Os cientistas ainda não conseguem definir madeira

Parece-nos que sabemos o que são árvores, mas mesmo no nível genético é muito difícil determinar o que exatamente as distingue de outras plantas.

Pinheiro espinhoso

Alguns anos atrás, depois do jantar de Ação de Graças na casa de meus pais em Vermont, um raio atingiu um bordo em nosso quintal. Ouvimos um estalo terrível, e a escuridão do lado de fora da janela da cozinha deu lugar a uma luz brilhante. E somente na primavera conseguimos garantir que a árvore estivesse morta.

Este bordo era jovem, seu tronco não excedia o diâmetro do prato de sobremesa. Se sua vida não tivesse sido interrompida por um desastre, ele poderia ter vivido 300 anos. Mas nas árvores, a morte acidental é surpreendentemente comum. Às vezes, isso ocorre devido a um erro humano grave, como quando, em 2012, na Flórida, um cipreste de pântano com mais de 3.500 anos foi destruído por incêndio criminoso intencional. Mais frequentemente, o infortúnio ocorre sob a forma de mau tempo - seca, vento, incêndios ou geadas. E, é claro, as árvores são afetadas por parasitas e doenças; um ataque como um fungo pode reduzir visivelmente a vida útil da árvore. Mas aquelas árvores que conseguiram evitar tais inimigos são capazes de viver incrivelmente longas.

Se você faz uma pessoa descrever o que faz de uma árvore uma árvore, um dos primeiros sinais será um longo tempo de vida, madeira e altura. Em muitas plantas, a expectativa de vida é previsivelmente limitada (os cientistas chamam isso de envelhecimento programado), mas nas árvores isso não é assim - muitas delas vivem muito por séculos. É essa propriedade, de crescimento ilimitado, que pode servir à ciência como sinal de demarcação de árvores, mais do que madeira. Mas isso ajuda até certo ponto. Parece-nos que sabemos o que são as árvores, mas elas começam a escorregar pelos nossos dedos quando tentamos identificá-las.

As árvores não são agrupadas - seu pedigree é diferente e elas adquiriram várias características, usando estratégias diferentes para se tornar a maneira como as vemos hoje. Tome uma vida longa. O atual recordista, o pinheiro espinhoso , com 5067 anos de idade, crescendo nas montanhas brancas da Califórnia, é considerado um exemplo clássico da expectativa de vida das árvores de methuselah. Pirâmides no Egito foram construídas quando esta árvore já tinha quase 500 anos. Os cientistas sugerem que os pinheiros espinhosos resistentes devem sua resistência ao principal local de crescimento: evitam incêndios que atravessam as terras baixas e os parasitas que não sobrevivem em condições subalpinas severas. Sequóias gigantes, crescendo um pouco abaixo das montanhas onde os pinheiros crescem, usam uma abordagem completamente diferente da longevidade. Esses monstros - cujo diâmetro do tronco pode chegar a 10 metros - vivem por milhares de anos, resistem ao fogo e aos parasitas com a ajuda da casca grossa e resistente e de muitas substâncias que servem como repelentes.

Cerca de 400 milhas a leste vivem árvores que parecem panículas em forma de fuso que batem nos pinheiros em termos de vida e sequóias - novamente, usando uma estratégia completamente diferente. O álamo em forma de álamo tremedor - uma árvore que pode ser abraçada e que raramente cresce acima de 15 m - é extremamente bem-sucedido em liberar novos processos da parte inferior do tronco. Como resultado, enormes cadeias de “árvores” aparecem, sendo geneticamente um indivíduo unido por raízes subterrâneas. Acredita-se que as colônias de álamo de Utah tenham cerca de 80.000 anos. Então ainda na Terra viviam neandertais.

Se adicionarmos clones à consideração, as árvores perderão rapidamente sua primazia na longevidade. O azevinho real é um arbusto verde brilhante originário da Tasmânia (os arbustos, a rigor, não pertencem às árvores, porque não possuem um caule central e predominante). No mundo, existe apenas uma população de azevinho real, e os cientistas acreditam que todos esses são clones. Embora às vezes floresça, ninguém nunca viu seus frutos. Uma estimativa recente de radiocarbono de sua idade mostrou que ele (eles?) Tem pelo menos 43.000 anos de idade.

E há um arbusto de creosoto que cresce no deserto de Mojave, na Califórnia, chamado de "rei dos clones" e com aproximadamente 11.700 anos de idade. Procurando sinais que combinam a definição de árvores, a longevidade é completamente insatisfatória, como o engenheiro florestal Ronald Lanner escreve em um ensaio de 2002 na Aging Research Reviews.

Andrew Gruver , geneticista da Estação de Serviço Florestal do Pacífico Sudoeste dos Estados Unidos, com sede em Davis, Califórnia, também pensa em árvores há muito tempo. Ele rapidamente admite que identificá-los é bastante problemático. “Vá ao viveiro e encontrará plantas divididas em categorias, de acordo com seu tipo e função, incluindo o grupo que pertence às“ árvores ”, ele escreve em 2005,“ Quais genes fazem de uma árvore uma árvore? ”Em Trends in Plant Ciência. Essa categorização é intuitiva e prática, mas não natural. ”

Como exemplo, Grover aponta para a madeira como uma característica definidora das árvores. A madeira das árvores "reais" (voltaremos a elas mais tarde) aparece no processo de "crescimento secundário"; permite que as árvores cresçam em espessura, e não apenas em altura. O anel de células especiais ao redor do caule é responsável pelo crescimento secundário. O tecido dessas células é chamado de câmbio , e elas se dividem em duas direções - externa em relação à árvore, que produz a casca, e interna, que produz a madeira. Ano após ano, a madeira é depositada em anéis internos sempre novos, onde são adicionados celulose e a longa e dura polímero lignina . Após o endurecimento, as células da madeira morrem e decaem quase completamente, deixando apenas paredes rígidas.

Nas plantas existentes hoje em dia, o crescimento secundário provavelmente tem uma única fonte evolutiva, embora os pequenos atuns e rabo de cavalo hoje tenham inventado sua versão desse processo cerca de 300 milhões de anos atrás, o que permitiu que o agora extinto lepidodendro , por exemplo, crescesse até 35 metros de altura. Mas a presença de crescimento secundário não leva ao aparecimento automático de uma árvore: apesar de uma única fonte, a "madeira" aparece aqui e ali, em toda a árvore genealógica das plantas. Alguns grupos de plantas perderam a capacidade de formar madeira e, às vezes, essa habilidade reaparecia nos galhos evolutivos onde já havia desaparecido. Aparentemente, essa habilidade aparece rapidamente durante a evolução após as plantas colonizarem as ilhas. Por exemplo, no Havaí, existem violetas semelhantes a árvores, e nas Ilhas Canárias, há dentes-de-leão semelhantes a árvores.

O conceito de árvore em si é bastante flexível, o que contraria a rigidez literal desse conceito - lembre-se das hastes sólidas de sálvia ou lavanda. Não é uma questão de presença ou ausência, é uma questão de grau. "Plantas não semelhantes a árvores e árvores grandes com madeira representam as duas extremidades da multidão, e as condições ambientais podem afetar o grau de semelhança de árvore mostrado para certas plantas", escreveu Hoover com um colega em um artigo de 2010 na revista New Phytologist. “De fato, os termos“ gramíneo ”e“ parecido com árvore ”, apesar de bastante práticos, não reconhecem a enorme diversidade anatômica e a presença de diferentes graus de natureza parecida com árvore em plantas que pertencem a uma ou outra classe”.

A biologia molecular oferece algumas idéias sobre por que a capacidade de gerar madeira é mantida e, com tanta frequência, aparece no processo de evolução das plantas. Os genes associados à regulação positiva do crescimento da parte aérea, que fornecem o crescimento “principal” de árvores e outras plantas, também são ativos durante o crescimento secundário, produzindo madeira. Isso sugere que os novos genes que regulam a aparência da madeira, no processo de evolução, absorveram os genes já existentes e críticos para o crescimento das mudas. Também pode explicar por que a capacidade de produzir madeira é preservada em plantas que não possuem madeira e por que, do ponto de vista evolutivo, reativar essa habilidade é tão fácil.

No entanto, para ser uma árvore, não é necessário produzir madeira. Entre as monocotiledôneas , um grande grupo de plantas que perderam a capacidade de crescer novamente, existem alguns representantes semelhantes a árvores que não são árvores "reais", mas definitivamente parecem árvores. As bananas crescem a uma grande altura com a ajuda de algo que se parece com um tronco, mas, de fato - em uma massa “pseudo-barril” de bases de folhas densamente compactadas e sobrepostas. Um caule de banana verdadeiro aparece apenas durante a floração, empurrando e saindo das folhas. No entanto, as bananeiras podem atingir 3 metros de altura. A família das palmeiras, também relacionada às árvores monocotiledôneas, cresce em altura, crescendo o broto espesso original, sobre o qual aparece um broto enorme (observe que os troncos das palmeiras não engrossam durante o crescimento).

Dado tudo isso, não é de surpreender que uma análise recente do genoma da árvore possa dizer pouco sobre as características definidoras da árvore. David Niall, geneticista da Universidade da Califórnia, Davis, e seus colegas estudaram a descrição do genoma de 41 plantas (incluindo uvas) que foram seqüenciadas desde o álamo preto em 2006. Sua análise, publicada no ano passado na revista Annual Review of Plant Biology, mostrou que as árvores que produzem frutos comestíveis geralmente têm muitos genes em seu genoma anormalmente dedicados à produção e transferência de açúcares, em comparação com as árvores que não têm frutos comestíveis. Mas os tomates também os têm. Algumas árvores, como abetos, macieiras e alguns eucaliptos, expandiram seus conjuntos de ferramentas genéticas para lidar com problemas como secas ou geadas. Mas o mesmo aconteceu com algumas plantas herbáceas, incluindo espinafre e talus pulpus, Tal - um modelo de planta para biologia que cresce ervas daninhas que se parece tão pouco com uma árvore quanto possível.

Até o momento, nenhum gene ou conjunto de genes característicos das árvores foi encontrado, nem nenhuma propriedade particular dos genes. Dificuldade? Não: a duplicação de genes (freqüentemente usada como sinal de complexidade) está presente em todo o reino vegetal. Tamanho do genoma? Não: os maiores e menores genomas são encontrados em plantas herbáceas ( Paris japonica e Genlisea tuberosa, respectivamente - a primeira é uma planta espetacular com flores brancas e a segunda é um predador minúsculo que captura e é o mais simples).

A conversa com Niall confirmou que o tipo árvore provavelmente depende mais de quais genes estão incluídos do que de quais estão presentes no genoma. "Do ponto de vista do genoma, as árvores, em geral, têm quase tudo o mesmo que as ervas", disse ele. - As árvores são grandes, têm madeira, podem extrair água do solo e entregá-lo alto. Mas nenhuma biologia em particular é visível que separaria a árvore da grama. ”

Mas, apesar das dificuldades de classificação, pertencer a árvores tem vantagens inegáveis. Isso permite que as plantas aproveitem a altura, onde podem absorver a luz do sol e distribuir pólen e sementes sem serem submetidas a obstáculos como seus parentes, que crescem perto do chão, experimentam. Portanto, provavelmente é hora de começar a pensar na palavra "árvore" como um verbo, e não como um substantivo - "plantar" ou "fazer uma árvore". Esta é uma estratégia, um modo de existência, como nadar ou voar, embora, do nosso ponto de vista, seja muito lento. Para "arborizar" sem uma linha de chegada definida - até que o machado, o parasita ou o raio do Dia de Ação de Graças o destruam.