Como o carbono é alocado em uma planta? A resposta a essa pergunta pode depender da escala que você está olhando. No passado, isso significava que a resposta, de alguma forma, dependia de como você fazia a pergunta. MuSCA, um modelo de alocação de carbono fonte-sumidouro multiescala produzido por Francesco Reyes e colegas, é um novo modelo que pode funcionar em várias escalas.

Por que você precisaria de um modelo, quando pode olhar para uma planta real? Como explicou Francesco Reyes, o modelo é usado para ver se você entende o que está acontecendo em uma fábrica. “Modelos de planta são representações simplificadas de algumas características ou funcionamento da planta. Os escopos desses modelos podem ser verificar se nosso conhecimento sobre o funcionamento da planta é consistente com a realidade e prever as respostas da planta em resposta a condições e manejo ambientais variáveis. Ao representar uma planta em um modelo, você pode optar por descrever a planta em uma resolução maior ou menor. A estrutura da planta pode ser descrita de forma grosseira, por exemplo, uma sequência do eixo principal ou com mais detalhes, por exemplo, identificando cada folha, entrenó ou fruto.”

“Apesar de vários modelos de alocação de carbono existentes na literatura, cada um deles representa a estrutura da planta de uma forma diferente. Já os resultados do modelo vegetal são influenciados tanto pela forma (de forma simplista a “resolução”) com que a estrutura vegetal é descrita quanto pela descrição dos processos fisiológicos. O modelo de alocação de carbono multiescala que criamos nos permite desvendar os efeitos desses dois fatores. Isso porque nos permitirá usar o mesmo conjunto de regras fisiológicas ao descrever a mesma planta em diferentes escalas espaciais, definidas pelo usuário.”

A escala pode ser importante, pois os detalhes têm um custo em tempo computacional. O Dr. Reyes disse que o MuSCA permite que o usuário avalie melhor a quantidade de detalhes de que precisa. “A topologia da planta é recentemente discretizada com base nas regras fornecidas pelo usuário para agrupar metâmeros da planta em outros mais grosseiros (por exemplo, eixo principal ou brotos, ….). Isso é seguido por um recálculo das distâncias entre os componentes da planta recém-definidos, que serão usados ​​para calcular o movimento de carbono das folhas para os outros órgãos”.

Alternar entre uma escala e outra não é simples, e o modelo deu bastante trabalho para torná-lo confiável. “Os primeiros resultados foram bem diferentes dos nossos finais. Foi preciso muito trabalho para obter um modelo que representasse consistentemente a alocação de carbono em diferentes escalas espaciais. As interações entre a discrição de uma topologia de planta e as regras de fluxo de carbono não são triviais.”

O resultado do ajuste significa que o modelo está configurado para replicar uma determinada variedade de maçã, mas é flexível, disse o Dr. Reyes. “O modelo é calibrado para a cultivar fuji de macieira, mas sua estrutura e módulos não são específicos da espécie. Basta recalibrar alguns módulos (principalmente curvas de crescimento potencial máximo e fotossíntese) para adaptá-lo a uma espécie de árvore diferente. O modelo é totalmente independente da planta individual. A estrutura individual da planta, as distribuições de frutas e folhas são entradas, e o modelo opera sobre elas para produzir uma saída.”

Embora o modelo seja principalmente para fins de pesquisa, ele pode ser usado para responder a perguntas sobre a influência da distribuição de frutas em uma árvore no tamanho da colheita, o que pode ser muito importante para um produtor.

“Em um sentido amplo, este modelo nos faz refletir sobre o fato fundamental de que, como qualquer modelo é uma simplificação da realidade, nenhum modelo é totalmente correto”, disse o Dr. Reyes. “Simplificações erradas ou excessivas da realidade em modelos mentais (ou matemáticos) podem levar a distorções importantes na maneira como podemos interpretar e interagir com o mundo real.”

“Este modelo pode ajudar a comunidade de pesquisa a definir diretrizes para a representação de estruturas vegetais no domínio de modelagem de plantas fonte-sumidouro. Questões como a topologia específica da planta pode interagir com a escolha de uma escala espacial específica também podem levar a pesquisas relevantes.”

No entanto, a pesquisa também pode ter relevância muito além da botânica, disse o Dr. Reyes. “O formalismo multi-escala para redescretizar a topologia da planta e avaliar as distâncias entre os componentes topológicos, aqui usado para o movimento de carbono, também pode ser usado em outros domínios (por exemplo, logística?), pois está relacionado a uma estrutura topológica geral, e não necessariamente a uma planta”.

“É uma loucura viajar por uma estrutura de planta teórica governada por regras matemáticas não lineares enquanto questionamos se a planta realmente se comportaria da mesma forma na realidade”, disse o Dr. Reyes. Outros pesquisadores que desejam trabalhar com o modelo devem ser capazes de fazê-lo com um pouco de treinamento, acrescentou.