É possível hackear a fotossíntese? Talvez sim.

Em algum momento, na escola, você provavelmente aprendeu sobre a fotossíntese – como as plantas usam a energia da luz solar para converter dióxido de carbono e água em alimento. Esse processo é responsável por praticamente toda a vida na Terra, fornecendo a energia que precisamos e o oxigênio que respiramos.

Mas você pode não ter ouvido falar que a fotossíntese tem algumas falhas.

Acontece que as plantas são bastante ineficientes quando se trata de usar a energia do sol. Apenas uma fração da luz do sol que brilha sobre uma planta acaba alimentando seu crescimento, o que significa que nossas plantações estão produzindo muito menos alimentos do que poderiam estar.

Um grupo internacional de pesquisadores tem como objetivo consertar isso, ajustando a fotossíntese. Se bem-sucedidas, o esperado é que essas pesquisas dobrem a produtividade de algumas de nossas plantações mais importantes – como arroz, milho,feijão,, soja e mandioca.

Isso seria um avanço muito necessário, porque o mundo está enfrentando uma crise alimentar. Com uma população crescente e mudanças nas dietas – como uma demanda maior por mais carne à medida que as pessoas obtêm renda mais alta – precisaremos produzir de 60 a 70% mais alimentos até 2050. Ao mesmo tempo, as mudanças climáticas estão colocando tensões adicionais em nosso fornecimento de alimentos por causa de chuvas irregulares, secas severas e disseminação de pragas e doenças nas plantações.

Aqueles que correm maior risco de passar fome nos próximos anos são as pessoas mais pobres do mundo. Elas vivem em regiões com alto crescimento populacional e geralmente dependem da agricultura para alimentar suas famílias e obter renda.

Nenhuma solução única resolverá essa crise global relacionada à alimentação. Precisamos desenvolver inovações em todas as áreas da agricultura para aumentar a produtividade. Sementes resistentes à seca, inundação, pragas e doenças; melhores dados para ajudar os agricultores a gerenciar suas colheitas e gado com mais eficiência. E algumas descobertas revolucionárias que levarão a maiores colheitas.

Por isso, a Gates Foundation está investindo em uma pesquisa que pretende tornar a fotossíntese mais eficiente. O programa de pesquisa, conhecido como Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (ou RIPE), está sendo liderado pela Universidade de Illinois. E equipe conta com uma representante brasileira, Amanda de Souza, pesquisadora de pós-doutorado.

Os cientistas do RIPE começaram suas pesquisas modelando todo o processo químico de 170 etapas de transformação da luz solar em energia. Usando simulações em computador, eles exploraram quais mudanças podem levar aos maiores aumentos de produtividade – da mesma maneira que um especialista em eficiência pode fazer melhorias em uma linha de produção de automóveis para maximizar a produção.

O principal objetivo dessa pesquisa é fazer com as plantas absorvam a luz solar com mais eficiência. Embora a luz seja essencial para a sobrevivência de uma planta, muita luz de alta intensidade pode causar danos a ela. Para se protegerem, as plantas desenvolveram mecanismos para extrair parte da energia solar como calor quando estão sob a luz solar direta. Mas isso acaba se tornando um problema quando o sol vai para trás de uma nuvem e a planta passa a ficar na sombra.

O mecanismo de proteção da planta não se ajusta rapidamente à luz reduzida, inibindo o processo de fotossíntese por minutos ou, às vezes, horas.

Os pesquisadores do RIPE descobriram uma maneira de acelerar essa transição, permitindo que a fotossíntese continue sendo feita, mesmo com leves alterações de calor.

Outra área crítica de pesquisa envolve uma enzima conhecida como RuBisCO, que captura o dióxido de carbono e o transforma em açúcar para a planta. Alguns pesquisadores estão trabalhando para acelerar a atividade da RuBisCO na planta, o que resultaria em uma produtividade maior nas plantações.

Outros pesquisadores estão tentando consertar uma ineficiência criada pela RuBisCO: é difícil distinguir o dióxido de carbono do oxigênio. Assim, cerca de 20% das vezes a RuBisCO acidentalmente pega uma molécula de oxigênio em vez de uma molécula de dióxido de carbono. Isso resulta na criação de um composto que deve ser reciclado pela planta através de um processo conhecido como fotorrespiração. A fotorrespiração é longa e complicada, custando uma energia e recursos de uma planta que ela poderia usar para, na verdade, crescer. Para resolver isso, os pesquisadores criaram um caminho alternativo para reduzir drasticamente o processo de fotorrespiração e economizar energia. Quando testada em laboratório, essa correção aumentou o crescimento das plantas em até 40%.

Grande parte dos testes de campo dessas melhorias na fotossíntese foi realizada com plantas de tabaco. Embora as plantas de tabaco não tenham qualquer relação com os alimentos em si, elas são uma colheita conveniente de prova de conceito, porque são fáceis de transformar geneticamente e produzem uma grande quantidade de sementes, diminuindo os ciclos de testes. Na próxima fase da pesquisa, os cientistas irão trabalhar para transferir essas novas características genéticas para culturas alimentares, incluindo feijão, mandioca e soja.

De qualquer forma, essas culturas de alto rendimento estão a anos de serem cultivadas em fazendas ao redor do mundo, já que precisam passar por testes de segurança para obter aceitação dos consumidores. Ainda assim, é algo extremamente empolgante e esperamos ter notícias sobre novas descobertas do projeto de pesquisa em breve!

Para saber mais, confira o vídeo abaixo:

Tuning up photosynthesis

Essa publicação é uma adaptação do artigo “Tuning up photosynthesis to feed the world“, publicado por Bill Gates em seu blog.