Após um estudo abrangente de plantas nos Estados Unidos, os pesquisadores chegaram à conclusão inesperada de que as plantas capazes de fixar nitrogênio atmosférico são mais diversas em regiões áridas do país. Essa descoberta contraria a suposição predominante de que os fixadores de nitrogênio devem ser comparativamente mais diversos em ambientes onde o nitrogênio no solo é limitado.
Os resultados foram particularmente surpreendentes, uma vez que os fixadores de nitrogênio não têm as características frequentemente associadas a solos secos, como os grossos caules dos cactos que armazenam água. “À primeira vista, os fixadores de nitrogênio não parecem necessariamente estar adaptados para ecossistemas áridos”, disse o principal autor Joshua Doby, estudante de doutorado no departamento de biologia da Universidade da Flórida.

A razão para esse padrão inesperado não ficou imediatamente clara, mas Doby suspeita que esteja relacionado ao modo como os fixadores e não fixadores de nitrogênio usam o elemento.

As plantas são criativas para adquirir nitrogênio

As plantas incorporam nitrogênio em quase todas as estruturas e reações que ocorrem em suas células. Sem ele, eles seriam incapazes de produzir proteínas, criar enzimas ou até mesmo fotossintetizar. Com o nitrogênio em uma demanda tão alta, geralmente é um dos maiores limites no crescimento das plantas – simplesmente não há o suficiente para todos.

Para compensar essa escassez, as plantas desenvolveram repetidamente maneiras inovadoras de extrair o máximo de nitrogênio possível do ambiente. As armadilhas para moscas de Vênus e as drosófilas desenvolveram estruturas para roubar nitrogênio de insetos, musgos de esterco crescem exclusivamente em excrementos de animais e as folhas modificadas de algumas plantas carnívoras fornecem um lar para morcegos empoleirados em troca das fezes ricas em nitrogênio que eles deixam para trás.

Embora o nitrogênio possa ser difícil de encontrar nos solos, há um suprimento quase infinito pendurado fora de alcance. O gás nitrogênio compõe cerca de 78% da atmosfera da Terra, mas, como alguém morrendo de sede perdido no mar, as plantas são totalmente incapazes de absorvê-lo.

As bactérias, por outro lado, dominaram o truque de fixar nitrogênio atmosférico em várias ocasiões. Uma aliança casual entre tal bactéria e uma planta levou a uma das maiores radiações botânicas da Terra, dando origem à família do feijão, que hoje contém mais de 18.000 espécies. As raízes de muitas plantas de feijão produzem nódulos ocos que promovem o crescimento bacteriano. As plantas bombeiam essas antecâmaras cheias de açúcar para alimentar seus parceiros bacterianos e extrair o nitrogênio que expelem como resíduos.

Os botânicos especulam há décadas que as plantas que abrigam bactérias fixadoras de nitrogênio deveriam ser mais diversificadas em ecossistemas como savanas e pastagens. Incêndios florestais varrem regularmente esses ambientes, transformando árvores e arbustos cheios de nutrientes em fumaça e cinzas que são levadas pelo vento. Quaisquer nutrientes que permaneçam no solo após um incêndio podem escorregar abaixo do alcance das raízes quando chove, antes que as plantas em germinação tenham a chance de absorvê-los.

A fixação de nitrogênio preparou plantas para um planeta mais frio e seco

Pesquisadores do Museu de História Natural da Flórida, da Louisiana State University e da Mississippi State University decidiram determinar quais fatores ambientais desempenharam o maior papel na formação de comunidades de plantas fixadoras de nitrogênio nos Estados Unidos. Usando dados da National Ecological Observatory Network (NEON), eles analisaram registros de espécies nativas e invasoras de mais de 40 locais nos EUA, incluindo Porto Rico.

De acordo com seus resultados, o número de fixadores de nitrogênio aumentou em ambientes pobres em nitrogênio e diminuiu em habitats progressivamente mais secos, como esperado. Ambientes áridos geralmente suportam menos espécies de plantas do que aqueles que recebem mais chuva, e os fixadores de nitrogênio não são exceção a essa regra.

A surpresa veio quando os pesquisadores analisaram especificamente a diversidade de fixadores de nitrogênio nativos. Embora houvesse menos espécies presentes, a diversidade de fixadores de nitrogênio nativos aumentou acentuadamente em regiões áridas, independentemente da quantidade de nitrogênio disponível no solo.

A diferença entre o número de espécies – chamada riqueza de espécies – e a diversidade é semelhante à escolha de uma paleta de cores. Uma paleta com 16 tons de azul contém mais matizes do que uma paleta com oito cores complementares; no entanto, a segunda paleta contém uma maior variedade de cores e abrange um espectro mais amplo de luz visível.

Existem milhares de espécies de plantas com flores que abrigam bactérias fixadoras de nitrogênio, e muitas vezes indivíduos que estão apenas distantes entre si podem ser encontrados crescendo lado a lado em desertos e planícies. Estes incluem exemplos familiares, como algaroba e amieiro.

Enquanto as plantas que adoram a seca, como os cactos, desenvolveram uma série de características que lhes permitem prosperar em desertos, Doby acha que as plantas com um rico estoque de nitrogênio têm uma vantagem embutida. "Não é necessariamente porque a aridez está impulsionando a diversidade", disse ele. "As plantas que têm mais nitrogênio têm cutículas mais grossas, o que as torna resistentes à perda de água."

A maioria das linhagens de plantas fixadoras de nitrogênio começou no Cretáceo, quando os dinossauros ainda existiam e as temperaturas eram mais altas do que são hoje. Nos últimos 50 milhões de anos, o clima da Terra esfriou e secou gradualmente, provocando a formação de campos extensos e vastos desertos. As plantas que não conseguiam cortá-lo nesses novos ambientes foram gradualmente eliminadas, explica Doby, enquanto muitos fixadores de nitrogênio que eram adequados para esse novo mundo se diversificaram nas paisagens desocupadas.

"Este estudo nos dá uma ideia muito boa de por que as comunidades de plantas são como são hoje", disse Doby, acrescentando que se preocupa que as condições que sustentam diversas floras em regiões áridas não durem muito mais. "À medida que as coisas se tornam mais úmidas e quentes devido às mudanças climáticas, as características que tornaram essas plantas bem adaptadas e diversificadas não serão mais muito benéficas. Muitas das comunidades de plantas únicas que temos hoje estarão em risco em o longo prazo."

A pesquisa foi publicada em Global Ecology and Biogeography . + Explorar mais

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