Por trás da aparente simplicidade de um tronco de árvore existe uma arquitetura molecular extraordinariamente sofisticada. Um novo estudo publicado na revista científica Nature Communications, nesta quinta-feira (02), revela que a madeira de diferentes variedades de choupo (Populus trichocarpa) mantém uma organização estrutural quase invariável em escala nanométrica, mesmo diante de importantes diferenças genéticas e químicas.

A pesquisa, intitulada “Conserved macromolecular architecture of poplar secondary cell walls revealed by ssNMR and atomistic modeling”, foi conduzida por uma equipe liderada pelos pesquisadores Bennett Addison e Peter N. Ciesielski, do Renewable Resources and Enabling Sciences Center, do National Laboratory of the Rockies, nos Estados Unidos. O trabalho contou ainda com a colaboração do Colorado School of Mines e do Biosciences Center do National Laboratory of the Rockies.

Os cientistas analisaram 13 genótipos distintos de Populus trichocarpa, uma espécie considerada modelo para pesquisas em biomassa e bioenergia. Utilizando técnicas avançadas de ressonância magnética nuclear no estado sólido (ssNMR) e simulações computacionais atomísticas, eles conseguiram visualizar, em nível molecular, como os polímeros que compõem a madeira — celulose, xilana e lignina — se organizam no interior das paredes celulares.

Os resultados mostraram que, embora a composição química varie significativamente entre os indivíduos, a arquitetura tridimensional permanece notavelmente conservada.

“Os resultados sugerem que as plantas exercem um forte controle biológico para manter a ordem estrutural em escala nanométrica”, afirmam os autores no artigo.

As paredes celulares secundárias das plantas funcionam como um compósito biológico formado principalmente por celulose, hemiceluloses e lignina. É essa combinação que confere resistência mecânica às árvores, permitindo crescimento vertical, transporte de água e proteção contra patógenos.

Segundo os pesquisadores, não é apenas a quantidade desses componentes que determina as propriedades da madeira, mas a forma como eles estão organizados.

A equipe descobriu que a quantidade de lignina entre os genótipos analisados variou de aproximadamente 21% a mais de 25% da massa relativa, enquanto o teor de celulose oscilou entre 45% e 50%. Apesar dessas diferenças, a estrutura geral das paredes celulares praticamente não mudou.

Outro resultado importante diz respeito à cristalinidade da celulose, parâmetro associado à rigidez e resistência da madeira. As medições mostraram índices de cristalinidade entre 45% e 52%, revelando uma correlação positiva, embora modesta, entre maior quantidade de celulose e aumento da ordem estrutural.

As simulações computacionais indicaram que essa variação não ocorre pela formação de grandes blocos cristalinos, mas por ajustes muito sutis no tamanho dos feixes de microfibrilas de celulose.

Talvez a descoberta mais surpreendente seja a constatação de que todas as amostras estudadas apresentavam praticamente a mesma organização espacial entre lignina e xilana.

Os pesquisadores verificaram que cerca de 75% da lignina está em contato direto com a xilana, enquanto apenas 60% da xilana toca a lignina, uma assimetria observada em todos os genótipos estudados.

Para explicar esse padrão, os modelos moleculares indicam a existência de populações de xilana “escondidas” no interior dos feixes de celulose, protegidas do contato com a lignina.

As análises também sugerem que os domínios de celulose são formados, de maneira consistente, por agregados de aproximadamente três a quatro microfibrilas de 18 cadeias, formando estruturas de cerca de 15 a 20 nanômetros de diâmetro.

“Esse trabalho sugere que a arquitetura da parede celular secundária é amplamente conservada e que a variabilidade composicional é acomodada principalmente por pequenas modificações no tamanho dos feixes de celulose e na densidade de empacotamento entre os polímeros”, escrevem os autores.

A descoberta possui implicações diretas para a bioeconomia. O conhecimento detalhado da estrutura da madeira poderá permitir o desenvolvimento de árvores geneticamente modificadas para produzir biomassa mais facilmente convertida em combustíveis renováveis, produtos químicos e materiais avançados.

O estudo também fornece informações valiosas para a engenharia de biomateriais inspirados na natureza. Segundo os pesquisadores, a capacidade das plantas de manter uma arquitetura molecular estável, ao mesmo tempo em que ajustam propriedades mecânicas e químicas, representa um exemplo sofisticado de otimização evolutiva.

A equipe acredita que essa organização conservada ajuda a preservar características essenciais da madeira, como resistência, flexibilidade e eficiência no transporte de água e íons.

Ao revelar o “projeto arquitetônico” invisível que sustenta as árvores, o estudo abre um novo capítulo na compreensão dos materiais biológicos e oferece ferramentas inéditas para a produção de matérias-primas renováveis mais eficientes e sustentáveis.