Adaptações das Gramíneas às Mudanças Climáticas

As plantas são mais diversas em regiões tropicais quentes e úmidas e vão perdendo diversidade conforme você se afasta para os polos mais frios. Muitos grupos importantes de plantas com flores começaram nos trópicos porque esses climas quentes apareceram antes dos mais frios. Quando as regiões temperadas começaram a se expandir, as plantas que eram originalmente tropicais tiveram que se adaptar para sobreviver em condições mais Secas e frias. Apesar de ter tido muito tempo para se adaptar a esses novos ambientes, muitos grupos de plantas não conseguiram se estabelecer em latitudes mais altas. Os cientistas debatem as razões por trás disso há anos.

Uma ideia comum é que a migração dos trópicos para regiões temperadas não ocorreu com frequência porque é difícil para as plantas se adaptarem a climas frios. Como resultado, as plantas que são encontradas em áreas temperadas frequentemente têm uma ligação próxima com seus parentes tropicais.

Pesquisas sugerem que cerca de 40% a 50% de todas as famílias de plantas com flores têm laços com plantas temperadas. No entanto, estudos novos indicam que as transições de ambientes tropicais para temperados podem ter sido mais comuns do que se pensava anteriormente. Essa transição pode ter acontecido várias vezes, mesmo dentro das mesmas famílias e gêneros de plantas. Essa possibilidade levanta a ideia de que o processo de mudar de uma vida tropical para uma temperada não é tão difícil quanto se acreditava e pode ser apoiado por certos traços que ajudam as plantas a sobreviver nesses climas desafiadores.

#Adaptando-se ao Frio e à Seca

As plantas em regiões temperadas enfrentam diversas estresses. Por exemplo, a geada pode prejudicar as plantas de várias maneiras, causando desidratação pela falta de água e danificando suas células com a formação de gelo. Além disso, o crescimento das plantas desacelera quando as temperaturas caem abaixo de 5°C e praticamente para quando congela. Para lidar com esses estresses, as plantas precisam desenvolver mudanças fisiológicas consideráveis.

Em áreas frias, as plantas podem experimentar Geadas ocasionalmente ou por longos períodos. Em áreas tropicais, as temperaturas podem ocasionalmente cair abaixo de zero, mas regiões com invernos longos e frios também enfrentam mudanças sazonais na precipitação, temperatura e luz do dia. A tolerância à geada sozinha não é suficiente para as plantas sobreviverem a esses invernos. Elas precisam se adaptar de várias maneiras para responder às mudanças sazonais e à temporada de crescimento mais curta.

Pesquisas mostram que as adaptações a temperaturas baixas e ao estresse hídrico estão relacionadas. Em nível celular, a desidratação causada pela formação de gelo é semelhante à desidratação que ocorre durante a seca. Alguns genes que ajudam as plantas a responder ao estresse frio também estão ativos durante períodos de seca. Tanto a seca quanto o inverno apresentam longos períodos sem luz solar para fotossíntese, tornando necessário que as plantas armazenem carboidratos para sobreviver a essas condições.

Além disso, plantas de montanhas secas tendem a ser mais tolerantes à geada do que aquelas de áreas úmidas. Tratar plantas com deficiência de água pode aumentar sua tolerância à geada, enquanto o tratamento com calor não tem o mesmo efeito. Apesar das evidências que ligam as respostas à geada e à seca, muito ainda é desconhecido sobre como essas respostas de estresse evoluíram juntas. Uma ideia é que traços antigos de tolerância ao estresse podem ter ajudado as plantas a sobreviver em áreas mais frias e secas. Outra ideia é que plantas que se mudaram para regiões propensas a congelamento já poderiam ter traços benéficos para o frio e evoluíram de seus ancestrais tropicais.

#O Papel da Tolerância à Seca

A tolerância à seca é considerada um traço antigo nas plantas terrestres. As primeiras plantas terrestres provavelmente conseguiam sobreviver à desidratação. No entanto, a tolerância à seca é menos comum em plantas vasculares, que evoluíram estruturas que as ajudam a lidar com condições secas. Isso sugere que, embora a habilidade de tolerar a desidratação tenha sido comum um dia, pode ter sido perdida em algumas linhagens e substituída por formas iniciais de tolerância à seca.

As gramíneas provavelmente surgiram durante o período Cretáceo, possivelmente como plantas que gostam de sombra em florestas quentes. Hoje, as gramíneas podem ser encontradas em vários ambientes, desde florestas tropicais até tundras árticas, incluindo algumas áreas bem severas. Diferentes clades de gramíneas provavelmente transitaram de habitats fechados para abertos várias vezes, mas o número exato de transições ainda é incerto.

A transição de climas tropicais para temperados também ocorreu independentemente em várias clades. No entanto, as adaptações das gramíneas ao frio não têm um histórico evolutivo tão profundo. Isso sugere que as gramíneas podem ter se adaptado a condições secas antes de responder aos estresses do frio.

Observando áreas que enfrentam seca, geada e invernos rigorosos, pesquisadores podem coletar dados para explorar se a tolerância à seca contribui para adaptações a climas frios. Essas Tolerâncias ao estresse são avaliadas de forma ampla, com a tolerância à geada englobando várias estratégias, como escapar da geada ou desenvolver resistência a temperaturas congelantes.

#Metodologia da Pesquisa

Para entender como a tolerância à seca poderia ajudar na Adaptação a ambientes congelantes, os pesquisadores reuniram dados geográficos sobre espécies de gramíneas. Isso envolveu o download de observações sobre a ocorrência de gramíneas de uma base de dados global. Depois de filtrar imprecisões, eles combinaram os dados geográficos com uma árvore filogenética representando várias espécies de gramíneas.

Definir áreas que enfrentam seca, geada e invernos severos provou ser complexo, já que a seca pode ser desafiadora de quantificar com precisão. Os pesquisadores usaram zonas de classificação climática para categorizar as áreas. Para seca, certas zonas áridas e semiáridas foram identificadas, junto com savanas tropicais. Áreas frias foram classificadas como aquelas com pelo menos um mês com média abaixo de zero graus Celsius.

As gramíneas foram pontuadas quanto à tolerância à seca, geada e invernos severos com base em suas ocorrências nessas zonas climáticas. Uma espécie foi considerada tolerante se uma certa porcentagem de suas ocorrências estivesse dentro das áreas de seca, geada ou inverno. Vários conjuntos de dados foram criados com diferentes limiares para garantir que os resultados fossem robustos.

Os pesquisadores reconstruíram estados ancestrais para tolerância à seca, geada e inverno para visualizar sua evolução em diferentes grupos de gramíneas. Isso envolveu o uso de modelos que levam em conta taxas variáveis de evolução e como os traços mudaram ao longo do tempo.

#Resultados sobre Tolerância à Seca e à Geada

O estudo das espécies de gramíneas mostrou que a tolerância à seca provavelmente evoluiu cedo em certas clades de gramíneas. O ancestral de uma grande clade provavelmente era tolerante à seca. No entanto, outra clade não mostrou sinais de tolerância à seca em sua evolução profunda.

A tolerância à seca provavelmente estava presente antes da tolerância à geada em algumas clades, enquanto em outras, a tolerância à geada apareceu primeiro. Parece que as adaptações às condições frias do inverno se desenvolvem em resposta à geada sazonal em muitos grupos.

Os modelos indicaram uma correlação entre tolerância à seca e à geada/inverno, sugerindo que a tolerância à seca pode ter possibilitado adaptações ao frio. No entanto, modelos mais complexos precisam ser testados para confirmar esses achados e levar em conta possíveis erros estatísticos.

#Caminhos Evolutivos Diferentes

Os achados sugerem que as espécies de gramíneas seguiram caminhos diferentes na adaptação aos seus ambientes. Para uma clade, a tolerância à seca foi a primeira adaptação, levando a adaptações subsequentes para o frio. Em contraste, outra clade pode ter desenvolvido a tolerância à geada primeiro.

Esses diferentes caminhos evolutivos sugerem um trade-off entre adaptações à seca e ao frio. As espécies podem não estar igualmente aptas a sobreviver a ambos os extremos, um padrão observado em vários grupos de gramíneas.

O estudo revelou que muitas gramíneas ocupam habitats secos ou frios, indicando que a capacidade de lidar com esses estresses muitas vezes vem a um custo na adaptabilidade ao outro.

#Conclusão

Esta pesquisa destaca as complexas adaptações das gramíneas às mudanças climáticas e a importância da tolerância à seca para facilitar transições para ambientes temperados. A interação entre adaptações à seca e à geada é intrincada e revela como a história evolutiva molda as distribuições e habilidades atuais das plantas.

Entender essas adaptações fornece insights sobre como as plantas podem responder a mudanças climáticas futuras, enfatizando a necessidade de pesquisas contínuas em diversidade e resiliência das plantas. As gramíneas, com sua ampla distribuição e adaptações variadas, servem como um modelo valioso para estudar os efeitos dos estresses ambientais na evolução.