O poder da flor: forma, cor, perfume… e SEXO!

Desde os tempos ancestrais, os humanos demonstraram profunda ligação emocional e cultural com estruturas florais bonitas, coloridas e cheirosas. Mas… O que faz uma flor? Esta Pílula Botânica aborda esta questão fascinante introduzindo brevemente o ABC do desenvolvimento das flores e apresentando insights recentes sobre as funções reais de órgãos florais específicos.

Evidências arqueológicas revelaram que os primeiros humanos usavam flores em seus rituais e civilizações gloriosas do passado adotaram padrões florais em suas decorações. Durante milénios, as flores também foram apreciadas pelas suas propriedades farmacêuticas, conforme relatado em antigas receitas da medicina tradicional na China ou em práticas ayurvédicas na Índia. Ainda hoje, as flores estão sempre presentes nas práticas espirituais e cerimónias religiosas para celebrar acontecimentos essenciais da vida, desde o nascimento até aos funerais.

MAS SABEMOS REALMENTE O QUE É UMA FLOR?

A flor é uma inovação chave que apareceu pela primeira vez há 100-150 milhões de anos (MYA) em plantas superiores da linhagem das angiospermas (Pílula Botânica “A evolução das plantas terrestres”). A sua origem repentina e rápida diversificação no planeta Terra têm intrigado os cientistas desde as primeiras teorias sobre a evolução: Senhor Charles Darwin cunhou o termo "o abominável mistério”para plantas com flores, uma vez que as considerava uma exceção à evolução gradual dos organismos (“natureza não facit saltum”) devido à falta de evidências de espécies intermediárias entre gimnospermas e angiospermas.

Conseguirão os cientistas resolver o “mistério abominável” de Darwin sobre a explosão das angiospermas? - YouTube

Surpreendentemente, o desenvolvimento de estruturas florais complexas revelou-se essencial para reprodução sexual bem sucedida que contribuiu para a explosão do mais diverso grupo de plantas terrestres, que atualmente constitui quase 90% da flora terrestre.

O ABC da FORMAÇÃO DE FLOR

As flores são estruturas vegetais especializadas compostas por quatro órgãos principais, cada um desempenhando uma função específica, que se desenvolvem em anéis concêntricos chamados verticilos. Apesar da grande diversidade de estruturas florais existentes na natureza, a arquitetura das flores é bem conservada entre as diferentes espécies: todos os órgãos florais são originários do meristema floral (ou seja, um conjunto de células pluripotentes do ápice do caule que diferencia as unidades reprodutivas) seguindo uma organização semelhante. 50 anos de pesquisa sobre a base molecular do desenvolvimento das flores revelaram que a formação das estruturas florais está sob estrito controle genético: genes específicos – chamados genes homeóticos florais – são ligados/desligados no meristema floral seguindo padrões espaciais e temporais precisos, transformando assim células indiferenciadas em sépalas, pétalas, estames e pistilos especializados. Mas como?

Durante décadas, os cientistas de plantas estudaram mutantes do organismo modelo Arabidopsis thaliana (Pílula Botânica “O rato de laboratório do botânico”) que mostrou a conversão de um órgão floral em outro (ou seja, transformações homeóticas florais) e descobriu que essas “flores estranhas” eram causadas por mutações em genes reguladores que determinam a identidade de diferentes órgãos florais (detalhes em desenvolvimento da flor).

Nos 1990s, investigadores Enrico S. Coen e Elliot M. Meyerowitz propôs um simples Modelo ABC explicar os processos complexos subjacentes à formação da flor (Figura 1): genes de classe A estão ativos em verticilos externos para especificar sépalas e pétalas; os genes da classe B estão ativos em verticilos intermediários para especificar pétalas e estames; e os genes da classe C estão ativos em verticilos internos para especificar estames e pistilos.

Desde então, grupos independentes em todo o mundo têm utilizado uma ampla gama de técnicas moleculares e Sequenciamento de próxima geração para decifrar a complexa rede de genes que regulam o desenvolvimento das flores e descobriu que os principais fatores reguladores atuam e interagem em diferentes espirais para ativar/desativar milhares de genes-alvo que constituem um órgão floral específico.

VARIAÇÕES NAS PLANTAS COM FLORESCÊNCIA (E NÃO FLORAÇÃO)

Embora a grande maioria das angiospermas forme flor perfeita (ou seja, flores hermafroditas com órgãos reprodutivos masculinos e femininos), uma porcentagem menor forma vigor flor (sem pistilos) ou pistilado flores (sem estames).

Surpreendentemente, várias plantas de jardim incríveis foram selecionadas ao longo do tempo para modificações incomuns em seus órgãos florais (Figura 2), causada em última análise por alterações no padrão de expressão dos genes ABC.

Curiosamente, alguns genes homeóticos florais também são expressos em espécies pertencentes à linhagem Gimnosperma, plantas sem flores que produzem cones masculinos ou femininos (mas não flores). Essas plantas com sementes não possuem genes A, mas expressam genes B nos órgãos reprodutivos masculinos e genes C nas estruturas (ou cones) masculinas e femininas. Outras plantas terrestres que apareceram no início da evolução, como as briófitas (por exemplo, Fiscomitrio) e licófitas (por exemplo, Selaginela), carecem completamente de genes ABC e não formam órgãos florais.

A VIDA SEXUAL DAS PLANTAS COM FLORES

A reprodução sexuada ocorre por meio da autopolinização (isto é, a fusão de gametas masculinos e femininos produzidos por plantas individuais) em espécies autógamas, mas através da polinização cruzada (ou seja, a fusão de gametas masculinos e femininos produzidos por plantas diferentes) em espécies alógamas (Figura 3). Nesta última categoria de plantas, este processo é facilitado por vetores que transferem pólen de uma planta para outra (da mesma espécie ou de espécie compatível). Portanto, a famosa citação “Éramos três neste casamento, então estava um pouco lotado” pode ser facilmente aplicado a espécies alógamas! O 'terceiro componente' pode ser um elemento natural – incluindo a gravidade, o vento e a água – ou outro organismo vivo – como insetos, pássaros, mamíferos ou até mesmo humanos (basta pensar em Gregor Mendel cruzando diferentes plantas de ervilha em seu jardim!) .

A REAL FUNÇÃO DAS FLORES LINDAS

As plantas com flores desenvolveram estratégias inteligentes para atrair animais visitantes, garantindo assim o seu sucesso reprodutivo. A cor das pétalas e o aroma floral estão entre as características florais mais estudadas que impactam a atratividade das flores para polinizadores animais, conforme relatado em um estudo questão especial da revista científica Fisiologia plantar.

As infinitas possibilidades de paleta de cores florais contam com a combinação de apenas 4 tipos de pigmentos – clorofilas (verde), carotenóides (amarelo-laranja), antocianinas (laranja-magenta-azul) e betalaínas (amarelo-vermelho) – que também desempenham papéis essenciais na fotossíntese, proteção UV e resposta ao estresse.

A cor de uma flor é o resultado de processos biológicos complexos, controlados a nível molecular e bioquímico. Na verdade, os factores reguladores modulam a actividade de enzimas metabólicas especializadas que produzem pigmentos nas pétalas. Por exemplo, os fatores da classe B da Arabidopsis desligam os “genes fotossintéticos” no segundo verticilo das flores em desenvolvimento, resultando em pétalas brancas. Além disso, a variação nos genes que codificam fatores reguladores e/ou componentes das vias biossintéticas geram enorme diversidade na pigmentação floral entre espécies planas. É o caso das tulipas que geralmente produzem pigmentos amarelos ou vermelhos, mas podem formar pétalas variadas se um gene regulador da antocianina sofrer mutação.

No entanto, a forma como uma cor é vista também depende da interação entre flores e animais. Na verdade, as flores refletem seletivamente alguns comprimentos de onda enquanto absorvem outros, enquanto os animais percebem comprimentos de onda diferentemente, dependendo de seus fotorreceptores. Por exemplo, uma flor vermelha reflete o vermelho, mas absorve o azul, o amarelo e o verde; esta flor pareceria vermelha para os humanos, mas preta para os insetos sem esse tipo de fotorreceptores!

Por outro lado, a ampla gama de fragrâncias florais surgem de misturas complexas de compostos orgânicos voláteis (COVs, em resumo) produzidos em órgãos florais – que podem atrair polinizadores úteis ou repelir animais nocivos. Buquês florais únicos resultam da combinação de vários metabólitos pertencentes a quatro categorias principais: terpenóides (por exemplo, limoneno, mirceno), fenilpropanóides (por exemplo, ácido benzóico), ácidos graxos (por exemplo, jasmonatos, Pílula botânica nº 2) e aminoácidos (por exemplo, derivados da fenilalanina). 

Tal como a cor da flor, o aroma floral é controlado por factores reguladores e vias bioquímicas especializadas que conduzem à produção de COV – cuja emissão varia dependendo da fase de desenvolvimento da planta, do ciclo dia/noite (ritmo circadiano) e das condições ambientais.

No entanto, nem todas as flores têm cores brilhantes ou fragrâncias excitantes para os humanos… basta pensar Amorphophallus titanum qual “flor cadáver”, considerada a mais feia do mundo (Figura 4), assemelha-se a carne podre para atrair insetos carniceiros específicos que medeiam a polinização!