O DNA do reflorestamento - DNA explica
27 de outubro de 2020 Alessandro Alves-Pereira Comments 4 comments
O Brasil é amplamente reconhecido no mundo como um país megabiodiverso, ou seja, suas paisagens naturais abrigam uma imensa diversidade de espécies animais, vegetais e de todos os outros tipos. Isto é resultado, pelo menos em parte, de sua extensão geográfica continental, que inclui uma grande variedade de formações geológicas, relevo e clima, que interagem entre si e com vários outros fatores e proporcionam uma grande heterogeneidade ambiental. O Brasil possui seis grandes biomas terrestres. A Amazônia é a maior floresta tropical do planeta que abriga cerca de 30 mil espécies de plantas e está associada a cerca de 20% de toda a reserva de água doce do planeta. Estima-se que o Cerrado brasileiro tenha 5% de toda a diversidade biológica do planeta. A Mata Atlântica é uma das mais exuberantes florestas do mundo, e abriga uma quantidade enorme de espécies endêmicas (espécies com distribuição restrita e que ocorrem apenas neste local). A Caatinga, paisagem típica do nordeste brasileiro e do norte de Minas Gerais, é habitada por cerca de 27 milhões de pessoas que são altamente dependentes de seus recursos naturais. O Pampa, na região sul do Brasil, é dominado por campos com fauna e flora próprios. Não menos exuberante, o Pantanal é um bioma de grande beleza e que frequentemente serve de refúgio para espécies ameaçadas em outros biomas.
Distribuição geográfica dos biomas terrestres brasileiros
Cada um desses ambientes abriga diferentes tipos de vegetação e de fauna, sendo que frequentemente as diferenças entre biomas são mais facilmente percebidas pelas diferenças na vegetação. Entretanto, muito mais do que elementos que nos permitem classificar diferentes biomas, as plantas dos ambientes terrestres e as algas e seres fotossintetizantes dos ambientes aquáticos são a base para a ocorrência de outras formas de vida. Os animais dependem direta ou indiretamente das plantas e outros seres fotossintetizantes para obter energia para viver, por meio da alimentação. Como a vegetação é um dos componentes mais importantes da biota, seu estado de conservação e de continuidade definem a existência ou não de hábitats para todas as espécies, a manutenção de serviços ambientais (por exemplo, a polinização e os "rios voadores") e o fornecimento de bens essenciais à sobrevivência de populações humanas (por exemplo, preservação de nascentes de rios). Desta forma, preservar as florestas e outros tipos de vegetação, bem como rios, mares e oceanos, é uma garantia de que as outras formas de vida da natureza também sejam preservadas (não se esqueça de que aqui estão os humanos também).
Nesse contexto, é extremamente preocupante que estejamos vivendo um tempo de grande número de notícias tristes sobre degradação ambiental. Desde 1998 não havíamos registrado tantos focos de incêndio (7.620) na Amazônia em um mês de agosto. Estudos revelaram que entre 1985 e 2018 foram devastados 724 mil Km2 na Amazônia, uma área correspondente a soma dos territórios dos estados de Santa Catarina, Paraná, São Paulo, Rio de Janeiro e Espírito Santo! Entre 2018 e 2019 o desmatamento da Mata Atlântica cresceu 27% em relação aos anos de 2017 e 2018. Nos últimos meses o noticiário tem sido invadido por notícias lamentáveis sobre a situação muito grave dos incêndios no Pantanal. Estes são apenas alguns exemplos de situações que vivemos e de problemas que teremos que enfrentar no futuro próximo se quisermos desacelerar a degradação ambiental antes que ela se torne irreversível. Além disso, a degradação ambiental está longe de ser um problema apenas do Brasil. A Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO) estima que em todo o mundo mais de 2 bilhões de hectares de terras (o que corresponde à área da América do Sul!) estejam degradas, prejudicando a biodiversidade e aos próprios humanos. Uma das formas de enfrentar esse problema é trabalhar para que as paisagens vegetais degradadas sejam recuperadas, e como veremos a genética tem um papel essencial para tal recuperação.
COMO A GENÉTICA ENTRA NO JOGO
Em posts anteriores vimos como a variabilidade genética é importante para a manutenção das espécies, ao proporcionar meios para que suas populações persistam em um ambiente constantemente sujeito a mudanças. No contexto de degradação de paisagens, o desflorestamento causa a redução imediata do número de indivíduos das populações de plantas, além da fragmentação das florestas, que passam de áreas contínuas para fragmentos florestais separados por paisagens antrópicas. Ambos processos geralmente têm consequências genéticas importantes. A redução do número de indivíduos de uma espécie pode estar associada à redução da sua variabilidade genética. Esta redução não ocorre apenas no momento do desflorestamento, mas continua ao longo do tempo por meio de dois fatores principais conhecidos como deriva genética e endogamia. Por sua vez, a fragmentação florestal pode restringir a movimentação de indivíduos entre áreas isoladas, diminuindo o fluxo gênico entre populações.
A deriva genética causa redução na diversidade genética ao longo do tempo devido a amostragem aleatória de gametas para a formação de uma nova geração. As populações de todas as espécies estão sujeitas à deriva genética porque todas elas são constituídas por um número finito de indivíduos, e nem todos estes indivíduos contribuem igualmente para a formação de uma nova geração. Por exemplo, os indivíduos podem apresentar diferenças na quantidade produzida de espermatozoides e óvulos, nem todos possuem a mesma chance de acasalar, pode existir diferença no número de descendentes deixados por cada indivíduo etc. Na figura abaixo vemos uma representação esquemática da deriva genética ao longo de três gerações em uma população de uma espécie qualquer. Por simplicidade, a diversidade genética é representada por duas formas variantes de um gene (bolinhas com cores diferentes) presente em uma população com 10 indivíduos, sendo que cada indivíduo possui duas cópias deste gene. Os indivíduos de uma população podem até escolher seus parceiros de cruzamento, mas não podem controlar como seus gametas irão se combinar, por isso os genes serão herdados na forma de combinações aleatórias de gametas. Embora no nosso cenário hipotético a população inicie com a mesma quantidade de cada um de seus dois genes diferentes, o acaso na união dos gametas irá afetar a quantidade destes genes nas gerações sucessivas. Desta forma a deriva genética resultará na variação da quantidade de genes diferentes em uma população ao longo das gerações. Aqui temos dois detalhes importantes. O primeiro deles é que quanto menor for a quantidade de um dos genes, mais provável é que ele não seja amostrado para formar a próxima geração. Assim a deriva genética em longo prazo pode causar a perda da diversidade genética em populações. O segundo detalhe é que, quanto menor for o número de indivíduos de uma população, maiores serão os efeitos da deriva genética. Isto é, quanto menor o número de indivíduos de uma população, mais sujeita ela estará a perda de diversidade genética causada pela deriva.
Representação esquemática da deriva genética ao longo das gerações em uma população inicialmente com 10 indivíduos heterozigotos para 2 alelos (bolinhas de cores diferentes). Em cada geração são representados dois quadros, um com os indivíduos adultos e outro com os gametas disponíveis para a formação da próxima geração. Os gametas de cada alelo estão em proporções iguais àquelas dos indivíduos adultos. Em populações pequenas a deriva genética pode causar a perda de alelos, diminuindo a diversidade genética.
Populações de plantas com número reduzido de indivíduos em fragmentos florestais também estão sujeitas à endogamia, que é o cruzamento entre indivíduos aparentados. Com o passar do tempo, é natural que em uma área restrita (como um fragmento florestal) os indivíduos tornem-se cada vez mais aparentados entre si, pois as possibilidades de cruzamento estão restringidas aos indivíduos que ocupam a mesma área. Uma das consequências genéticas da endogamia também é a redução da diversidade genética. Imagine a mesma população da geração 1 da figura acima sem a influência da deriva genética. Mesmo que todos os indivíduos sejam heterozigotos (com dois alelos diferentes de um gene), sob cruzamento ao acaso (todos os indivíduos têm a mesma chance de reproduzir-se) a cada geração uma proporção de indivíduos homozigotos (com duas cópias do mesmo alelo de um gene) será acrescentada à população. Consequentemente, a proporção de heterozigotos irá diminuir ao longo do tempo. O problema do aumento da proporção de indivíduos homozigotos está no fato de que populações naturalmente apresentam uma proporção de alelos deletérios, que são formas variantes de um gene que quando em homozigose reduzem a capacidade de sobrevivência e reprodução dos indivíduos. Desta forma, populações pequenas em fragmentos florestais são grandemente impactadas pela perda de diversidade genética e diminuição da capacidade de sobrevivência devido a soma dos efeitos da deriva e endogamia.
Consequência genética da endogamia ao longo das gerações.
Como se não bastasse, a fragmentação das florestas causa sua separação espacial, o que pode dificultar o movimento de indivíduos, gametas (grãos de pólen, por exemplo) ou propágulos (sementes, por exemplo) entre áreas diferentes. Sem este movimento será mais difícil que indivíduos em áreas diferentes cruzem entre si, restringindo o que chamamos de fluxo gênico (a troca de material genético entre diferentes populações). A restrição do fluxo gênico também contribui para a diminuição da diversidade genética ao longo do tempo, ao diminuir a quantidade de alelos diferentes quem pode existir dentro de uma população. Além disso, como as populações não estão interagindo geneticamente entre si, elas começam a evoluir de forma independente, sendo que a deriva genética e a endogamia irão atuar de forma independente em cada uma delas. Cabe ressaltar que a restrição do fluxo gênico causada por fragmentação florestal pode ter consequências não somente para as espécies de plantas, mas também para outros organismos. O movimento de animais entre os fragmentos florestais isolados também pode ser comprometido. Um exemplo claro (e triste) é o grande número de animais atropelados nas nossas rodovias.
Ao vermos brevemente as relações entre a degradação das florestas e a diversidade genética de suas populações deve estar claro a importância da genética para os programas de reflorestamento. O plantio de mudas de árvores garante o aumento do número de indivíduos de uma população. Mas também é importante que os programas de reflorestamento sejam planejados de modo a inserir a maior variação genética possível nas áreas replantadas, de modo a minimizar os impactos da deriva genética e endogamia em populações de fragmentos florestais. Os geneticistas podem contribuir para planos de reflorestamento, por exemplo, indicando conjuntos de plantas matrizes (produtoras de sementes) heterozigotas para vários locos genômicos e ao selecionar conjuntos de mudas de árvores com elevados níveis de diversidade genética. A monitoração dos níveis de diversidade genética existentes em populações de fragmentos florestais também é uma informação essencial para o gerenciamento dos programas de reflorestamento. A coleta de sementes para a produção das mudas a serem utilizadas no reflorestamento pode ser direcionada para as regiões com elevados níveis de diversidade genética. A avaliação genética pode identificar regiões com menores níveis de diversidade genética e que, portanto, são prioritárias para o estabelecimento de programas de restauração florestal. Os geneticistas também podem identificar regiões nas quais existe grande variação genética entre as populações de fragmentos isolados, que também são prioritárias pois existe um sinal de que há restrições ao fluxo gênico entre populações. Neste caso, uma boa estratégia inicial poderia ser o plantio de florestas em uma área entre os fragmentos existentes. Mesmo que ainda geograficamente isoladas, essas áreas intermediárias podem ser suficientes para diminuir a distância entre os indivíduos em populações separadas, de modo que a movimentação de alelos entre diferentes fragmentos se torne mais fácil. A consequência disso é o restabelecimento do fluxo gênico, que ao longo do tempo contribui para que ocorra a troca de alelos entre populações diferentes, auxiliando na manutenção da diversidade genética das suas populações.
Esquema do processo de fragmentação florestal e resultados esperados para um programa de reflorestamento. Usado sob CC-BY-NC (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/), traduzido e adaptado do original.
Garantir a recuperação das florestas é uma estratégia chave para a manutenção e recuperação das espécies ameaçadas de extinção. A proteção, recuperação e o uso racional das florestas é inclusive um dos objetivos prioritários da "Agenda 2030" da Organização das Nações Unidas (ONU), um plano mundial para a transformação e desenvolvimento das nações mundiais de forma mais justa. O objetivo e consequência principal do reflorestamento é o que chamamos de restauração ecológica. A recuperação de paisagens naturais por meio de sua revegetação abre caminho para que as outras espécies recolonizem seus hábitats originais em áreas anteriormente degradadas, restabelecendo as interações ecológicas e garantindo a sobrevivência das espécies e a automanutenção dos ecossistemas em longo prazo. Apesar de vivermos numa época preocupante com relação ao meio ambiente, ainda existem meios de revertermos essa história (que influencia grandemente a nossa própria história), como sugerido num estudo recentemente publicado na prestigiosa revista científica Nature com a contribuição de vários cientistas brasileiros. Os autores demonstraram que a restauração de apenas 15% de toda área florestal atualmente modificada em regiões estratégicas poderia evitar até 60% de todas as extinções previstas, além de remover 30% de todo o gás carbônico (CO2) adicionado à atmosfera terrestre desde a Revolução Industrial no final do século XVIII. Como vimos neste pequeno ensaio, a genética pode contribuir bastante para a recuperação de nossas florestas degradas e recuperação do ambiente de qual dependemos.
...sobre desmatamento (infográfico):
https://g1.globo.com/natureza/noticia/2020/07/02/em-33-anos-amazonia-perdeu-724-mil-km-de-floresta-e-vegetacao-em-regiao-que-abrange-9-paises.ghtml
…sobre a rede que estuda e monitora a cobertura e uso do solo (página do MapBiomas Brasil):
https://mapbiomas-br-site.s3.amazonaws.com/Infograficos/MBI-colecao4.1-brasil-LA-ok.jpg e https://mapbiomas.org/
…sobre rios voadores:
https://vimeo.com/279543288
Allendrof FW, Luikart G, Aitken SN. 2013. Conservation and the Genetics of Populations. West Sussex: Wiley-Blackwell, 602 p.
Azevedo-Ramos C, Moutinho P, Arruda VLS, Stabile MCC, Alencar A, Castro I, Ribeiro JP. 2020. Lawless land in no man's land: The undesignated public forests in the Brazilian Amazon. Land Use Policy, 99: 104863.
Frankham R, Ballou JD, Briscoe DA. 2008. Fundamentos de genética da conservação. Ribeirão Preto: Editora SBG, 280 p.
Strassburg BBN, Iribarrem A, Beyer HL, et al. 2020. Global priority areas for ecosystem restoration. Nature.
Zucchi MI, Mori GM, Sujii PS, et al. 2018. Genetic diversity of reintroduced tree populations in restoration plantations of the Brazilian Atlantic Forest. Restoration Ecology, 26(4):694-701.
Diversidade Genética, Evolução, Populações Naturais
4 thoughts on "O DNA do reflorestamento"
Mônica Leticia Turibio Martins disse:
Muito muito bom texto Ale. Parabéns. Ao ler me perguntei se os bancos de germoplasma contemplavam a nossa vegetação florestal e vi que sim, existem bancos de espécies florestais e esse poderia ser um caminho inicial. Mas claro, vontade política para por em prática as idéias dos cientistas, é uma necessidade premente!