As plantas sempre fascinaram as pessoas. Desde criança aprendemos que a partir de uma semente, alguns dias depois já temos folhas embrionárias. Se esperarmos um pouco mais já teremos uma planta bem formada, com caule e folhas. Mas como é possível uma planta crescer? De onde vem os recursos para as plantas crescerem e se desenvolverem? As plantas comem?
Os pensadores da Grécia antiga tentaram explicar como as plantas se relacionavam com o ambiente. Empédocles acreditava que os elementos básicos da natureza – terra, água, ar e fogo – eram essenciais para a vida vegetal. Aristóteles conseguiu perceber que as raízes tinham papel fundamental no desenvolvimento de uma planta.
Como as plantas comem?
Aristóteles (384-322 a.C.) propôs que as plantas eram como “animais invertidos”, mantendo suas “bocas” no solo. Essa concepção sugeria que o solo digeria previamente os alimentos, e as plantas por sua vez os comiam. Essa noção influenciava, por exemplo, as práticas agrícolas. Os agricultores da Grécia antiga adicionavam ao solo materiais orgânicos como esterco, restos de vegetais e cinzas, acreditando melhorar a “alimentação” das plantas.
A ideia de que as plantas “comem terra” começou a ser desafiada apenas no final do século 15, quando o teólogo alemão Nicolau de Cusa propôs que as plantas não comiam terra, mas sim tomavam água. Essa teoria foi posta em teste no século 17, pelo belga Jan Baptista van Helmont. Ele realizou um experimento, que ficou conhecido como “experimento do salgueiro”. Este experimento marcou a transição do racionalismo para o empirismo na história da fisiologia vegetal. Em 1648, van Helmont plantou um pequeno salgueiro que pesava cerca de 2 kg em um vaso contendo 90 kg de solo seco. Em seguida, cobriu o solo com uma placa de metal perfurada para evitar poeira. Passou então a regar a planta regularmente com água. Após cinco anos, pesou novamente o salgueiro e o solo.
Os resultados surpreendentes mostraram que o salgueiro havia crescido significativamente, pesando agora aproximadamente 76 kg. Mas o solo havia perdido apenas 57 gramas de peso. Como conclusão, Van Helmont afirmou que a massa adicional da árvore não poderia ter vindo do solo, já que este permaneceu praticamente inalterado. Seguindo o conhecimento disponível, van Helmont concordou com Nicolau de Cusa, de que o crescimento da planta foi resultado da absorção de água. Embora van Helmont tenha descartado o solo como fonte principal de matéria para as plantas, ele não conseguiu identificar o papel crucial do ar. Isso se deve em parte ao fato de que a compreensão dos gases ainda não estava bem estabelecido na época.
De qualquer forma, o experimento de van Helmont foi revolucionário para seu tempo. Primeiro por desafiar a crença dominante de que as plantas se alimentavam diretamente de terra. Segundo por introduzir métodos quantitativos na pesquisa biológica, pesando cuidadosamente os materiais antes e depois do experimento. Este experimento abriu caminho para investigações posteriores sobre a nutrição das plantas e sobre a fotossíntese. Estes dois processos combinados, resultam no crescimento das plantas.
O Flogisto
Na mesma época, predominava a ideia de que a queima de uma vela ou a respiração de um animal em um ambiente fechado tornava o ar “contaminado”. Este ar era incapaz de manter a chama da vela ou a vida de um animal. No século 18, um cientista inglês chamado Joseph Priestley começou a observar que ao contrário dos animais, as plantas modificavam o ar de forma positiva.
Inicialmente, Priestley colocou um ramo de hortelã em um recipiente fechado com uma vela acesa. Ele observou que a vela continuava a queimar por mais tempo na presença da planta do que quando estava sozinha. Em seguida, o cientista inglês demonstrou que um camundongo podia sobreviver em um recipiente fechado com uma planta por mais tempo do que em um recipiente sem a planta.
Priestley concluiu que as plantas tinham a capacidade de produzir algo que mantinha a chama acesa e que era essencial para a vida animal, e chamou de “ar desflogisticado”. Embora as descobertas de Priestley tenham sido revolucionárias, sua interpretação ainda estava limitada pela teoria do flogisto. A teoria afirmava que toda combustão (incluindo a respiração) gerava uma substância invisível e inodora chamada flogisto.
A importância da luz
Os trabalhos de Priestley e de van Helmont começaram a desmistificar a ideia de que as plantas comiam terra, demonstrando a interconexão fundamental entre terra, planta e ar. Em 1796, Jan Ingen-Housz, um cientista holandês, refez os experimentos de Priestley. Além de confirmar os resultados anteriores, ele avançou ainda mais na compreensão do processo que hoje conhecemos como fotossíntese.
Num de seus experimentos, Ingen-Housz colocou partes verdes de plantas terrestres submersas em água, numa campânula de vidro. Com o passar do tempo ele observou a formação de pequenas bolhas na superfície das partes verdes. Assim, Ingen-Housz observou que apenas as partes verdes das plantas eram capazes de “purificar o ar”. Mais importante ainda, ele descobriu que este processo ocorria apenas na presença de luz, estabelecendo assim a conexão vital entre luz e a capacidade das plantas de produzir oxigênio.
O trabalho de Ingen-Housz representou um avanço significativo no entendimento do desenvolvimento das plantas. Afastando-se da noção de que as plantas se alimentavam do solo e reconhecendo o papel crucial da luz e do ar no processo de crescimento. Atualmente, sabemos que as plantas obtêm a maioria de seus nutrientes do solo, mas não da maneira que Aristóteles imaginava. As raízes absorvem água e nutrientes dissolvidos. Já o carbono, essencial para a estrutura da planta, é obtido do CO2 atmosférico através da fotossíntese. A compreensão moderna do crescimento vegetal reconhece a complexidade das interações entre as plantas e seu ambiente.
A compreensão definitiva da fotossíntese
Em 1905, o cientista britânico Frederick Frost Blackman conduziu experimentos medindo a fotossíntese em diferentes condições de luz e temperatura. Ele postulou que a fotossíntese não era um único evento, mas sim um processo de duas etapas. Uma fase que era rápida e dependia da luz, mas não dependia da temperatura. E outra fase mais lenta que não dependia da luz, mas dependia da temperatura.
A bioquímica das reações começou a ser desvendada com a compreensão de que a água, e não o CO2, era a fonte do oxigênio liberado. Em 1930, o microbiologista estadunidense Cornelis Bernardus van Niel estudou bactérias fotossintéticas que usavam sulfeto de hidrogênio (H2S) e produziam enxofre ao invés de oxigênio. Isso o levou a postular que, nas plantas verdes, a água (H2O) era o doador de elétrons para formação do oxigênio (O2). Já o mecanismo de como o CO2 é transformado em açúcar só foi descoberto usando a técnica de rastreamento de isótopos radioativos.
Em 1940, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, liderada por Melvin Calvin expuseram algas a CO2 radioativo por curtos períodos. Em seguida, interrompiam a reação matando as células em álcool fervente. Ao rastrear o C14, eles descobriram que eles estavam fixados e reduzidos nos açúcares. Este processo ficou conhecido como Ciclo de Calvin. Calvin ganhou o Prêmio Nobel em 1961 por esta descoberta.
Portanto, hoje é curioso constatar que a descoberta de como as plantas crescem e se desenvolvem começou com a estranha ideia de que as plantas comiam terra. Do racionalismo predominante na Grécia antiga, até o empirismo do século 17, esta história nos mostra como a própria ciência funciona e como ela evoluiu ao longo dos séculos.
A ciência funciona a partir de perguntas e respostas que se retroalimentam e estimulam novas descobertas.
