. Esses dados sugerem que o jatobá já vem respondendo às mudanças climáticas desde o início do século XX, quando a industrialização no Brasil estava iniciando. Além disso, nossos resultados mostram que seguir o número de estômatos de folhas pode ser um índice interessante para acompanharmos o andamento das mudanças climáticas globais.

      Continuamos os estudos fazendo análises de compostos importantes na rota interna do metabolismo do carbono em plantas jovens do jatobá. Vimos que as folhas praticamente dobram a quantidade de amido armazenado. Este amido é feito diariamente a partir da sacarose produzida a partir do processo fotossintético e é a principal fonte de carbono e energia utilizada para a planta crescer, geralmente durante a noite. Apesar do maior acúmulo de amido poder ser considerado carbono seqüestrado, este seria um seqüestro de curto prazo, pois em questão de dias, uma parcela significativa deste amido será utilizada na respiração.
O seqüestro de carbono de longo prazo seria a celulose, que é o polímero de carbono mais abundante na face da Terra. Ao investigar as folhas e o caule da mudas de jatobá, descobrimos que houve um aumento de cerca de 20% a mais de celulose nas plantas que cresceram em atmosfera enriquecida com 720ppm de CO2.

      Com os dados que temos estamos começando a compreender como funcionam os mecanismos envolvidos no seqüestro de carbono ao nível celular e metabólico em uma árvore tropical que por sua distribuição no Neotrópico, pode permitir uma extrapolação para outras espécies de árvores. No momento, estamos iniciando investigações sobre a expressão dos genes envolvidos nas principais rotas metabólicas do carbono no jatobá. Como a expressão gênica é um ponto crucial no controle metabólico nas plantas, a posse dessas informações será estratégica para podermos, em caso de necessidade, pensar em alterações que levem a um aumento no seqüestro de carbono.

      As tecnologias de genética molecular hoje disponíveis permitiriam a obtenção relativamente rápida de plantas transgênicas de jatobá. Mas é provável que nem seja necessário produzir transgênicos, pois há evidências de que a tecnologia chamada de terapia gênica pode ser também usada em plantas. Esta técnica se baseia na possibilidade de alterar a expressão de um único gene utilizando uma molécula de RNA mensageiro do próprio gene que se deseja alterar (há evidências de que RNAs mensageiros podem se locomover dentro da planta) ou de um tipo de RNA chamado RNAi (RNA de interferência). Este é um RNA que pode, por exemplo, desligar a expressão gênica de um determinado gene. Assim, no caso de encontrarmos genes que, ao serem desligados, aumentem a produção de celulose, poderíamos incrementar o seqüestro de carbono.

      Mas tal ação radical seria temerária, pois não temos sequer idéia do que isto poderia provocar na floresta e na biodiversidade. Por enquanto, é de extrema importância compreendermos os processos de seqüestro de carbono nas florestas de forma a aumentar nossa capacidade de previsão e também a avaliação do ritmo das alterações climáticas. A melhor forma de evitarmos as conseqüências das emissões de gases do efeito estufa é a conscientização dos governos e populações que vivem nas regiões industrializadas de que precisamos emitir menos CO2 para a atmosfera. Por outro lado, novas tecnologias estão se tornando disponíveis e o desenvolvimento tecnológico no século XXI promete ser bastante expressivo. Tais tecnologias poderiam, talvez, serem usadas em caso de emergência.

1. Mecanismo ecológico responsável pela formação de florestas. A sucessão inicia com espécies chamadas de pioneiras que se estabelecem rapidamente, crescem rápido, mas têm um tempo de vida relativamente menor. Há um estágio intermediário onde se estabelecem espécies chamadas de secundárias iniciais e na floresta madura se estabelecem as espécies secundárias tardias ou também clímax.

2. O índice estomático se refere ao número de estômatos de uma folha dividido pelo número de células epidérmicas nesta mesma folha.