Alimentos, agrotóxicos e pragas: o que a ecologia nos tem a dizer

Alimentos, agrotóxicos e pragas: o que a ecologia nos tem a dizer

William Roberto Luiz Silva Pereira Artigo publicado no site CrBio Digital em 06/01/2012

As notícias nos assombram. A revista VEJA (janeiro de 2012) anunciou que a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) divulgou os resultados dos estudos sobre a contaminação de alimentos por agrotóxicos, onde 28% dos produtos avaliados foram considerados insatisfatórios, sendo o pimentão, morango, pepino, alface e cenoura os alimentos que ocuparam os primeiros lugares da lista. De todas as amostras de pimentão, 98% tinham agrotóxicos acima do limite. Somado a esse fato, numa entrevista apresentada na TV aberta, a oncologista Sílvia Brandalise, da Unicamp, relatou que somente uma pequena parcela dos casos de câncer tem origem de ordem natural, e a grande maioria dos casos são provocados pelo consumo excessivo de agrotóxicos. Aqui no Brasil são produzidos mais de 400 agrotóxicos, muito deles proibidos em vários países, como o metamidofos. Sílvia afirma que “se aquele produto lesa uma célula de formiga, uma célula de mosquito e leva a morte desse mosquito, de maneira mais aguda, no homem não é diferente. Só que no homem é mais crônico, é de longa duração”. Porém o toxicologista Flávio Zambrone, presidente do Instituto Brasileiro de Toxicologia afirma que “não existem comprovações científicas que o consumo a longo prazo de resíduos de pesticidas nos alimentos provoque problemas graves ao seres humanos”. E não adianta lavar os alimentos para retirar excesso do defensivo, pois na lavagem são removidos apenas micróbio e coliformes fecais. Não adianta descascar ou retirar as folhas externas (no caso do alface). O agrotóxico penetra na polpa dos alimentos ou circula na seiva da planta. Atuando do outro lado da ciência, bioquímicos e nutricionistas constantemente relatam que os alimentos guardam substâncias vitais para a nossa saúde. O resveratrol (presente na casca da uva e amendoim), quercetina (abundante na cebola e diversas hortaliças), flavonóides, como o alfa-caroteno, betacaroteno, licopeno (presente na laranja, cenoura e tomate), são alguns exemplos de substâncias que tem ação anti-radicais livres e anti-cancerígenas.

Estamos diante de um grande dilema alimentar. A mesma fonte que promove a melhora da nossa saúde é a que nos deixa preocupados em saber se o mesmo está em condições de ser comido ou não. Se nos acostumássemos em comer maçãs com a casca cheia de buracos, alfaces com as folhas “enferrujadas” ou goiabas com o caminho que a larva fez ao penetrar na polpa, provavelmente estaríamos livres dessas preocupações. E se os agricultores conseguissem manter seus empreendimentos com baixa produtividade, colhendo apenas 30% ou 40% de todo o seu plantio e deixando os restos para as pragas, estaríamos tranqüilos e a indústria química nem existiria. Pura utopia. Mas toda essa problemática tem sua fonte advinda de um vilão que nunca abandonará os agrossistemas: a praga e sua relação com os plantios. Há maneiras de controlar a praga através de mecanismos estritamente biológicos e ecológicos? Os cientistas a muito tempo se esforçam para entender o mecanismo e o funcionamento das populações de pragas (e conseqüentemente das demais populações naturais). Um deles é Robert May, descobridor da teoria do caos. May, da Universidade de Oxford, sempre se dedicou aos estudos de sistemas naturais. Analisando equações simples, inicialmente interessado nas suas propriedades matemáticas, o pesquisador descobriu que certas equações (chamadas de equações discretas, diferente das equações diferenciais) guardam propriedades interessantes. Seus resultados abalaram a comunidade científica da sua época com o artigo Simple Mathematical Models With Very Complicated Dynamics, em 1975. Dependendo de como manipulava os parâmetros, surgiam dinâmicas novas, às vezes muito estranhas, pelo qual ele deu o nome de dinâmicas “caóticas”. Ele aplicou tais descobertas a equações que descrevem a dinâmica de uma população teórica, mais especificamente, a equação de Ricker e a equação de Verhulst, ambos na sua forma discretizada. Ao publicar os resultados na revista Nature, seu artigo teve uma imensa repercussão e somado com outras evidências de outros cientistas, como Mitchell Feigenbaum (físico e matemático), Edward Lorenz (climatologista e matemático), Benoit Mandelbrot (matemático que percorreu diversos ramos da ciência, como a física, estatística, lingüística, economia, biologia, etc.), foi fundamentado o ramo da ciência que hoje é conhecida por Sistemas Complexos ou Sistemas Dinâmicos, que agrupam a Teoria do Caos e Teoria dos Fractais. Porém Robert May queria saber se as dinâmicas populacionais caóticas teóricas existiam na natureza e em quais condições. Então junto aos entomologistas (especialistas em insetos) Michael Hassell e John Lawton publicaram em 1976 o artigo Patterns of Dynamical Behaviour in Single-Species Populations na revista The Journal of Animal Ecology.

O biólogo Peter Turchin, em 2001 apontou as três leis populacionais que regem as populações biológicas naturais que foram discutidas por nós, numa possível junção com a ecotoxicologia (eu junto a doutora Máurea Nicoletti Flynn) em 2011. São as leis do crescimento exponencial, da limitação de recursos e da oscilação consumidor-recurso. As equações que descrevem essas três leis são a equação de Malthus, a equação de Pearl-Vehurst e o Sistema presapredador de Lotka-Volterra, cujos modelos representam muito bem a dinâmica de algumas poucas (pouquíssimas) populações naturais e fundamentam o desenvolvimento da ecologia. Porém os entomólogos usam uma equação quase desconhecida na ecologia, a equação de Hassell, com dois parâmetros biológicos importantes: a taxa per capta de aumento populacional λ e o expoente de competição intra-específica β. A primeira constatação da equação de Hassell é que ela guarda as propriedades populacionais que já tinham sido verificadas anteriormente por outros cientistas (ver Figura 1). O demógrafo Pierre François Verhulst em 1845 derivou a sua equação e o biólogo Raymond Pearl junto ao também biólogo e estatístico Lowell Reed aplicaram a curva de Verhulst em populações humanas e de outros organismos, definindo o conceito de capacidade-suporte. George Gause continuou os estudos e em 1932 definiu os ecólogos conhecem hoje como Princípio da Exclusão Competitiva ou Lei de Gause. Laurence Slobodkin, em 1960 questionou a adequação do modelo logístico as populações naturais e a relação entre regulação populacional e ecossistêmica.

Figura 1) Equação de Hassell, gerando um comportamento sigmoidal. Note que para a equação de Hassell não existe um parâmetro de estabilidade populacional, como na equação de PearlVerhulst, porém isso é representado matematicamente em N(t+1)= N(t) = N*.

Porém o modelo de Hassell não possui o parâmetro ecológico K (capacidade-suporte). A condição matemática para a população chegar a estabilidade, chamado por May de Monotonic Damping (chamei esse termo de amortecimento monotônico), é Nt+1 = Nt. O valor que descreve tal estabilidade é designado por N*. Podemos verificar na figura abaixo para valores fixos de λ e β e diferente valores de a como a população teórica atinge N* (Figura 1). May descobriu que existem outras condições de estabilidade: oscilações amortecidas, ciclo-limite estáveis com número de ciclos variados e caos. Esses três regimes são encontrados quando se manipula λ e β respeitando o mapa da Figura 2. Cada área delimitada pelas curvas do mapa representa os valores que λ e β devem possuir para gerar as dinâmicas descritas por May. Se plotarmos a equação de Hassell com os valores encontrados no mapa, podemos gerar tais dinâmicas. Observando os diferentes regimes, podemos entender qual foi o mérito de May. Sua análise permitiu que novas dinâmicas pudessem ser geradas a partir de uma ligeira alteração nos parâmetros. Os ciclos populacionais que o modelo de Hassell gerava podiam ser confrontados com os ciclos populacionais encontrados na natureza e com ciclos populacionais observados em laboratório. Foi o que Hassell, Lawton e May fizeram. Os cientistas coletaram uma série de dados existentes na literatura de insetos-praga monitoradas em agrossistemas e de alguns insetos mantidos em laboratório. Ao todo foram coletado dados de 24 insetos estudados em campo e 3 insetos mantidos em laboratório. Para os insetos de campo os parâmetros λ foram calculados através de tabelas de vida e para os insetos de laboratório esse mesmo parâmetro era facilmente obtido observando cada geração. β foi encontrado usando uma manipulação matemática e estatística. Os autores tomaram cuidado em selecionar estudos com pouca ou nenhuma sobreposição de gerações. Há modelos próprios para essas situações (como o modelo de atraso de MacArthur). Ao colocar os parâmetros no mapa de May, os resultados impressionam. Somente as três espécies mantidas em laboratório e outras duas estudadas em campo revelaram as novas dinâmicas. As demais espécies tiveram seus parâmetros situados dentro da região do mapa que descreviam amortecimento monotônico (ou nosso conhecido crescimento logístico). Callosobruchus chinensis teve valores que representaram amortecimento monotônico e oscilações amortecidas (ver Figura 3). Os autores concluíram que muitas das populações naturais tenderão a retornar a um ponto de equilíbrio estável depois de sofrerem um distúrbio. Portanto, se for feita alguma intervenção, química ou biológica, os efeitos serão sentidos pela população de praga, porém naturalmente, essas populações retornarão a valores de estabilidade. Isso é natural.

Figura 2) Mapa de May et al. (1976) com os valores de λ e β representados nos eixos x e y e as dinâmicas calculadas a partir da equação de Hassell, respeitando as condições do mata. Os pontos do mapa representam os valores encontrados a partir de dados existentes na literatura. Nas plotagens gráficas encontramos as 4 dinâmicas classificadas por May. Monotonic Damping (Amortecimento Monotônico): amortecimento monotônico com crescimento sigmoidal; Damped Oscillations (Oscilações Amortecidas); Stable Limit Cycles (Ciclos-Limite Estáveis); Chaos (Caos).

Populações reais são difíceis de serem modeladas. Mas Hassell, Lawton e May descobriram propriedades matemáticas e ecológicas importantes que permitiram compreender melhor o funcionamento da dinâmica das pragas e conseqüentemente de outras populações biológicas. Muitos artigos foram publicados a partir dos trabalhos seminais de Hassell, Lawton e May,

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d2) Figura 3) Mapa de May et al. (1976) onde as três espécies de pragas são apontadas, com seus valores de λ e β . Os valores de β e α são os encontrados por Hassel, Lawton & May (1976). Da esquerda para direita: Callosobruchus chinensis, cujos parâmetros encontrados geram uma dinâmica com amortecimento monotônico; Callosobruchus chinensis, cujos parâmetros encontrados geram uma dinâmica com oscilações monotônicas; Callosobruchus maculatus, cujos parâmetros encontrados geram uma dinâmica com oscilações amortecidas; Lucilia cuprina, com dinâmica caótica no curto prazo (d1) e longo prazo (d2).

É claro que é mais fácil estudar populações de pragas do que uma população imersa num ecossistema, difícil é fazer o controle. As pragas estão inseridas em sistemas simples (agrossistemas) com poucas espécies interagentes, baixa diversidade e baixa complexidade ambiental. Os recursos são abundantes, podendo sustentar grandes contingentes populacionais (levando a altas capacidades-suporte). A contradição é que o recurso que a praga precisa é o mesmo alimento que virá para nossas mesas. E se não há um controle de pragas extensivo, simplesmente sua população crescerá e estabilizará a medida que há disponibilidade de recursos suficientes. Quando os recursos ficam escassos, os indivíduos da mesma população começam a competir entre si e somado com o aumento da taxa de mortalidade, as populações de pragas declinam. E com isso grande parte do cultivo é exterminada pelas pragas. Na EMBRAPA há pesquisas envolvendo o controle biológico de pragas, onde são lançados no sistema insetos parasitóides, que possuem ciclo de vida dependente no hospedeiro (no caso a praga). Espera-se que os parasitóides façam o controle natural das pragas, pois a deposição dos ovos dos parasitóides ocorrem em cima das larvas da praga. Quando o ovo eclode, o pequeno parasitóide acaba se alimentando do próprio hospedeiro, eliminando-o. Há modelos específicos para estudar essa relação, conhecido geralmente por Sistema Parasita-Hospedeiro. A modelagem é mais complexas e alguns parâmetros precisam ser medidos em testes laboratoriais. O que pude concluir, a partir do artigo pouco conhecido de Hassell, Lawton e May, é que as populações naturais geralmente não são caóticas e não tão difíceis de serem modeladas quanto imaginávamos e que a natureza, naturalmente, selecionou valores de λ e β que evitam dinâmicas complexas. Regimes caóticos ocorrem na região do Mapa de May sob valores de λ e β muito altos. Ou seja, populações naturais geralmente não crescem loucamente (valores altos da taxa de crescimento populacional per capta λ) e não competem acirradamente quando há muito recurso (taxas de competição intra-específica alta), ao contrário das populações mantidas em laboratórios. E ainda por cima, populações de insetos que apresentam a relação consumidor-recurso, que no caso é a maioria, tendem a apresentar comportamento cíclico. São evidências que surgem em diversos artigos recentes. Há outros fatores influenciando as populações e eles não têm relação com a própria população. Esses fatores podem ser estação do ano, clima, chuvas, temperatura, etc. Na ecologia esses fatores são agrupados pelo nome de fatores abióticos. Portanto, um modelo que represente melhor uma população natural tem que levar em conta as variáveis ambientais. Os cientistas já descobriram isso e atualmente os modelos populacionais consideram tal variável, que são generalizados como ruídos ambientais. Consumir alimentos onde a praga é estritamente controlada por mecanismos biológicos e ecológicos é uma realidade muito distante. Porém o esforço científico em tentar entender e controlar tais populações é grande, e as descobertas muitíssimo interessantes. Mas por enquanto temos que consumir nossos flavonóides e nossos “defensivos”, por que precisamos, primeiramente, matar nossa fome.

Figura 4) Insetos mantidos em laboratório que apresentaram as dinâmicas sugeridas por May. A mosca-varejeira é responsável por transmissão de doenças e é que apresentou dinâmica populacional caótica. Os gorgulhos, pragas de plantações, apresentaram oscilações amortecidas. Da esquerda para direita: mosca-varejeira (Lucilia cuprina), gorgulho-japonês (Callosobruchus chilensis), gorgulho-do-feijão-de-corda (Callosobruchus maculatus).