Em uma revisão em As transações filosóficas da Royal Society b, Stephen Long, professor de ciências da colheita e biologia vegetal da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, descreve os esforços de pesquisa para “à prova de futuro” das culturas essenciais para alimentar um mundo faminto em um clima em mudança. Long, que passou décadas estudando o processo de fotossíntese e encontrando maneiras de melhorá -lo, fornece uma visão geral das principais descobertas científicas que oferecem um raio de esperança.
Temperaturas mais altas, secas mais frequentes e mais longas, eventos catastróficos de chuva e níveis de dióxido de carbono atmosférico crescentes influenciam o crescimento, o desenvolvimento e a viabilidade reprodutiva das plantas cultivadas, ele escreve. Embora algumas plantas e regiões possam se beneficiar de alguns aspectos das mudanças climáticas, sem intervenção prolongada e dispendiosa, muitos outros sofrerão declínios potencialmente catastróficos.
“Até 2050-60, as culturas experimentarão um ambiente significativamente diferente de hoje”, escreve Long. De seu nível pré-industrial de cerca de 200 partes por milhão, “atmosférico co2 Atingiu 427 ppm em 2024 e é projetado em cerca de 600 ppm até 2050. “
Calor extremo, secas, inundações e outros eventos relacionados ao clima já estão interrompendo os sistemas agrícolas. Os extremos de temperatura projetados e a instabilidade climática reduzirão ainda mais o rendimento das culturas, o aumento da fome, a agitação política e a migração em massa, ele escreve.
Há alguma esperança, no entanto. Pode ser possível alterar as culturas de maneiras que lhes permitam persistir e talvez até aumentar o rendimento, apesar dos desafios, disse Long. Enquanto o processo leva tempo e pode ser caro, o trabalho já começou.
Por exemplo, os pesquisadores estão avaliando a tolerância a calor, seca e inundações de diferentes variedades de plantas colheitas específicas, identificando aqueles com atributos potencialmente benéficos. A descoberta dos traços genéticos que conferem a esses benefícios permitirá que os cientistas desenvolvam culturas – através de criação de plantas e/ou engenharia genética – que podem suportar melhor os extremos.
Através do trabalho meticuloso, os cientistas descobriram que algumas variedades de arroz podem sobreviver a duas semanas de submersão durante períodos de intensas inundações, enquanto outras variedades são mais tolerantes ao calor que outras. As descobertas oferecem oportunidades para desenvolver cultivares mais difíceis.
As plantas devem suportar uma variedade de desafios à medida que as temperaturas aumentam. A capacidade de secagem da atmosfera, que aumenta com a temperatura, tira a umidade das folhas de plantas através de pequenos poros chamados estômatos. Isso reduz a eficiência do uso da água da planta, disse Long, tendo recursos hídricos já escassos em muitas partes do mundo.
“Uma planta pode fechar parcialmente seus estômatos para manter a umidade, mas isso pode interferir em sua capacidade de extrair dióxido de carbono da atmosfera, um passo fundamental na fotossíntese”, disse Long.
Em experimentos de laboratório e campo, os pesquisadores descobriram que aumentar a expressão do gene para uma proteína sensor encontrada em plantas reduziu a perda de água através de estômatos sem interferir na fotossíntese.
“O resultado foi uma melhoria de 15% na eficiência do uso da água no nível da folha no tabaco cultivado em campo e uma queda de 30% no uso de água de plantas inteiras”, escreveu Long. Devido à alta velocidade com que pode ser geneticamente modificada, o tabaco é frequentemente usado como um “leito de teste” para estudar alterações que podem ser usadas em uma variedade de outras plantas.
Os pesquisadores também encontraram maneiras de reduzir a densidade de estômatos nas folhas de arroz e trigo, melhorando a eficiência do uso da água em 15 a 20%, sem diminuição do rendimento.
O dióxido de alto carbono em sua própria fisiologia das plantas altera, às vezes de maneiras benéficas, aumentando a fotossíntese, mas também de maneiras prejudiciais, disse Long. Alto co2 pode alterar o controle metabólico da planta alterando os níveis de enzimas -chave. Os cientistas descobriram que o ajuste dos níveis de proteínas que regulam o Rubisco, uma enzima fotossintética -chave, pode aumentar a eficiência fotossintética na presença de alto CO2.
Para demonstrar que tipos de ganhos são possíveis nas culturas alimentares, pontos longos para o notável progresso feito em pesquisas sobre milho, quase 80% dos quais são usados na produção de etanol e para alimentar animais, não humanos.
“Entre 1980 e 2024, os rendimentos dos milho nos EUA dobraram enquanto o sorgo melhorou apenas 12%”, disse ele. O sucesso no milho é o resultado de investimentos maciços de grandes empresas multinacionais. Os mesmos investimentos ainda não estão sendo feitos no lado do domínio público da equação.
Sem investimentos semelhantes, “é difícil ver como as oportunidades … para a prova de futuro nossas culturas podem ser implementadas na escala necessária”, ele escreve.
Long também é professor do Instituto de Biologia Genômica de Carl R. Woese, na U. de I., ele é apoiado pelas inovações agrícolas de Gates e pelo Centro de Energia de Innovação Avançada de Bioenergia e Bioprodutos.