Foi, Charles Darwin escreveu em 1879, “um abominável mistério”. Noutro lugar ele descreveu-o como “um fenómeno muito desconcertante”. Vinte anos após a publicação de sua obra seminal A Origem das Espécies, ainda havia aspectos da evolução que incomodavam o pai da biologia evolutiva. O principal deles era o problema floral.
Plantas florescentes de gardênias a gramíneas, lírios de água a trigo pertencem a um grupo grande e diverso chamado angiospérmicas. Ao contrário de quase todos os outros tipos de plantas, elas produzem frutos que contêm sementes. O que preocupou Darwin foi que as primeiras amostras no registro fóssil datavam todas do meio do período Cretáceo, cerca de 100 milhões de anos atrás, e elas vieram em uma variedade desconcertante de formas e tamanhos. Isto sugeriu que as plantas floríferas tinham experimentado uma explosão explosiva de diversidade muito pouco tempo depois das suas origens – o que, se for verdade, ameaçou minar todo o modelo de evolução gradual de Darwin através da selecção natural.
De facto, pesquisas publicadas recentemente revelaram que as angiospérmicas evoluíram relativamente gradualmente afinal de contas. No entanto, isto ainda deixa uma série de questões-chave. As cerca de 350.000 espécies conhecidas de plantas floridas constituem cerca de 90% de todas as espécies de plantas vivas. Sem elas, não teríamos nenhuma das nossas principais culturas, incluindo as utilizadas para alimentar o gado, e faltaria um dos mais importantes sumidouros de carbono que limpam as nossas emissões de dióxido de carbono. Como e de onde elas se originaram? E, talvez mais importante, por que eles se tornaram tão espetacularmente bem sucedidos?
Darwin era um indubitável especialista em origens. Os seus notáveis conhecimentos ajudaram a estabelecer uma estrutura para a forma como as novas espécies se formam – e ele foi inflexível ao afirmar que o processo era lento e gradual.
“Como a selecção natural actua apenas acumulando variações ligeiras, sucessivas e favoráveis, não pode produzir grandes ou súbitas modificações; só pode actuar por passos muito curtos e lentos”, escreveu ele em A Origem das Espécies.
Mas Darwin estava dolorosamente consciente de que havia aparentes excepções à sua regra lenta e constante. As angiospermas eram uma fonte particular de frustração. As angiospermas simplesmente não existiam durante a maior parte da história da Terra. As florestas primitivas eram povoadas por bizarras plantas primitivas como as árvores, intimamente relacionadas com os musgos do clube e os rabos de cavalo que são uma parte muito menor das comunidades vegetais de hoje. Mais tarde um grupo chamado ginospermas – plantas com sementes não fechadas, como as coníferas – assumiu o controle. E depois vieram as angiospermas.
No século XIX, cientistas como Adolphe-Théodore Brongniart começaram a reunir tudo o que era então conhecido sobre plantas fósseis. Trabalhos como este destacaram o facto de uma enorme variedade de angiospermas – muitas vezes chamadas de “plantas superiores” ou dicotiledóneas no século XIX – ter aparecido de repente em meados do período geológico Cretáceo.
O súbito aparecimento de plantas floridas era mais do que perplexo. Foi uma munição contra o modelo evolucionário de Darwin
” O aparecimento repentino de tantos Dicotyledons… parece-me um fenômeno muito perplexo para todos aqueles que acreditam em qualquer forma de evolução, especialmente para aqueles que acreditam em evolução extremamente gradual”, Darwin escreveu ao naturalista suíço Oswald Heer em 1875.
Ele estava bem ciente que o aparecimento repentino de plantas floridas era mais do que apenas perplexo. Ele também forneceu aos seus críticos munições contra o seu modelo evolucionário.
Darwin sugeriu uma solução, no entanto. Angiospermas, disse ele, podem ter evoluído gradualmente em uma região remota do mundo ainda inexplorada pelos cientistas. No meio do Cretáceo, algo fez com que eles se espalhassem para fora de sua terra natal e rapidamente se espalharam pelo mundo. Isto, argumentou Darwin, daria a impressão enganadora aos investigadores que trabalham na Europa e na América do Norte de que uma grande variedade de espécies de plantas floridas tinha evoluído ao mesmo tempo. Ciente da falta de evidências para sustentar sua teoria, Darwin a descreveu como “miseravelmente pobre”.
De fato, sua especulação provou ser parcialmente correta desde então. Angiospermas que antecedem o Cretáceo médio por dezenas de milhões de anos começaram a aparecer nas rochas da China. Mas Darwin não acertou inteiramente nos detalhes porque muito raras angiospermas precoces foram encontradas na Europa e nos EUA também.
“Nosso conhecimento aumentou muito desde o final do século 19”, diz Laurent Augusto no Instituto Nacional de Pesquisa Agrícola em Bordeaux, França. Os paleobotânicos podem ainda não concordar sobre exatamente onde e quando as plantas floridas evoluíram pela primeira vez, mas seu aparecimento no registro fóssil muito antes do que era conhecido anteriormente significa que elas não são mais um problema para a teoria da evolução gradual de Darwin. Outros debates sobre elas, especialmente em relação à sua espetacular diversidade, permanecem ativos, entretanto.
“Nosso mundo é um mundo de angiospermas”, diz Augusto. “Em muitos ecossistemas eles dominam em espécies e em biomassa – este domínio ecológico do angiospermas permanece inexplicável”
Pistas para as origens finais das plantas floríferas podem ser encontradas na Nova Caledônia, uma pequena ilha a cerca de 1.600 quilômetros a leste da Austrália. Aqui, por volta da época em que Darwin estava agonizando sobre seu problema de angiospermas, botânicos descobriram uma planta chamada Amborella. Um estudo cuidadoso ao longo do último século mostrou que ela é a única sobrevivente de um dos primeiros ramos da árvore evolucionária do angiospermas. Isto significa que a sua relação com todas as flores vivas é um pouco como a do ornitorrinco-bico-de-pato para todos os mamíferos vivos: pode parecer despretensiosa, mas a Amborella pode nos dizer mais do que até mesmo a orquídea mais elaborada sobre como as angiospermas evoluíram pela primeira vez.
No ano passado, a planta finalmente derramou alguns dos seus segredos. O Projeto Genoma de Amborella revelou uma versão preliminar do genoma da planta. As primeiras angiospermas devem ter evoluído de uma das espécies de gimnospermas que dominavam o mundo na época. O genoma de Amborella sugere que as primeiras angiospermas provavelmente apareceram quando o gimnospermas ancestral foi submetido a um evento de “duplicação do genoma inteiro” cerca de 200 milhões de anos atrás.
As flores têm sido uma característica determinante das angiospermas desde muito cedo na sua evolução
A duplicação do genoma ocorre quando um organismo ganha erroneamente uma cópia extra de cada um dos seus genes durante a divisão celular que ocorre como parte da reprodução sexual. O material genético extra dá aos organismos que duplicam o genoma o potencial de desenvolver novos traços que podem proporcionar uma vantagem competitiva. No caso das primeiras angiospermas, o material genético adicional dá às plantas o potencial de evoluir novas estruturas, nunca antes vistas – como as flores. A flora do mundo nunca mais seria a mesma.
Os resultados do genoma Amborella sugerem fortemente que as flores têm sido uma característica determinante das angiospérmicas desde muito cedo na sua evolução. Poderiam as próprias flores ajudar a explicar porque as angiospermas se tornaram tão diversas?
Darwin estava certamente aberto a essa possibilidade. Enquanto ele lutava com o problema colocado pelo aparecimento aparentemente repentino das angiospermas, ele recebeu uma carta de Gaston de Saporta, um biólogo francês que disse que a evidência aparente do registro fóssil do século 19 sugerindo que o grupo de plantas apareceu de repente não precisava ser um problema para a teoria de evolução gradual de Darwin. Ela simplesmente mostrou que as angiospermas eram uma exceção incomum à sua regra geral. Plantas floríferas e seus polinizadores de insetos evoluíram juntos, raciocinou Saporta, e esta ‘co-evolução’ levou ambos os grupos a diversificar invulgarmente rápido.
“Sua idéia … me parece esplêndida”, respondeu um entusiasta Darwin. “Fico surpreso que a idéia nunca me ocorreu, mas este é sempre o caso quando se ouve pela primeira vez uma nova e simples explicação de algum fenômeno misterioso”.
Mas a teoria se encontra em apuros hoje, diz Augusto. As primeiras angiospermas podem ter tido flores, mas agora sabemos pelos fósseis que essas primeiras flores eram muito claras – e provavelmente não tão atraentes para os polinizadores. Quando as flores grandes e ousadas que seduzem os insetos apareceram, as angiospermas já eram diversas.
Outra teoria, avançada por Frank Berendse e Marten Scheffer na Universidade de Wageningen na Holanda em 2009, repousa no fato de que as angiospermas são muito mais produtivas que as gimnospermas como as coníferas. Talvez eles simplesmente tenham superado as plantas rivais, crescendo mais rápido e devorando a maior parte dos nutrientes, sugeriram.
“Nosso trabalho foi para ser um pouco provocador”, diz Berendse, para encorajar botânicos e aqueles que estudam plantas fósseis a trabalharem mais juntos na explicação da espetacular ascensão das angiospermas.
Não há explicações simples para a diversidade e dominância ecológica das plantas floríferas
Na verdade, as duas já tinham começado a trabalhar juntas. No início de 2009, uma equipe liderada por Tim Brodribb na Universidade da Tasmânia em Hobart, Austrália, publicou o primeiro de uma série de artigos explorando a evolução do angiospermas através do exame de folhas fósseis. Eles descobriram que suas folhas ganharam muito mais veias durante o Cretáceo, o que lhes teria proporcionado mais água para fotossíntese, e lhes permitiu crescer mais rapidamente.
“Isso forneceu um apoio muito forte para nossas idéias”, diz Berendse. Mas como na hipótese da flor, os problemas permanecem com a teoria baseada em nutrientes. Por exemplo, enquanto as folhas de angiospermas individuais são mais eficientes na fotossíntese do que as agulhas de coníferas, as coníferas podem ser capazes de compensar porque suas agulhas coletivamente têm uma superfície muito maior do que a das folhas de uma árvore média de angiospermas.
Felizmente, não há explicações simples para a diversidade e dominância ecológica das plantas floríferas. “Muito provavelmente nenhuma teoria pode explicar o aumento maciço das angiospermas”, admite Berendse.
É mais provável, diz Augusto, que vários fatores tenham desempenhado um papel, sendo cada um mais ou menos importante em lugares e épocas específicas. Por exemplo, a teoria da produtividade de Berendse pode se aplicar nos cinturões tropicais, onde solos ricos podem dar aos angiospermas famintos de nutrientes uma vantagem vital sobre os gimnospermas, mas pode não explicar o que está acontecendo em regiões com solos pobres, onde os angiospermas são potencialmente famintos dos nutrientes que necessitam. E as flores simples de angiospermas precoces podem ter feito pouco pela evolução do grupo, mas quando flores elaboradas finalmente apareceram, provavelmente ajudaram a impulsionar o grupo vegetal a tomar conta do mundo.
Isto é, se elas realmente tomaram conta do mundo. Pode parecer estranho sugerir o contrário quando há algo como 350.000 espécies de angiospermas conhecidas e não muito mais do que 1000 gimnospermas, a maioria das quais são coníferas. Mas há mais para o sucesso do que a diversidade, diz Brodribb. Muitas das poucas espécies de coníferas que sobrevivem são superabundantes.
“No hemisfério norte, as coníferas dominam a vasta zona boreais e grande parte da zona temperada”, diz Brodribb. Ele acrescenta que as angiospermas não se tornaram ecologicamente dominantes em muitas dessas regiões. Isso pode ser porque os solos são pobres demais para estabelecer uma vantagem nutricional, de acordo com as idéias de Berendse, ou talvez seja porque as temperaturas caem demais para que sobrevivam. Mas por que mesmo em 350.000 tentativas as angiospermas não encontraram espécies que possam superar esses problemas e competir com aquelas coníferas do norte é outro mistério por resolver.
No hemisfério norte as coníferas governam
Os cientistas vegetais de hoje têm, compreensivelmente, um melhor controle sobre as origens das plantas floridas do que Darwin, mas ainda estão lutando para explicar a diversidade do grupo, e por que, apesar disso, ele não se tornou dominante em algumas partes do mundo.
Augusto, pelo menos, está confiante de que as respostas serão eventualmente encontradas, em parte porque estes mistérios continuam a fascinar os pesquisadores. E embora haja pouca dúvida de que este fascínio deriva em parte da importância ecológica e econômica das angiospermas hoje em dia, talvez também se deva em parte a Darwin e ao seu caminho com as palavras. “Eu acho que a citação ‘abominável mistério’ contribui para o interesse geral das angiospermas”, acrescenta Augusto.