Segurança alimentar e o futuro da inovação tecnológica em agricultura

Gilberto R. CunhaChefe-Geral da Embrapa Trigo, Passo Fundo/RS.E-mail: cunha@cnpt.embrapa.br

A crise de preços dos alimentos, em 2008, serviu, entre outras coisas, para a retomada das discussões políticas e científicas de um tema que, até então, andava relativamente adormecido: a questão da segurança alimentar global e sustentável. Tratar deste assunto, a par do formalismo das definições acadêmicas, exige que sejam adequadamente consideradas as três dimensões subjacentes ao conceito de segurança alimentar. São elas: disponibilidade, acesso e utilização.

Uma situação de segurança alimentar existe quando todas as pessoas, a qualquer tempo, têm acesso físico, social e econômico a alimentos seguros e nutritivos, em quantidade suficiente para suprir, conforme suas preferências alimentares, uma dieta capaz de assegurar vida ativa e saudável.

Os três pilares básicos da segurança alimentar, disponibilidade, acesso e utilização, são hierárquicos. Isso significa dizer que a disponibilidade de alimentos é uma condição necessária, mas não suficiente para garantir acesso indiscriminado para todos. E que acesso a alimentos também não é garantia de uso efetivo. Estas três condições devem ser atendidas para que, efetivamente, se possa falar em segurança alimentar.

Não basta haver uma produção de alimentos suficiente apara atender a demanda dos atuais 6,7 bilhões de humanos no mundo. Os indicadores do lado do abastecimentos (produção global de alimentos, por exemplo) não são garantia de acesso, uma vez que este é um conceito social, relacionado com indivíduos ou com unidades familiares, em função, particularmente, de renda. Fome é condição que aflige algumas pessoas que não possuem alimentos suficientes para comer. Não é a mesma coisa que produção insuficiente de alimentos. Este argumento pode ser causa de fome, mas há outras.

A disponibilidade de alimentos reflete o lado da produção (abastecimento) e o acesso está relacionado com o lado da demanda. Por suas múltiplas dimensões é mais difícil medir acesso que disponibilidade. E a utilização dos alimentos, por sua vez, envolve preferências, cultura e tradição dos povos. O tipo de preparo e a sanidade dos alimentos também está atrelada à qualidade da dieta. Coisas que, adequadamente consideradas, permitem avaliar situações de subnutrição, quando há uma dieta insuficientes em energia (calorias, conforme padrão internacional), e até de alimentação equivocada, com casos de excesso de obesidade e deficiências de vitaminas e de minerais.

No tocante à insegurança alimentar, o acesso é mais importante que a disponibilidade de alimentos. O foco nesse tipo de situação é no social, com políticas de redução de pobreza, de direitos a uma alimentação adequada para todos e de redução de preços dos alimentos. A insegurança alimentar, em muitas regiões do planeta, está mais relacionada com desastres (ou acidentes) naturais, como secas, alagamentos e terremotos, além de guerras e disputas internas pelo poder, que com que pobreza crônica. Todavia, não se questiona que a forma mais eficiente de se garantir segurança alimentar é por meio de políticas de redução de pobreza, via criação de empregos e ganhos de produtividade, em comparação com as ainda indispensáveis ajudas humanitárias em situações de catástrofe.

Ou seja, a expectativa de mais três bilhões de pessoas no mundo, totalizando uma população de nove bilhões de humanos, até o ano 2050, amplia a preocupação com a segurança alimentar do planeta e reforça a responsabilidade das ciências agrárias em mundo ameaçado pela mudança do clima, pelo avanço da urbanização, da desertificação e da salinização em terras aráveis e pela escassez de água. E, sem dúvida, cabe às instituições de ciência, tecnologia e inovação, em associação com políticas públicas socialmente responsáveis, o papel de garantir a segurança alimentar para todos.

Mudança do clima e agricultura

O clima do planeta Terra está mudando. Essa é a principal conclusão do 4º Relatório do IPCC, liberado em fevereiro de 2007. E o homem é o causador dessa mudança. O diagnóstico posto, em relação aos últimos 100 anos, não deixa dúvida: elevação da concentração de CO2 (principal gás causador do efeito estufa) de 280 ppm, na era pré-industrial, para os atuais 379 ppm, elevação da temperatura média global em 0,74ºC (maior elevação nas temperaturas mínimas), mudança na distribuição de chuvas (aumentando em algumas regiões e diminuindo em outras), redução no total de radiação solar que chega à superfície do planeta (devido ao aumento de cobertura de nuvens e a maior presença de aerossóis na atmosfera), elevação do nível médio dos mares (17 cm) e maior ocorrência de eventos climáticos extremos (tempestades), entre outros. E, pior ainda, independentemente de qualquer alteração na atual concentração dos gases causadores do efeito estufa na atmosfera, a temperatura média do planeta, nos próximos 50 anos, deverá continuar subindo 0,1ºC por década.

Nesse cenário, a agricultura é um dos setores da atividade humana que pode sofrer prejuízos ou auferir benefícios dessa mudança. Entender como as plantas cultivadas podem ser afetadas e como criar a capacidade de adaptação e convivência da atividade agrícola com uma nova ordem climática mundial, assegurando o abastecimento de alimentos para os atuais 6,8 bilhões de pessoas e, particularmente, para os projetados 9 bilhões de humanos, é o grande desafio que está posto para as instituições de CT&I, a exemplo da Embrapa.

A base da produção agrícola é o processo de fotossíntese, que envolve a conversão de energia luminosa (radiação solar) em energia química, usando como ingredientes CO2 e H2O. A elevação da concentração de CO2 (atualmente da ordem de 2 ppm/ano) tende a beneficiar o processo de fotossíntese, uma vez que, pela maior concentração de CO2 intracelular, aumenta a fotossíntese líquida, e reduz a condutância estomática, diminuindo a transpiração (maior eficiência no uso da água). Experimentos sob condições controladas, dão conta que a duplicação da atual concentração de CO2 pode elevar a taxa de fotossíntese, variando conforme o tipo de metabolismo da espécie (C3 ou C4, por exemplo). Nas chamadas plantas C3 (soja), de 30-50%, e, nas plantas C4 (milho), de 10-25%. Todavia, aumentos de rendimentos, especificamente, são menores: 10-20% nas C3 e 10-25 nas C4. Ainda: o efeito da elevação da concentração de CO2 vai depender da disponibilidade de água e de nutrientes, sem desconsiderar que, sob cultivo no campo, pragas, doenças e plantas daninhas exercem um forte efeito de competição pelo uso de recursos do ambiente. Além de que, a redução na condutância estomática pode elevar a temperatura do dossel, causando um efeito similar ao de aumento de temperatura e maior perda respiratória.

A elevação na concentração de CO2 na atmosfera, a mudança no padrão de chuvas (redução/elevação e variabilidade), juntamente com mudança no regime térmico, podem reduzir ou aumentar a produção de alimentos de origem vegetal no mundo. Tudo depende da magnitude da mudança e da interação entre esses fatores, bem como da estratégia de adaptação adotada.

A redução no total de radiação solar global diagnosticado pode ser compensado por uma maior fração de radiação solar difusa (também diagnosticado), que tem maior penetração nos estratos inferiores dos dosséis das plantas cultivadas. Por sua vez, quanto à questão térmica, a elevação de temperatura (aquecimento global), de maneira geral, tende a acelerar o ciclo de desenvolvimento das plantas, podendo, por exemplo, predispor alguns cultivos, em certas regiões, mesmo num mundo aquecido, a um maior risco de dano por geadas. Além de que, ao acelerar o ciclo de desenvolvimento, a captura de radiação solar pelo cultivo é menor e, consequentemente, a acumulação de biomassa, de maneira geral, também é.

Preocupante, mesmo, é a constatação de elevação na concentração de Ozônio na baixa atmosfera. Esse poluente é um poderoso oxidante, que reduz a atividade da rubisco (principal enzima envolvida na fotossíntese) e acelera o envelhecimento foliar.

Precisamos entender a complexidade da mudança do clima e a complexidade dos sistemas agrícolas, para, cientificamente embasados, construirmos estratégias de adaptação e convivência com uma nova ordem climática no mundo.

É sabido que acima dos 30ºC o rendimento das nossas mais importantes culturas produtoras de alimentos e fibras declina de forma drástica, entre outras causas, porque a fotossíntese, nas principais espécies agrícolas temperadas, tem uma temperatura ótima entre 20 e 25ºC. É por isso que precisamos, cada vez mais, de novas praticas agronômicas que sejam mais efetivas e sustentáveis.

Entender Darwin, entrar na era da engenharia genética ou perseguir miragens

Ou entendem Darwin e as implicações da seleção natural na evolução das espécies ou os biólogos moleculares, especialmente no que tange à inovação tecnológica em agricultura, continuarão a gastar recursos perseguindo miragens. Essa é a opinião do professor R. Ford Denison, da Universidade de Minnesota/USA, em exaustiva análise sobre a complexidade das trocas, as limitações e as possíveis oportunidades de exploração, via avanços tecnológicos nos sistemas cultivados, em que, perceptivelmente ou não, sobressai-se uma ”agricultura darwiniana”.

Uma questão científica relevante em agricultura é como otimizar a exploração dos recursos do ambiente. Mais especificamente, como manejar a competição de plantas, tanto individual quanto coletivamente. No caso dos cultivos destinados à produção de grãos, quem sabe se mostre mais interessante, por exemplo, a produção total de grãos por unidade de área que por cultura isolada. Em termos sistêmicos, pode-se buscar, via adequação de ciclos, mais cultivos por ano, embora se saiba que cultivos de menor ciclo, em geral, são menos produtivos. Esse é um dos tantos tipos de troca que, em nome do todo, pode ser mais vantajoso abrir mão de parte do potencial de rendimento num programa de melhoramento genético vegetal.

É importante o entendimento dos fatores que limitam o rendimento dos cultivos para que sejam feitas intervenções com base científica, mais que tentativas e erros. No caso da soja, por exemplo, sabe-se que, mesmo havendo a fixação biológica de nitrogênio atmosférico, o rendimento dessa oleaginosa é limitado pela disponibilidade desse nutriente (especificamente no caso de rendimentos elevados). Uma estratégia para elevação do potencial de rendimento da soja poderia ser baixar o teor de proteína dos grãos. Uma questão de escolha, em que, tomando-se o caminho inverso da evolução, que, via seleção natural, favoreceu a competição individual, priorizando rendimento de sementes e conteúdo de proteína, busca-se favorecer a comunidade.

Mesmo que muitas intervenções e prioridades dos programas de melhoramento genético de plantas cultivada sejam marcadas pelo caráter de efemeridade, não deixam de ser relevantes. É o caso típico da resistência a insetos pragas e organismos causadores de doenças (fungos, nematóides, bactérias e vírus, por exemplo), cujas seleção natural desses organismos e o surgimento de novas raças, numa espécie de luta darwiniana, exige ganhos acelerados de rendimento para compensar a evolução de pragas e patógenos.

A elevação do potencial de rendimento dos cultivos agrícolas exige mudanças em processos fisiológicos básicos. A questão de resistência a herbicidas e a insetos praga, os grandes marcos de inovação tecnológica em agricultura, obtidos via técnicas de transformação genética, mesmo sendo impossível ignorar os seus méritos em possibilitar ganhos de rendimento e/ou redução de custos nas lavouras, podem ser vantajosos apenas temporariamente, até que as plantas daninhas (tome-se como exemplo a buva) e os insetos, darwinianamente, evoluam em resistência.

O professor Denison considera uma fantasia dos biólogos moleculares, por exemplo, a proposta de melhoria de eficiência da enzima rubisco pela redução da fotorrespiração; caso típico das chamadas plantas C3, cujo exemplo é a soja. Os defensores dessa ideia valem-se da maior especificidade da rubisco por CO2 (relativo ao O2) em algas, comparativamente às plantas terrestres. Segundo ele, via seleção natural, no caso das espécies terrestres, houve compensação entre especificidade da rubisco por CO2 e a taxa de reação. Portanto, não sendo esperável qualquer ganho em produtividade (pelo menos significativos) a partir dessa estratégia de transformação genética.

O argumento da perenização dos cultivos anuais como caminho para a elevação de rendimento também tem que ser visto com reservas. Mais que o total de biomassa, no caso de espécies destinadas à produção de grãos, interessa a partição dos assimilados. Evolutivamente, as espécies perenes alocaram menos recursos para as estruturas reprodutivas que as anuais. Isso significa que há espaço para melhoria nesse quesito nas espécies perenes, mas não se pode criar expectativas exageradas com a perenização de espécies anuais como o trigo e outros cereais.

Agricultura do futuro

A agricultura, atual e do futuro, é dependente de ciência, tecnologia e inovação. Esta é uma tendência que se consolida cada vez mais, frente ao crescimento da população mundial, com projeções de nove bilhões de pessoas por volta do ano 2050, a melhoria de renda, com mudança de padrão e elevação de consumo de alimentos, paralelamente à busca da erradicação da fome no mundo, associados com preocupações ambientalistas de preservação da natureza. Estes são indicativos da necessidade de uma agricultura do futuro mais produtiva e mais eficiente na exploração dos recursos do ambiente. Isso sinaliza uma oportunidade sem precedentes na história da agricultura para a inovação tecnológica desenvolvida a partir da pesquisa básica. O conhecimento básico em biologia deverá ser a fonte de inovações tecnológicas de valor na agricultura do futuro.

Em destaque, a contribuição de novas cultivares de plantas e melhores práticas de manejo de cultivos. Os avanços serão decorrentes de programas de melhoramento genético de plantas cientificamente embasados, melhores práticas de nutrição de plantas e de proteção química e biológica dos cultivos. As contribuições de tecnologias de análise por imagem, que permitem a observação detalhada de estruturas subcelulares, o sequenciamento do genoma das espécies de interesse econômico e aplicações de tecnologia da informação, possibilitando o manuseio de grandes conjuntos de dados, serão cada vez mais relevantes. O futuro da agricultura passa pela transformação da pesquisa básica em aplicações tecnológicas.

A identificação de um gene ou de um conjunto de genes associados com um melhor desempenho produtivo de uma cultura poderá ser usado tanto em programas de melhoramento genético, na criação de cultivares, quanto na geração de uma nova estratégia de manejo de cultivo. Essa é uma percepção que temos de como a análise genética, via técnicas de biologia avançada, tendo como alvo o DNA, e a fenotipagem, envolvendo caracterização bioquímica, fisiológica e morfológica, poderão revolucionar a agricultura do futuro.

A transformação genética e o melhoramento genético assistido por marcadores moleculares deverão ser cada vez mais presentes na agricultura mundial. A introdução de genes de espécies diferentes ou de uma mesma espécie, sem levar junto genes indesejáveis, modificarão as plantas em muitas características úteis. Como é o caso da resistência a pragas e doenças, tomando-se como exemplo os múltiplos genes Bt, que expressando um nível elevado de determinadas toxinas, podem conferir resistência a vários insetos pragas.

As plataformas de fenotipagem deverão ser usadas mais intensivamente na pesquisa agrícola, buscando, via características fenotípicas relevantes, a identificação de genes agronomicamente importantes. Também técnicas não invasivas, estilo tomografia computadorizada, espectrometria de massa etc. permitirão, de forma rápida e relativamente barata, a criação de mapas genéticos de alta resolução, possibilitando a elucidação de questões técnicas ainda não respondidas pela pesquisa convencional em agricultura.

Não se desconsidera, num prazo relativamente mais longo (acima de 15 anos), mudanças substanciais nas plantas cultivadas, envolvendo desde a transformação do metabolismo das plantas C3 em plantas C4, que, no caso do arroz, há quem acredite, poderia elevar o rendimento desta espécie em até 50%. Também na questão de proteção química das plantas, grandes mudanças podem ser esperadas na indução da defesa natural da própria planta, via aplicação na semente e não no campo. A planta seria o alvo da proteção química e não a praga. O uso do mecanismo de resistência artificial derivado do parasita e não da planta, teria prioridade. Explorar a transferência de genes responsáveis pela resistência de plantas não-hospedeiras é também alvo.

Ainda, espera-se avanços substanciais na área de biofortificação, envolvendo cultivos capazes de produzir alimentos ricos em ferro, zinco e vitamina A, para consumo humano, ou grãos livres de micotoxinas ou com menor teor de princípios capazes de causar poluição por fosfatos nos dejetos de suínos e de aves, por exemplo.

Em resumo, a pesquisa em biologia básica poderá ser responsável por uma revolução sem precedentes na história da agricultura mundial. Todavia, diante do exposto, parece que entender Charles Darwin ainda é o principal requisito para a entrada da ciência, sem expectativas fantasiosas, na era da engenharia genética.

Revista Plantio Direto, edição 117, maio/junho de 2010. Aldeia Norte Editora, Passo Fundo, RS.