A competição Ciência nas Plantas Subterrâneas está na capa da Science

Fonte da imagem: Ricardo Martínez-García (Crédito: Divulgação)

Abaixo da superfície, as plantas lutam uma luta constante por espaço e recursos no solo. Embora ocorra escondido dos olhos humanos, a compreensão da complexa dinâmica da raiz subterrânea pode ter consequências muito terríveis para a sociedade, que vão desde a criação de fazendas mais sustentáveis ​​e eficientes até o desenvolvimento de estratégias de mitigação do clima.

No estudo Separação exploratória de raízes de plantasPublicado em 4 de dezembro na revista Science, apresenta um modelo matemático capaz de mapear as interações entre as raízes das plantas que ocorrem no subsolo, dando nova luz ao entendimento de um mecanismo ambiental fundamental. O trabalho foi desenvolvido por um grupo de pesquisadores de instituições do Brasil, Espanha e Estados Unidos, e contou com a participação de Ricardo Martinez-Garcia, Professor SIMONS-FAPESP do Instituto Sul-Americano de Pesquisas Fundamentais (ICTP-SAIFR) e do Instituto de Física Teórica da UNESP (IFT-UNESP), Como um dos principais autores da pesquisa.

O professor Martínez-García falou sobre algumas das motivações do trabalho em uma entrevista em vídeo com o ICTP-SAIFR:

Grande parte da dinâmica do ecossistema ocorre no subsolo. Se quisermos entender como funcionam os ecossistemas e como, por exemplo, eles respondem às mudanças globais, precisamos entender o que está acontecendo no subsolo. Não é suficiente entender apenas a parte que podemos observar. ”

Martínez-García dedica a sua investigação ao campo da física aplicada à biologia, em particular ao desenvolvimento de modelos matemático-físicos para o estudo de ecossistemas complexos, e foi um dos responsáveis ​​pelo desenvolvimento teórico deste estudo.

Ricardo Martinez-Garcia é Professor SIMONS-FAPESP do ICTP-SAIFR e IFT-UNESP. Sua pesquisa busca usar técnicas computacionais e estatísticas físicas para examinar a formação de padrões regulatórios em sistemas biológicos complexos, e varia de estudos com micróbios a plantas e paisagens inteiras. Fonte da imagem: Ricardo Martínez-García (Crédito: Divulgação)

O modelo apresentado neste trabalho simula o equilíbrio entre a quantidade de energia que uma planta gasta para produzir determinada quantidade de raiz em uma determinada direção, no que diz respeito ao ganho de recurso – no caso, absorção de água – que a planta receberá ao produzir ali. A professora personifica: “Em cada ponto do espaço, a planta só vai enraizar se o recurso naquele ponto for alto o suficiente para retornar um benefício para ela. (…) Para que a planta absorva recursos a 2 metros do caule, é mais de 10 cm mais caro, porque é Ele não pode se mover, ele precisa formar uma raiz mais longa. Construir todo esse mecanismo por um período mais longo é mais caro para ele. Portanto, este é o balanço patrimonial. ”

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A presença de uma segunda planta na vizinhança altera a dinâmica desse equilíbrio, pois os dois organismos neste cenário competem pela água disponível no solo circundante. Desta forma, a distribuição das raízes no solo torna-se mais complexa.

“Imagine que você tem uma certa quantidade de água em um ponto no espaço. Esse ponto está a 2 metros de uma planta e 0,5 metros de outra. Mesmo que os dois compartilhem essa quantidade de água de maneira idêntica, o custo de uma estação será menor do que o custo da outra.” O benefício da planta mais próxima é maior e, portanto, as plantas se espalham menos quando têm vizinhas.

Embora essa relação seja simples de entender, o caminho para um modelo matemático capaz de simular com precisão a razão na qual esse equilíbrio ocorre requer uma base matemática muito forte. Na verdade, uma das coisas mais interessantes sobre o modelo, explica o professor, é o fato de ter sido inspirado por uma aparente contradição em modelos anteriores.

A conclusão geral a que chegamos foi exatamente esta: sim, as plantas se espalham menos na presença do vizinho, são mais locais na busca de recursos, mas nas suas proximidades tornam-se mais agressivas, ou seja, produzem mais raízes próximas às raízes. Monitor intrusivo. ”

A partir daí, o trabalho de Martínez-García e seus colaboradores deve ir para um aprofundamento do paradigma: estudar interações envolvendo sistemas com mais de duas plantas, espécies diferentes e em condições climáticas diferentes – estes são alguns dos próximos passos da lista dos pesquisadores.

“O que fizemos foi uma primeira contribuição, para dar uma ideia dos mecanismos que dominam estes padrões espaciais das raízes. Há claramente muito trabalho a fazer, mas a instalação da primeira peça é muito satisfatória.”, Conclui o professor.

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Artigo Separação exploratória de raízes de plantas, Publicado em 4 de dezembro de 2020 na revista Science, de autoria de Ciro Caball (Princeton University, EUA), Ricardo Martinez-Garcia (ICTP-SAIFR / IFT-UNESP, Brasil), Aurora de Castro (Museu Nacional de Ciências Naturais, Espanha) , Fernando Valadares (Museu Nacional de Ciências Naturais / Universidade King Juan Carlos, Espanha) e Stephen W. Bacala (Universidade de Princeton, Estados Unidos).

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