Uma equipe multidisciplinar liderada por pesquisadores da Escola de Meio Ambiente de Yale desenvolveu um novo método baseado em laser para observar como as plantas ajustam a pressão dentro de suas células em resposta ao ambiente, o que pode ajudar a informar estratégias para agricultores que enfrentam o aumento da seca.

Toda vez que a temperatura cai, uma nuvem passa por cima ou o sol se põe, uma planta faz uma escolha: manter seus poros microscópicos, chamados estômatos, abertos para absorver dióxido de carbono e continuar a fotossíntese ou fechá-los para proteger seus preciosos estoques de água. Essa capacidade de abrir e fechar poros requer que a planta responda a mudanças ambientais sutis ajustando a pressão dentro das células dos estômatos — uma habilidade complexa que as plantas desenvolveram ao longo de centenas de milhões de anos.

Uma equipe interdisciplinar de biólogos, físicos e engenheiros, liderada por pesquisadores da Yale School of the Environment, desenvolveu um método pioneiro para observar essas mudanças de pressão. A nova abordagem, detalhada em um estudo publicado na PNAS , expande amplamente a taxa na qual, e o número de espécies das quais, os cientistas podem fazer medições, abrindo novas possibilidades para pesquisa sobre evolução e fisiologia de plantas com aplicações valiosas para melhorar a eficiência hídrica, disseram os pesquisadores.

“Quase todas as plantas terrestres estão usando esse princípio de pressão interna para crescer, reproduzir e fazer tudo o que uma planta faz, mas antes não tínhamos basicamente nenhum acesso a essa medição”, disse Craig Brodersen, o Professor Howard e Maryam Newman de Ecologia Fisiológica Vegetal e o principal autor do estudo. “Então, grande parte da teoria fundamental sobre como as plantas funcionam é baseada em um conjunto extremamente limitado de medições em apenas algumas espécies.”

O estudo é a primeira aplicação publicada do método em estômatos de briófitas (uma linhagem que inclui musgos), o que ajudará a entender melhor a trajetória evolutiva das primeiras plantas da Terra, observou a equipe.

Para medir as mudanças de pressão que forçam mecanicamente os estômatos a abrir e fechar, os cientistas tradicionalmente perfuram as células com um tubo de vidro frágil que mede uma fração da largura de um fio de cabelo humano. Os tubos quebram facilmente, e o método trabalhoso só funciona em espécies com células maiores. Em contraste, a nova abordagem usa um sistema de laser criativamente adaptado da pesquisa conduzida na Escola de Medicina de Yale para entender a regeneração nervosa em vermes

Um alto pulso de energia luminosa vaporiza o líquido dentro da célula, criando bolhas minúsculas. Embora as bolhas se dissolvam em uma fração de segundo, a equipe mediu o tamanho máximo da bolha, que é proporcional à pressão ao redor dela, usando câmeras de alta velocidade. Os pesquisadores então observaram como a pressão muda, com base no tamanho da bolha em resposta às mudanças nos níveis de luz. A equipe testou o método com sucesso em mais de 40 espécies de plantas, incluindo várias com células muito pequenas para serem estudadas anteriormente.

Quantificar essas mudanças ajudará os cientistas a entender o quão rápido os estômatos podem abrir e fechar, o que, em última análise, determina o equilíbrio entre quanto carbono uma planta absorve e quanta água ela perde enquanto seus poros estão abertos. A eficiência do uso da água, como essa medida é chamada, é uma preocupação central na agricultura. Essas ferramentas são um primeiro passo importante no desenvolvimento de variedades de culturas que sejam mais eficientes em termos de água e na melhoria do gerenciamento da irrigação em ambientes com escassez de água, disse Brodersen.

A equipe continua a refinar o método e recentemente recebeu financiamento da Yale Planetary Solutions e da National Science Foundation para projetar um sistema para obter pressão absoluta.