Raízes profundas ajudaram o milho a conquistar a Mesoamérica

Raízes mais profundas e eficientes surgiram durante a domesticação do milho no Vale de Tehuacán, no México, segundo estudo de pesquisadores da Penn State University.

A pesquisa combinou análises genéticas de amostras arqueológicas, dados paleoclimáticos e simulações digitais de crescimento de raízes para entender como o milho se adaptou a ambientes agrícolas em transformação ao longo dos últimos 18 mil anos.

Domesticação influenciada pelo ambiente

O milho (Zea mays) foi domesticado a partir do teosinto por volta de 9 mil anos atrás. Durante esse processo, mudanças nas raízes da planta foram fundamentais para sua adaptação.

Os cientistas observaram três modificações principais: aumento no número de raízes seminais (SRN), redução no número de raízes nodais (NRN) e desenvolvimento de esclerênquima cortical multisseriado (MCS), uma estrutura que reforça as raízes.

Com o uso do modelo OpenSimRoot, os pesquisadores simularam o crescimento das raízes em diferentes períodos históricos, levando em conta mudanças no clima, na composição do solo e nas práticas agrícolas como a irrigação. A modelagem ajudou a estimar quando e por que essas modificações ocorreram.

Mudanças ambientais

Entre 12 mil e 8 mil anos atrás, os níveis de dióxido de carbono aumentaram. Isso favoreceu a seleção de raízes com menos NRN e com MCS, promovendo maior profundidade do sistema radicular.

Por volta de 6 mil anos atrás, com a introdução da irrigação no Vale de Tehuacán, a distribuição de nitrogênio no solo mudou: passou do topo para camadas mais profundas. Esse processo coincidiu com o surgimento de solos degradados por cultivo intensivo e erosão.

As simulações demonstraram que raízes com menos NRN e com MCS exploram melhor o solo profundo. A combinação dessas duas características começou a proporcionar vantagens competitivas para o milho já por volta de 8 mil anos atrás.

Aumento de raízes seminais

Apesar de o peso das sementes de milho já ser suficiente para sustentar raízes seminais adicionais há 6 mil anos, os dados genéticos apontam que o aumento de SRN ocorreu por volta de 3.500 anos atrás.

O período coincide com crescimento populacional na região, aumento da dependência da agricultura e degradação do solo. As raízes seminais, que utilizam reservas da semente para crescer, são vantajosas em solos pobres em nitrogênio e fósforo.

O estudo analisou a frequência de variantes genéticas associadas à SRN em amostras antigas de milho. Os genes Zm00001d021572 e BIGE1, por exemplo, mostraram variações típicas de milho moderno apenas em amostras posteriores a 3.500 anos antes do presente.

Cenários passados e futuros

A equipe simulou o desenvolvimento de raízes de teosinto, milho moderno e híbridos intermediários em diferentes ambientes do passado e também em cenários futuros.

No passado, o teosinto apresentava melhor desempenho entre 18 mil e 10 mil anos atrás. A partir de 8 mil anos, o milho com raízes profundas passou a ser mais eficiente, especialmente em ambientes irrigados e com solos degradados.

No cenário futuro, as raízes do milho tendem a crescer ainda mais, cerca de 30 cm mais profundas, em resposta à maior escassez de água no solo.

Sequência evolutiva confirmada

As simulações apontaram a seguinte sequência provável de evolução das raízes: primeiro, a redução no número de NRN e o surgimento do MCS (entre 12 mil e 8 mil anos), depois o aumento no peso das sementes (cerca de 6 mil anos), e por fim, o aumento de SRN (3.500 anos).

Nitrogênio foi identificado como o fator ambiental mais determinante para o sucesso das raízes modernas. As adaptações radiculares permitiram que o milho aproveitasse melhor o nitrogênio em profundidade, especialmente em solos empobrecidos por práticas agrícolas antigas.

Contribuição metodológica

Este é um dos primeiros estudos a usar modelagem funcional-estrutural tridimensional para reconstruir a evolução de raízes de plantas cultivadas. A abordagem permitiu simular ambientes antigos e testar a performance de diferentes combinações de raízes que já não existem em populações vivas.

Com base em dados de DNA antigo, perfis de solo, registros arqueológicos e clima reconstruído, o trabalho mostra como inovações radiculares emergiram como resposta à agricultura primitiva e às mudanças ambientais na Mesoamérica.

Outras informações em doi.org/10.1111/nph.70245