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Pando e Humongous Fungus: dois dos maiores organismos vivos da Terra

17:27:00 ,

- Atualizado no dia 22 de maio de 2024 -

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          Quando pensamos em seres vivos colossais, geralmente tendemos a lembrar da baleia-azul (1), a qual pode superar 180 toneladas de massa e mais de 30 metros de comprimento, ou da sequoia-gigante (Sequoiadendron gigantea), a qual pode alcançar 85 metros de altura e incríveis 2000 toneladas. Porém, existem dois gigantes tímidos nativos do território Norte-Americano que fazem essas duas espécies mencionadas comerem poeira quando o assunto é massa ou extensão (!). O mais notável entre eles está localizado na região central de Utah, EUA, e é um verdadeiro monstro se espalhando por uma área de 43 hectares e somando uma massa total que ultrapassa 6000 toneladas. Seu nome é Pando e representa uma das espécies mais peculiares da Terra. Aliás, Pando não é apenas um organismo, é uma floresta inteira. Porém, em termos de área de extensão, Pando não faz nem cócegas em outro monstro que está atualmente devorando uma floresta localizada em Oregon.

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(!) Atualização: Em termos de extensão, cientistas recentemente descobriram um novo campeão nesse sentido: uma erva-marinha na Austrália ocupando uma área estimada de 200 km2. Para mais informações: Maior organismo vivo conhecido é encontrado na Austrália
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   GIGANTE-TRÊMULO

          À primeira vista, pode parecer apenas uma exótica floresta constituídas de inúmeras árvores de troncos brancos. Mas não deixe seus olhos te enganarem. A real natureza dessa 'floresta' se esconde por baixo da terra, na forma de um complexo sistema de raízes derivado de um único organismo clone, pertencente à espécie Populus tremuloides Michx., também conhecida como Gigante-Trêmulo.

          A P. tremuloides pode ser identificada pelos seus troncos macios, brancos e marcados por cicatrizes negras onde os ramos inferiores são naturalmente auto-inclinados. Por baixo da casca mais externa e fina dos troncos, existe uma fina camada verde fotossintética, a qual permite que a planta continue sintetizando açúcares e mantenha o crescimento mesmo no inverno. As folhas dessa peculiar árvore possuem o formato vagamente similar a um coração, com margens serrilhadas, variando de 3 cm a 8 cm de extensão, e com a coloração verde no verão e primavera, e amarela no outono (podendo adquirir também um tom avermelhado em raras ocasiões). Essas folhas se anexam aos galhos via um longo e achatado pecíolo, fazendo com que a mais leve briza as agitem (esse efeito faz com que a árvore como um todo pareça estar tremendo - por isso o 'tremuloides' no nome científico e 'Gigante-Trêmulo' como nome popular).






          Nativa da América-do-Norte, a P. tremuloides ocorre em uma grande variedade de ambientes, incluindo o interior do Alasca, Newfoundland, Região dos Grandes Lagos, Oeste dos EUA e o México. Apesar da preferência por solos úmidos, as colônias dessa espécie podem crescer tranquilamente em ambientes desérticos que recebem anualmente menos do que 180 mm de chuva. Quanto à temperatura, suportam valores tão baixos quanto - 61°C até 44°C. A única exigência absoluta de crescimento para essa planta é a abundância de luz solar. Essa grande capacidade de adaptação é devido à alta plasticidade fenotípica dessa espécie, sementes facilmente dispersáveis pelo vento e, em especial, à sua habilidade de gerar inúmeros clones assexualmente e interligados através de uma única raiz (processo conhecido como root suckering). E é essa última habilidade que possibilita a existência do massivo Pando.


   PANDO

          Os Gigantes-Trêmulos são plantas únicas na natureza e, como já mencionado, não podem ser pensados como um conjunto de árvores, mas sim, como uma colônia enorme constituindo um único organismo, todos compartilhando o mesmo material genético e a mesma estrutura de raízes, esta a qual forma um complexo sistema de ramificações subterrâneas.

          Basicamente, a P. tremuloides é um sistema de raízes que permanece protegido no subsolo até que tenha luz solar suficiente no exterior para um substancial processo fotossintético. Nesse momento, ramos brancos começam a brotar dessas raízes para dar origem a troncos e folhas, via reprodução assexuada (também chamada de reprodução vegetativa). Diferente do que ocorre com uma árvore comum, onde a raiz dá origem a um único tronco, o sistema de raízes de um único espécime clone da P. tremuloides dá suporte para a formação de vários troncos.

          O processo de root suckering permite um rápido e disseminado crescimento uma vez estabelecido, e, em alguns casos, espécimes clones individuais podem alcançar proporções gigantescas. Um único sistema de raízes pode dar origem a milhares de troncos. Quando ocorrem queimadas ou outros desastres naturais, isso não é problema para essas essas plantas, contando que as raízes não sejam comprometidas. Além disso, as raízes parecem ser imunes às doenças que raramente afetam os troncos. Ou seja, além dos títulos de maior longevidade e maior massa, essa espécie talvez possa levar um de mais resistente entre as plantas. Em raras ocasiões, a P. tremuloides se reproduz sexuadamente, formando sementes que são dispersas em outras regiões pelo vento para dar origem a um novo sistema de raízes.

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          Nesse sentido, é possível que o maior organismo do mundo por biomassa hoje vivo é uma P. tremuloides conhecida como Pando, a qual possui mais de 47 mil ramificações verticais (troncos), se estende horizontalmente por uma área superior a 43 hectares (equivalente a mais de 100 estádios de futebol Americano) e possui uma massa total que pode alcançar 6615 toneladas. Literalmente, Pando representa uma 'floresta de uma árvore só'.




          Esse alastramento vegetativo em épocas propícias e dormência do enorme sistema de raízes em períodos de baixa luminosidade permite que os Gigantes-Trêmulos alcancem longevidades absurdas. O Pando, por exemplo, localizado na região central de Utha, na Floresta Nacional de Fishlake (UTM, 434701 E, 4264266 N), pode ter milhares de anos de idade, mas não ultrapassando os 14 mil anos - evidências sugerem que o clone surgiu no período pós-Glacial, persistindo no mesmo local com notável estabilidade ao longo de vários milênios (Ref.22).

   
   CONSERVAÇÃO AMBIENTAL

          Apesar do sistema de crescimento das P. tremuloides e outros aspectos genéticos e morfológicos adaptativos tornarem essa espécie extremamente improvável de ser extinta, elas não são imunes a danos. Níveis abaixo do normal de precipitação e temperaturas acima da média ao longo do Colorado, Utah, Arizona e Novo México nos anos de 2002 e 2003 levaram a uma substancial e disseminada mortalidade entre indivíduos dessa espécie. Explosões de insetos e de patógenos fúngicos e mudanças climáticas têm sido também associados com aumento de mortalidade e declínios populacionais dessa espécie nos EUA e no Canadá (Ref.23-24). Mais recentemente, o Pando também sofreu uma significativa redução no recrutamento de novos troncos, consequência das mudanças climáticas e do ataque excessivo de herbívoros.

          No caso, a maior ameaça hoje ao Pando é a explosão populacional de veados-mulas (Odocoileus hemionus), alces da espécie Cervus elaphus e de outros herbívoros nativos da região. Outra ameaça herbívora e antropogênica notável é o gado (Bos taurus) (Ref.25). Esses animais acabam freando o crescimento da colônia vegetal ao comerem os novos brotos de ramos despontando das raízes. Desde a década de 1990 os pesquisadores vêm notando o encolhimento do Pando, algo preocupante considerando que esse massivo organismo sustenta uma grande biodiversidade dentro dos seus domínios.

          Mas um estudo publicado em 2017 na PLOS ONE (Ref.7) mostrou que manter os veados-mulas longe de duas áreas de alastramento do Pando - com a ajuda de extensas cercas colocadas nos anos de 2013 e 2014 - foi suficiente para deflagrar com sucesso uma recuperação nesses locais. Porém, como conseguir manter o controle da população desses animais sem recorrer às cercas é ainda questão de debate, com alguns sugerindo a polêmica caça controlada. A explosão populacional ocorreu porque as atividades humanas na região - habitação, criação de gado, etc. - levaram à caça preventiva de carnívoros, em especial os lobos-cinzentos (Canis lupus), os quais são predadores dos vedados-mulas.

Em 2013, 16 acres do Pando foram protegidos com cerca para excluir a entrada de ungulados (cervídeos e gado), com resultados positivos de recuperação nos anos subsequentes (como mostrado nas fotos acima, tiradas com um intervalo de 5 anos). Porém, a eficácia dessa estratégia de cercamento parcial tem sido questionada. Ref.20-21


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   MONSTRO TÓXICO

          Apesar de ocupar uma área de 43 hectares e cerca de 6 mil toneladas, Pando não é o organismo hoje vivo mais extenso. Ele perde o título para dois fungos do gênero Armillaria, em especial para um localizado em Oregon, EUA. Descoberto em 1998, estima-se que esse fungo ocupe uma área próxima de 1000 hectares, tenha mais de 8000 anos de idade e uma massa que pode somar 600 toneladas!

          Os fungos normalmente crescem extensões similares a raízes conhecidas como micélios, estruturas compostas de hifas agrupadas ou emaranhadas. Esses micélios são responsáveis pela digestão e transporte de alimentos e pela produção de micotoxinas. Muitos fungos também formam estruturas expostas de reprodução conhecidas como corpos frutíferos (nomenclatura que engloba os cogumelos), onde ocorre a produção de esporos. No caso dos fungos do gênero Armillaria, eles se alimentam via hifas tanto de madeira morta quanto como parasitas necrotróficos, matando tecidos da planta hospedeira à medida que vai avançando a partir da secreção de enzimas hidrolíticas e possivelmente fatores de virulência. Esses fungos são conhecidos de infectar mais de 500 espécies de plantas (Ref.).


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          No entanto, o gênero Armillaria - o qual engloba aproximadamente 70 espécies conhecidas - apresenta uma característica especial em relação aos outros fungos. Além dos micélios, esses organismos conseguem também crescer estruturas grossas, negras e similares a raízes chamadas de 'rizoformas', as quais podem se estender por milhares de quilômetros pelo subsolo em busca de madeira para se alimentar. Segundo um estudo publicado em 2017 na Nature (Ref.12), essas rizoformas compartilham uma origem evolucionária a partir de genes ligados à produção dos micélios e dos corpos frutíferos (como cogumelos). Não possuem muita preferência, se alimentando de matéria vegetal viva ou morta (saprófita), decompondo todos os componentes da parede celular das plantas, incluindo lignina, (hemi-)celulose e pectina. Atuam também fora do subsolo, infiltrando nas cascas das árvores via micélios e matando-as aos poucos. Nesse sentido, podem agir como parasitas oportunísticos, causando letal apodrecimento de raízes em plantas lenhosas.



          Através desse sistema de "raízes", muitos espécimes representando diferentes espécies do gênero Armillaria conseguem atingir colossais dimensões, biomassa e longevidade. Mesmo em condições desfavoráveis, os rizoformas conseguem persistir no solo, esperando condições favoráveis para voltar a fomentar a proliferação do fungo. E, como já dito, conseguem se alimentar de um vasto espectro de substratos orgânicos. Uma vez que infectam um local, é quase impossível frear a infecção, mesmo via intervenção humana (esses fungos são resistentes a vários antifúngicos e é extremamente difícil administrar eficientemente essas toxinas dentro dos substratos onde o fungo está se espalhando). Felizmente, no ambiente natural, esses fungos tendem a infectar apenas as plantas mais doentes e frágeis, contribuindo de forma importante e relativamente saudável para a cadeia alimentar ao decompor substratos orgânicos diversos.

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> Fungos Armillaria evoluíram um amplo espectro de características excepcionais no mundo fúngico, incluindo uma taxa de mutação muito baixa, extrema longevidade (>2500 anos) e colônias imensas (>900 hectares), diploidia, bioluminescência, estruturas subterrâneas especializadas (rizomorfos) e o potencial de fixar N2 atmosférico. A habilidade de infectar e matar plantas lenhosas também é notável: após infecção através das raízes, os fungos colonizam e matam o câmbio da árvore, causando a morte da planta e permitindo ao fungo transicionar para sua fase necrotrófica. Essa capacidade de infecção está associada com duplicações genéticas, genes gerados de novo e pelo menos 1025 genes obtidos via transferência horizontal genética (primariamente através de fungos ascomicetos). Ref.20

> Os rizomorfos de Armillaria são muito resistentes a agentes de biocontrole e, mesmo após décadas de inatividade no solo na ausência de hospedeiros vivos, essas estruturas permanecem infecciosas. No ambiente natural, os rizomorfos também produzem uma camada externa melanizada que contém cálcio e fornece eficiente proteção contra estresses químicos e mecânicos diversos. Ref.21
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          A espécie Armillaria ostoyae é um fungo altamente patogênico e responsável por massivas perdas em florestas de coníferas.


   HUMONGOUS FUNGUS

          Um indivíduo da espécie A. ostoyae passou de todos os limites de crescimento e hoje é considerado o maior organismo vivo da Terra. Localizado na Floresta Nacional de Malheur, em Oregon, EUA, seu complexo sistema de rizomas parece ter se disseminado por uma área em torno de 965 hectares (~9,6 km2), englobando uma massa (micélio e rizoma) que pode somar mais de 600 toneladas (!), e uma idade que pode ir de 2400 até 8650 anos! Recebendo o nome de 'Humongous Fungus' (nomenclatura que engloba todos os fungos super-massivos do gênero Armillaria), os cientistas estimam que ao longo dos milhares de anos de sua existência, várias vezes a floresta sobre sua área morreu e renasceu novamente a fim de alimentá-lo.


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(!) É incerta a massa total desse fungo, incluindo micélio e rizomorfos. Existe referência acadêmica com estimativa de massa de 600 toneladas (Ref.12) enquanto uma fonte de 2008 do Departamento de Agricultura dos EUA traz uma ampla faixa estimada indo de ~7,5 mil toneladas até 35 mil toneladas (Ref.15). Considerando essa última estimativa, o Humongous Fungus de Oregon seria considerado maior organismo vivo conhecido em termos de biomassa total.
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          Esse Humongous Fungus iniciou seu crescimento a partir de um único esporo muito pequeno para ser visto sem um microscópio, e hoje reina sobre e sob o território leste de Oregon. Apesar das suas dimensões, sua proliferação e presença só foram detectadas no final do século XX, quando o Serviço Floretal dos EUA começou a investigar a causa de morte de várias árvores de grande porte na Floresta Nacional de Malheur no ano de 1998. Até sua descoberta, o maior fungo conhecido pertencia à mesma espécie, e foi revelado em 1992 no sudoeste de Washington, se espalhando por uma área de 6,5 m2.


   A. GALLICA

          Outro Homongous Fungus de destaque do gênero Armillaria, é a espécie Armillaria gallica. A descoberta desse fungo - localizado em uma floresta da Península Upper, em Michigan - ocorreu no final da década de 1980. Sua extensão total é de 37 hectares, interagindo com centenas de sistemas de raízes. Um estudo publicado em 2018 na Proceedings of the Royal Society B (Ref.13) estimou que a massa total desse fungo é de 400 toneladas, e que possui, no mínimo, 2500 anos de idade, com base na sua taxa de crescimento. Esse fungo é possivelmente o terceiro mais velho organismo hoje conhecido da Terra, e o terceiro maior em termos de área de extensão.

          Outro resultado interessante desse estudo é que, ao analisar 15 amostras de diferentes pontos sobre a área de ocupação do fungo, os pesquisadores mostraram que a taxa de mutação dessa espécie é muito lenta, e desde seu nascimento houve apenas 163 mudanças genéticas entre as quase 100 milhões de bases do seu genoma. As taxas de mutação geralmente refletem o quão rápido um organismo pode evoluir, significando que esse fungo não evoluiu muito nesses últimos dois milênios e meio. O motivo pode ser ferramentas de reparo de DNA muito eficientes e/ou simplesmente a proteção subterrânea contra os danosos e mutagênicos raios UV da luz solar.

          O Humongous Fungus de Oregon também possui uma taxa de mutação muito lenta, cerca de 3 ordens de magnitude mais baixa do que a maioria dos fungos filamentosos (Ref.16).

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   CONCLUSÃO

           Em resumo, dois dos maiores pesos pesados da Terra compartilham um complexo e eficiente sistema subterrâneo de 'raízes' que permite uma longa longevidade, disseminação por longas áreas e um contínuo acúmulo de biomassa. Todos habitam o território Norte-Americano. O maior deles (em termos de extensão), até recentemente, era o Humongous Fungus de Oregon (espécie A. ostoyae), um fungo com uma idade que pode superar 8 mil anos  e ocupando uma área de quase 10 km2. Porém, recentemente uma erva-marinha da espécie Posidonia australis foi descoberta na Austrália ocupando uma área de ~200 km2. Já o fantástico Pando (P. tremuloides), uma colônia de árvores clones que divide o mesmo sistema de raízes individual, localizado na região central de Utah e possuindo milhares de anos, ocupando uma área de 43 hectares e uma massa total que pode ultrapassar as 6000 toneladas.


 REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://www.nps.gov/brca/learn/nature/quakingaspen.htm 
  2. http://online.sfsu.edu/bholzman/courses/Fall99Projects/aspen.htm 
  3. Greer, B. T., Still, C., Cullinan, G. L., Brooks, J. R., & Meinzer, F. C. (2017). Polyploidy influences plant–environment interactions in quaking aspen (Populus tremuloides Michx.). Tree Physiology, 38(4), 630–640. 
  4. https://www.sciencemag.org/news/2018/10/humongous-fungus-almost-big-mall-america
  5. https://www.sciencemag.org/news/2018/10/one-world-s-largest-organisms-shrinking
  6. https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ecs2.1661 
  7. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0203619
  8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3485218/
  9. https://link.springer.com/article/10.1007/s00468-013-0957-y
  10. https://www.nature.com/articles/s41559-017-0347-8
  11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22559873
  12. Sipos et al. (2017). Genome expansion and lineage-specific genetic innovations in the forest pathogenic fungi Armillaria. Nature Ecology & Evolution 1, 1931–1941. https://doi.org/10.1038/s41559-017-0347-8
  13. Anderson et al. (2018). Clonal evolution and genome stability in a 2500-year-old fungal individual. Proceedings of the Royal Society B. https://doi.org/10.1098/rspb.2018.2233
  14. Sipos, G., Anderson, J. B., & Nagy, L. G. (2018). Armillaria. Current Biology, 28(7), R297–R298. 
  15. https://www.fs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/fsbdev3_033146.pdf
  16. https://www.psms.org/sporeprints/SP512.pdf
  17. https://www.scientificamerican.com/article/strange-but-true-largest-organism-is-fungus/
  18. http://www.scielo.br/pdf/sp/v44n1/0100-5405-sp-44-1-0023.pdf
  19. Porter et al. (2022). The melanized layer of Armillaria ostoyae rhizomorphs: Its protective role and functions. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 125, 104934. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104934
  20. Sahu et al. (2023). Vertical and horizontal gene transfer shaped plant colonization and biomass degradation in the fungal genus Armillaria. Nature Microbiology 8, 1668–1681. https://doi.org/10.1038/s41564-023-01448-1
  21. Shamsi et al. (2024). Decoding the RNA virome of the tree parasite Armillaria provides new insights into the viral community of soil-borne fungi. Environmental Microbiology, Volume 26, Issue 2, e16583. https://doi.org/10.1111/1462-2920.16583
  22. Ruess et al. (2021) Widespread mortality of trembling aspen (Populus tremuloides) throughout interior Alaskan boreal forests resulting from a novel canker disease. PLoS ONE 16(4): e0250078. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250078
  23. Birch, J.D., Chikamoto, Y., DeRose, R.J. et al. Frost-Associated Defoliation in Populus tremuloides Causes Repeated Growth Reductions Over 185 years. Ecosystems 26, 843–859 (2023). https://doi.org/10.1007/s10021-022-00799-w
  24. O'Brien, M., and Coles-Ritchie. 2020. Pando Clone Recovery: Repeat Photos 2014-2019. Grand Canyon Trust, Flagstaff, AZ. [Report] 25 p. https://digitalcommons.usu.edu/aspen_bib/7847/
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