No verão de 2012, dois alunos de graduação resolveram um problema que os especialistas em ecologia vegetal haviam negligenciado por 30 anos. Os alunos demonstraram que diferentes espécies de plantas variam na forma como absorvem dióxido de carbono e emitem água através dos estômatos, os poros em suas folhas. Os dados aumentaram a precisão dos modelos matemáticos dos fluxos de carbono e água através das folhas das plantas em 30 a 60 por cento.

Os pesquisadores, baseado na Universidade de Illinois, relatar suas descobertas no jornal Ecologia e evolução da natureza .

Em retrospectiva, a descoberta pode parecer óbvia, disse o professor de biologia vegetal da Universidade de I. Andrew Leakey, que orientou os alunos e é co-autor do estudo.

"Se eu fosse a uma conferência de fisiologistas de plantas e dissesse, 'Ei, há diversidade na maneira como os estômatos das plantas se comportam? ' cada um deles diria, 'sim, '"Leakey disse.

"E ainda, durante a maior parte dos últimos 30 anos, nossa comunidade não conseguiu descrever essa diversidade em termos matemáticos. "

Esse descuido decorre em parte do fato de que poucos biólogos vegetais sabem - ou estão naturalmente inclinados - a converter seus insights biológicos em equações matemáticas que os modeladores precisam para melhorar a precisão de seu trabalho, Leakey disse.

"Como resultado, modeladores foram forçados a assumir que os estômatos de todas as espécies abrem e fecham em resposta às condições ambientais da mesma maneira, " ele disse.

Essa suposição foi baseada no trabalho de uma equipe liderada por Joseph Berry, do Carnegie Institution for Science. O grupo descobriu que o comportamento dos estomas poderia ser descrito por um único, equação simples. Mas Berry e seus colegas fizeram sua descoberta inicial medindo a soja. Desde então, muito poucos cientistas de plantas questionaram se a equação da soja também funcionava em outras espécies. Como resultado, os modeladores estavam presos a uma versão da equação, Leakey disse.

"Esta foi uma simplificação exagerada que provavelmente levou a erros nas previsões do modelo de quão bem as safras e as florestas crescem em diferentes épocas e lugares, " ele disse.

"É impossível medir todas as plantas em todos os lugares ao longo do tempo em todo o mundo, "disse Kevin Wolz, que conduziu a nova pesquisa com Mark Abordo quando ambos eram graduandos. "Então, em vez disso, medimos algumas coisas experimentalmente e, em seguida, representamos isso com um pouco de matemática, que é um modelo. "

A modelagem é uma ferramenta útil para fazer previsões sobre como vários sistemas biológicos funcionarão ao longo do tempo, Disse Wolz. Os modelos podem ajudar a determinar quais culturas terão um bom desempenho em localizações geográficas específicas e se produzirão alimentos ou biomassa suficientes para tornar seu cultivo lucrativo. Eles também ajudam a prever como as plantas responderão à poluição, seca ou condições climáticas futuras, dando aos formuladores de políticas uma visão sobre os potenciais danos ou benefícios associados a decisões específicas sobre o uso da terra.

No momento do estudo, Wolz estava se formando em biologia e engenharia civil e ambiental. Isso lhe deu uma visão sobre a complexidade do mundo natural e a simplicidade e o poder dos modelos matemáticos. Ele e Abordo, um graduado em matemática na época, aproveitou a oportunidade para estudar como as plantas ajustam seus estômatos em resposta a diferentes condições atmosféricas.

"Foi uma boa mudança de trabalhar em quadros-negros o tempo todo para fazer experimentos de laboratório e trabalhar no campo, "Abordo disse.

Os dois se levantavam antes do amanhecer todos os dias da semana durante o verão para coletar folhas de 15 espécies de árvores e levá-las de volta ao laboratório, onde usaram equipamento de troca gasosa para medir como as folhas respondiam a diferentes condições de luz e atmosféricas. Cada folha foi submetida a testes que duraram cerca de seis horas.

"É um pouco como ir ao médico e fazer um teste de cardio onde eles colocam você em uma esteira, "Leakey disse." Essencialmente, isso é o que Kevin e Mark estavam fazendo; eles estavam pegando folhas e examinando-as em diferentes cenários para aprender como as folhas respondiam. "

Suas descobertas não foram surpreendentes, Disse Wolz.

“Demonstramos que nem todas as plantas são iguais, " ele disse.

A equipe encontrou uma variação significativa na maneira como as diferentes espécies de árvores respondem a coisas como a luz, aquecer, concentração de dióxido de carbono e umidade. Alterar modelos padrão com os novos dados melhorou drasticamente a precisão dos modelos, os pesquisadores descobriram.

"Vimos uma redução de 30 a 60 por cento no erro, "Leakey disse.

"Esta pesquisa mostra que treinar pessoas como Kevin de forma interdisciplinar nos permite quebrar as barreiras de comunicação na ciência - entre modeladores e cientistas de plantas, por exemplo, Leakey disse. "Este é apenas um de uma longa lista de problemas que se beneficiariam de tal abordagem."

Mais trabalho é necessário para estender a nova abordagem a outras espécies de plantas, e para ampliar o esforço para incluir modelos que olham para a dinâmica na escala do ecossistema, disseram os pesquisadores.