Licófitas e a fotossíntese CAM na extinção Permiano-Triássico

Quando a Terra atravessou a mais devastadora extinção em massa de sempre, a vida em terra firme ficou à beira do colapso. O calor extremo castigou os continentes, as florestas desagregaram-se e vastas áreas do planeta tornaram-se nuas, inóspitas e difíceis de habitar.

Ainda assim, um grupo invulgar de plantas muito antigas conseguiu não só resistir à extinção como também expandir-se no meio do caos.

Um novo estudo propõe que as licófitas terão alcançado esse feito graças a uma forma pouco comum de fotossíntese, capaz de atenuar os efeitos de calor intenso e stress hídrico.

Investigadores da University of Leeds defendem que as licófitas do Triássico Inicial eram estreitamente aparentadas com as atuais Isoetales, incluindo as quillworts, e que a química preservada nos fósseis aponta para uma fotossíntese semelhante à CAM.

Nesse sistema, as plantas abrem os estomas durante a noite, em vez de o fazerem durante o dia, captando dióxido de carbono quando as temperaturas são mais baixas e, ao mesmo tempo, reduzindo a perda de água.

Um mundo levado ao limite

A extinção em massa Permiano-Triássico, há cerca de 252 milhões de anos, continua a ser a crise de biodiversidade mais grave conhecida na história da Terra. No oceano, as taxas de extinção de espécies ultrapassaram 81 percent, enquanto, em terra, os géneros de tetrápodes sofreram perdas de 89 percent.

Em ambientes terrestres, à crise seguiu-se uma grande mudança na flora: as plantas que dominavam antes da extinção deram lugar a comunidades de baixa diversidade, dominadas por licófitas.

Durante aproximadamente cinco milhões de anos após a extinção, o planeta manteve-se extraordinariamente quente. As temperaturas da superfície do mar na zona equatorial subiram acima de 35°C (95°F), as temperaturas à superfície em regiões equatoriais em terra ultrapassaram 45°C (113°F) e o dióxido de carbono atmosférico provavelmente excedeu 2,600 partes por milhão.

Estas condições ficavam além tanto do intervalo ideal de temperatura para a fotossíntese como do ponto de saturação de CO2 nas plantas C3 modernas, o que ajuda a compreender porque falharam tantas das formações vegetais anteriores.

É precisamente por isso que as licófitas se tornam aqui tão intrigantes: apesar de serem plantas herbáceas, estruturalmente simples, parecem ter assumido o papel de pioneiras nas paisagens do pós-extinção.

Num amplo leque de latitudes, do Sul da China à Sibéria, a ascensão destas licófitas coincidiu com o desaparecimento dos grupos de plantas do Permiano que antes eram dominantes.

O truque das plantas que tornou isto possível

Na maioria das plantas, os estomas abrem-se durante o dia, quando existe luz para sustentar a fotossíntese. Contudo, em ambientes muito quentes e secos, essa opção tem um custo elevado: a perda de água torna-se crítica.

A fotossíntese CAM contorna esse problema. A planta abre os estomas à noite, armazena o dióxido de carbono que entra sob a forma de um ácido e, mais tarde, durante o dia, utiliza esse CO2 acumulado mantendo os estomas fechados.

De acordo com o estudo, esta estratégia poderia ter dado às licófitas uma vantagem considerável nas condições de “super estufa” do Triássico Inicial.

Os autores consideram que estas licófitas antigas poderão ter sido utilizadoras precoces desse mecanismo. Se assim for, a implicação é relevante: hoje, a fotossíntese CAM está sobretudo associada a plantas de ambientes quentes e áridos e representa apenas uma pequena fração da vegetação global.

“Os nossos resultados sugerem que, perante um aquecimento futuro, as plantas com características de fotossíntese CAM podem tornar-se muito mais importantes”, afirmou o autor principal, Zhen Xu, da University of Leeds.

“Se o mundo viver um calor extremo sustentado, as comunidades vegetais poderão deslocar-se para espécies mais capazes de tolerar temperaturas elevadas e stress hídrico.”

Evidência em plantas antigas

Para perceber de que forma estas plantas resistiram, a equipa reuniu várias linhas de evidência.

Os investigadores compilaram dados de 485 exemplares de esporófilos de licófitas, incluindo 285 provenientes de rochas do Permiano Final ao Triássico Médio no sudoeste da China e mais 200 descritos em literatura anterior.

A opção por esporófilos não foi casual: estas estruturas concentram características particularmente úteis para distinguir espécies e interpretar a sua função. Foram avaliados 127 caracteres morfológicos e, a partir daí, os fósseis foram comparados com parentes vivos.

A comparação indicou que as plantas do Triássico Inicial estavam intimamente relacionadas com as Isoetales modernas, um grupo conhecido por uma flexibilidade ecológica pouco comum. Ainda assim, a morfologia, por si só, não chegava para fechar o caso.

Uma estratégia preservada ao longo do tempo

A equipa analisou também isótopos de carbono preservados em esporófilos fósseis individuais do Sul da China e comparou-os com os sedimentos envolventes, para garantir que o sinal interpretado correspondia efetivamente ao das plantas.

Os valores isotópicos obtidos eram semelhantes aos das espécies vivas de Isoetes que recorrem à fotossíntese CAM, o que aponta fortemente para uma estratégia fisiológica semelhante num passado profundo.

Para completar o quadro, os autores incorporaram modelação climática com o modelo do sistema terrestre HadCM3BL.

Ao cruzarem as ocorrências fósseis com simulações de temperaturas à superfície em terra, concluíram que estas licófitas já viviam em condições severas. Em algumas regiões, as temperaturas máximas à superfície poderiam exceder 50°C (122°F).

Sobreviventes vegetais que moldaram ecossistemas

O que torna o estudo particularmente convincente é que não se limita a descrever a sobrevivência. Os investigadores defendem que as licófitas poderão ter ajudado a manter a biosfera terrestre a funcionar durante um período de disrupção extraordinária.

Ao continuarem a realizar fotossíntese e a retirar carbono da atmosfera, podem também ter contribuído para a recuperação dos ecossistemas, além da sua simples persistência.

A análise integrou várias disciplinas científicas para compreender como este grupo enigmático de plantas não só sobreviveu à “grande morte”, como também conseguiu prosperar num ambiente altamente stressado.

“Ao ligarmos estes dados, conseguimos compreender melhor a adaptação das plantas a emergências climáticas do passado, aprofundando a nossa compreensão da resiliência do sistema terrestre a perturbações climáticas”, afirmou o coautor Barry Lomax, da University of Nottingham.

Lições para o clima atual

É provavelmente esta leitura mais abrangente que torna o artigo tão atual. As plantas estão na base das cadeias alimentares terrestres e, quando as estratégias dominantes mudam, todo o sistema pode alterar-se em cascata.

O estudo sugere que, após a pior extinção da história do planeta, os vencedores não foram os antigos gigantes do mundo permiano, mas sim plantas mais pequenas, mais estranhas e com a fisiologia certa para um futuro mais quente.

Compreender as diferentes estratégias de sobrevivência usadas pelas plantas no passado ajuda os cientistas a antecipar como a vegetação poderá reorganizar-se no futuro.

Como as plantas formam a base das cadeias alimentares terrestres, mudanças nas estratégias vegetais dominantes podem, em última análise, alterar a forma como todo o sistema terrestre funciona.

O estudo foi publicado na revista Nature Ecology & Evolution.