Os segundos mensageiros candidatos a agirem durante o alagamento seriam os níveis de ATP, o declínio no pH citossólico (provavelmente causado pelo acúmulo de lactato) e as aquaporinas (Tournaire-Roux et al. 2003). Esses autores propõem que um período de anóxia faz com que haja acidose (diminuição do pH) citossólica, evento que sinaliza a expressão que inibe a produção das aquaporinas, um dos subgrupos dentro da classe das Intrinsic Membrane Proteins - IMPs responsável pelo transporte de água através de membranas. Essas proteínas, supostamente, seriam responsáveis por mediar a inibição do transporte de água pelas raízes.
Foi observado que o controle da queda do pH citosólico é promovido pelo balanço entre a produção de lactato e etanol. O acúmulo de lactato sob baixas concentrações de O2 ocorre antes da produção de etanol nas raízes, quando há uma queda no pH de 7,5 para 6,8. Esse declínio favorece o ótimo catalítico da piruvato-descarboxilase que modula a produção de lactato para a produção de etanol (Roberts et al. 1989). Nesse mesmo experimento, utilizando plantas deficientes em álcool desidrogenase nas suas raízes, quando são submetidas a anóxia, continuaram a produzir lactato, falhando na estabilização do pH citosólico. Isso resulta em uma rápida acidificação e morte celular, mostrando que o interruptor entre lactato e a fermentação etanólica é o ponto crítico na manutenção do pH celular (Roberts et al. 1989).
Outro mecanismo de sinalização pode ocorrer pela via da produção de peróxido de hidrogênio (H2O2) (Baxter-Burrel et al. 2000). Blokhina e colaboradores (Blokhina et al. 2001) demostraram que em resposta à anóxia, as plantas de trigo apresentam um acúmulo acentuado de H2O2 no apoplasto de meristemas da raiz. Níveis baixos de oxigênio aumentam a concentração de H2O2 fazendo com que dois genes, um chamado Rop e outro RopGAP4, tenham suas expressões controladas. Este último gene regula negativamente a expressão do primeiro e o primeiro controla positivamente o último. Segundo Visser & Voesenek (2004), esse sistema funciona como um sistema reostatizado que regula os níveis endógenos de H2O2 sendo crucial para o tecido pois, se a concentração de peróxido de hidrogênio aumentar muito no tecido, o programa de morte celular poderá ser disparado.
A diminuição nos níveis de oxigênio desencadeia uma cascata de sinais que acaba afetando o metabolismo de produção de etileno. Em uma série de experimentos com raízes de plantas de milho sob hipóxia, no último artigo da série (He et al. 1996) foi observado que quando ocorre hipóxia, há um aumento na síntese de etileno pelo aumento da atividade de ACC sintase, o que resulta em um aumento na atividade de celulase que contribui para a degradação da parede celular e a formação de aerênquima do tipo lisígeno. Os autores ainda bloquearam a síntese de etileno usando aminoetoxilvinilglicina (AVG), o que suprimiu o aumento de celulase e a formação do aerênquima. É importante lembrar que a parede celular não é formada somente por celulose, mas por vários outros componentes como pectinas e hemiceluloses, que formam uma rede complexa ao redor de cada célula vegetal (Carpita & Gibeaut 1993, Albersheim et al. 1996, Buckeridge 2006, Buckeridge et al. 2008b). Esses outros componentes da parede celular também são alterados na formação do aerênquima e, de fato, alguns autores observaram aumentos nos níveis de atividade enzimática de pectinase, xilanase e xiloglucano-endo-transglicosilase (XTH) sob condições de hipóxia (Saab & Sachs 1996, Bragina et al. 2003).
O etileno também induz a hipertrofia de lenticelas (Bradford & Yang 1981), que ocorrem geralmente na base dos caules, e induzem a formação de dois tipos aerênquima: O lisígeno, que é formado pela morte de células corticais, e o esquizógeno, oriundo da conexão de células, que formam colunas contínuas para armazenamento e transporte de gases (Joly 1991).
Outro elemento importante na cascata de sinalização durante o alagamento é o cálcio. He e colaboradores (He et al. 1996) também mostraram que a manipulação da concentração e fluxo de cálcio citoplasmático pode alterar a capacidade de resposta de raízes de milho à hipóxia com a formação de aerênquima. Alterar os níveis de cálcio é importante não somente para os mecanismos de sinalização intracelulares mas, também, para que as pectinas, que formam complexos com o cálcio na parede celular, se tornem acessíveis ao ataque de enzimas.
Um dos efeitos da exposição de plantas a hipóxia é a produção de raízes adventícias. Um experimento em câmara de crescimento com plantas amazônicas mostrou que o alagamento pode induzir a produção de adaptações típicas contra estresse causado por inundações como, por exemplo, a produção de raízes adventícias e hipertrofia do caule (Waldhoff et al. 1998). A formação deste tipo de raiz é classicamente associada às auxinas. Quando uma planta é alagada, o mau funcionamento das raízes leva grande parte destas à morte e ao mesmo tempo, como ocorre em varias espécies, a indução da produção de raízes adventícias que possuem aerênquima (Visser & Voesenek 2004).
Como as auxinas são produzidas principalmente no ápice da parte aérea e transportadas para as raízes, enquanto as citocininas são produzidas nas raízes e transportadas para as folhas, o alagamento das raízes pode alterar drasticamente o balanço hormonal na planta. O transporte das auxinas parece ser realmente crucial para as respostas ao alagamento e isto foi demonstrado por McDonald & Visser (2003), que usaram um inibidor de transporte de auxina (ácido naftilftalâmico - NPA) e verificaram uma diminuição na produção de raízes adventícias. Uma possível explicação é a falta do sinal dado pela auxina para a mobilização de reservas de carbono (ver também Santos et al. 2004) nas raízes, reservas estas que serão utilizadas para o desenvolvimento das raízes adventícias.
As citocininas são provavelmente importantes nesse contexto, mas há poucos experimentos em que estes hormônios tenham sido utilizados ou medidos. Hipoteticamente, a morte das raízes pode causar um desequilibro hormonal entre as concentrações de auxina e citocinina na planta sob alagamento por falta de produção de citocininas. Teoricamente, uma diminuição na proporção de raízes deveria induzir a uma diminuição na longevidade das folhas, pois a citocinina parece controlar o processo de senescência foliar (Wingler et al. 1998).
Pelo exposto, fica claro que os principais mecanismos de sinalização seriam a disponibilidade de oxigênio seguida de uma rede de sinais paralelos que culminam com o disparo de alterações celulares em tecidos específicos, através da ativação do processo de morte celular programada. Esse processo induz à morte celular do parênquima, formando o aerênquima que abre espaço para o transporte de gases. Em um trabalho utilizando gás pressurizado (SF6) no caule de plantas amazônicas, foi verificado o transporte de gases do caule para as raízes, mostrando que há permeabilidade de gases entre a base do caule até as raízes, que contribuem para a aeração das raízes de espécies que sofrem um gradiente de inundação (Graffmann et al. 2008). Paralelamente, a morte das raízes provocaria um desequilíbrio hormonal no sentido de aumentar a razão auxinas: citocininas e com isso ocorreria a indução da formação de raízes adventícias (Voesenek et al. 2003).
Todo esse processo parece ter como intermediário o etileno, que é induzido pela via de sinalização independente da produção de energia. A existência de duas vias, uma dependente e outra independente da produção de energia, parece ser fundamental para que a planta apresente tolerância ao alagamento. Enquanto a primeira emite sinais para que os tecidos se transformem, a segunda induz a expressão de um conjunto de genes que garantem o suprimento de energia suficiente para que a planta execute as transformações necessárias, ou seja, a formação de aerênquima e a indução de raízes adventícias.
A maioria dos experimentos realizados sobre vias de sinalização sob alagamento utilizou plantas como milho, arroz, arabidopsis, girassol e, ainda, é pouco o que se sabe, do ponto de vista da sinalização celular e hormonal, sobre os mecanismos envolvidos na aclimatação de plantas amazônicas ao alagamento. Entender esses mecanismos em plantas amazônicas é de grande importância e deverá ter um impacto positivo na compreensão sobre como a biodiversidade amazônica responde ao alagamento e às mudanças no clima, levando em consideração o fato desse ser um importante sinal sazonal do ambiente que perdura por cerca de sete meses. A aclimatação das plantas ao alagamento provavelmente só ocorre porque o processo é lento, permitindo respostas das plantas que crescem em condições climáticas com altas temperaturas e alta umidade. Com taxas de crescimento altas, as plantas amazônicas parecem responder rapidamente com mecanismos similares aos mencionados. A fase aquática representa para as plantas um período desfavorável, que implica na queda das folhas (possivelmente pela ação do etileno), reduzindo a produção de novas folhas (balanço hormonal) e a assimilação fotossintética (Parolin 2000). Porém, muitas espécies produzem flores e frutos em resposta à redução fotossintética durante vários meses (Kubitzki & Ziburski 1994). Isso sugere que nesses períodos a planta utilize reservas, uma vez que há um fluxo reduzido de carbono através da via fotossintética para suprir a demanda requerida pelos processos de floração e frutificação.
A emissão de carbono relacionada à queima de combustíveis fósseis vem levando a um aumento na concentração atmosférica de CO2 em todo o planeta. Por volta da década de 1930, a concentração era de 0,028% e atualmente já se mede 0,039%. Como o CO2 é um dos principais gases responsáveis pelo efeito estufa, o aumento na sua concentração vem sendo associado a um aumento de temperatura na superfície terrestre. O aumento de temperatura afeta, em vários pontos do planeta, os níveis de precipitação, podendo assim alterar drasticamente a quantidade esperada de chuvas em determinados pontos da Amazônia. As previsões atuais sugerem que poderá haver diminuição considerável de precipitação na Amazônia e isto culminará com um aumento médio de temperatura entre 2 e 6 °C (IPCC 2007).
As formas de impacto das mudanças climáticas sobre as plantas na Amazônia poderiam ser decompostas como: (1) efeitos do aumento no CO2 atmosférico; (2) efeitos do aumento na temperatura e (3) efeitos do aumento ou diminuição na disponibilidade de água.
Abordar a Amazônia no contexto das mudanças climáticas é extremamente difícil, pois se trata de uma região de grandes proporções geográficas e com peculiaridades, principalmente no que concerne ao que acontecerá com a temperatura e as chuvas. Em outras palavras, é importante ter em mente que em diferentes regiões amazônicas, a ação da combinação dos três fatores deverá ocorrer com intensidades bastante diferentes.
Outro cuidado que deve ser tomado é com possíveis extrapolações para o comportamento da floresta. É óbvio que as plantas são importantes na floresta, mas é necessário lembrar que elas são apenas uma parte do ecossistema. Dessa forma, extrapolações para a floresta teriam que levar em consideração os ciclos biogeoquímicos e as dinâmicas das populações de predadores, herbívoros, dispersores e polinizadores em um cenário de redes integradas (Buckeridge et al. 2008a). Os ciclos biogeoquímicos afetam a disponibilidade geral de nutrientes e os mecanismos de competição entre as espécies afetam a biomassa e a reprodução das plantas. Tudo isto pode ter reflexos nas cadeias alimentares, podendo ou não alterar a biodiversidade (Buckeridge et al. 2007).
Em geral, o que foi descrito até então, é que as plantas sob alagamento diminuem seu rendimento energético, pois as raízes têm problemas para funcionar sob anóxia e alteram o padrão de desenvolvimento, pois há dificuldades na manutenção do fluxo energético nos tecidos. No caso de árvores que são parcialmente alagadas, a anóxia ocorre principalmente nas raízes. Para a espécie Senna reticulata (Willd.) H. S. Irwin & Barneby (Parolim 2001) as plântulas têm como estratégia de sobrevivência o crescimento rápido, pois não suportam a submersão, mas para isto necessitam estocar e mobilizar reservas com grande eficiência de forma a suprir a alta demanda energética e de nutrientes para altas taxas de crescimento. Há, também, espécies de plantas que sobrevivem quando estão completamente submersas como, por exemplo, Himatanthus sucuuba (Spruce ex Muell. Arg.) Woodson, encontrada em regiões de várzea e em terra firme (Ferreira et al. 2009a). Dentro dessa espécie, Ferreira et al. (2007) encontraram populações com diferentes respostas adaptativas ao alagamento, dependendo da região que se encontram. Em casos como esses, ocorreria um processo seletivo em que, a diminuição no alagamento, levaria à dominância dos membros da população de terra firme em relação aos da área alagada (Ferreira et al. 2009b). Isso reforça a idéia de que há um componente genético importante, nas espécies da Amazônia, que deverá interferir nas respostas em nível da floresta. Tais respostas, ainda que sejam essencialmente de ordem fisiológica, têm como determinante a distribuição de certos genes nas populações das espécies.
Há muito pouco conhecimento sobre os aspectos da fisiologia e bioquímica de árvores de regiões tropicais sob alagamento nas condições esperadas de mudanças climáticas globais. Por isso, neste momento podemos apenas especular sobre como as plantas amazônicas responderão às mudanças climáticas, propondo que estudos que auxiliem a compreender melhor como a floresta como um todo poderá responder.
Cada área da ciência usa os conhecimentos disponíveis em diferentes níveis de organização para inferir as respostas futuras das florestas às mudanças climáticas globais. Os meteorologistas utilizam os dados e, principalmente, os modelos disponíveis e sugerem respostas da biodiversidade às alterações nas concentrações de CO2, temperatura e precipitação (Sampaio et al. 2008). Ecólogos utilizam as observações disponíveis em diferentes níveis para sugerir comportamentos das florestas (Fearnside 2008, Ometto & Martinelli 2008, Scarano 2008). Essas são estratégias de extrapolação que poderiam ser chamadas de top-down. A outra forma de produzir modelos interpretativos de como a floresta pode responder poderia ser chamada de bottom-up e consiste em utilizar informações ao nível da célula e do organismo (Ceccantini et al. 2008, de Souza et al. 2008, Buckeridge et al. 2008a) para extrapolar modelos de funcionamento em nível de floresta. As duas estratégias apresentam incertezas e para diminuí-las será necessário interpretar os fenômenos utilizando informações e aproximações de modelos com estratégias diferentes. O presente trabalho pretende contribuir com a estratégia bottom-up.