Em todo o mundo, as plantas emitem cerca de 100 milhões de toneladas de monoterpenos na atmosfera a cada ano. Essas moléculas orgânicas voláteis incluem muitas fragrâncias, como a molécula pineno – conhecida por seu aroma fresco de pinho. Uma vez que essas moléculas são altamente reativas e podem formar minúsculas partículas de aerossol que podem se transformar em núcleos para gotículas de nuvens. As emissões naturais desempenham um papel importante em nosso clima. Portanto, é importante que as previsões climáticas saibam como as emissões de monoterpenos mudarão à medida que as temperaturas aumentam.
Assim como o pineno, muitos monoterpenos ocorrem em duas formas espelhadas:(+) alfa-pineno e (-) alfa-pineno. As plantas podem liberar ambas as formas dessas moléculas voláteis diretamente após a biossíntese ou de reservatórios de armazenamento nas folhas. Como as duas formas quirais ou enantioméricas têm propriedades físicas e químicas idênticas, muitas vezes não são consideradas separadamente na modelagem atmosférica. No entanto, em um novo estudo publicado esta semana na Nature , pesquisadores do Instituto Max Planck mostraram que as duas moléculas de imagem espelhada são liberadas por meio de diferentes processos na planta e que respondem de maneira diferente ao estresse, principalmente à seca.

Três meses de estresse hídrico em uma floresta tropical artificial

Os resultados vêm de experimentos realizados em uma floresta tropical artificial fechada dentro do complexo Biosphere 2, no Arizona, que foi originalmente construído para criar ecossistemas autossustentáveis. Essa instalação permitiu que uma equipe de cientistas do Instituto Max Planck de Química, da Universidade de Freiburg e da Universidade do Arizona, controlasse com precisão as condições químicas e climáticas da floresta e medisse suas respostas. Por três meses, a equipe científica colocou a floresta sob estresse de seca moderado e depois severo.

Usando cromatógrafos a gás, Joseph Byron um Ph.D. aluno do projeto da Max Planck Graduate School, determinou emissões horárias de alfa-pineno, canfeno, limoneno, terpineno e isopreno. Para determinar quando as plantas emitiram qual forma quiral, os pesquisadores usaram CO₂ marcado isotopicamente para rastrear o carbono fotossintético e introduziu o dióxido de carbono "pesado" (13CO₂ ) para o ar da biosfera em determinados momentos. Usando um espectrômetro de massa acoplado ao cromatógrafo, a equipe pôde rastrear quais monoterpenos continham átomos de carbono pesados ​​e quais não. Isso revelou quais compostos rotulados estavam sendo produzidos e liberados instantaneamente pelo ecossistema e quais espécies não rotuladas vinham de pools de armazenamento.

“Para nossa surpresa, muitas moléculas-espelho se comportaram de maneira diferente sob estresse hídrico”, diz o primeiro autor do artigo, Joseph Byron. " Isso significa que o ecossistema da floresta tropical liberou (-) alfa-pineno diretamente após a síntese, enquanto a molécula espelho vem de reservatórios de armazenamento na planta.

Mais seca leva a uma mudança diurna nas emissões de monoterpenos

Além disso, os pesquisadores descobriram que, à medida que a seca avançava, não apenas mais monoterpenos eram liberados, mas também o máximo de emissões mudava para o final da tarde, e as plantas liberavam mais monoterpenos dos tanques de armazenamento. E pode haver uma razão para isso, suspeita o líder do projeto e cientista atmosférico

Jonathan Williams diz:"Suspeitamos que a liberação posterior de monoterpenos aumenta a probabilidade de formação de nuvens sobre a floresta. Quanto mais quente fica durante o dia, mais a mistura vertical do ar aumenta, permitindo que os voláteis reativos atinjam camadas mais altas de ar onde eles têm uma chance maior de se tornarem partículas de aerossol e, eventualmente, núcleos de condensação de nuvens."

O pesquisador de Max Planck Williams conclui a partir dos estudos da Biosfera 2:"Para prever com precisão as respostas do ecossistema ao estresse, devemos medir e modelar as emissões de moléculas quirais separadamente no futuro. Isso é especialmente importante para a floresta amazônica, para a qual os modelos climáticos preveem mais secas no futuro."

O líder do grupo do Instituto Max Planck de Química em Mainz acrescenta:"Estou fascinado pelo fato de podermos decifrar os processos fisiológicos internos da floresta, acionados por enzimas, medindo a composição do ar. Isso certamente nos ajudará a elucidar os efeitos que temos observado na floresta tropical real também." A equipe de Williams também vem realizando pesquisas na floresta tropical brasileira no Amazon Tall Tower Observatory ATTO. + Explorar mais

Uma surpresa quiral na floresta tropical