Em uma resenha publicada na Philosophical Transactions of the Royal Society B, Stephen Long, professor de ciências agrícolas e biologia vegetal na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, descreve os esforços de pesquisa para "preparar para o futuro" as culturas essenciais para alimentar um mundo faminto em um clima em mudança. Long, que passou décadas estudando o processo de fotossíntese e encontrando maneiras de aprimorá-lo, oferece uma visão geral das principais descobertas científicas que oferecem um raio de esperança.

Temperaturas mais altas, secas mais frequentes e prolongadas, chuvas catastróficas e níveis crescentes de dióxido de carbono na atmosfera influenciam o crescimento, o desenvolvimento e a viabilidade reprodutiva das plantas cultivadas, escreve ele. Embora algumas plantas e regiões possam se beneficiar de alguns aspectos das mudanças climáticas, sem uma intervenção prolongada e custosa, muitas outras sofrerão declínios potencialmente catastróficos.

"Entre 2050 e 2060, as lavouras vivenciarão um ambiente significativamente diferente do atual", escreve Long. De seu nível pré-industrial de cerca de 200 partes por milhão, "o CO2 atmosférico atingiu 427 ppm em 2024 e a projeção é de que chegue a cerca de 600 ppm até 2050".

Calor extremo, secas, inundações e outros eventos climáticos já estão afetando os sistemas agrícolas. As projeções de temperaturas extremas e a instabilidade climática reduzirão ainda mais a produtividade das colheitas , aumentando a fome, a agitação política e a migração em massa, escreve ele.

Há alguma esperança, no entanto. Pode ser possível alterar as culturas de forma a permitir que persistam e talvez até aumentem a produtividade, apesar dos desafios, disse Long. Embora o processo leve tempo e possa ser custoso, o trabalho já começou.

Por exemplo, pesquisadores estão avaliando a tolerância ao calor, à seca e às inundações de diferentes variedades de plantas cultivadas específicas, identificando aquelas com atributos potencialmente benéficos. Descobrir as características genéticas que conferem esses benefícios permitirá aos cientistas desenvolver culturas — por meio do melhoramento genético e/ou engenharia genética — que possam resistir melhor a condições extremas.

Por meio de um trabalho árduo, cientistas descobriram que algumas variedades de arroz podem sobreviver até duas semanas submersas durante períodos de inundações intensas, enquanto outras variedades são mais tolerantes ao calor do que outras. As descobertas oferecem oportunidades para o desenvolvimento de cultivares mais resistentes.

As plantas precisam enfrentar uma série de desafios com o aumento das temperaturas. A capacidade de secagem da atmosfera, que aumenta com a temperatura, retira a umidade das folhas das plantas através de minúsculos poros chamados estômatos. Isso reduz a eficiência do uso de água pelas plantas, disse Long, sobrecarregando os já escassos recursos hídricos em muitas partes do globo.

"Uma planta pode fechar parcialmente seus estômatos para reter umidade, mas isso pode interferir em sua capacidade de extrair dióxido de carbono da atmosfera, uma etapa fundamental na fotossíntese", disse Long.

Em experimentos de laboratório e de campo , pesquisadores descobriram que aumentar a expressão do gene de uma proteína sensora encontrada em plantas reduziu a perda de água pelos estômatos sem interferir na fotossíntese.

Os pesquisadores também descobriram maneiras de reduzir a densidade de estômatos nas folhas do arroz e do trigo, melhorando a eficiência do uso da água em 15-20%, sem redução no rendimento.

Altos níveis de dióxido de carbono, por si só, alteram a fisiologia da planta, às vezes de forma benéfica, estimulando a fotossíntese, mas também de forma prejudicial, disse Long. Altos níveis de CO2 podem alterar o controle metabólico da planta, alterando os níveis de enzimas essenciais. Cientistas descobriram que ajustar os níveis de proteínas que regulam a rubisco, uma enzima fotossintética essencial, pode aumentar a eficiência fotossintética na presença de altos níveis de CO2 .

Para demonstrar que tipos de ganhos são possíveis em culturas alimentares , Long destaca o progresso notável feito na pesquisa sobre milho, do qual quase 80% é usado na produção de etanol e para alimentar animais, não humanos.

"Entre 1980 e 2024, a produtividade do milho nos EUA dobrou, enquanto a do sorgo aumentou apenas 12%", disse ele. O sucesso no milho é resultado de investimentos maciços de grandes empresas multinacionais. Os mesmos investimentos ainda não estão sendo feitos no lado do domínio público da equação.

Sem investimentos semelhantes, "é difícil ver como as oportunidades... para preparar nossas plantações para o futuro podem ser implementadas na escala necessária", ele escreve.