Método com inteligência artificial identificou variações na diversidade de gramíneas preservadas no fundo de um lago do Quênia.
Grãos de pólen que pareciam indistinguíveis ao microscópio comum passaram a funcionar como registros de mudanças ambientais ocorridas ao longo de 25 mil anos. A descoberta foi possível porque pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign combinaram microscopia de super-resolução e aprendizado de máquina para analisar fósseis de gramíneas preservados no sedimento de um lago no monte Quênia, na África Oriental.
O estudo, publicado em 5 de outubro de 2026 na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, não identifica cada espécie individualmente. O avanço está em estimar com maior precisão a diversidade de gramíneas presente em uma amostra e separar grupos conhecidos como C3 e C4, que realizam a fotossíntese de maneiras diferentes.
Uma superfície quase invisível guardava a diferença
O problema enfrentado pelos cientistas começa na aparência. Ao contrário de muitos pólens de plantas com flores, que exibem espinhos, sulcos ou poros fáceis de comparar, os grãos produzidos por diferentes gramíneas têm formas muito semelhantes. A microscopia óptica tradicional, por isso, não conseguia revelar detalhes suficientes para classificá-los com segurança.
“Como paleobotânicos e paleontólogos, estamos restritos à morfologia dos grãos de pólen, que são uma das principais partes da planta que podem ser fossilizadas”, afirmou Surangi Punyasena, professora de biologia vegetal da universidade e líder do trabalho, segundo a instituição.
Em um único centímetro cúbico de sedimento podem existir milhares ou até milhões de fósseis de pólen. O volume de informação é grande, mas a análise manual se torna limitada pela capacidade humana de observar e comparar pequenas diferenças. A microscopia eletrônica amplia esse nível de detalhe, porém exige mais tempo, trabalho e recursos.
Como a inteligência artificial leu os grãos
A equipe utilizou uma técnica de super-resolução que registra a luz espalhada pela superfície do pólen e calcula a origem desse sinal. O resultado se aproxima do nível de detalhe obtido por microscopia eletrônica, mas com um processo mais rápido e acessível para grandes conjuntos de imagens.
Nas fotografias, os pesquisadores encontraram diferenças discretas no desenho da superfície dos grãos e na espessura de suas paredes celulares. Marc-Élie Adaimé, então estudante de doutorado e hoje pesquisador de pós-doutorado no Smithsonian, treinou um modelo de aprendizado de máquina com imagens de espécies de gramíneas já conhecidas.
O sistema usou redes neurais convolucionais, uma arquitetura desenvolvida para reconhecer padrões visuais. Em vez de receber regras prontas sobre o que deveria procurar, o modelo aprendeu associações nas imagens de referência e aplicou esse conhecimento a novas amostras.
Os testes com misturas cuja composição era conhecida mostraram que o método calculava estimativas próximas da diversidade real. Isso indica que a ferramenta pode transformar características microscópicas difíceis de perceber em dados comparáveis entre diferentes períodos e locais.
O que aconteceu durante a última era glacial
Depois de validar o modelo, os pesquisadores analisaram um testemunho de sedimento retirado do fundo de um lago no monte Quênia. O material funciona como uma sequência temporal: camadas mais profundas correspondem a períodos mais antigos, enquanto as superiores registram momentos mais recentes.
A diversidade de pólen de gramíneas caiu de forma significativa durante a última era glacial, especialmente entre 21 mil e 18 mil anos atrás. Esse intervalo coincide com o Máximo Glacial, fase mais fria e rigorosa do último ciclo glacial, quando as concentrações de dióxido de carbono na atmosfera também eram muito baixas.
Com a passagem do tempo, a diversidade aumentou junto com a elevação das temperaturas e dos níveis de dióxido de carbono. Segundo a Universidade de Illinois Urbana-Champaign, o registro do lago no monte Quênia mostra que a diversidade das gramíneas foi menor entre cerca de 21 mil e 18 mil anos atrás, durante o período mais frio do último ciclo glacial.
O resultado não significa que temperatura e gás carbônico expliquem sozinhos toda a mudança observada. Eles fazem parte do contexto ambiental associado ao registro, enquanto outros fatores locais, como disponibilidade de água, solo e perturbações na paisagem, também podem ter influenciado a composição da vegetação.
C3 e C4 contam histórias diferentes
O modelo também conseguiu distinguir gramíneas C3 de C4. A classificação se refere ao caminho químico usado pelas plantas para concentrar dióxido de carbono durante a fotossíntese. Em geral, espécies C4 aproveitam o gás de forma mais eficiente e apresentam maior eficiência no uso da água, características que podem favorecer sua permanência em determinados ambientes quentes ou secos.
No registro do Quênia, a proporção de gramíneas C4 foi maior no trecho final da era glacial e diminuiu gradualmente depois. As gramíneas C3 passaram a representar uma parcela maior à medida que o clima esquentou e os níveis de dióxido de carbono subiram.
Os autores levantam uma hipótese para explicar parte dessas diferenças. Como espécies C4 costumam concentrar mais biomassa nas raízes e produzir folhas menos densas que espécies C3, elas talvez também invistam menos recursos em cada grão de pólen. Isso poderia resultar em paredes mais finas e padrões superficiais menos complexos. Há indícios compatíveis com a ideia, mas são necessários novos estudos para confirmá-la.
Por que a técnica interessa à Amazônia
Gramíneas estão presentes em áreas de savana, campos naturais, pastagens e cultivos de todos os países amazônicos. No Brasil, o estudo pode ajudar a ampliar o interesse por registros de pólen preservados em sedimentos de áreas de transição entre floresta, campos e savanas, desde que a técnica seja testada nessas condições.
A conexão regional ainda é uma possibilidade de pesquisa, não um resultado obtido neste trabalho. A amostra analisada veio do Quênia, e o artigo não apresenta dados de ambientes amazônicos. Mesmo assim, uma ferramenta capaz de recuperar sinais de diversidade em fósseis muito semelhantes pode ser útil para investigar como paisagens da Amazônia mudaram antes dos registros instrumentais e históricos.
Essa perspectiva é relevante porque as gramíneas estão entre as plantas mais importantes para a alimentação humana. Trigo, arroz, milho, cevada, sorgo e milheto pertencem ao grupo. Os pesquisadores também lembram que as gramíneas de ambientes abertos surgiram relativamente tarde na história da Terra, embora seus ancestrais já estivessem presentes no Eoceno, há cerca de 40 milhões de anos, e algumas tenham sido domesticadas há aproximadamente 12 mil anos.
O que ainda precisa ser testado
O método ainda não substitui a identificação botânica tradicional e não informa automaticamente qual espécie está presente em cada grão. Sua função atual é estimar a diversidade de uma mistura e reconhecer a proporção entre os grupos C3 e C4.
Os próximos trabalhos devem aperfeiçoar o modelo e ampliar sua aplicação para pólens e esporos de outras plantas terrestres. A expectativa dos pesquisadores é usar essas pistas microscópicas para reconstruir com mais rapidez a história ecológica das formações vegetais e investigar, no futuro, aspectos da evolução das gramíneas.
O artigo científico está disponível na página da Proceedings of the National Academy of Sciences.
Com informações da Universidade de Illinois Urbana-Champaign.
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