A fotossíntese vista do espaço

24 de julho de 2013

Cientistas da NASA estabeleceram uma nova maneira de utilizar satélites para medir o que acontece dentro das plantas a nível celular

Plantas crescem e prosperam através da fotossíntese, um processo que converte a luz do Sol em energia. Durante a fotossíntese, as plants emitem o que se chama de fluorescência – uma luz invisível a olho nu, porém detectável pelos satélites que orbitam a centenas de quilômetros acima da Terra. Os cientistas da NASA conseguiram estabelecer um processo para transformar esses dados dos satélites em mapas globais do fenômeno sutil com um detalhe sem precedentes.

Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center

 

Plantas saudáveis usam a energia da luz do Sol para realizar a fotossíntese e re-emitem parte dessa luz na forma de um brilho tênue porém mensurável. Em essência, uma abundante fluorescência indica uma ativa fotossíntese e uma planta saudável, enquanto que pouca ou nenhuma fluorescência indica que a planta está estressada ou morrendo. Mapas desse fenômeno dão aos cientistas um vislumbre direto da saúde das plantas.

Os novos mapas – produzidos por Joanna Joiner do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, e seus colegas – anunciam um aumento de 16 vezes na resolução espacial e de 3 vezes na resolução temporal maiores do que os mapas de prova-de-conceito apresentados em 2011, obtidos de outro instrumento de satélite. Melhores medições globais podem ser úteis para fazendeiros interessados em indícios antecipados de estresse sobre colheitas e para ecologistas que procuram compreender melhor os processos globais da vegetação e dos ciclos de carbono.

“Pela primeira vez, somos capazes de mapear em escala global as mudanças da fluorescência no espaço de um único mês”, diz Joiner. “Isto nos permite usar a fluorescência para observar, por exemplo, a variação da duração da estação do crescimento”.

A dinâmica da vegetação, inclusive a migração em direção ao Norte durante a primavera no Hemisfério Norte, já é observada indiretamente por dados de satélites usados para medir a “verdejância” da luz refletida pela superfície da Terra. As medições da fluorescência complementam aquelas medições, fornecendo informações imediatas sobre a produtividade das plantas. Por exemplo, os pesquisadores observaram plantas que começavam a caducar, antes que suas folhas mudassem de cor. Da mesma forma, foram capazes de detectar o crescimento antecipado das plantas durante a primavera quente de 2012.

Esses mapas se tornaram possíveis devido ao desenvolvimento de uma nova maneira de identificar o tênue sinal de fluorescência coletado pelo Instrumento nº 2 de Monitoramento de Ozônio Global (Global Ozone Monitoring Instrument 2 = GOME-2) no Metop-A, um satélite meteorológico Europeu. A aquisição da medição é complicada pela mistura dos sinais de fluorescência com o da luz solar refletida pela superfície e pela camada de nuvens da Terra, e pela absorção da luz solar pelos gases da atmosfera.

 

diagram of the chloroplasts inside plant cells and how they convert sunlight to energy
O mecanismo dentro dos cloroplastos das células das plantas converte a luz do Sol em energia, emitindo fluorescência durante o processo. Os cientistas podem detectar a “digital” da fluorescência a partir dos dados coletados pelos satélites.
Crédito da imagem: NASA Goddard’s Conceptual Image Lab/T. Chase

 

Para identificar a fluorescência, Joiner e seus colegas tiraram vantagem do fato de que cada um desses sinais tem sua própria e inconfundível assinatura espectral, tal como uma impressão digital – o que permite distinguir os da fluorescência dos da superfície da Terra ou da atmosfera. Basta encontrar a “digital” da fluorescência e os cientistas serão capazes de expurgar os dados dos demais tipos de luminescência.

O expurgo das influências atmosféricas foi uma das complexidades ausentes da pesquisa pioneira de 2011, quando Joiner e seus colegas produziram os primeiros mapas globais que comprovaram o conceito da medição global da fluorescência das plantas do espaço. Esse primeiro estudo se apoiou em dados obtidos por um espectrômetro a bordo do Satélite de Observação de Gases de Efeito-estufa (Greenhouse Gases Observing Satellite =GOSAT), um satélite japonês. Os pesquisadores analisaram uma seção incomumente escura da parte infravermelha do espectro solar, onde há pouca luz de fundo, o que torna possível distinguir o fraco sinal da fluorescência.

A despeito das complexidades, o novo processo permite medições mais frequentes, capazes de produzir mapas com maior resolução. As observações anteriores com o GOSAT dependiam da média dos dados de áreas de 200 km² a cada mês. Agora, com o GOME-2, os cientistas tiram a média dos dados de áreas com apenas 50 km² a cada 10 dias. O estudo foi publicado online para revisão em abril em Atmospheric Measurement Techniques.

“As amostragens mais precisas e frequentes são valiosas, permitindo nos concentrarmos nas regiões com os sinais de fluorescência mais fortes”, explica Joiner. “Nossos dados indicam que as áreas agrícolas do meio-oeste dos Estados Unidos são das terras mais produtivas do mundo. E agora também podemos fazer a correlação entre nossos dados de medição de fluorescência por satélites e as observações das torres de medição de dióxido de carbono absorvido pelas plantas”.

A pesquisa também pavimenta o caminho para estudos de fluorescência com base em medições de futuras observações atmosféricas ou específicas de fluorescência. Tais observações podem vir do Observatório Orbital de Carbono n° 2 da NASA (Orbiting Carbon Observatory-2), uma missão destinada a medir dióxido de carbono, cuja previsão de lançamento é para julho de 2014, e a missão da Agência Espacial Européia, Exploradora de Fluorescência, que pode ser lançada a partir de 2015 até o final da década.

 

Discussão - 5 comentários

  1. Marcos David disse:

    Professor, eu tenho uma dúvida... Já faz muito tempo que estudei embriologia vegetal mais eu me lembro que as algas presentes no mar também utilizam do mesmo processo da fotossíntese. Existe algum motivo para que nos mapas apresentados com as emissões de luz fluorescente as algas tenham sido desconsideradas ?

    • João Carlos disse:

      Me ocorrem, de pronto, dois motivos. O primeiro é que a água provavelmente dificulta a análise dos sinais da fluorescência originados pelas algas. O Segundo é que o interesse da equipe esteja direcionado para a agricultura.
      Obrigado por seu oportuno comentário

  2. Marcos David disse:

    Compreendi, porém ao ler a sua resposta uma coisa me incomoda, pois me lembro daquelas velhas afirmações dizendo que a floresta amazônica era o pulmão do mundo e blá blá blá, com certeza você já ouviu isso também, e em outra frente os cientistas diziam: Não, a floresta amazônica não é o pulmão do mundo e sim as algas etc etc... Dado que a segunda afirmação pelo menos pra mim é mais racional, acredito que seria um equivoco desconsiderar as algas desta analise...
    Talvez o video seja uma concepção artística afim de não se divulgar, mesmo que rapidamente, os reais dados coletados para não prejudicar os produtores de milho norte americanos rs. Mais valeu o post, gostei muito. Obrigado também pela rápida e satisfatória resposta ! Um abraço

    • João Carlos disse:

      Esse detalhe (sobre o milho americano) pode ter realmente muito a ver. Pode, inclusive, ser que os dados referentes às algas sejam também coletados, mas não convém divulgá-los. Eu não creio que cientistas sejam coniventes com conspirações, mas às vezes não depende deles.
      Por outro lado, seria tapar o Sol com uma peneira, já que outro fato bem conhecido (e divulgado pela NOOA) é que a maior parte do CO2 é absorvido pelos oceanos e isso se reflete na superprodução de algas que vem sendo observada.
      Um abraço.

  3. Marcos David disse:

    A grande questão em relação a conspiração não são os cientistas ao meu ver e sim a NASA. O protecionismo agrícola americano é muito forte e vem do alto escalão do governo, no mesmo patamar de onde são solicitadas este tipo de pesquisas com orçamentos milionários. Pena que poucas informações deste tipo pesquisa cheguem em nossas mãos pois questões como está que você levantou em relação a super população de algas "retroalimentadas" ou "superalimentadas" pelas nossas altas emissões de CO2 poderiam ser levantadas e quem sabe respondidas e acredito que daríamos um grande passo na temática do aquecimento global.

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