Plantas estão à nossa volta. É fácil acostumarmo-nos à sua presença. Mas, imaginem um mundo sem ervas e árvores verdes exuberantes – um planeta coberto de deserto. Será que conseguiremos sobreviver? As plantas são parte integrante do nosso ambiente, e fornecem os alimentos, oxigénio e fibras de que dependemos para sobreviver. E a sua capacidade de fotossintetizar é um dos fenómenos mais espantosos e essenciais da natureza.

Isto é algo que Alessia Para Gallio, professora assistente de investigação na Northwestern e no Jardim Botânico de Chicago, conhece bem. Ela concluiu o seu mestrado em Ciências Biológicas na Universidade de Pavia, Itália, e obteve o seu doutoramento em Botânica Fisiológica na Universidade de Uppsala, Suécia, com uma tese sobre o desenvolvimento de plantas. Os seus interesses actuais de investigação incluem o relógio circadiano e a nutrição mineral em plantas.

Ciência na Sociedade falou com Para Gallio sobre a importância da fotossíntese, e o papel que desempenha na sua investigação.

A um nível básico, o que é a fotossíntese?

Fotossíntese é o processo pelo qual a energia luminosa do sol é absorvida e convertida em compostos orgânicos. Os compostos orgânicos são basicamente diferentes formas de açúcar. São metabolizados e depois a energia é extraída deles. E estas formas de energia podem então ser utilizadas por sistemas biológicos como nós, por exemplo, e por animais em geral.

p> O que acontece quando os pigmentos absorvem a luz solar?

Os pigmentos são moléculas especiais que estão envolvidas na colheita da luz do sol. Quando a luz de um pigmento brilha, a absorção de fotões pode energizar os electrões e fazê-los passar de um estado de energia baixa para um estado de energia mais alta. Para voltar ao estado de baixa energia, a energia é rapidamente emitida como calor, luz, fosforescência ou, no cuidado dos pigmentos fotossintéticos, pode ser transferida para outra molécula de pigmento como a clorofila.

Que papel desempenha a clorofila?

A clorofila é provavelmente o pigmento absorvente de luz mais importante, não só nas plantas, mas também nas algas e bactérias. Quando a clorofila se excita, liberta um electrão para um aceitador de electrões, iniciando uma cadeia de transporte de electrões. Isto significa que os electrões são transferidos de dador (redutor) para aceitador (oxidante), que tem um nível de energia ligeiramente inferior.

Durante a transferência dos electrões, os prótons (iões de hidrogénio) são bombeados através da membrana dos cloroplastos, as organelas especializadas onde se realiza a fotossíntese. Portanto, os cloroplastos funcionam como pequenas pilhas, com um potencial diferente em cada lado, e esta diferença é utilizada para criar energia.

Porquê a importância da fotossíntese? O que aconteceria se não a tivéssemos?

Plantas, algas e bactérias são os únicos organismos que podem colher luz solar e utilizar a energia para converter CO2 (dióxido de carbono) em material orgânico. O dióxido de carbono é um dos principais poluentes atmosféricos, pelo que os organismos fotossintéticos estão na realidade a manter o ar limpo. No processo, eles produzem oxigénio, que constitui uma porção significativa do ar que respiramos, pelo que menos plantas significa menos reciclagem de dióxido de carbono e menos produção de oxigénio. As plantas também nos dão alimentos e fibras para fazer roupas e sem a fotossíntese, não seríamos capazes de manter a vida que estamos a viver.

Que papel desempenha a fotossíntese na sua investigação?

Interesso-me por dois tópicos principais. Um é a nutrição mineral vegetal em geral e o azoto em particular. O metabolismo do azoto está fortemente ligado à fotossíntese porque um dos produtos da assimilação do azoto, o glutamato, é a fonte da clorofila. E os açúcares que são produzidos pela fotossíntese são utilizados para fazer glutamato e outros aminoácidos.

Um dos primeiros sinais de deficiência de azoto é a clorose, uma condição em que as folhas ficam amarelas porque não há azoto suficiente para fazer glutamato. Assim, não há clorofila suficiente.

O outro tópico que me interessa muito é os relógios circadianos de plantas, e a forma como o relógio circadiano regula muitos aspectos diferentes do desenvolvimento e metabolismo das plantas.

E um dos processos que está sob regulação circadiana muito apertada é a fotossíntese. O que o relógio circadiano faz é preparar o organismo para o que quer que venha a seguir. Assim, antes do amanhecer, todos os genes que são necessários para a fotossíntese são ligados, de modo que assim que houver luz (nascer do sol) o processo está pronto para começar. Assim, não há tempo de atraso entre quando o sol nasce e quando as plantas estão prontas para usar a luz do mesmo.

Simplesmente, antes de acordarmos, precisamos da nossa adrenalina para subir, e os níveis de algumas hormonas para mudar, e os açúcares para entrar em circulação. Assim, quando o despertador dispara, estamos prontos para partir. E alguns estudos sugerem que sem o relógio circadiano teríamos um ataque cardíaco sempre que acordássemos porque não estaríamos prontos para ele.

Por isso é a vantagem de ter um relógio circadiano. Estamos prontos para o que vier a seguir, se o que vier a seguir estiver a acontecer todos os dias.

Então, as plantas e os seres humanos têm um relógio circadiano semelhante?

Sim, a arquitectura molecular é diferente mas a função é a mesma, ou seja, adaptar-se a uma vida num planeta que tem um período de rotação de 24 horas, e ciclos de luz e escuridão que se alternam.

Como é que o tempo afecta a fotossíntese?

Fotossíntese é muito sensível à intensidade da luz. Portanto, em geral, o sistema desliga-se ao meio-dia, ou no pico das horas mais quentes do dia, porque demasiada energia do sol pode danificar a estrutura biológica. Por isso, causará a deslocação de muitos electrões e estes tornam-se então muito venenosos para as estruturas biológicas. Por isso, querem certificar-se de que utilizam uma intensidade de luz adequada. E quando é demasiado o sistema desliga-se.

No Inverno, quando não há folhas nas árvores, o que acontece ao nosso fornecimento de oxigénio?

Não acredito que respiramos apenas o oxigénio que é produzido onde vivemos. Por exemplo, a Amazónia está a produzir muito oxigénio e eventualmente chega até nós também. Assim, não estamos dependentes apenas das plantas que nos rodeiam. Estamos dependentes da quantidade de plantas no planeta, na terra.

Os cientistas têm vindo a encontrar uma forma de replicar o processo de fotossíntese?

É um desafio há muitos anos, e muitos laboratórios têm aceitado este desafio. Mas, recentemente, houve um grupo no Royal Institute of Technology em Estocolmo que conseguiu produzir um catalisador capaz de utilizar a luz solar para dividir a água em oxigénio como faz a fotossíntese.

A importância desta descoberta não está apenas relacionada com o oxigénio. Quando se divide a água há também a produção de hidrogénio, e isto é realmente importante para a urgência de encontrarmos fontes alternativas de energia renovável.

Por isso, se conseguirem que isto funcione correctamente, poderiam utilizá-lo para produzir energia renovável?