Como podemos conseguir que as culturas sobrevivam sem água

À medida que a população mundial aumenta e os efeitos da alteração climática assumem maior relevo, teremos que alimentar mais pessoas com menos solo arável. A bióloga molecular Jill Farrant estuda um fenómeno raro que pode ajudar: "plantas que ressuscitam" — plantas extremamente resistentes que parecem regressar dos mortos. Serão uma promessa para cultivos num mundo futuro, mais quente e mais seco?

Creio que o segredo para produzir
culturas muito resistentes às secas,

que têm que existir para garantir
a segurança alimentar no mundo,

reside nas plantas que ressuscitam,

representadas aqui,
num estado extremamente seco.

Podem pensar que estas plantas
estão mortas,

mas não estão.

Deem-lhes água e elas ressuscitarão,

ficarão verdes, começarão a crescer
ao fim de 12 a 48 horas.

Porque é que eu sugiro que a produção
de culturas resistentes às secas

ajudarão a segurança alimentar?

A atual população mundial
situa-se à volta de sete mil milhões.

Calcula-se que, por volta de 2050,

seremos entre 9 a 10 mil milhões de pessoas.

O grosso deste crescimento
ocorrerá em África.

As organizações alimentares
e agrícolas mundiais

têm sugerido que precisamos
de 70% de aumento

na prática atual da agricultura

para satisfazer essa procura.

Dado que essas plantas
são a base da cadeia alimentar,

a maior parte terá
que ter origem nas plantas.

Mas esta percentagem de 70%

não tem em consideração
os efeitos possíveis da alteração climática.

Isto é retirado de um estudo de Dai,
publicado em 2011,

em que ele teve em consideração

todos os efeitos possíveis
da alteração climática

e traduziu-os
— entre outras coisas —

numa aridez acrescida devido
à falta de chuvas ou a chuvas escassas.

As áreas a vermelho que aqui se veem

são áreas que, até há pouco tempo,

eram utilizadas com êxito
para a agricultura

mas já deixaram de o ser
por causa da falta de precipitação.

Esta é a situação que se prevê
venha a acontecer em 2050.

Grande parte de África,
ou melhor, grande parte do mundo

vai ter problemas.

Vamos ter que pensar em formas
inteligentes de produzir alimentos.

E, entre elas, de preferência
culturas resistentes à seca.

Outra coisa a não esquecer
sobre a África

é que a maior parte da sua agricultura
depende da chuva.

Ora bem, fazer culturas resistentes à seca
não é uma coisa muito fácil.

A razão para isso é a água.

A água é essencial à vida neste planeta.

Todos os organismos vivos,
que metabolizam ativamente,

desde os micróbios a todos nós,

são formados predominantemente
por água.

Todas as reações da vida
acontecem na água.

A perda duma pequena quantidade de água
traduz-se na morte.

Nós somos formados por 65% de água

— se perdermos 1%, morremos.

Mas podemos fazer mudanças
comportamentais para impedir isso.

As plantas não podem.

Estão presas ao solo.

Portanto, para começar,
elas têm um pouco mais água do que nós,

têm cerca de 95% de água

e podem perder um pouco mais do que nós,

cerca de 10 a 70%,
consoante as espécies,

mas só durante pequenos períodos.

A maior parte delas vão tentar
resistir ou impedir a perda de água.

Encontramos exemplos extremos
de resistência nas plantas suculentas.

São habitualmente pequenas,
muito atraentes,

mas retêm a sua água
com tanta dificuldade

que crescem extremamente devagar.

Encontramos exemplos de contenção
de perda de água nas árvores e arbustos.

Desenvolvem raízes muito profundas,

procuram fontes de águas subterrâneas

e mantêm-se ligadas a elas
permanentemente.

para se manterem hidratadas.

Esta da direita chama-se baobá.

Também lhe chamam
a árvore de pernas para o ar,

porque a proporção das raízes
em relação aos rebentos é tão grande

que parece que a árvore
foi plantada ao contrário.

Claro que as raízes são necessárias
para a hidratação da planta.

Provavelmente, é nas plantas anuais

que encontramos
a estratégia mais vulgar de contenção

As plantas anuais formam o grosso
das nossas plantas alimentares.

Por toda a costa oeste do meu país,

durante a maior parte do ano,
não vemos grande crescimento de vegetação.

Mas quando chegam as chuvas
da primavera, assistimos a isto:

o deserto floresce.

A estratégia das plantas anuais

é crescer apenas na estação das chuvas.

No final de cada estação,
produzem uma semente,

que é seca, com 8 a 10% de água,

mas muito cheia de vida.

Chamamos "resistente à seca"
tudo o que é seco e mantém vida.

No estado ressequido,

as sementes mantêm-se
em ambientes rigorosos

durante prolongados períodos de tempo.

Quando chega a estação chuvosa seguinte,

germinam e crescem
e todo o ciclo recomeça.

Crê-se que a evolução das sementes
resistentes à seca

permitiu a colonização
e a disseminação no terreno

de plantas que dão flor
— as angiospermas.

Mas voltemos às plantas anuais
enquanto principal forma de alimento.

O trigo, o arroz e o milho formam 95%
dos nossos alimentos à base de plantas.

Tem sido uma boa estratégia

porque, num curto espaço de tempo,
podemos produzir muitas sementes.

As sementes são ricas em energia,
portanto há muitas calorias alimentares

que podemos guardar em épocas
de abundância para as épocas de fome.

Mas há um inconveniente.

Os tecidos vegetativos,
as raízes e folhas das plantas anuais

não têm muitas características inerentes

de resistência, de contenção ou tolerância.

A verdade é que não precisam disso.

Crescem na estação das chuvas

e têm uma semente que as ajuda
a sobreviver no resto do ano.

Por isso, apesar dos esforços
concertados na agricultura

para fomentar culturas
com propriedades melhoradas,

especialmente de resistência,
contenção e tolerância

— porque tivemos bons modelos
para percebermos como funcionam —

continuamos a ver imagens como esta.

A cultura do milho em África,

após duas semanas sem chuvas,
está morta.

Mas há uma solução:

plantas que ressuscitam.

Estas plantas podem perder 95%
da sua água celular,

mantendo-se num estado seco,
como mortas, durante meses ou anos.

Damos-lhes água

e elas reverdecem
e começam a crescer outra vez.

Tal como as sementes,
são resistentes à seca.

Tal como as sementes, podem aguentar
condições ambientais rigorosas.

Isto é um fenómeno raro.

Das plantas que dão flor
só 135 conseguem fazer isso.

Vou mostrar-vos um vídeo

do processo de ressurreição
destas três espécies, por esta ordem.

Em baixo, há um eixo do tempo,

portanto podem ver
a rapidez com que acontece.

(Aplausos)

Espantoso, não é?

Passei os últimos 21 anos
a tentar perceber como é que fazem isto.

Como é que estas plantas secam sem morrer?

Trabalho com uma série
de diferentes plantas que ressuscitam,

que mostro aqui nos estados
hidratados e desidratados

por uma série de razões.

Uma delas é que cada uma
destas plantas serve de modelo

para uma cultura que eu gostaria
de tornar resistente à seca.

Assim, no canto superior esquerdo,
por exemplo, é uma erva.

Chama-se Eragrostis nindensis,

Tem uma parente próxima
que se chama Eragrostis tef

— provavelmente conhecem-na por "teff" —

que é um alimento comum na Etiópia,
isento de glúten.

É uma coisa que gostaríamos
de tornar resistente à seca.

A outra razão para procurar
uma série de plantas

é que, pelo menos de início,

eu queria saber se
todas faziam o mesmo.

Será que usam os mesmos mecanismos

para conseguirem perder toda a água
sem morrerem?

Dediquei-me ao que chamamos
uma abordagem de biologia de sistemas

a fim de obter uma compreensão abrangente
da tolerância à seca,

em que procuramos tudo,

desde o nível molecular até ao nível
ecofisiológico de toda a planta.

Por exemplo, observamos coisas

como as alterações na anatomia da planta
à medida que ela vai secando

e na sua ultraestrutura.

Observamos o transcriptoma,
que é um termo para uma tecnologia

em que observamos os genes

que estão ligados ou não,
em reação à secagem.

A maior parte dos genes
codificam proteínas,

portanto observamos o proteoma.

De que são feitas as proteínas
em reação à secagem?

Algumas proteínas codificam enzimas
que formam os metabólitos,

portanto observamos o metaboloma.

Isto é importante
porque as plantas estão presas no solo.

Usam uma coisa a que eu chamo
um arsenal químico extremamente afinado

para se protegerem de todas
as agressões do seu ambiente.

Por isso, é importante que observemos

as alterações químicas
envolvidas quando secam.

No último estudo que fizemos,
a nível molecular,

observámos o lipidoma

— as alterações dos lípidos
em reação à secagem.

Isto também é importante

porque as membranas biológicas
são feitas de lípidos.

Funcionam como membranas
porque estão dentro de água,

tirem a água
e essas membranas desaparecem.

Os lípidos também atuam
como sinais para ativar os genes.

Depois usámos estudos fisiológicos
e bioquímicos

para tentar perceber a função
dos possíveis protetores

que acabámos por descobrir
nos nossos estudos.

Depois usámos tudo isso
para tentar perceber

como a planta interage
com o seu ambiente natural.

Sempre tive esta filosofia de que precisava
duma compreensão abrangente

dos mecanismos de tolerância à secagem

para poder fazer uma sugestão com sentido
para uma aplicação biótica.

De certeza que estão a pensar:

"Aplicação biótica?

"Ela está a dizer que vai fazer
culturas geneticamente modificadas?"

A resposta a essa pergunta é:

depende de qual é a vossa definição
de modificação genética.

Todas as culturas que comemos hoje
— trigo, pastos e milho —

são modificadas geneticamente
em relação aos seus antepassados,

mas não os consideramos OGMs

porque estão a ser produzidas
por reprodução convencional.

Se pensam que vou colocar nas culturas
genes de plantas de ressurreição,

a resposta é: vou.

Ao longo do tempo,
tentámos essa abordagem.

Mais propriamente,
alguns dos meus colaboradores na UCT,

Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen,

foram pioneiros nessa abordagem

e já vos mostro alguns dados.

Mas estamos prestes a aventurar-nos
numa abordagem extremamente ambiciosa,

em que vamos tentar ativar
séries inteiras de genes

que já estão presentes
em todas as culturas.

Só que nunca estão ativos
em condições de seca extrema.

Agora, vocês que decidam

se lhes devemos chamar OGMs ou não.

Agora vou dar-vos alguns dos dados
dessa primeira abordagem.

Para isso, tenho que explicar um pouco
como funcionam os genes.

Provavelmente já sabem que os genes
são feitos duma cadeia dupla de ADN

que está enrolada apertadamente
em cromossomas

que estão presentes em toda as células
do nosso corpo ou no corpo duma planta.

Se desenrolarmos esse ADN, obtemos genes.

Cada gene tem um promotor,

que é um interruptor liga-desliga,

a região de codificação do gene

e depois um terminador,

que indica que este é o final deste gene,
onde se inicia o gene seguinte.

Os promotores não são
simples interruptores liga-desliga.

Normalmente exigem
uma grande afinação,

a presença de muitas coisas, corretas,
antes de o gene ser ativado.

O que normalmente se faz
em estudos biotécnicos

é usar um promotor induzível.

Sabemos como ligá-lo,

acoplamo-lo aos genes que nos interessam

e colocamo-lo numa planta
para ver como a planta reage.

No estudo de que vou falar

os meus colaboradores usaram
um promotor que induz uma secagem,

que descobrimos
numa planta que ressuscita.

O que este promotor tem de bom
é que nós não fazemos nada.

A planta sente a seca.

Usámo-lo para introduzir genes
antioxidantes das plantas que ressuscitam.

Porquê genes antioxidantes?

Todas as agressões,
em especial as agressões da seca,

resultam na formação de radicais livres,

ou de espécies de oxigénio reativo,

que são profundamente prejudiciais
e podem provocar a morte da cultura.

Os antioxidantes impedem esses danos.

Estes são alguns dados
duma variedade de milho

que é de uso muito vulgar em África.

À esquerda da seta
estão plantas sem os genes.

À direita, plantas
com os genes antioxidantes.

Ao fim de três semanas sem serem regadas,

as que têm genes portam-se muito melhor.

Agora a abordagem final.

A minha investigação mostrou
que há uma semelhança significativa

nos mecanismos de tolerância à secagem
em sementes e em plantas que ressuscitam.

Portanto, pergunto:

Estarão a usar os mesmos genes?

Ou, dito de outra maneira,

as plantas que ressuscitam
estarão a usar genes

que evoluíram na tolerância
à secagem nas sementes

nas raízes e nas folhas?

Terão reformulado a função
desses genes das sementes

nas raízes e folhas
das plantas que ressuscitam?

E respondo a esta pergunta.

Em resultado de muita investigação
do meu grupo

e de colaborações recentes com um grupo
de Henk Hilhorst na Holanda,

de Mel Oliver, nos EUA

e de Julia Buitink, em França,

a resposta é: sim.

Há um conjunto básico de genes
que estão envolvidos nas duas coisas.

Vou ilustrar isso
muito cruamente, em relação ao milho,

em que os cromossomas,
abaixo do interruptor de desativação

representam todos os genes necessários
para a tolerância à secagem.

Assim, quando as sementes do milho secam
no fim do seu período de desenvolvimento,

elas ativam esses genes.

As plantas que ressuscitam ativam
os mesmos genes, quando secam.

Portanto, todas as culturas modernas

têm esses genes nas raízes e nas folhas,

mas nunca os ativam.

Só os ativam nos tecidos das sementes.

Neste momento,
estamos a tentar compreender

os sinais ambientais e celulares

que ativam esses genes
nas plantas que ressuscitam,

para reproduzir o processo nas culturas.

Agora um pensamento final.

O que estamos a tentar fazer,
muito rapidamente,

é repetir o que a natureza fez
na evolução das plantas que ressuscitam

há uns 10 a 40 milhões de anos.

As minhas plantas e eu
agradecemos a vossa atenção.

(Aplausos)