Blog do Buckeridge

Árvores versus paredes verdes

28 de janeiro de 2018
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Marcos Buckeridge e Giuliano Locosseli & Ricardo Cardim

email: msbuck@usp.br

A empresa Tishman Speyer  desmatou para um empreendimento residencial em 2013, 856 árvores de um terreno no Morumbi, na Zona Sul. Entre elas, espécies nativas, como cambuí, canela e pau-jacaré. Para poder derrubá-las, a construtora fechou, em 2009, durante a gestão Gilberto Kassab (PSD), um plano de compensação ambiental. Termo de Compensação Ambiental (TCA) do condomínio no Morumbi foi assinado em 2012, ainda na gestão do ex-prefeito Gilberto Kassab (PSD), e previa como contrapartida pelo corte de quase 900 árvores a conversão de 26.281 mudas de árvores compensatórias, equivalentes a cerca de R$ 13 milhões, em obras para instalação de quatro parques lineares na zona sul: Horto do Ipê, Paraisópolis, Morumbi Sul e Itapaiuna. Na Gestão Haddad, esse passivo foi trocado por jardins verticais no Minhocão e em 23 de maio de 2017, tudo com um mesmo prestador de serviços, uma empresa chamada “Movimento 90°”.

Uma ação da prefeitura de São Paulo no sentido de usar paredes verdes para esta compensação, ao invés de plantar árvores, suscitou uma série de questões da comunidade sobre se as paredes verdes valem mais ou menos do que as árvores urbanas. Não há como negar que paredes verdes são estruturas de grande apelo estético e que também produzem serviços ambientais. Portanto, são bem-vindas nas cidades. A questão é se podem substituir árvores cortadas.

A reposta a esta questão é complexa, pois os serviços de uma parede verde e de um conjunto de árvores pode depender da combinação de espécies que são plantadas em um jardim vertical, enquanto as árvores são plantadas em terra firme.

Para poder comparar jardins verticais e árvores urbanas, podemos considerar dois elementos importantes, o acúmulo de carbono –tema significativo em tempos de mudanças climáticas globais – e nos serviços ambientais, os benefícios que a vegetação proporciona para a qualidade vida e saúde da população. Estes serviços incluem diminuição de temperatura, aumento de umidade no ar, redução de material particulado no ar, recarga de lençóis freáticos, entre outros.

Uma das grandes árvores comuns na arborização urbana em São Paulo, a tipuana, presente em locais como a Alameda Santos, por exemplo, pode pesar até 20 toneladas. Se assumirmos que em média há 30% de água na sua madeira, teríamos 14 toneladas de biomassa no tronco. Geralmente as folhas representam muito pouco (cerca de 5%) e as raízes cerca de 30% do todo da planta. Portanto, o principal armazenamento de carbono em uma árvore está no tronco.

A composição da madeira é principalmente de celulose que, como lembramos da escola, é composta de açúcares, cuja fórmula é C6H12O6. Se usarmos o conhecimento sobre os pesos atômicos que aprendemos na escola (e achávamos que nunca iríamos usar), podemos dizer que as glicoses da celulose teriam 12×6 carbonos (=72), 1×12 hidrogênios (=12) 6×16 oxigênios (=96). Com estes números, podemos calcular a proporção aproximada de carbono em um tronco de árvore, o que dá 40%.

Assim, um tronco de uma tipuana de 20 toneladas teria 5,6 toneladas de carbono.  Tudo isto armazenado em cerca de 60 anos de vida, o que mostra que uma árvore destas armazena em média 93 Kg de carbono para cada ano de vida. Como temos cerca de 650 mil árvores nas ruas da cidade de São Paulo, tivemos nos últimos 60 anos um armazenamento médio de 36 milhões de toneladas de carbono.

É possível calcular o serviço ambiental, em termos de carbono armazenado, também por habitante. Cada um de nós vale aproximadamente 4 toneladas de carbono neste cálculo.

No quesito água, se assumirmos que cada árvore libera 400 litros de água em forma de vapor para a atmosfera por dia, em um ano serão 146 mil litros. Assim, as nossas 650 mil árvores produzem 95 trilhões de litros por ano, o que dá 7.900 litros por habitante por ano.

Há outros serviços ambientais que as árvores trazem, como diminuição da temperatura, interferência na poluição (tanto por absorver como por reter na superfície das folhas), bloqueio do som, ajuda na formação de nuvens, atração de pássaros e de uma série de outras espécies de animais e microorganismos.

Os cálculos acima são aproximados, pois há árvores de diferentes tamanhos e diferentes espécies na cidade. Mas eles dão uma ideia geral do que temos e do potencial para o futuro se plantarmos mais árvores.

Outro dado importante sobre as árvores: uma muda dentro dos padrões exigidos pela prefeitura custa em média R$ 150 (em 2017) e apesar de termos que cuidar da muda nos primeiros meses, assim que a muda se estabelece, ela passará a vida usando água da chuva e exigindo pouca manutenção (p.ex. poda no caso de ter sido plantada em conflito com a fiação elétrica ou edificações).

Outro dado importante é a área ocupada. A copa de uma árvore adulta de tipuana pode ocupar até 36 m2 de área de superfície. Temos que lembrar, porém, que este espaço ocupado no chão corresponde a um grande volume com um enorme número de folhas, sem falar do tronco dos galhos, alguns deles com diâmetro que se assemelha a uma árvore mais jovem.

Agora vamos examinar as paredes verdes.

A primeira coisa a saber é que as espécies utilizadas são principalmente de plantas pequenas como samambaias, manjericão, alecrim, orégano e outras.

Em relação ao carbono, as paredes verdes perdem de longe para as árvores, pois as primeiras são predominantemente folhas, que são partes das plantas que possuem bem mais água (98% em média) e por isto relativamente pouco carbono.

A biomassa de folhas de um trecho de parede verde de 36m2 pode chegar no máximo a alguns quilos. Assim, em qualquer situação a parede verde perfaz uma fração ínfima do carbono que seria armazenado em uma árvore, que é de 5,6 toneladas. Para se ter uma ideia melhor, é importante lembrar que a copa de uma árvore tem um enorme número de folhas. Na copa de uma tipuana grande, que encontramos praticamente em todo bairro arborizado da cidade de São Paulo, pode haver cerca de 22 mil folhas. Cada folha tem cerca de 140cm2, de forma que uma árvore teria uma área de folhas de 300 m2. A explicação para uma área tão grande em uma única copa é que as folhas da copa preenchem uma grande esfera.

Para comparar com a parede verde, pensemos em uma área similar a área basal (área de sombra projetada no chão com sol á pino) que uma copa preenche (36m2).  Neste trecho de parede com plantas pequenas com cerca de 4 camadas de folhas, a área foliar seria de cerca de 150 m2.

Uma árvore, portanto, teria cerca de 2 vezes mais folhas que uma parede de herbáceas. Há certamente um serviço ambiental fornecido pelas folhas de uma parede verde, produzindo vapor de água e contribuindo esteticamente para a cidade. Porém, se analisarmos somente as folhas, em uma árvore teríamos um benefício cerca de 2 vezes maior.  Mas é importante lembrar que a parede verde não tem tronco, mas praticamente só folhas. Uma única árvore adulta, portanto, tem 5,6 toneladas de carbono a mais que uma parede verde com a uma superfície de ocupação semelhante (36m2).  No quesito carbono, portanto, o benefício de árvores é incomensuravelmente maior do que uma área equivalente em folhas, de uma parede verde.

Samambaias e herbáceas das paredes verdes são grupos de plantas que demandam grande quantidade de água para crescer de forma que, no caso das paredes verdes, é necessário fornecer água todo o tempo para manter a parede viva. Ainda que parte desta água possa vir da chuva, durante o inverno o sistema terá que ser irrigado, pois chove muito pouco. Já as árvores têm mecanismos que as permitem sobreviver na estação seca e não precisam de irrigação, a não ser quando muito jovens.

Considerando um custo de cerca de R$ 800 por m2 para paredes verdes (em 2017), o uso de árvores tem um custo bem menor. Representam um investimento de R$ 4 por m2 para uma muda de R$ 150. Mas também devemos lembrar que ao passo que a parede verde passará a fornecer serviços ambientais em alguns meses, a árvore levará 10-15 anos para começar a prestar serviços significativos em termos de armazenamento de carbono, produção de vapor de água e interferência efetiva na poluição. Não sabemos ainda qual a vida útil de uma parede verde, mas certamente será menor do que o das árvores, pois as plantas usadas nas paredes verdes têm vida bem mais curta do que as árvores.

Jardins verticais são sistemas dependentes de tecnologias de suporte, nutrição e irrigação, portanto, de cuidadosa manutenção. A comparação com “um paciente na UTI” faz bastante sentido, bastando uma falha nos sistemas para o jardim vertical perecer. Mesmo com o plano estendido de manutenção apregoado pela prefeitura em 2017, não será fácil a vida dos jardins verticais nos médio e longo prazos. Se sequer as árvores são cuidadas historicamente na metrópole paulistana, gerando acidentes todo o verão, como será a vida útil destes jardins verticais em 5, 10 anos? Em comparação, uma árvore com essa idade está em pleno vigor, indo em direção à maturidade e normalmente sem necessidade de manutenções constantes e onerosas.

 

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Série Inteligência em Plantas – 6

25 de julho de 2016
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Neste artigo discuto como a inteligência nas plantas funciona na forma de redes complexas.

REDES VEGETAIS DE INTELIGÊNCIA ?

Marcos Buckeridge

O funcionamento das redes de internet é um bom parâmetro para comparar com o processamento de informação e a inteligência das plantas. A internet é uma rede hierárquica, ou seja, há hubs mais importantes do que outros. Estes pesos diferentes conferem a hierarquia ao sistema da internet. A hierarquia é importante pelos seguintes motivos: o primeiro é o fato de haver hubs que, de uma certa forma, coordenam outros hubs menos importantes e fazem com que a rede seja mais vulnerável. Isto porque, se um hub de alta patente na hierarquia for afetado (desligado, por exemplo), uma grande parte da rede pode ser desligada e prejudicar seriamente o sistema como um todo. Uma outra característica importante de uma rede hierárquica é que a informação processada por um hub de alta patente também pode funcionar como uma rede eficiente para o processamento de informações. Já temos evidências que as redes nas plantas são hierárquicas, de forma que o processamento da informação poderia ser comparado com a rede da internet. Em outras palavras, as redes hierárquicas que integram a informação nas plantas provavelmente têm a mesma fragilidade (certa vulnerabilidade ao ataque), mas por outro lado a mesma eficiência em hierarquizar informações. Mas há diferenças. Por exemplo, no caso das plantas (dos seres vivos complexos em geral) as redes apresentam diversos mecanismos que lhes conferem robustez, o que quer dizer que processos hierárquicos muito importantes podem apresentar blindagem ou então redundância, de forma que um ataque não seria capaz de inviabilizar todo o organismo.

Só que há uma diferença importante entre as redes da internet e a das plantas. A internet é uma rede hierárquica, mas não toma decisões, enquanto a planta toma. Portanto, há algo mais nas redes vegetais. Um dos elementos é um programa basal (escrito no DNA) que determina o comportamento e evita que a resposta da planta seja aleatória e simplesmente siga toda e qualquer variação interna que ocorra. A internet não tem um programa interno tão complexo como os seres vivos e por isto pode evoluir e se adaptar muito mais rápido. Isto pode ser positivo, quando pensamos na internet, mas para um ser vivo se adaptar a toda condição que aparece muito rapidamente pode gerar vulnerabilidade, já que para isto, uma planta teria que ter capacidade de gerar uma mudança correspondente em seu programa interno. Pelo que sabemos, isto não acontece, pois a evolução ocorre por mutações ao acaso e qualquer mudança no programa interno exige muito mais tempo.

Nas plantas, o funcionamento em redes tem íntima relação com a propriedade de inteligência. Isto porque ao olhar as plantas através desta lente de processamento da informação em redes, podemos entender como os processos decisórios ocorrem nelas. Estivemos limitados para usar este tipo de abordagem até recentemente em ciência por falta de técnicas que permitissem obter e processar grandes quantidades de informação a partir das plantas. Mas agora, com o advento das técnicas que chamamos de “ômicas” (genômica, transcriptômica, proteômica, metabolômica, glicômica, fenômica) que incluem não só a capacidade de gerar os dados, mas de analisa-los computacionalmente (a bioinformática), temos como catalogar uma enorme quantidade de informação e usar as ferramentas da computação biológica para entender as redes que fazem os vegetais funcionarem. Em outras palavras, temos agora melhores condições de entender como funciona a inteligência das plantas. A importância desta área de pesquisas é enorme, pois a humanidade depende inteiramente das plantas para tudo: ambiente, comida, materiais, remédios etc. Se entendermos como as redes funcionam, nós poderíamos estabelecer melhor “comunicação” com elas e poderíamos manipulá-las através de modificações em seus genomas. Com isto, teríamos condições de evitar perdas na produção de alimentos por problemas climáticos, melhorar a qualidade dos nossos alimentos e ainda criar novas plantas que sejam capazes de se adaptar a regiões onde elas ainda não chegaram, como os polos, os desertos e até outros planetas.


Série Inteligência em Plantas – 5

25 de julho de 2016
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Neste artigo comento sobre como as plantas percebem o ambiente e se é possível haver alguma forma de sentirem algo parecido com dor.

AS PLANTAS SENTEM DOR?

Marcos Buckeridge

As plantas não sentem dor no senso mais estrito do que dor significa para os animais. Em animais, de forma bem geral, a dor funciona com um sinal quando ocorre quando um estímulo interno ou externo exacerba um certo limiar. Neste caso, uma mensagem é enviada ao cérebro e é interpretada como um status de dor, o que leva aquele organismo a reagir. As plantas possuem mecanismos análogos de resposta. Já foi demonstrado que ao ser estimulado o tecido vegetal pode emitir uma onda de despolarização similar ao que ocorrem em neurônios. Esta pequena onda ocorre na região viva do tecido vascular (o floema). No entanto, esta pequena onda, não tem como se espalhar rapidamente pela planta, pois não há uma rede de células (como as células nervosas em animais) que possa levar o processo de despolarização sistemicamente (por toda a planta). O problema é que para uma planta, isto seria muito caro. Estes processos exigem grande gasto de energia e a forma de gerenciamento energético das plantas, que depende da fotossíntese que é feita somente durante o dia e que as vezes nem ocorre com uma intensidade muito alta numa sequência de dias nublados e frios. Isto não suportaria energeticamente um sistema nervoso como o dos animais. Menos ainda um sistema muscular para poder se movimentar. O que já se descobriu é que aquela pequena onda de despolarização que ocorre em volta do tecido vascular pode gerar uma onda sistêmica hidrodinâmica, ou seja uma onda vibratória que se espalha pelos canais do xilema (que está cheio de água) e com isto o sinal pode se espalhar pelo corpo da planta. No entanto, a velocidade de processamento da informação é muito menor do que a nervosa. Assim, uma diferença fundamental entre plantas e animais está relacionada aos tempos de resposta. Se tivéssemos relógios internos para comparar, veríamos que as plantas vivem em um tempo bem mais lento do que os animais em termos do fluxo de eventos e transferência de informação. Como nós vivemos com um relógio bem mais rápido, temos dificuldade em acompanhar o tempo das plantas.

Sobre nos sentirmos culpados por ferir as plantas, isto irá depender dos parâmetros que usarmos. Em alguns casos, desbastar frutos, podar certos ramos pode ser análogo a cortarmos o nosso cabelo. Mas há ferimentos que são mortais ou muito drásticos. Por exemplo, alguns dos padrões de poda feitos em árvores urbanas em São Paulo funcionam mais como mutilação e podem ser extremamente deletérios para as plantas. Isto porque as árvores vão guardando reservas no tronco para poderem produzir novas folhas na próxima estação. Em árvores, as reservas armazenadas no tronco são suficientes para produzir novas folhas por no máximo 4 vezes e o acúmulo contínuo destas reservas deve ocorrer todo ano. Se fizermos podas muito drásticas e contínuas, vamos forçando a planta a usar estas reservas em maior quantidade e mais rápido. Isto pode ir até um ponto em que a planta entra em inanição (fica sem reservas), pois não tem mais de onde tirar carbono para regenerar a sua capacidade de fotossíntese e poder guardar mais reservas para o futuro.

Em alguns casos, quando uma planta é estimulada de alguma forma (pode ser um corte) o estimulo pode se espalhar por parte ou por toda a planta e disparar mecanismos de reparo local, alterando o metabolismo. Se isto funciona com uma memória naquele local, não sabemos.

Se há dor? Não no sentido que animais têm dor. Mas há sim respostas de estresse, análogas às dos animais. Eu me sinto culpado se cortar uma planta, pois ao causar um ferimento sei que estou gerando uma série de respostas de estresse. Mas às vezes é para o bem da planta, é para ela crescer mais e melhor. É preciso, portanto conhecer melhor as plantas e saber que tipo de estímulo estamos provocando.


Série Inteligência em Plantas – 4

21 de março de 2016
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Neste artigo explico os processos de armazenamento e fluxo da informação nas plantas. Uso um experimento feito com pau-brasil em meu laboratório.

COMO AS PLANTAS “GUARDAM” MEMÓRIAS?

Marcos Buckeridge

Existem dois tipos de memória em organismos vivos. Um deles está no DNA e se refere ao resultado do processo evolutivo. O DNA das plantas contém toda a programação, não somente para construir a planta, mas também para coordenar a base de seu funcionamento. Isto é um tipo de memória da espécie que passa de geração para geração. Os programas genéticos mais eficientes são aqueles que permanecem até hoje, pois tenderam a deixar maior número de descendentes durante todo o processo de mudanças nas condições ambientais durante milhões de anos. Em alguns casos, modificações epigenéticas, que são alterações no conjunto de genes que deverá ser utilizado para executar um programa genético, podem alterar o padrão de comportamento de uma planta pelo resto de sua vida. Não sabemos ao certo, mas é possível que algumas destas modificações possam passar de geração para geração. Desta forma, uma alteração efetuada no genoma (metilações, acetilações) podem gerar novos padrões de comportamento. Esta é uma forma reversível de guardar informação que vem sendo pesquisada intensamente neste momento.

O segundo tipo de memória é quando a informação é interpretada internamente por um indivíduo e esta memória dura um certo tempo que, até onde sabemos, não passa de geração para geração. Pode ser uma memória que dure segundos, dias, meses ou até anos. Já a memória de curto prazo também pode ocorrer em certas condições. No caso das folhas do pau-brasil, o que vimos é que existe um processo de aprendizado de uma folha individual que se dá através de mecanismos relacionados ao processo de fotossíntese. Quando uma folha de uma plantinha jovem está à sombra da floresta, bem próxima ao chão, a fotossíntese só pode ocorrer em baixa intensidade luminosa ou então quando um facho de luz mais forte, capaz de atravessar a massa de folhas e ramos acima, passa sobre a folha. Vimos que estes fachos, que em inglês são chamados de “sunflex”, podem permanecer focalizados sobre certas partes das folhas por alguns segundos ou até minutos. A luz bruxuleante faz com que a intensidade luminosa varie dentro de uma faixa que pode ser 10 a 100 vezes mais do que a luz difusa que há debaixo do dossel da floresta. O que vimos é que quando um destes fachos de luz atinge pela primeira vez uma certa região da folha, não há resposta de fotossíntese, ou seja, o sistema fotossintético não reage capturando a luz e transportando os elétrons da água para gerar energia. Vimos que a mesma região da mesma folha, quando estimulada novamente após alguns segundos, passa a transportar os elétrons e se uma terceira estimulação ocorrer mais alguns segundos à frente, o sistema de captura de elétrons da folha acaba sincronizando com os fachos de luz e passa a responder prontamente ao estímulo luminoso. Isto caracteriza um sistema de adaptação eficiente a variações muito rápidas na intensidade luminosa na floresta. É um processo que denota a inteligência – senso Stenhouse – que se dá através de um ajuste que permite à planta a usar uma espécie de memória de eventos anteriores. Não sabemos quanto tempo isto dura, ou seja, não sabemos ainda se a mesma folha irá responder da mesma forma no outro dia ou se terá que iniciar o processo de novo. Mas este experimento mostra que a memória neste caso está diretamente relacionada aos mecanismos bioquímicos e celulares da fotossíntese. A pergunta que surge a partir deste experimento é: como podemos comparar este tipo de memória com a memória em animais? No caso dos animais a memória também é um resultado de processos bioquímicos e celulares que ocorrem nos neurônios. Mas isto não quer dizer que os cloroplastos das plantas sejam de fato neurônios. Mas quer dizer sim que eles podem, em certas condições, funcionar como neurônios artificiais no sentido matemático e computacional.

Agora, se ampliarmos ainda mais este conceito de que processos bioquímicos e celulares possam se comportar como neurônios artificiais, poderíamos supor que todo o metabolismo vegetal tenha um potencial parecido com o que descobrimos nas folhas do pau-brasil.

Assim, é possível pensar que o metabolismo secundário, que é extremamente complexo nas plantas e mais intenso do que em animais, funcione também como uma espécie de memória vegetal no sentido de espalhar mensagens internas (hormônios por exemplo) e externas (compostos voláteis liberados para a atmosfera, que comunicam a outros indivíduos informações). Assim, a produção de um certo padrão de compostos secundários na planta não só comunica um status interno, que pode durar algum tempo, por exemplo, quando um certo estímulo (mudança ambiental, infecção ou infestação por predadores) é dado, como também propicia a planta com a capacidade de comunicação com o mundo externo.


Série Inteligência em Plantas – 3

12 de março de 2016
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Neste artigo faço um analogia do funcionamento das plantas com as redes de informações que levam ao processo decisório com base em vários elementos ao mesmo tempo

AS PLANTAS PENSAM ?

Marcos Buckeridge

Pensar significa ser capaz de raciocinar, ou seja processar a informações de tal forma a produzir conclusões que levam a outras cadeias de raciocínio a partir das conclusões a respeito da cadeia de processamento anterior. Esta é a forma de um processo funcionar em rede.

Um bom exemplo do funcionamento em rede para levar à conclusões através de raciocínio é o mecanismo de leitura feito em nosso cérebro. Para ler, é preciso que o nosso cérebro reconheça as letras, sílabas e palavras e isto está diretamente associado ao reconhecimento de uma série de pequenos detalhes relacionados às formas destes como símbolos que são juntados dando sentido ao que lemos. O mecanismo envolve o reconhecimento de diferentes porções das letras e processam uma integração em rede que faz com que geremos associações entre os símbolos escritos em algum lugar e o que aquilo significa em geral e o que significa  para o nosso universo de símbolos. Sem funcionamento em rede, onde diversas informações são integradas, não é possível ler.

Mas há diferentes tipos de redes. Há redes ao acaso, por exemplo. Estas são redes em que a informação processada leva à conclusões que se integram sem qualquer hierarquia. Em outras palavras, em uma rede deste tipo, por não haver hierarquia e não haver integração da informação, não há como tirar conclusões. Ou seja, o resultado da interação de informação pode levar à qualquer conclusão, ao acaso. Já em uma rede hierárquica, algumas conclusões são mais importantes do que outras. Portanto,  para que ocorra uma segunda onda de processamento de um determinado conjunto de  informações após uma primeira onda de raciocínio a partir do qual em que conclusões tenham sido tiradas, há um nexo e as conclusões de diferentes ondas de raciocínio passam a ser encadeadas. Quando se processa a informação desta forma, o sistema acaba de certa forma equalizando as conclusões e assim conduzindo todo o processo em uma certa direção.  O ponto mais importante é que, esta hierarquia é sempre a mesma na planta e com isto o encadeamento do “raciocínio” tende a se repetir quando o conjunto de condições de estímulo são os mesmos. Esta capacidade de responder desta forma é certamente um comportamento inteligente.

Esta é uma forma de apreciar como as plantas processam a informação desta maneira. Por exemplo, suponhamos que artificialmente alteremos a umidade ao redor de uma planta, mas por um longo tempo mantenhamos o vaso com água normalmente. As folhas poderão detectar a diminuição da umidade e responder com alterações bioquímicas e moleculares. No entanto, as raízes continuarão funcionando normalmente, pois tudo continua como antes. Neste caso, para que a planta como um todo responda à alteração no ambiente, a informação vinda da folha irá comunicar ao restante da planta o que está ocorrendo. Isto ocorre através de vários sinais bioquímicos, como hormônios e açúcares que circulam por toda a planta. Nestas condições, as raízes irão comunicar ao resto da planta que está tudo normal. A informação passada é do tipo: aqui há nutrientes e a água está presente em quantidade não limitante.  Num caso como este, a resposta deve ser totalmente diferente do que a resposta de uma planta que esteja de fato em condição de seca. Neste caso, primeiro diminui a umidade na atmosfera e depois de um tempo o solo começa a secar também. A planta então poderá dar respostas bem mais claras. Um exemplo prático são as nossas árvores da Mata Atlântica. A diminuição na umidade no outono, combinada com uma falta d´água no solo no inverno faz com que as árvores joguem fora muitas ou todas as suas folhas. Isto acontece também com várias árvores amazônicas. Este é um processo decisório (eliminar folhas ou não?  quantas delas eliminar?) que ocorre na forma de uma integração da informação em rede por toda a planta. Um indivíduo precisa de vários sinais ao mesmo tempo que atinjam certos limiares. Uma vez que a informação é integrada a decisão é tomada. O que ainda não sabemos é como isto acontece. Não sabemos quais os processos envolvidos e ainda não conhecemos como a informação é integrada para a tomada de decisão ao nível do indivíduo.


Série Inteligência em plantas – 2

3 de março de 2016
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Neste artigo uso um exemplo sobre as repostas das plantas à água para mostrar como elas decidem como reagir

PROCESSO DECISÓRIO NAS PLANTAS

Marcos Buckeridge

Pensando que um processo decisório seria uma escolha de um determinado caminho para responder a uma variação no ambiente, as plantas têm sim como tomar decisões. Isto é feito através da integração das informações sobre o ambiente em determinados momentos. Como esta informação se integra é o que estamos tentando descobrir. Temos muitas informações sobre as folhas de plantas que são cultivadas para a produção de alimentos (p.ex. milho, trigo, arroz, soja), mas há pouco conhecimento sobre como a informação é processada em outros órgãos e menos ainda sobre como a informação integrada de diferentes órgãos é processada. Sabemos que não há um órgão central, como no caso dos animais (o cérebro). No caso das plantas a informação está espalhada por todo o corpo do indivíduo. Uma planta em uma condição de seca por exemplo parece ter capacidade de integrar as informações processadas nas folhas com o que as raízes estão processando e com isto decidir por exemplo se vai ou não eliminar folhas.

Por exemplo, em uma situação de seca, a umidade do ar diminui e com isto o teor de vapor de água na atmosfera cai. Esta queda aumenta o chamado déficit de pressão de vapor.  Os fisiologistas vegetais classificam a resposta (ou o tipo de decisão tomada) como isohídrica ou anisohídrica. Uma planta que responde de forma isohídrica, irá fechar rapidamente seus estômatos (poros nas folhas que controlam a entrada de CO2 e perda de água da planta) e “não irá se arriscar” esperando para tomar uma decisão mais para a frente. Mas há uma perda com isto. Ao entrar num modo de resposta isohídrico, a planta irá rapidamente alterar diversos processos em várias partes do corpo. Isto tem um custo energético tanto para processar a adaptação quando para voltar ao normal e começar a “trabalhar” novamente, fazendo fotossíntese e crescendo. Portanto é uma decisão de alto custo.

Já as plantas que respondem de forma anisohídrica irão continuar trabalhando e se arriscam a morrer se a seca permanecer por muito tempo. Mas com isto têm um custo menor de resposta. Nós sabemos que há plantas que são intermediárias em relação a estas respostas, mas ainda não conhecemos os limiares de processamento interno de informação que fazem com que a planta responda de uma forma ou de outra, ou seja “tome a decisão”. A nossa tendência em biologia tem sido explicar estes processos através de mecanismos evolutivos. Ou seja, dizer que o comportamento da planta isohídrica, por exemplo, seria um produto da seleção natural e por isto a planta se comporta assim. Porém, isto não explica de fato o comportamento da planta, mas sim o da espécie. Não conseguimos explicar, através do uso de um argumento evolutivo, como um indivíduo específico integra as informações em seu corpo para seguir um comportamento ou outro. Este é um dos grandes desafios da fisiologia vegetal moderna. Não se trata de descobrir se as plantas apresentam inteligência, se têm algum tipo de consciência ou se decidem. Isto é óbvio se usarmos os parâmetros teóricos que expliquei acima. O problema é sabermos “como” isto é feito.


Vantagens de ter árvores na cidade

3 de setembro de 2013
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Temperaturas mais amenas

Árvores diminuem a incidência da luz em mais de 90%, diminuindo a temperatura e a incidência de luz direta sobre quem caminha ou se exercita debaixo delas. Áreas com mais árvores, em São Paulo, por exemplo, podem ter a temperatura até 10oC abaixo de áreas não arborizadas no mesmo horário.

Umidificadores gigantes

Pare entender este efeito, lembremos o que acontece se colocarmos um ramo de qualquer planta em um saco plástico fechado. Em pouco tempo veremos água sendo condensada. Se deixarmos para olhar no outro dia praticamente nem veremos mais o ramo, de tanta condensação dentro do saco plástico. Este é um fenômeno chamado de evapotranspiração.  Sabe-se que uma única árvore de carvalho pode transpirar 150 mil litros em um ano, ou seja, uma média de 0,5 litro de água por dia.

Os estoques de água na atmosfera são tremendamente desiguais. Os oceanos, geleiras e outros corpos d´água em terra correspondem a 90% da água enquanto a evapotranspiração lida com apenas 10% da água do planeta. Em cidades como São Paulo, a maioria da superfície encontra-se impermeabilizada (com asfalto e edificações), de forma que as árvores funcionam como uma forma de reter vapor de água na atmosfera. Isto e especialmente importante no inverno seco no sudeste do Brasil.

As árvores que vemos todos os dias ao circularmos pelas cidades funcionam como umidificadores gigantes porque abrem diariamente trilhões de poros (os estômatos) em suas folhas e é através deles que água sai para a atmosfera em forma de vapor. Se o solo estivesse limpo ou todo asfaltado, o índice de evaporação seria máximo, diminuindo o tempo de residência de uma molécula de água na superfície para a ordem de minutos. Por outro lado, uma molécula de água absorvida por uma árvore  terá que seguir um caminho extremamente longo por entre as células e tecidos do vegetal até chegar à atmosfera.  O resultado é que, uma molécula de água poderá então levar dias ou até semanas antes de conseguir sair para a atmosfera.

Saúde

O aumento esperado na temperatura esperado com as mudanças climáticas globais poderá causar vários tipos de enfermidades, incluindo infecções se a temperatura estiver combinada com alta umidade e passar de um determinado limiar. Gastaremos uma verdadeira fortuna para equipar e manter hospitais e serviços médicos para a proporção maior de idosos que deveremos ter em maior proporção no Brasil por volta de 2050. Com o plantio de árvores agora e de forma estratégica, podemos garantir  a minimização dos impactos negativos causados pelo aumento de temperatura nos próximos 20-30 anos.

Pessoas que vivem em cidades arborizadas têm menor tendência ao estresse e à depressão, o que equivale a dizer que uma cidade arborizada seria mais tranquila e mais feliz. Se considerarmos os gastos que não teremos para tratar de enfermidades resultantes do estresse, temperatura e depressão, seríamos também coletivamente mais ricos e mais saudáveis.

 Plantando árvores na cidade

O plantio de uma árvore deve ser algo planejado. É preciso pensar bem e, principalmente, aprender mais sobre árvores. Em primeiro lugar é preciso conhecer o máximo sobre a espécie que se quer plantar. É uma planta de sombra ou de sol? Cresce rápido ou lentamente? Qual o tamanho final? Como tem que ser podada enquanto cresce? Como se comportam as raízes e ramos? Qual a densidade da madeira? Perde total ou parcialmente as folhas? Quando dá flores? Os frutos são muito pesados? Quais os tipos de doenças que elas apresentam?

Tudo isto é importante para que se acompanhe o desenvolvimento da árvore desde a germinação até a morte. E isto quer dizer que não adianta sair por aí jogando sementes e plantando árvores de qualquer tipo em qualquer lugar.

É preciso, portanto, planejar antes de plantar uma árvore. Tão importante quanto a ação de plantar é a de adquirir a responsabilidade sobre ela, o que significa acompanhar o desenvolvimento, podar, adubar etc. Na cidade de São Paulo, esta responsabilidade é da prefeitura e ela irá investir nisto dependendo da demanda que a população fizer. Para isto é preciso prestar mais atenção às árvores, conhece-las melhor e acompanha-las. Deve-se informar a prefeitura sobre isto e exigir que um planejamento completo seja feito, divulgado e executado.  Deve-se exigir do poder público seriedade no tratamento da arborização urbana, pois ela interfere na saúde, bem estar e nos negócios da cidade.

Opinião dos habitantes de cidades americanas sobre as árvores

Uma pesquisa americana em que 5 mil habitantes foram consultados sobre as razões pelas quais cidades devem ter árvores, mostro que os sete pontos principais em 112 aglomerados urbanos são:

1)   sombra e rebaixamento da temperatura

2)   manter as pessoas mais calmas

3)   ser capaz de diminuir a poluição em áreas com algo tráfego

4)   reduzir o ruído

5)   plantadas em áreas de comércio fazem pensar que os donos se preocupam com o ambiente

6)   fazem um barulho interessante quando se pisam nas folhas

7)   atraem a fauna silvestre

Sobre os problemas que a presença de árvores na cidade pode causar há uma lista abaixo com repostas (minhas) entre parênteses:

1)   podem causar alergias (é só aumentar a diversidade de espécies)

2)   bloqueiam anúncios de negócios (use a árvore para valorizar seu negócio)

3)   as raízes danificam as calçadas (já se conhecem espécies que não têm este problema)

4)   caem sobre fios (enterremos os fios – a cidade ficará muito mais bonita)

5)   dificultam a detecção de condutas criminosas (use boa iluminação pública)

6)   gotejam açúcar (gutação) sobre os carros estacionados na rua (lave o carro de vez em quando, precisamos de menos carros nas ruas de qualquer forma)

7)   ficam horríveis quando não são bem cuidadas (é para isto que serve poda e manutenção – cobre a sua subprefeitura)

8)   custam muito para a cidade (os problemas de saúde, feiura e diminuição nos negócios causados pela falta de árvores custam muito mais)

Imagem

Proteção de árvore jovem na cidade de Tóquio, Japão

Há vários bons exemplos a seguir. Um deles é o da cidade de Washington, capital dos Estados unidos. Em Washington, a cidade mantém um mapa das árvores  e se pode obter informações a respeito delas (veja em http://caseytrees.org/resources/maps/dc-street-trees/).  Outro é a cidade de Nova York, onde há inúmeros serviços relacionados às árvores, incluindo plantio, cuidados, informações sobre as espécies e muito mais (http://www.nycgovparks.org/trees).  Em Paris, as árvores fazem parte da história da cidade. Para ler a respeito, pode-se começar pelo artigo em (http://www.deeproot.com/blog/blog-entries/history-of-street-trees-in-pariscity-making-and-the-golden-age-of-the-boulevard). Depois pode-se seguir pelos demais artigos e entender cada vez mais como as árvores se encaixam na história da França e da Cidade Luz.  Mas se preferir buscar as posições e nomas das árvores em Paris, visite o site da prefeitura da cidade em http://www.govdata.eu/samples/paris/parisarbreseu.html

Reclamações das podas em Tóquio (http://s-araki.com/HP-E.htm),

Em São Paulo, um programa de contagem de árvores foi lançado em 2010 pela prefeitura, mas precisa ser continuado e ampliado de uma forma mais enfática para que a população entenda que este é um ponto importante para o futuro da nossa cidade.

Mas mesmo que as prefeituras assumam uma parte desta responsabilidade no futuro, os habitantes no entorno têm que compreender que cada árvore é um ser vivo e que merece carinho e cuidados similares aos de um animal de estimação.


Biologia cada vez mais importante no IPCC

31 de maio de 2010
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Na sexta-feira (29) recebi uma mensagem dizendo que fui indicado como um dos Lead Authors para escrever o capítulo 27 (Central and South America) do (IPCC) Intergovernmental Panel of Climatic Change. A indicação é feita pelos governos de todo o mundo e meu curriculum foi escolhido com mais 311 pesquisadores a partir da análises de 1208 curriculuns de cientistas de todo o mundo que foram indicados por seus governos. Esta é uma indicação muito possivelmente relacionada aos trabalhos que venho realizando desde que entrei na USP em 2006 com as respostas de plantas às Mudanças Climáticas.  Desde que entrei no IB eu trouxe verba do Ministério da Ciência e Tecnologia e da Eletronorte e com estas eu e meu grupo montamos o LAFIECO (Laboratório de Fisiologia Ecológica de Plantas), o primeiro laboratório de biologia exclusivamente dedicado a observar os efeitos biológicos de mudanças climáticas no Brasil, que eu saiba. Em 2008 editei o livro “Biologia e Mudanças Climáticas no Brasil”, escrevi com colegas e alunos vários trabalhos e capítulos sobre o assunto. O LAFIECO abrigou os principais experimentos que meus alunos de pós-graduação realizaram e que estão gerando as principais teses sob a minha orientação que sairão em 2010 e 2011. Estas teses trarão dados pioneiros sobre as respostas de plantas amazônicas ao aumento de CO2, de árvores da Mata Atlântica em alto CO2 junto com alta temperatura e também de plantas importantes para a agricultura brasileira, como cana-de-açúcar, feijão e soja. Motivei a montagem de pelo menos dois laboratórios iguais em Minas Gerais, um dos quais já está funcionando e colaborando com o LAFIECO.

Em 2009, um dos trabalhos do LAFIECO com a planta amazônica mata-pasto (Senna reticulata) que é tema de tese de minha aluna Adriana Grandis e tem a colaboração da aluna Bruna Arenque, ganhou o prêmio de melhor trabalho de fotossíntese no Congresso Nacional de Fisiologia Vegetal.

Agora, com a indicação para participar como redator de um dos capítulos do IPCC, o LAFIECO e o IB ganham repercussão mundial na área de impactos das mudanças climáticas sobre a biologia em nossa região.

Três artigos de revisão recentes exemplificam o trabalho que temos feito, que têm a colaboração de meus alunos de pós-graduação e uma pós-doutoranda do IB. Eles podem ser encontrados nos seguintes links:

Respostas fisiológicas de plantas amazônicas de regiões alagadas às mudanças climáticas globais

A Dinâmica da Floresta Neotropical e as Mudanças Climáticas Globais

Impacts of climate changes on crop physiology and food quality

Escrevi também um ensaio para o Volume 1 da Revista da Biologia do IB chamado:

A insustentável leveza da complexidade

Me parece que esta indicação é interessante, uma vez que são poucos os pesquisadores que podem opinar em um órgão tão importante e influente em nível mundial.

O IPCC foi fundado por meteorologistas e a entrada da opinião de biólogos de nossa região é um ótimo sinal de que a biologia tem grande importância nesta questão.

Marcos Buckeridge


FIBRAS ALIMENTARES: O QUE SÃO, DE ONDE VÊM E QUAIS SEUS EFEITOS EM NOSSA ALIMENTAÇÃO

31 de janeiro de 2009
27 Comentários

Marcos S. Buckeridge (msbuck@usp.br)

 O que são e de onde vêm?

Todas as células vegetais são envolvidas por uma matriz de polímeros de açúcares que exercem, na planta, diversas funções. Tais polímeros são ingeridos a partir de todos os alimentos naturais de origem vegetal e também a partir de alguns alimentos processados, aos quais polissacarídeos são adicionados com fim específico de alterar sua textura. Na alimentação humana, estes polissacarídeos são genericamente chamados de fibras ou gomas, de acordo com a sua solubilidade em água e da quantidade utilizada. Embora não se tenha uma definição precisa de fibras, considera-se como tal os carboidratos complexos de origem vegetal que não são digeridos no intestino humano. 

Tipos de fibras.

De modo geral, as fibras alimentares podem ser divididas em dois grupos: fibras solúveis e fibras insolúveis. As insolúveis constituem polissacarídeos como a celulose e as hemiceluloses, que por interagirem fortemente entre si não dissolvem em água facilmente. As pectinas, ao contrário, se dissolvem com relativa facilidade, mesmo em água fria, e são portanto parte das fibras solúveis. As funções desses dois tipos de fibras na alimentação são distintas.

As insolúveis têm uma função mecânica mais acentuada e servem assim para dar maior consistência ao bolo alimentar. Sem esse tipo de fibra nós provavelmente conseguiríamos digerir muito pouco do que comemos, pois ficaríamos em um estado de diarréia constante. O outro extremo, isto é, um excesso de fibras insolúveis, causaria constipação, pois o bolo alimentar ficaria cada vez mais sólido. Portanto, nós, humanos, somos adaptados a ingerir um certo balanço de fibras solúveis tal que mantenha a consistência do bolo alimentar dentro de certos limites. Há um efeito interessante desse tipo de fibra que é pouco comentado na literatura. Em experimentos em nosso laboratório (em tubos de ensaio), verificamos que em baixos pHs, uma porcentagem razoável de proteínas (25-50%) interage com a celulose. No estômago e intestino as condições são, obviamente, diferentes daquelas que usamos nos tubos, mas se pelo menos parte disso for verdade, durante a digestão uma quantidade apreciável de proteínas é perdida por interagir com a celulose e consequentemente essas proteínas acabam não sendo absorvidas. Novamente, isso pode ser bom ou ruim, dependendo do balanço entre carnes (ou feijão por exemplo) e fibras insolúveis ingeridas.

As fibras solúveis participam ativamente nessa função mecânica, mas além disso, por apresentarem solubilidade mais alta em água e alta viscosidade, dificultam  o transito de moléculas dentro do bolo alimentar. Por esse motivo, essas fibras “capturam” açúcares simples, gorduras, vitaminas entre outras substâncias, por um tempo longo e evitam que elas sejam absorvidas. Acredita-se que quando nos alimentamos de fibras solúveis, forma-se uma camada viscosa na superfície interna do intestino, denominada camada e água não-agitável, que exerce a função de “filtrar” o que é absorvido naquele local. Se esse efeito é bom ou ruim para quem ingere tal tipo de fibra depende de quanto e de qual o tipo de fibra solúvel. Dependendo da proporção de fibra solúvel na alimentação, uma menor quantidade de açúcares e gorduras será absorvida pelo organismo. Isso pode ser bom por um lado, pois previne ou ameniza os efeitos daquelas substâncias sobre o diabetes (açúcares) e tende a diminuir a incidência de doenças cardiovasculares (gorduras). Também podem contribuir para uma diminuição na incidência de certos tipos de câncer tais como o câncer de cólon (intestino grosso), estômago e câncer de mama. Por outro lado, é importante lembrar que se houver consumo muito alto de fibras na alimentação, haverá uma tendência de aumento na fermentação destas pelas bactérias da flora intestinal, resultando em produção de gases em excesso.

É ainda importante salientar que não existe um efeito mágico sobre esses tipos de câncer do tipo “é só comer que evita o câncer”, mas um efeito estatístico, ou seja, diminuição na probabilidade de adquirir tais tipos de câncer. Na literatura há grande controvérsia quanto a esse aspecto, mas como não há efeitos negativos das fibras, talvez valha a pena manter uma dieta com um bom balanço delas.

 As fibras nos alimentos que comemos

            Se considerarmos a capacidade de dissolução em água das fibras, há diferenças consideráveis se comermos alimentos crus ou cozidos. O cozimento é sempre feito em água (mesmo que seja a água do próprio alimento) e tem o efeito de aumentar a proporção de fibras solúveis nos alimentos. Por exemplo, há diferença se comemos uma salada de tomates ou um molho vermelho e um macarrão. No caso da salada, há mais efeito de fibra insolúvel enquanto em um bom molho de tomates (bem apurado) as fibras solúveis tornam-se mais diponíveis  para exercerem suas funções. O mesmo ocorre quando cozinhamos feijão, cenoura, batata etc.

Assim, ao invés de longas tabelas de alimentos com os tipos de fibras que contêm, em um pequeno espaço como este fica mais instrutivo se fizermos uma divisão mais geral.

            É preciso levar em consideração o que vimos até agora:

1)    fibras estão na parede celular das células vegetais e têm composição química e propriedades diversas

2)    fibras podem ser divididas em dois grandes grupos: solúveis e insolúveis

3)    as insolúveis se correlacionam mais com função mecânica e as solúveis conferem a formação de camadas viscosas nas paredes intestinais (a camada de água não-agitável)

4)    o cozimento pode alterar a proporção de fibras solúveis e insolúveis em um dado alimento

Se agora dividirmos os tipos de alimentos vegetais que comemos em cinco tipos: folhas, raízes, sementes, frutos e alimentos processados  podemos construir a seguinte tabela:

Tipo de fibra

Alimento

folhas

(alface, couve, agrião)

raízes

(batata, batata doce, mandioca)

sementes (cereais, feijão, lentilha, ervilha)

frutos

(maçã, tomate, mamão, abacaxi)

alimentos processados (sorvetes, sopas, pudins)

insolúvel

+++

+++

++++

++

+

solúveis

++

++

++++

++++

++

Esta tabela mostra uma estimativa bem geral da divisão fibra solúvel/insolúvel distribuídas por diferentes órgãos das plantas e também em alimentos processados. Estes últimos levam em sua composição algumas gomas que têm a função de alterar a textura do alimento. No entanto, esses compostos acabam servindo também como fibras.

Quanto aos órgãos das plantas, note que frutos contêm mais fibras solúveis enquanto folhas e raízes contem mais fibras insolúveis. As sementes apresentam em geral um equilíbrio entre os dois tipos de fibra.

Entre os alimentos processados, encontram-se vários que são originários de plantas e que mesmo após processamento extensivo ainda apresentam fibras (muitas vezes modificadas) que também exercem seu papel fisiológico. Entre eles está o café. Por tratar-se de uma semente que contém grandes quantidades de fibras solúveis, após o processamento ainda mantêm muitas das características daquelas e são portanto fontes de fibras. Se desejar ler algo mais técnico sobre as fibras do café comparando sois modos de preparação, clique aqui para ter acesso ao artigo que escrevemos em 2005.

A literatura nesse aspecto é tremendamente controvertida, pois alguns compostos do café são “malvistos” (cafeína por exemplo) enquanto as fibras nele presentes poderiam ser consideradas compostos benéficos à saúde. De fato, há relatos de experimentos científicos indicando que as fibras de café podem diminuir a incidência de câncer de cólon.

Finalmente, saliento ao leitor que este artigo tem o objetivo de possibilitar a utilização de seu senso crítico ao escolher o que come e não de orientá-lo especificamente a escolher qualquer dieta alimentar. Grosso modo, cada um pode facilmente perceber os efeitos que cada tipo de alimento tem em seu organismo (se há produção excessiva de gases ou se o transito intestinal é muito lento). As informações aqui veiculadas não são de forma alguma finais e o leitor tem que ficar atento a cada nova descoberta nessa área.  Porém, usando o bom senso, é possível melhorar o balanço entre os diferentes alimentos que normalmente ingerimos, evitando o consumo exagerado de amidos (pães, massas, biscoitos etc) e balanceando melhor a alimentação com uma boa mescla de fibras solúveis e insolúveis de modo a melhorar o trânsito intestinal sem evitar a absorção de vitaminas, proteínas e outras substâncias importantes para a manutenção bioquímica de nosso organismo, mas mantendo um nível de fibras tal que ajude a prevenir contra o câncer, diabetes e doenças cardiovasculares.

Se quiser se aprofundar veja o capítulo que escrevemos em 2001 sobre fibras.

BUCKERIDGE, M.S. & TINÉ, M.A.S. COMPOSIÇÃO POLISSACARÍDICA: ESTRUTURA DA PAREDE CELULAR E FIBRA ALIMENTAR (2001) In: Lajolo FM, Saura-Calixto F, Wittig de Penna E, Menezes EW (Eds.) Fibra dietética em Iberoamérica: Tecnologia y Salud. Obtención, caracterización, efecto fisiológico y aplicación en alimentos. Projeto CYTED XI.6. Varela, São Paulo, pp 43-60.

Este post é dedicado ao Enersto Quiles, um argentino brilhante que, com sua vivacidade e entusiasmo pela comida, me estimulou a postar este texto hoje.


EMERGÊNCIA E CONSTRIÇÃO EVOLUTIVA – UMA RÉPLICA

11 de janeiro de 2009
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Wanderley Dantas dos Santos (wds@usp.br)

 O texto abaixo é uma réplica e síntese ao artigo CONSTRIÇÃO DO DESENVOLVIMENTO…, que postei em 5 de janeiro

 Embora eu esteja prestes a oferecer uma visão alternativa a alguns de seus argumentos quero, antes, firmar meu entusiasmo diante do tema central proposto, como ficará claro no final. Nosso interesse comum pela Mecânica da Emergência, ou seja, pelos processos responsáveis pelo surgimento de diversidade na natureza, bem como sua relação com a criatividade humana, é especificamente o ponto que nos une e move nossas mais profundas indagações.

 Vejo nossos processos criativos em si como providencialmente complementares. O seu mais abdutivo e o meu mais analítico. Vou exercitar esta minha vocação detalhista, esmiuçando ipsis literis suas proposições generalistas em busca do modus operandi da emergência.

 Para facilitar a recapitulação retomarei suas afirmações (teses) na forma de subtítulos das minhas réplicas (ou antíteses) para, no final arrematar com minhas conclusões (síntese). Então mãos à obra.

 Réplica um. Logo no início de sua proposição você afirma que:

 Temos discutido a idéia de que a vida apareceu quando a capacidade de auto-organização se tornou possível, correto? (Digressão um, parágrafo primeiro).

 Não exatamente. Segundo a teoria autopoiética, os seres (ou sistemas) vivos se caracterizam pela autoconstrução. Ou seja, o sistema tem uma composição química tal que é capaz de transformar seu alimento nos componentes necessários para o funcionamento do sistema. Ou seja, transformar as moléculas do alimento em moléculas iguais àquelas já existentes no sistema. Esse processo resulta num ciclo virtuoso: como todo o alimento é convertido em novas peças do sistema, ele está constantemente substituindo as peças velhas e se reconstruindo. Desse modo o processo se mantém estável, desde que haja disponibilidade de alimento.

 De fato, a capacidade de manter um estado estacionário utilizando os componentes e a energia das partículas que entram no sistema é justamente a definição de auto-organização. Mas o processo específico que caracteriza a auto-organização autopoiética é apenas um dos vários mecanismos de auto-organização possível. Um vórtice como o formado pela água que escoa pelo ralo da pia é, por exemplo, um outro tipo de auto-organização não autopoiética, entre vários outros, em geral envolvendo apenas processos cinéticos.

 Portanto, desde que houve partículas (matéria) dotadas de energia cinética (movimento) já era possível haver algumas formas de auto-organização, mas não a autopoiética. Portanto, seria mais correto dizer que o que temos discutido é a idéia de que a vida surgiu quando um tipo de auto-organização se tornou possível, a autopoiese.

 Réplica dois. Na seqüência você afirma admitir que:

 “A capacidade de construção de réplicas (…) seja talvez o próprio processo de auto-organização.”

 Também não estamos de acordo nisso. Tenho defendido a tese de que um sistema auto-organizado caracteriza-se por estabilizar a si mesmo através de algum mecanismo de retro-alimentação. No caso da autopoiese, Maturana e Varela perceberam que o sistema vivo se estabiliza devido à sua capacidade de reconstruir continuamente seus componentes utilizando as estruturas e a energia das moléculas que tomam como alimento.

 Isto significa que a reprodução (uma propriedade dos seres vivos que é fundamental para a evolução) é acessória e não “definitória” do ser vivo. Podemos constatar esse fato analisando que um organismo estéril (uma mula, por exemplo) ainda assim deve ser considerado vivo. Assim, a capacidade de produção de réplicas é prescindível na definição de vida e menos ainda se confunde com auto-organização. Representa apenas uma forma de retro-alimentação, nominalmente, a ecológica (que é uma forma de auto-organização supra-biológica).

 Réplica três. Ainda na digressão um você menciona que:

 “(…) o processo de auto-organização exige fluxo de informação. (…) o nível de comunicação dos átomos em uma pedra não forma redes hierárquicas (…).”

 Aqui devo concordar (afinal, bebemos na mesma fonte). Entretanto, acho essencial definir inambiguamente conceitos como informação e comunicação, já que são termos emprestados de outra área, para esclarecer o que estes termos significam fora do seu contexto original, i.e., o que eles significam do ponto de vista físico, químico e biológico.

 Sucintamente, proponho definir informação física como a formação interna i.e. a disposição dos componentes de um sistema sólido (átomo, molécula, minério, etc.) conforme sugere a termodinâmica probabilística de Boltzmann, ou a organização funcional (célula, vórtice, convecção, etc.) no caso de sistemas dissipativos de Prigojine. Já a comunicação pode ser tentativamente definida como a interação entre dois corpos que provoca uma alteração na informação de um corpo (receptor), causada pela influência de outro (transmissor). Assim, dois sistemas que apenas se aproximassem ou se afastassem por influência mútua não estariam propriamente se comunicando. Haveria comunicação apenas quando um corpo alterasse o estado ordenado de outro.

 Desse modo, a comunicação é um fenômeno característico dos sistemas dissipativos, uma vez que eles dependem do influxo de energia e matéria que, necessariamente, alteram o conteúdo informacional (organização) do sistema. É por isso que a formação de redes hierárquicas só é possível em processos dinâmicos (dissipativos) que exige fluxo de informação i.e., comunicação.

 Réplica quatro. Você então conclui então que haja uma continuidade no processo de desenvolvimento (ou evolução do universo) e que a vida não teria começado com a autopoiese, mas com o surgimento das regras do universo em si que você chama de leis matemáticas.

 Ainda apelando para a necessidade imprescindível de definirmos os conceitos de forma clara para evitar ambigüidades, eu discordo também desse ponto de vista, mas desta vez protesto por um princípio de caráter pragmático. Concordo que haja uma continuidade no processo de organização que se inicia com a instituição das regras, seja no big bang ou em algo que o valha. Mas discordo de que isso signifique que a vida em si, ou qualquer outro tipo de sistema emergente possível tenha começado naquele instante.

 O que as regras iniciais definiram foi apenas a possibilidade da vida. Admito até que dados a quantidade de matéria e tempo disponível, que as leis primordiais já determinavam o surgimento da vida, assim como determinavam o aparecimento de átomos e sistemas planetários, necessários à vida. Minha discordância é que mesmo se admitirmos que a existência de todos os sistemas estivesse, digamos, probabilisticamente determinada, isto não implica que devamos assumir que tais sistemas “já existiam”. Porém do ponto de vista filosófico, sua posição pode ser defendida, no sentido em que, embora elas não existissem em ato elas existiam em potência.

 Este ponto de vista pode ser bastante profícuo no âmbito da teoria da emergência que é o tema do nosso debate. Por outro lado, essa admissão não é muito construtiva do ponto de vista do estudo da origem da vida em si. O papel da ciência, neste caso é justamente descobrir qual foi a história do surgimento dos sistemas vivos (ontogênese) o que passa pela definição de qual é a essência desses sistemas (sua ontologia).

 Neste sentido, a definição de um sistema vivo como um sistema autopoiético é um passo muito importante, embora ela provavelmente mereça retoques na medida em que aprofundarmos a questão.

 [Para citar um exemplo, Pier Luisi Luige em Emergence of Life demonstra um tipo especial lipossomas que ele desenvolveu que  preenchem os requisitos da escola de Santiago para serem considerados autopoiéticos. E vão até mesmo além, pois se reproduzem! No entanto, tais lipossomas são incapazes de evoluir, pois não possuem um mecanismo específico de reconhecimento da informação que possa variar e gerar uma progênie diversificada sujeita ao mecanismo de adaptação por seleção natural. A catálise que converte o alimento em componentes do sistema é promovida pelo ambiente lipofílico no interior do lipossoma. Em função disso, Luisi sugere que a vida deva ser definida como autopoiese cognitiva].

 Em conclusão, acho pertinente discutir e estudar o que é e como a vida se inicia em ato e não apenas em potência com você propõe.

 Réplica cinco. Estou quase pronto para sintetizar algo novo a partir nossas teses e antíteses. Mas antes preciso fazer mais uma digressão a respeito de sua proposta de que as regras primeiras do universo sejam matemáticas.  Essa discordância é essencial para a formulação de uma resposta a questão em que a inseriu.

 Podemos dizer a priori que uma lei matemática seja inviolável. Por exemplo, 1 + 1 = 2. Entretanto, esta regra só é de fato válida quando delimitamos sua aplicação a um campo específico e muito bem definido. Como contra-exemplo tome um átomo de hidrogênio (H). Ele é uma estrutura bem definida de matéria com suas propriedades características. Sabemos que se um átomo livre de H interagir com outro ele estabelecerá um associação (ligação covalente) uma vez que essa estrutura é mais estável que a do átomo livre. Neste caso, temos matematicamente que H + H = 2H. No entanto, a estrutura que se forma de fato é H2, isto é, uma molécula de hidrogênio e em termos químicos H2 é diferente de 2H. A molécula de H2 tem propriedades físico-químicas absolutamente diferentes das propriedades que apresentam dois átomos de H. Até mesmo sua massa é levemente menor que a de dois átomos de H.

 Este fenômeno jaz no cerne do princípio da emergência e o considero uma evidência da relatividade das leis matemáticas. Mas existem outros exemplos como o da quebra da lei geométrica que afirma que a soma dos ângulos de um triângulo é 180°, que deixa de valer em um espaço curvo einsteniano. Diante dessa constatação, as leis matemáticas podem ser reajustadas e definir melhor as condições em que ela se aplica. Mas isto só prova que a matemática é um construto humano, uma ferramenta útil para o homem e não a essência última das coisas.

 Síntese

 Isto posto, vou reestruturar a questão proposta por você: as leis da física são fechadas ou podem evoluir?

 O princípio da emergência pode ser compreendido na expressão 1 + 1 ≠ 2 ou H + H ≠ 2H. Na medida em que as leis físicas são determinadas pela matéria existente no universo e que a matéria se associa dando origem novos tipos de matéria com novas propriedades físicas, as leis que imperam naquele nível de interação dão origem a novas leis. Isto significa que de um ponto de vista bem concreto, as leis da física de fato evoluem! Embora as novas leis não eliminem aquelas válidas no nível mais fundamental, novas leis podem emergir no nível mais complexo de interação da matéria, fazendo com que os sistemas de maior complexidade se comportem de modos que não são possíveis no nível inferior.

 [A meu ver, é por isso que as leis da mecânica quântica nos parecem tão estranhas. Nosso cérebro evoluiu pelo benefício que nos concedia ao processar informações em situações típicas da escala em que estão os seres vivos, e têm dificuldade para processar as leis que imperam em níveis tão diferentes do nosso cotidiano como as da escala subatômica e cosmológica].

 Isto não significa que qualquer conjunto de regras seja possível. As possibilidades de emergência nas escalas de complexidade superiores são restringidas pelas possibilidades definidas nas escalas imediatamente inferiores que lhes dão origem. Por outro lado, este processo de constrição não impede que o espectro de possibilidades de emergirem novas leis aumente na medida em que se formam sistemas mais e mais complexos que se tornam componentes de sistemas progressivamente complexos.

Por exemplo: não falamos em habilidades de átomos em moléculas, dizemos que eles têm propriedades interativas. Já uma célula tem habilidades como a de converter CO2 e H2O em carboidratos utilizando a energia solar, ou de se reproduzir, ou ainda sintetizar esta ou aquela substância, etc. Tais habilidades dependem fundamentalmente das propriedades interativas dos átomos que constituem as células o que de fato restringe o número de processos que a célula pode efetuar.

No entanto, as células podem formar organismos pluricelulares e estes formarem sociedades e assim sucessivamente numa escalada infinita de novas habilidades cada vez mais abrangentes. Cada nova habilidade gera novas regras com as quais os seres daquela escala deverão lidar e respeitar para continuarem existindo. Os físicos provavelmente não concordarão que essas sejam novas leis físicas, visto que se aplicam a um grupo limitado de seres e não ao universo todo, mas eu gostaria de dar um outro exemplo em minha defesa.

 Podemos supor que venhamos a descobrir que na escala quântica ou subquântica não haja certas leis como a atração gravitacional entre os corpos e que essa lei só passou a existir em um dado nível de associação entre as partículas mais fundamentais da natureza que ainda não conhecemos. Poderíamos ainda supor que houvesse regiões, no limite do universo, em essas associações nunca ocorreram. Nestes casos, as leis sob as quais a física atua seriam também, ou no espaço ou no tempo, casos particulares das leis mais fundamentais. De fato, é o que as evidências desses primórdios da física quântica nos sugere: as leis que conhecemos são emergentes e há leis completamente diferentes “lá embaixo”. Sendo assim, as leis da economia ou da sociologia, uma vez constatadas, são tão legitimamente leis da física quanto quaisquer outras leis mais fundamentais.

 De qualquer modo, a questão da constrição que você provocou é definitivamente brilhante, pois, este horizonte progressivamente maior de habilidades emergentes é, a meu ver, o fenômeno mais excitante da natureza (no que poderá resultar?), mas continua inextrincavelmente adstrito à segunda lei da termodinâmica e a todas as demais leis da física fundamental e da química e da biologia e da sociologia e ecologia, ad infinitum

Leia o artigo CONSTRIÇÃO DO DESENVOLVIMENTO…, que deu origem à discussão.


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