Blog do Buckeridge

Série Inteligência em Plantas – 3

12 de março de 2016
Deixe um comentário

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.

Anúncios

Série Inteligência em plantas – 2

3 de março de 2016
Deixe um comentário

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.


Série Inteligência em Plantas – 1

24 de fevereiro de 2016
Deixe um comentário

A partir desta semana, publicarei uma série de 6 posts sobre aspectos da Inteligência das plantas.

HÁ INTELIGÊNCIA EM PLANTAS? COMO COMPARÁ-LAS COM ANIMAIS?

Marcos Buckeridge

A definição que uso para inteligência é a de Stenhouse (1974) que a define como a capacidade adaptativa de um organismo. Esta definição é bastante ampla e inclusiva. Ela permite encaixar todos os seres vivos existentes. Isto porque se estes seres não tivessem capacidade adaptativa eles não existiriam!

Mas há algumas outras características da inteligência que acho importante considerar, as quais permitem uma apreciação melhor das plantas num ranking de inteligência entre os seres vivos. Estas são algumas das características básicas, ou propriedades, que permitem os seres se adaptarem às mudanças no ambiente.

Elas são: 1) capacidade de processar informação; 2) capacidade de armazenar informação (ou memória); 3) capacidade de efetuar um processo decisório e 4) capacidade de atuar como um indivíduo. Uma decorrência lógica desta minha caracterização é que estas quatro propriedades também ocorrem em todos os seres vivos.

O processamento de informação ocorre nos seres vivos mais simples. Um vírus, por exemplo, apresenta em sua estrutura informação armazenada que lhe permite interagir com o ambiente em seu entorno. Nestes seres há mecanismos internos cujo programa quando executado lhes permitem interferir com o funcionamento de uma outra célula (do hospedeiro que este vírus infecta). Esta informação que mencionei está armazenada e pode ser replicada em outros indivíduos. Há, portanto, uma espécie de memória que permanece e caracteriza o ser.

A capacidade de efetuar um processo decisório está também no vírus. Há uma programação interna que irá ativar determinados processos dependendo das condições encontradas. Esta propriedade pode ser pensada na forma de que um processo só irá ocorrer “se” determinadas condições se apresentarem. O mais simples processo decisório é o sim–ou-não. Este pode ser um processo muito simples de ativação (ou desativação) de um determinado caminho de eventos no organismo.

A capacidade de atuar como um indivíduo está no fato de que unidades de seres (no nosso exemplo uma cápsula de vírus em particular) possam atuar diferentemente de outras unidades, dependendo das condições que encontram.

A questão da existência ou não de consciência nos seres vivos pode ser tratada de forma similar ao que tratei acima sobre a inteligência. Neste caso, o tratamento dado ao assunto pelo neurofisiologista Antonio Damásio é bastante útil. Ele define consciência de uma forma que permite pensar que há uma consciência basal que mesmo os organismos mais simples têm.

No caso das plantas, portanto, poderíamos concluir que elas apresentam sim inteligência, pelo menos dentro dos parâmetros que descrevi acima. Quando pensamos em plantas devemos lembrar que há vários tipos (espécies) e que algumas podem ser mais complexas do que outras. Mas todas apresentam inteligência, pois processam informações, armazenam estas informações e apresentam capacidade de realizar processos decisórios. Também apresentam um comportamento individual de tal forma que os processos decisórios são ativados dependendo do indivíduo.

Um grande problema em examinar tudo isto em relação às plantas é que elas são um tipo de organismo bastante diferente dos animais. Compara-los forçosamente nos leva a querer explicar o comportamento vegetal por meio do que conhecemos sobre o comportamento animal. Isto é possível em certos casos, mas tem que ser feito com cuidado.

As plantas, quando processam a informação para responder ao ambiente, utilizam informação armazenada em seu “hardware”, ou seja, nos processos que irão ativar ou desativar genes no seu DNA (programa formado durante o processo evolutivo) gerando comportamentos individuais. Como os programas permitem um grande número de opções de comportamento frente às variáveis ambientais, o processo decisório é a ferramenta usada para responder e se adaptar ao entorno. Em outras palavras, se quisermos podemos usar isto para comparar com os animais e dizer que ao lançar mão de mecanismos de reconhecimento das alterações no ambiente ao redor, um indivíduo específico pode tomar certas decisões em um determinado sentido que o levam a reagir de forma a evitar perdas. Com isto, este indivíduo, de uma certa forma, tem a capacidade de “se reconhecer” como aquele indivíduo específico naquela condição específica. Isto não deixa de ser uma espécie de consciência.


Vantagens de ter árvores na cidade

3 de setembro de 2013
3 Comentários

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.


ETANOL CELULÓSICO: ONDE ESTAMOS E PARA ONDE VAMOS?

11 de junho de 2009
1 Comentário

Marcos S. Buckeridge (msbuck@usp.br)

Hoje saiu na Folha de São Paulo (Ciência na pgA17) uma reportagem do reporter Eduardo Geraque sobre uma das estratégias que o Brasil tem para atingir o etanol celulósico (no manual da Folha usam álcool de celulose, que é a mesma coisa), o Centro de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), que fica no Campus do Laboratório Nacional Luz Sincrotron (LNLS), em Campinas. O CTBE já está funcionando desde 2008 e o diretor presidente é o Marco Aurélio Pinheiro Lima. Eu serei, em breve, o Diretor Científico do CTBE e fui convidado pelo Marco Aurélio para montar o plano de ciência do CTBE. No meu plano de ciência pretendo enfocar a ciência transdisciplinar, que já vem sendo chamada de “ciência do modo 2”. Que eu saiba, este será o único centro do gênero no Brasil.

A transdiciplinaridade consiste em aplicar a ciência de forma interdisciplinar (ou seja onde as disciplinas interagem), mas com o objetivo de resolver uma grande questão colocada pela sociedade. A busca do etanol celulósico é uma delas e as mudanças climáticas globais é outra. Para entender melhor as vantagens da transdisciplinaridade eu postei um artigo sobre isto neste blog.

Outras inciativas são o BioEn-FAPESP, programa pioneiro que também ajudei a montar e ajudo a coordenar,  INCT to Bioetanol, do qual eu sou o coordenador e congrega 29 laboratórios em 6 estados brasileiros e a Embrapa Agroenergia, que fica em Brasília.

Há outras iniciativas em andamento. O Estado de São Paulo vai investir cerca de 100 milhões nas três universidades (USP, UNESP e UNICAMP) especificamente para a montagem de centros de bioenergia.

Pelas minhas contas, já estamos acima de 1 bilhão de reais (1/2 milhão de dólares) em bioenergia, pelo menos. Os EUA estão investindo bem mais. Por exemplo, só o investimento no Energy Biosciences Institute (EBI), do Department of Energy e da British Petroleum, foi de 500 milhões de dólares e os times já estão trabalhando nas melhores universidade americanas. Apesar de haver competição, haverá mercado para Brasil e EUA e nós estamos cooperando com o EBI, por exemplo, aprendendo com eles algumas coisas que não sabemos e ensinando algumas que eles não sabem.

Nós estamos na frente por vários motivos. Um deles é que já usamos a cana desde a época do descobrimento para produzir açúcar e já em 1920 nós havíamos começado a produção de etanol. Leia a história no meu artigo na Netrópicas

As iniciativas no Brasil para chegar ao etanol são muitas. Publiquei um artigo nesta semana onde descrevo as iniciativas. O artigo está na minha coluna no site da Revista Pesquisa FAPESP, a Neotrópicas. O artigo chama-se “A bioenergia que nos aproxima”.

Apesar de toda essa “sede” tenológica, é preciso lembrar  tanto no caso do CTBE, quando no BioEn, estamos tomando o cuidado de desenvolver tecnologias que sejam ambientalmente e socialmente sustentáveis. Nos dois programas, há pesquisas sendo desenvolvidas sobre os impactos. É preciso que a produção de biocombustíveis seja feita com responsabilidade. Veja a entrevista que dei isso para a Revista New Scientist em 23 de maio de 2009. Lá eu defendo uma idéia que chamo de caminho do meio. Também tenho um artigo publicado na revisa do LabJor da UNICAMP, onde as explicações são mais profundas.


PLATAR ÁRVORES OU NÃO, EIS A QUESTÃO

11 de janeiro de 2009
1 Comentário

Marcos S. Buckeridge (msbuck@usp.br)

Será que este é um bom conselho? Algumas pessoas, jornais, revistas, programas de rádio e de televisão estão “pregando” isto como a cura do aquecimento global.

Em princípio é verdade, pois as árvores realmente seqüestram carbono com grande eficiência, mas como isto tem que ser feito? Plantando a esmo? Em qualquer lugar? Qualquer tipo de árvore?

Há sites na Internet que calculam quantas árvores se deve plantar para “neutralizar” a sua emissão. Você acredita nisso? Acredita que os cálculos estejam corretos? Como isto é possível se ainda não sabemos a taxa de seqüestro de carbono por árvores tropicais?

Mais perguntas? Plantar onde? Árvores com qual arquitetura? Que taxa de crescimento?

São muitas perguntas não?

Não haveria problema em simplesmente desprezar estas perguntas se as conseqüências de um plantio de árvores sem qualquer critério não tivessem qualquer efeito adverso.

De fato, em alguns casos isto é perfeitamente válido e pode gerar não só o desejado seqüestro de carbono, mas também condições extremamente favoráveis à população urbana. Em março de 2007 o programa Repórter Eco da TV Cultura de São Paulo mostrou um exemplo de sucesso no plantio desenfreado. Sr. Antônio e Sr. João começaram a plantar árvores, e o fazem até hoje, no canteiro central da Av. Brás Leme na Zona Norte de São Paulo. Veja a reportagem, meu grupo estava lá. Hoje o resultado de 25 anos de plantio e cuidado com as plantas gerou um trecho extremamente agradável e bonito para se caminhar. E o hábito de caminhar evoluiu junto com o crescimento das árvores, o que mostra que nossos dois heróis urbanos não pensaram nos benefícios que as árvores teriam hoje.

Ter árvores no meio urbano tem prós e contras. Elas às vezes sombreiam demais o ambiente e, a noite, criam nichos para esconder ações condenáveis, como o tráfico e o consumo de drogas e prostituição nas ruas. Árvores podem cair sobre carros sem aviso e machucar pessoas. Elas jogam folhas e galhos na calçada, que são carregadas pelas enxurradas e adentram aos bueiros. Suas flores podem cair e fazer com que pessoas mais velhas escorreguem e se machuquem. Pior ainda, elas atraem insetos e lagartas que podem invadir as nossas casas e ainda por cima funcionam como suportes para muitas aranhas construírem as suas teias.

Tudo isto quer dizer que árvores são ruins para as cidades? Vamos ver o que há de bom em ter árvores no ambiente urbano:

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. Mas este efeito não é só direto sobre os humanos. Há uma cadeia de eventos que leva a benefícios coletivos inimagináveis.

Comecemos por lembrar o que acontece se colocarmos um ramo de qualquer planta em um saco plástico. Em pouco tempo se verá 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. 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 por dia. Isto é pouco ou é muito?

Comparemos:  a primeira coisa a saber é que 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. Sobrando uma fração assim tão pequena para as plantas manipularem, será que elas teriam alguma importância nas cidades?

As árvores que vemos todos os dias ao circularmos pelas cidades abrem bilhões de poros (os estômatos) em suas folhas e através deles, enquanto o CO2 entra, a água sai. Temos que lembrar que se o solo estivesse limpo ou todo asfaltado, o índice de evaporação seria máximo, diminuindo o tempo de residência de uma molécula de água para a ordem de minutos. No entanto, se a água penetrar no solo à sombra de uma árvore, a menor temperatura fará com o tempo de residência aumente consideravelmente. E não é só isso, se uma molécula de água for absorvida pela raiz da nossa árvore, ela terá que seguir um caminho extremamente longo por entre as células e tecidos do vegetal até chegar a um estômato e voltar para a atmosfera.  Nossa molécula de água poderá ficar então dias ou até semanas antes de conseguir sair.

É fácil de ver, portanto, que as árvores ajudam a reter a água.

Mas e as enchentes? Será que por ter mais água se aumentam as enchentes? Ao contrário! As raízes das árvores tornam o solo menos compacto e mais permeável. Com isto há mais espaço para a água. Se considerarmos que 70% da água que cai com as chuvas volta para a atmosfera se tivermos árvores, num raciocínio simplista, talvez isto signifique que, nas cidades, tenhamos 30% a menos de probabilidade de ter enchentes somente devido à presença de árvores? Obviamente não, pois não há como tomarmos todos os espaços da cidade com árvores, mas se considerarmos que as enchentes são aumentos nos níveis de água em lugares mais baixos antes que haja drenagem para os rios, a existência de árvores ao longo do percurso que a água (Matas Ciliares) faz para escorrer e chegar às bacias de drenagem devem ajudar consideravelmente!

No quesito saúde humana, as árvores podem ser mais prós do que contras. É certo que o plantio de poucas espécies leva a uma inundação da cidade com pólen de um único tipo e os alérgicos podem sofrer com isto. Mas isto talvez possa ser minimizado com o plantio de maior diversidade de árvores.

Um ponto que será crucial com as mudanças climáticas por vir é que o aumento esperado na temperatura poderá causar vários tipos de enfermidades, incluindo infecções se a temperatura passar de um determinado limiar. Além dos problemas de saúde, gastaremos uma verdadeira fortuna para equipar e manter hospitais e serviços médicos para a proporção maior de idosos que deveremos ter por volta de 2050. Com o plantio de árvores agora e de forma estratégica, estaríamos garantindo  a minimização dos impactos negativos causados pelo aumento de temperatura nos próximos 20-30 anos.

Além dos efeitos diretos, tem sido mencionado constantemente que 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 tranqüila 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!

Mas calma, não saia já plantando árvores por aí. O plantio de uma árvore é algo que deve ser planejado. Você pode estar comprando um cão da raça São Bernardo para viver com você e sua família em um apartamento de 50 metros quadrados. É preciso pensar bem e, principalmente, aprender mais sobre o assunto. Em primeiro lugar é preciso conhecer ao 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?

Tudo isto é importante para que se acompanhe o desenvolvimento da árvore. E isto quer dizer que não adianta sair por aí jogando sementes e plantando árvores de qualquer tipo em qualquer lugar. Você pode estar plantando em seu jardim (ou no do vizinho) uma espécie de árvore que irá desenvolver as raízes até atingirem sua tubulação de esgoto. A mesma árvore poderá atingir os fios que lhe fornecem energia e produzir frutos tão pesados que ao caírem amassarão o teto de seu carro. O resultados aí serão desastrosos, pois daqui a alguns anos seu carro viverá amassado, você ficará sem banheiro em algum momento (e terá que reformá-lo) e sob risco de ficar sem energia elétrica após tempestades. Nesse caso, sua decisão de matar a árvore será pautada pela defesa de seus bens e os riscos aos seus familiares.

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. É provável que as prefeituras assumam uma parte desta responsabilidade no futuro, mas ainda assim, os habitantes no entorno têm que compreender que se trata de um ser vivo e que merece carinho e cuidados similares aos de um animal de estimação. 

Post Scriptum – se quiser ler outro artigo (Abrindo o guardachuva verde) ao qual este deu origem, veja na minha coluna Neotropias no site da Revista FAPESP. Veja também algumas informações interessantes sobre design consciente e o site da A3SP


A INFINITA BELEZA DA FOTOSSÍNTESE

11 de janeiro de 2009
2 Comentários

Marcos Buckeridge (msbuck@usp.br)

Apesar de complexa e muitas vezes difícil de compreender, a fotossíntese, às vezes, é cantada em versos, como na canção de Caetano Veloso Luz do sol, que inicia com a frase…..

Luz do sol,  que a folha traga e traduz

Além de ser a forma mais eficiente de “empacotar” carbono, seqüestrando-o da atmosfera e armazenando este átomo por um longo tempo nos corpos de animais plantas e microorganismos, a fotossíntese é o processo por traz não somente de toda a produção de alimentos para nós e todos os organismos vivos em nosso planeta. Até mesmo o petróleo, para ser formado, necessitou do processo fotossintético para ocorrer!

Em verde novo, em folha, em graça, em vida, em força, em luz.

Para que o verde das folhas seja traduzido em força, ao entrar nos cloroplastos (organelas que têm clorofila e dão a cor verde às plantas) o  C, ou seja, carbono do CO2, é bioquimicamente ligado a compostos de carbono (ácidos) já existentes nas folhas, de forma que a cadeia de carbono vai aumentando até formar moléculas de 6 carbonos (a glicose e a frutose). Estes açúcares podem ser ligados entre si, formando sacarose e serem transportados para o resto da planta usar para crescer. Alternativamente, as glicoses podem ser encadeadas entre si e formam grânulos de amido que serão guardados para uso durante a noite ou no outro dia. A energia para fazer tudo isso vem da luz. A energia da luz é inicialmente guardada em ligações que envolvem átomos de fósforo que é um componente tão importante quanto o carbono para que a planta consiga realizar a fotossíntese.

Céu azul, que vem até onde os pés,

Tocam a terra e a terra inspira e exala os seus azuis

O papel da terra é armazenar a água, que tem uma função extremamente interessante na fotossíntese. Para que a energia da luz seja processada, os elétrons vêm da água. A primeira reação que ocorre é a quebra de uma molécula de água formando duas moléculas de hidrogênio (2 x H2) e uma de oxigênio (1x O2).  Portanto, sem água, não pode haver fotossíntese. Uma conseqüência importante desse processo de “quebra da água” é que o oxigênio produzido volta para a atmosfera. Portanto, plantas realizando fotossíntese, além de retirarem o gás carbônico do ar, devolvem o oxigênio. De um ponto de vista humano, melhoram a qualidade do ar que respiramos. É daí que vem a idéia de que as florestas funcionam como pulmões do mundo.

Reza, reza o rio, córrego pro rio, rio pro mar

Reza a correnteza, roça, beira, doura a areia

As reações da fotossíntese realmente são como uma correnteza que empurra as moléculas e as transforma. Como a fotossíntese de uma planta inteira tem que “dar lucro”, isto é, o processo tem que produzir mais açúcares do que consome (senão a planta não cresce), a liberação de oxigênio no transporte de elétrons acaba sendo maior do que o consumo de oxigênio consumido na respiração das plantas. Fazer a fotossíntese dar lucro não é nada fácil e é por isto que as plantas respiram tão pouco e se movimentam tão lentamente. Elas não poderiam ter músculos e se movimentarem rápido, pois como o gasto de energia para a movimentação de músculos nos animais é enorme e com todo este gasto nenhuma planta conseguiria crescer e se reproduzir.

Marcha o homem sobre o chão, leva no coração uma ferida acesa

A marcha da humanidade abriu uma ferida sem precedentes, que vem gerando o aquecimento global. Desse ponto de vista, o papel da fotossíntese em produzir oxigênio e consumir gás carbônico é ótimo, pois as plantas trocam um gás que provoca o efeito estufa (o CO2) por um gás que não provoca este efeito (o O2). A conseqüência é de apenas amenizar o aumento do aquecimento, pois nós emitimos uma grande quantidade de CO2 devido à queima de combustíveis fósseis.

A água vem lá debaixo, ou seja, da raiz e é transportada para as folhas. A planta é um sistema aberto, ou seja, enquanto parte da água é usada na fotossíntese, uma grande parte é perdida através dos estômatos que têm que ficar abertos para deixar entrar o CO2. Portanto, para poder obter energia, a planta tem que perder água. Transportar água constantemente das raízes para o topo da planta é super importante porque os nutrientes (cálcio, potássio, fósforo etc) vão para cima com ela.

Assim, os estômatos abertos e a própria fotossíntese funcionam como bombas que puxam água e nutrientes para cima.  As plantas podem ser comparadas a ares condicionados, que borrifam vapor de água na atmosfera durante o dia.

Mas o que é mais interessante ainda é que a produção e o transporte dos açúcares e seu bombeamento para baixo levam a sacarose a todas as partes da planta. Este transporte funciona como uma bomba no sentido inverso. Quando a planta cresce ela consome os açúcares para suprir os processos com a energia que ficou guardada nas ligações entre os carbonos que a fotossíntese fez. É isto que chamamos de respiração, um processo que libera CO2 de volta para a atmosfera.

Dono do sim e do não  diante da visão da infinita beleza

As duas bombas (para cima e para baixo) estão interligadas na planta e formam uma circulação que liga o solo à atmosfera. Isto é o que possibilita a vida no planeta. Daí a profundidade ainda maior da frase do Caetano, pois a força a que ele se refere não é só a da fotossíntese, mas a de toda a biodiversidade.

Veja que uma parte do carbono assimilado como CO2 fica na planta como sacarose outra parte vira amido e outra vira celulose. Quando um átomo de C vira sacarose e é transportado e respirado rapidamente, podemos dizer que o C deu um “passeio rápido” pela planta e voltou à atmosfera. Nesse caso, o seqüestro de carbono de curtíssimo prazo. Quando o C fica armazenado alguns dias ou até alguns meses (no caso das plantas que perdem as folhas durante o inverno) como amido o seqüestro de carbono é mais longo. Mas quando o C vai parar na celulose fica guardado no tronco da árvore pelo resto da vida da planta. Este é um tipo de seqüestro de carbono que é característico das árvores e é por isso que elas são tão importantes no contexto das mudanças climáticas globais. 

A fotossíntese acontece de dia, somente enquanto há luz acima de um determinado nível. O uso do amido que foi guardado geralmente ocorre à noite, de forma que quando amanhece a planta já degradou parcial ou totalmente o amido, transformou-o em sacarose e transportou-o para outras partes.

Para que a planta se mantenha viva, seu balanço “econômico” tem que ser mantido “no lucro” ou com “perdas mínimas”. O que ocorre com várias espécies de árvores da Mata Atlântica e do cerrado é que durante o inverno chove muito pouco e com isto o transporte de água cai drasticamente. Como sem água não dá para fazer fotossíntese, mesmo que haja luz, muitas espécies jogam fora as folhas total ou parcialmente. Isto faz com que o metabolismo desacelere consideravelmente. Porém, antes mesmo da água voltar a fluir, a produção de novas folhas exigirá carbono e energia. Como não há folhas, para fazê-las a planta lança mão das reservas de amido guardadas “na poupança” (geralmente nos ramos) no fim último período favorável.

Finda por ferir com a mão essa delicadeza

Em tempos de aquecimento global induzido pelas mãos do homem, a vida pode estar ameaçada e por isto, a fotossíntese se tornou crucial para a sobrevivência da civilização, pois ela é o único meio de manter a biodiversidade e a vida no planeta. Mesmo assim, apesar de ser um dos processos bioquímicos mais estudados da história da civilização, é ainda um mistério para muitas pessoas, que por não a conhecerem não podem apreciar sua infinita beleza, que reside no fato de que só existimos por causa dela.

A coisa mais querida, a glória da vida

 

Post Scriptum – Se quiser ler um texto bem legal sobre a fotossíntese visitem o blog do Herton Escobar, reporter de ciência do Estadão. Uma nota que tenho que fazer sobre isto é que vemos, com um texto assim, porque a corbertura do Estadão na parte de ciência tem sido tão boa e tão séria. É a paixão que faz as coisas serem bem feitas e o artigo no blog do Herton é um exemplo de quem realmente gosta do que faz.


INTELIGÊNCIA EM PLANTAS, SERÁ QUE É POSSÍVEL?

4 de janeiro de 2009
1 Comentário

Marcos Buckeridge (msbuck@usp.br)

O termo inteligência é geralmente atribuído à centralização de processamento da informação em uma estrutura composta de neurônios que a processa de forma centralizada e que pode ser natural ou artificial. Biologicamente, está ligado ao funcionamento do cérebro, principalmente em humanos. No entanto, quando se pensa em evolução da inteligência ou do comportamento inteligente, é plausível a idéia de que, para ter surgido em organismos vivos durante a evolução, o comportamento inteligente tenha aparecido muito antes do Homo sapiens. Nesse contexto pode-se perguntar: será que as plantas apresentam comportamento inteligente?

De acordo com Stenhouse6 a inteligência poderia ser definida como o comportamento adaptativo variável durante a vida de um indivíduo. Esta definição exclui uma propriedade importante dos animais que é geralmente associada à inteligência: o movimento. Uma conseqüência desta definição é que, quanto mais inteligente o organismo, maior seria a sua capacidade adaptativa. Com base nesses conceitos, Trewavas8 apresenta uma definição de que a inteligência em plantas, utilizando o senso Stenhouse6, seria a capacidade de adaptação relacionada ao crescimento e desenvolvimento durante a vida de um indivíduo.

Pesquisas na área da inteligência artificial e da neurofisiologia vêm elucidando diversos mecanismos que parecem ser chave para explicar a inteligência3. O desenvolvimento de algoritmos para serem utilizados no desenvolvimento de jogos em computador (caso de um dos primeiros programas capazes de jogar damas contra seres humanos) levou a descobertas importantes sobre como certos sistemas relativamente simples podem apresentar memória e capacidade de previsão. Tais algoritmos acabaram sendo intensamente utilizados em inteligência artificial para conferir essas propriedades aos softwares que hoje utilizamos rotineiramente.

Em inteligência artificial, usada em computação, uma das regras básicas utilizadas é a lei de Hebb que diz: quanto mais estimulado, o neurônio se torna mais facilitado, até que entra em fadiga3. Aplicando esta lei a neurônios artificiais em computador, podem-se gerar propriedades peculiares. Se, por exemplo, ao invés de um só neurônio, um conjunto deles estiver interligado e o sinal resultante da interação realimentar a entrada de sinal do sistema, este último adquirirá a capacidade de apresentar memória. Assim, não é necessário ter grande complexidade para que haja o aparecimento de memória em sistemas.

Em plantas, as redes que compõem o metabolismo e o funcionamento fisiológico funcionam em blocos distintos interligados que podem ser considerados como neurônios artificiais1. Neste trabalho apresento a hipótese de que o sistema integrado da planta, constituído por redes de expressão gênica, metabólicas e fisiológicas têm o potencial de apresentar memória. Em experimentos com plântulas de pau-brasil, demonstrei que a percepção de luz pelas folhas apresenta sincronismo adaptativo a ritmos não lineares de flashes de luz que poderiam ser interpretados como um tipo de memória, pois a folha nitidamente se ajusta à condição de luz existente sob o dossel da floresta. Portanto, pode-se considerar que sistemas como este apresentam características compatíveis com inteligência no sentido mais amplo adotado por Stenhouse6 e Trewawas8. Algoritmos de inteligência artificial  chamaram a atenção de biólogos que, com eles, passaram a tentar modelar o funcionamento de organismos. Apesar das plantas apresentarem comportamento compatível com o que poderíamos chamar de comportamento inteligente em vários níveis de emergência, há poucas compilações e/ou experimentos feitos especificamente para avaliar esta hipótese. O funcionamento das plantas em nível metabólico, fisiológico e ecofisiológico pode ser modelado usando estas ferramentas, pois apresentam-se como sistemas adaptativos complexos com mesclas de comportamentos lineares, não lineares e  caóticos5. Pode-se, por exemplo, modelar o comportamento fotossintético utilizando redes neurais artificiais. Fizemos isto com plântulas de jatobá e obtivemos um alto grau de previsibilidade (mais de 95%). Assim, é provável que grande parte dos dados existentes na literatura possam ser examinados deste ponto de vista, como fez Trewavas8.

Padrões complexos surgem a cada nível de emergência. Podemos admitir que cada mecanismo existente nas plantas se apresente como um conjunto de blocos funcionais com três elementos principais: 1) forma; 2) função e 3) flutuação. Os dois primeiros são diretamente compreensíveis e o último se refere às variações de forma e função do mesmo fenômeno no tempo7.

O nível de interação entre estes três elementos irá determinar um certo grau de dissolvência que se refere ao conjunto de propriedades emergentes oriundas das interações entre forma, função e flutuação1,7. Quanto maior for o nível de dissolvência, menor será o universo de propriedades emergentes específicas de um sistema, definido por Testa e Kier7 como espaço de propriedade.  Isto quer dizer que as interações entre forma em função constringem as possibilidades de interação, gerando as características de um sistema que pode ser tanto uma célula, um organismo ou uma comunidade.

Será que podemos utilizar tais conceitos para as plantas? Creio que sim e, mais ainda, creio que esta é uma propriedade de qualquer sistema inteligente, mesmo os artificiais. Um outro aspecto importante a considerar é que os mecanismos dentro de uma planta funcionam como redes, com propriedades de organização modular e hierárquica1,2. As redes requerem elementos importantes como mecanismos de comunicação dos diversos blocos funcionais que modulam as interações entre eles5. A grande quantidade de dados produzida sobre o metabolismo e o funcionamento de organismos vivos já permite vislumbrar parte destas redes, principalmente em organismos modelo. Já está claro, pelo menos para leveduras, que as redes transcriptômicas, metabolômicas e proteômicas são todas do tipo hierárquico. Tal característica é importante, pois redes deste tipo são mais vulneráveis ao ataque e podem ser alteradas se forem estimuladas no ponto certo2. Sem isto, o organismo não teria flexibilidade de resposta a estímulos e não poderia gerar variação e memória.

Nesse sentido, proponho uma visão da inteligência que aqui chamo de inteligência expandida. Nesse sistema, há memória, conexão em forma de redes em vários níveis de emergência, e dissolvência. Com estas características, um sistema conectado apresenta condições de responder ao ambiente e por meio deste se comunicar com outros1. O sistema seria análogo ao processamento cerebral, mas desmembrado de tal forma que permita a irradiação de informação sem centralização e entre os diferentes níveis de emergência.

Assim, a comunicação se torna possível da molécula à biosfera e vice e versa. As plantas são bons exemplos para se estudar a inteligência expandida, pois não apresentam neurônios naturais e mesmo assim parecem possuir características que permitem definí-las como seres inteligentes.

 

Referências bibliográficas

1. Buckeridge, M. S. (2007) Mudanças climáticas, biodiversidade e sociedade: como a teoria de redes pode ajudar a compreender o presente e planejar o futuro? Multiciência UNICAMP (on line)  v. 8, p. 88-107. 

2. Buckeridge, M. S.; Mortari, L. C. ; Machado, M. R. (2007) Respostas fisiológicas de plantas às mudanças climáticas: alterações no balanço de carbono nas plantas podem afetar o ecossistema?. IN: Rego, G. M.; Negrelle. R. R. B; Morellato, L. P. C. Fenologia – Ferramenta para conservação e manejo de recursos vegetais arbóreos. – Colombo, PR: Embrapa Florestas. Cap 12: 213-230.

3. Holland, J.H. 1995. Hidden order: how adaptation builds complexity, Reading, Mass: Addison-Wesley, London.

4. Ravasz, E. Somonera, A.L., Mongru, D.A., Oltvai, Z.N., Barabasi, A.L. (2002). Hierarquical organisation of modularity in metabolic networks. Science 297:1551-1555.

5. Souza, G.M. & Buckeridge, M.S. (2004). Sistemas complexos: novas formas de ver a Botânica. Revista Brasileira de Botânica. 27(3): 407-419.

6. Stenhouse, D. (1974). The evolution of Intelligence – a general theory and some implications. London: George Allen and Unwin.

7. Testa B. & Kier, L.B., Entropy, 2000, 2:1-25

8. Trewavas, A. (2003). Aspects of Plant Intelligence. Annals of Botany, 92:1-20.