O geotropismo é a influência da gravidade no movimento das plantas. Geotropismo vem das palavras "geo" que significa terra e "tropismo" que significa movimento causado por um estímulo (Öpik & Rolfe, 2005).
Nesse caso, o estímulo é a gravidade e o que se move é a planta. Como o estímulo é a gravidade, esse processo também é conhecido como gravitropismo (Chen, Rosen, & Masson, 1999; Hangarter, 1997).
Por muitos anos, esse fenômeno despertou a curiosidade de cientistas, que investigaram como esse movimento ocorre nas plantas. Muitos estudos têm mostrado que diferentes áreas da planta crescem em direções opostas (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013).
Observou-se que a força da gravidade desempenha um papel fundamental na orientação das partes de uma planta: a parte superior, formada pelo caule e as folhas, cresce para cima (gravitropismo negativo), enquanto a parte inferior é constituída pelo raízes, cresce para baixo na direção da gravidade (gravitropismo positivo) (Hangarter, 1997).
Esses movimentos mediados pela gravidade garantem que as plantas desempenhem suas funções adequadamente.
A parte superior é orientada para a luz do sol para realizar a fotossíntese, e a parte inferior para o fundo da terra, para que as raízes possam alcançar a água e os nutrientes necessários ao seu desenvolvimento (Chen et al., 1999)
Como ocorre o geotropismo?
As plantas são extremamente sensíveis ao ambiente, estes podem influenciar seu crescimento dependendo dos sinais que percebem, por exemplo: luz, gravidade, tato, nutrientes e água (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).
Geotropismo é um fenômeno que ocorre em três fases:
Detecção: a percepção da gravidade é realizada por células especializadas chamadas estatocistos.
Transdução e transmissão: o estímulo físico da gravidade é convertido em um sinal bioquímico que é transmitido para outras células da planta.
Resposta: as células receptoras crescem de tal forma que é gerada uma curvatura que muda a orientação do órgão. Assim, as raízes crescem para baixo e os caules para cima, independentemente da orientação da planta (Masson et al., 2002; Toyota & Gilroy, 2013).
Figura 1. Exemplo de geotropismo em uma planta. Observe a diferença na orientação das raízes e do caule. Editado por: Katherine Briceño.
Geotropismo nas raízes
O fenômeno da inclinação da raiz para a gravidade foi estudado pela primeira vez há muitos anos. No famoso livro "O Poder do Movimento nas Plantas", Charles Darwin relatou que as raízes das plantas tendem a crescer em direção à gravidade (Ge & Chen, 2016).
A gravidade é detectada na ponta da raiz e essa informação é transmitida para a zona de alongamento, para manter a direção do crescimento.
Se houver mudanças na orientação em relação ao campo de gravidade, as células respondem mudando seu tamanho, de forma que a ponta da raiz continue crescendo na mesma direção da gravidade, apresentando geotropismo positivo (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, & Swarup, 2017; Wolverton et al., 2011).
Darwin e Ciesielski demonstraram que havia uma estrutura na ponta das raízes necessária para que o geotropismo ocorresse, eles chamaram a essa estrutura de "capa".
Postularam que o cap era o encarregado de detectar mudanças na orientação das raízes, com respeito à força da gravidade (Chen et al., 1999).
Estudos posteriores mostraram que na tampa existem células especiais que se sedimentam na direção da gravidade, essas células são chamadas de estatocistos.
Os estatocistos contêm estruturas parecidas com pedras, são chamados de amiloplastos porque são cheios de amido. Os amiloplastos, por serem muito densos, sedimentam bem na ponta das raízes (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017; Wolverton et al., 2011).
A partir de estudos recentes em biologia celular e molecular, a compreensão do mecanismo que governa o geotropismo de raízes melhorou.
Este processo demonstrou exigir o transporte de um hormônio de crescimento denominado auxina, esse transporte é conhecido como transporte polar de auxina (Chen et al., 1999; Sato et al., 2017).
Isso foi descrito na década de 1920 no modelo Cholodny-Went, que propõe que as curvaturas de crescimento são devidas a uma distribuição desigual de auxinas (Öpik & Rolfe, 2005).
Geotropismo nas hastes
Mecanismo semelhante ocorre nos caules das plantas, com a diferença de que suas células respondem de maneira diferente à auxina.
Na parte aérea dos caules, o aumento da concentração local de auxina promove a expansão celular; o oposto ocorre nas células da raiz (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
A sensibilidade diferencial à auxina ajuda a explicar a observação original de Darwin de que caules e raízes respondem de maneira oposta à gravidade. Tanto nas raízes quanto nos caules, a auxina se acumula em direção à gravidade, na parte inferior.
A diferença é que as células-tronco respondem de maneira oposta às células das raízes (Chen et al., 1999; Masson et al., 2002).
Nas raízes, a expansão celular é inibida na parte inferior e a curvatura em direção à gravidade é gerada (gravitropismo positivo).
Nos caules, a auxina também se acumula na parte inferior, porém, a expansão celular aumenta e resulta na curvatura do caule na direção oposta à gravidade (gravitropismo negativo) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).
Referências
- Chen, R., Rosen, E., & Masson, PH (1999). Gravitropismo em plantas superiores. Plant Physiology, 120, 343-350.
- Ge, L., & Chen, R. (2016). Gravitropismo negativo nas raízes das plantas. Nature Plants, 155, 17–20.
- Hangarter, RP (1997). Gravidade, luz e forma da planta. Plant, Cell and Environment, 20, 796-800.
- Masson, PH, Tasaka, M., Morita, MT, Guan, C., Chen, R., Masson, PH,… Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: um modelo para o estudo do gravitropismo de raízes e caules (pp. 1-24).
- Morita, MT (2010). Sensor Direcional de Gravidade em Gravitropismo. Annual Review of Plant Biology, 61, 705–720.
- Öpik, H., & Rolfe, S. (2005). The Physiology of Flowering Plants. (CU Press, Ed.) (4ª ed.).
- Sato, EM, Hijazi, H., Bennett, MJ, Vissenberg, K., & Swarup, R. (2017). Novos insights sobre a sinalização gravitrópica de raiz. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155–2165.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plant Physiology (3ª ed.). Sinauer Associates.
- Toyota, M., & Gilroy, S. (2013). Gravitropismo e sinalização mecânica em plantas. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
- Wolverton, C., Paya, AM, & Toska, J. (2011). O ângulo da raiz e a taxa de resposta gravitrópica são desacoplados no mutante Arabidopsis pgm-1. Physiologia Plantarum, 141, 373–382.