O que o futuro reserva para as florestas em um mundo mais quente e seco?

Nos últimos 25 anos, árvores têm morrido devido aos efeitos das mudanças climáticas ao redor do mundo. Na África, Ásia, América do Norte, América do Sul e Europa, o estresse da seca amplificado pelo calor está matando árvores que sobreviveram por séculos.
Árvores velhas podem ter crescido por milênios inteiros que foram mais úmidos do que os últimos 20 anos. Somos cientistas que estudam a dinâmica florestal, ecologia vegetal e fisiologia vegetal.

Em um estudo recente, descobrimos que as árvores podem se lembrar de épocas em que a água era abundante e que essa memória continua a moldar seu crescimento por muitos anos após o fim das fases úmidas.

Esta pesquisa nos deixa otimistas de que as árvores jovens de hoje, que nunca conheceram as chuvas do século XX, não moldaram sua estrutura em torno da abundância de água e, portanto, podem estar mais bem equipadas para sobreviver em um mundo cronicamente seco.

Este estudo foi construído em quase 20 anos de pesquisa florestal em resposta aos primeiros sinais de alerta de perda florestal na década de 1990 no seco Vale do Rio Rhône, nos Alpes Suíços. Naquela época, os cientistas observaram que os pinheiros escoceses que estavam de pé por cerca de 100 anos estavam declinando e morrendo. Eles se perguntaram se a seca ou outros fatores climáticos estavam causando essa perda.

Para lidar com essa questão, pesquisadores do Instituto Federal Suíço de Pesquisa Florestal, de Neve e de Paisagem projetaram um experimento ecológico. Para entender os impactos da seca, eles irrigariam uma floresta madura, dobrando a precipitação natural de verão, e então comparariam como essas árvores ricas em água se sairiam em comparação com aquelas que recebiam apenas precipitação natural.

O experimento Pfynwald , lançado em 2003, mostrou que as árvores sobreviveram em taxas mais altas em parcelas irrigadas. Após 17 anos de irrigação, a equipe descobriu que a irrigação não ajudou apenas as árvores a sobreviverem a fases secas – ela também aumentou suas taxas de crescimento.

Os efeitos do legado são as memórias das florestas

Árvores que passam por seca alteram suas folhas, madeira e raízes de maneiras que as preparam para condições secas contínuas. Madeira sob seca pode ter células menores que são menos vulneráveis a danos futuros, e raízes podem aumentar em relação à área foliar. Essas mudanças estruturais persistem após a seca ter passado e continuam a influenciar o crescimento da árvore e sua capacidade de tolerar estresse por muitos anos.

Conhecidos como “ efeitos legados ”, esses impactos persistentes pós-seca representam uma memória ecológica de condições climáticas passadas no nível de árvores e florestas. Sabendo que as árvores mantêm uma memória persistente de fases secas passadas, os pesquisadores se perguntaram se elas também poderiam mostrar mudanças estruturais em resposta a períodos úmidos passados.

Onze anos após o início da irrigação de verão em Pfynwald, cientistas pararam de irrigar metade de cada lote em 2013 para abordar essa questão. As árvores anteriormente irrigadas, que naquele momento tinham cerca de 120 anos, passaram por um período duradouro de irrigação – mas agora esses tempos de fartura acabaram. As árvores se lembrariam? Uma década depois, descobrimos.

Árvores, trens e aceleradores de partículas

Em uma manhã de março de 2023, dois de nós (Alana Chin e Marcus Schaub) nos encontramos em Pfynwald para coletar amostras de folhas e galhos muito frescos para que nós e colegas pudéssemos olhar dentro em busca de sinais de efeitos duradouros da riqueza hídrica do passado.

No local, escalamos torres de acesso ao dossel para coletar folhas e galhos recém-crescidos de árvores de controle que nunca foram irrigadas; árvores que foram irrigadas todo verão desde 2003; e árvores anteriormente irrigadas que não receberam água de irrigação desde 2013.

Levamos nossas amostras para o Swiss Light Source , um sincrotron intensamente poderoso – um tipo de acelerador de partículas que produz os feixes de luz mais intensos do mundo. Esta instalação é o lar do TOMCAT , um raio X de altíssima resolução que nos permitiu olhar dentro de nossas folhas e galhos sem perturbar sua estrutura.

A digitalização de nossas amostras levou a noite toda, mas quando saímos do prédio, tínhamos imagens capturando cada célula com detalhes extraordinários.

A memória da água

Descobrimos que as folhas novas de árvores irrigadas uma vez eram diferentes das árvores continuamente irrigadas e das árvores de controle nunca irrigadas. As folhas realizam fotossíntese que alimenta a sobrevivência e o crescimento de uma árvore. Dentro delas, podíamos ver o legado da abundância de água passada, escrito no tamanho, formato e arranjo das células.

Lendo essa assinatura celular, observamos que, às custas de estruturas que promoviam produtividade, árvores anteriormente irrigadas mostravam todos os sinais de estresse hídrico crônico – ainda mais do que árvores nunca irrigadas. Em sua anatomia, vimos por que essas árvores que tiveram facilidade por 11 anos úmidos agora estavam crescendo lentamente.

Cada célula em uma folha vem com uma compensação. As árvores devem equilibrar os investimentos em fotossíntese rápida com outros que promovam a sobrevivência das folhas. Em vez de construir as células usadas para coletar luz solar e enviar açúcar para o resto da árvore, as folhas nas árvores que foram irrigadas mostraram todos os indícios de estresse por seca que poderíamos pensar em medir.

Depois de receber água extra por um período de 11 anos e depois perdê-la, as árvores estavam produzindo folhas novas e minúsculas que investiam principalmente em sua própria sobrevivência. As folhas eram estruturadas para se protegerem de insetos e da seca e para armazenar reservas de água. Comparadas com as folhas de árvores que nunca conheceram irrigação, essas pareciam estar no meio da seca do século.

Embora essa memória da água possa parecer negativa, ela provavelmente ajudou as árvores a “aprender” com as condições passadas para sobreviver em ambientes variáveis. As árvores anteriormente irrigadas não sabiam que os humanos tinham pregado uma peça nelas. Como árvores passando por mudanças climáticas, elas não tinham como saber que a água não voltaria.

Quando as árvores passam por um evento de seca, a recuperação pode significar atingir um estado de “novo normal ”, no qual elas estão preparadas para sobreviver à próxima seca, com células menores e menos vulneráveis e maiores reservas de energia para “economizar” para futuros períodos de seca. Elas podem ter raízes mais profundas ou um conjunto menor de folhas para sustentar, ajudando-as a se preparar para um ambiente instável.

Queríamos saber se o mesmo era verdade para árvores que tinham experimentado abundância de água. Elas estavam esperando em apuros que a água retornasse?

Tempos difíceis podem criar árvores resistentes

Em algumas florestas temperadas, como as que estudamos na Suíça, árvores velhas já conheceram níveis de abundância de água que agora se foram, graças às mudanças climáticas. Essa abundância passada pode ter bloqueado mudanças estruturais e epigenéticas nas árvores que são incompatíveis com o mundo mais seco de hoje. Se isso for verdade, então alguns dos eventos devastadores de mortalidade global de árvores de hoje podem ser, em parte, devido aos efeitos legados da abundância de água passada.

Na maioria das florestas temperadas do mundo, no entanto, a coorte atual de árvores florestais jovens – aquelas que brotaram nos últimos 15 a 20 anos – conseguiu se estabelecer sob condições que antes seriam consideradas secas crônicas. Essas árvores jovens, que sobreviveram a um período de seca sem fim, formarão as florestas do futuro.

No geral, nossas observações em Pfynwald nos deram algum espaço para esperança de que as árvores jovens que atualmente ocupam seu lugar em muitas florestas ao redor do mundo podem estar mais bem preparadas para lidar com o mundo como os humanos o moldaram. As mudanças climáticas nas últimas décadas as prepararam para tempos difíceis, sem a memória persistente da água.