O milho que respira azoto
A maioria das pessoas terá aprendido algures no seu percurso académico que as leguminosas são uma família de plantas que se caracteriza pela capacidade de fixar o azoto atmosférico, através de simbioses especializadas com bactérias do género Rhizobium e afins.
Essa associação tornou-se um exemplo clássico da biologia vegetal e da ecologia funcional, frequentemente apresentada como um caso quase exclusivo no mundo das plantas cultivadas. No entanto, as leguminosas estão longe de ser as únicas a beneficiar da fixação biológica de azoto.
Hoje sabemos, com base em evidência científica robusta, que outras famílias botânicas também podem integrar sistemas de fixação biológica de azoto, embora através de mecanismos distintos. Algumas plantas lenhosas associam-se a actinobactérias do género Frankia.
Certas plantas aquáticas estabelecem relações com cianobactérias. E, de forma particularmente surpreendente, existem gramíneas que conseguem beneficiar da fixação biológica de azoto por via de associações com microrganismos diazotróficos não nodulares.
É aqui que o espanto científico se torna inevitável. Quando se percebe que uma dessas gramíneas pertence a uma variedade tradicional de milho (Zea mays), uma das espécies mais cultivadas do planeta, base alimentar de centenas de milhões de pessoas, o impacto conceptual é profundo.
A possibilidade de que, em determinadas variedades tradicionais e contextos ecológicos, o milho possa obter parte do azoto necessário diretamente da atmosfera obriga a repensar dogmas agronómicos enraizados e abre uma janela científica, agrícola e civilizacional de enorme relevância.
O milho que hoje está no centro da atenção da comunidade científica não corresponde a uma novidade botânica nem a uma criação da biotecnologia moderna. Trata-se de uma variedade tradicional de Zea mays ssp. mays, conhecida como olotón, cultivada há séculos por comunidades indígenas da Sierra Mixe, no estado de Oaxaca, México.
Este milho foi mantido, selecionado e reproduzido em sistemas agrícolas de pequena escala, em ambientes montanhosos, com solos pobres em azoto e sob condições climáticas exigentes, sustentado por um conhecimento ecológico profundo e cumulativo.
A particularidade que despertou o interesse científico reside na sua fisiologia radicular e na relação estabelecida com microrganismos do meio. As plantas desenvolvem raízes adventícias aéreas espessas, inseridas em vários nós do caule. Em condições de humidade, estas raízes exsudam uma mucilagem rica em compostos carbonados, principalmente polissacarídeos.
Esta mucilagem não é um subproduto irrelevante do crescimento, mas um microambiente biologicamente ativo, no qual se estabelece uma comunidade diversa de bactérias diazotróficas, capazes de realizar a fixação biológica de azoto atmosférico.
A fixação de azoto ocorre através da atividade da enzima nitrogenase presente nesses microrganismos, convertendo o dinitrogénio atmosférico em formas reduzidas assimiláveis. Estudos baseados em técnicas isotópicas demonstraram que uma fração significativa do azoto incorporado nos tecidos vegetais pode ter origem atmosférica, dependendo das condições ambientais e do desenvolvimento das raízes aéreas.
Não se trata de uma simbiose nodular do tipo observado em leguminosas, mas de uma associação funcional entre a planta e a microbiota, mediada pela mucilagem e pela arquitetura radicular.
Este fenómeno tem implicações agronómicas de grande relevância. O milho é uma das culturas mais exigentes em azoto à escala mundial e uma das principais responsáveis pelo consumo de fertilizantes azotados sintéticos.
A produção industrial desses fertilizantes é energeticamente intensiva e está intimamente ligada ao consumo de energia fóssil e à economia baseada no petróleo, associada a elevadas emissões de gases com efeito de estufa. A aplicação excessiva de azoto no campo contribui ainda para a lixiviação de nitratos, a eutrofização de massas de água e a degradação de ecossistemas terrestres e aquáticos.
A existência de variedades tradicionais de milho capazes de obter parte do azoto necessário diretamente da atmosfera aponta para um potencial real de redução da dependência de adubação azotada, sobretudo em sistemas agrícolas de baixos recursos.
O interesse científico não reside apenas na possibilidade de diminuir custos de produção, mas também na redução dos impactos ambientais associados à fertilização química intensiva.
Importa sublinhar que esta capacidade não pode ser analisada de forma isolada. O carácter associado à fixação biológica de azoto está integrado num conjunto mais amplo de traços morfológicos, fisiológicos e ecológicos resultantes de processos prolongados de seleção camponesa.
A arquitetura da planta, a produção de raízes aéreas, a composição da mucilagem e a interação com comunidades microbianas fazem parte de um sistema adaptativo complexo, inseparável do contexto agrícola e cultural que o originou.
A investigação recente demonstra ainda que fenómenos semelhantes, embora com expressão variável, podem ocorrer noutras variedades tradicionais de milho e até noutras gramíneas, o que sugere que a associação entre raízes aéreas mucilaginosas e microrganismos fixadores de azoto pode estar mais amplamente distribuída do que se pensava.
Este facto reforça a importância de conservar e estudar a diversidade genética e funcional existente dentro da espécie Zea mays. Neste contexto, a conservação da biodiversidade agrícola assume um papel central. As variedades tradicionais de milho não são vestígios do passado nem simples reservatórios genéticos para programas de melhoramento.
São sistemas vivos de adaptação e inovação, mantidos por comunidades humanas ao longo de gerações. A sua perda representa a perda de soluções biológicas que podem ser determinantes num cenário de alterações climáticas, escassez energética e insegurança alimentar.
O caso do milho olotón evidencia também a necessidade de uma abordagem ética e responsável à investigação científica. A biodiversidade agrícola está indissociavelmente ligada às comunidades que a criaram e conservaram, e qualquer tentativa de valorização agronómica ou tecnológica deve reconhecer esse facto.
É neste ponto que se impõe a reflexão sobre direitos e biopirataria. A literatura científica e sociojurídica tem demonstrado que a caracterização e valorização deste milho ocorreram a partir de recursos genéticos e de conhecimentos desenvolvidos coletivamente por comunidades indígenas ao longo de gerações.
Embora os processos de acesso tenham sido enquadrados formalmente por instrumentos legais internacionais, como o Protocolo de Nagoya, vários autores sublinham que a legalidade administrativa não garante, por si só, justiça ética nem repartição equitativa de benefícios.
A celebração de acordos restritos, a confidencialidade dos seus termos e a representação limitada de comunidades num contexto de conhecimento partilhado levantam questões sérias sobre consentimento coletivo, reconhecimento da autoria camponesa e apropriação assimétrica de valor.
Neste sentido, o milho olotón tornou-se um caso paradigmático ao revelar como a biopirataria pode manifestar-se de forma estrutural, mesmo dentro de quadros legais existentes, quando o conhecimento tradicional é tratado como acessório e dissociado das comunidades que o mantiveram vivo.
Pensar o futuro do milho à escala global implica integrar este conhecimento com rigor científico e sensibilidade social. A redução drástica da utilização de adubos azotados numa cultura historicamente dependente deles não é apenas um desafio técnico, mas uma oportunidade para repensar os modelos agrícolas dominantes.
Este milho das montanhas de Oaxaca recorda-nos que a agricultura do futuro pode emergir da diversidade, da cooperação entre organismos e da valorização de sistemas tradicionais que continuam a oferecer respostas a problemas contemporâneos.
Essa associação tornou-se um exemplo clássico da biologia vegetal e da ecologia funcional, frequentemente apresentada como um caso quase exclusivo no mundo das plantas cultivadas. No entanto, as leguminosas estão longe de ser as únicas a beneficiar da fixação biológica de azoto.
Hoje sabemos, com base em evidência científica robusta, que outras famílias botânicas também podem integrar sistemas de fixação biológica de azoto, embora através de mecanismos distintos. Algumas plantas lenhosas associam-se a actinobactérias do género Frankia.
Certas plantas aquáticas estabelecem relações com cianobactérias. E, de forma particularmente surpreendente, existem gramíneas que conseguem beneficiar da fixação biológica de azoto por via de associações com microrganismos diazotróficos não nodulares.
É aqui que o espanto científico se torna inevitável. Quando se percebe que uma dessas gramíneas pertence a uma variedade tradicional de milho (Zea mays), uma das espécies mais cultivadas do planeta, base alimentar de centenas de milhões de pessoas, o impacto conceptual é profundo.
A possibilidade de que, em determinadas variedades tradicionais e contextos ecológicos, o milho possa obter parte do azoto necessário diretamente da atmosfera obriga a repensar dogmas agronómicos enraizados e abre uma janela científica, agrícola e civilizacional de enorme relevância.
O milho que hoje está no centro da atenção da comunidade científica não corresponde a uma novidade botânica nem a uma criação da biotecnologia moderna. Trata-se de uma variedade tradicional de Zea mays ssp. mays, conhecida como olotón, cultivada há séculos por comunidades indígenas da Sierra Mixe, no estado de Oaxaca, México.
Este milho foi mantido, selecionado e reproduzido em sistemas agrícolas de pequena escala, em ambientes montanhosos, com solos pobres em azoto e sob condições climáticas exigentes, sustentado por um conhecimento ecológico profundo e cumulativo.
A particularidade que despertou o interesse científico reside na sua fisiologia radicular e na relação estabelecida com microrganismos do meio. As plantas desenvolvem raízes adventícias aéreas espessas, inseridas em vários nós do caule. Em condições de humidade, estas raízes exsudam uma mucilagem rica em compostos carbonados, principalmente polissacarídeos.
Esta mucilagem não é um subproduto irrelevante do crescimento, mas um microambiente biologicamente ativo, no qual se estabelece uma comunidade diversa de bactérias diazotróficas, capazes de realizar a fixação biológica de azoto atmosférico.
A fixação de azoto ocorre através da atividade da enzima nitrogenase presente nesses microrganismos, convertendo o dinitrogénio atmosférico em formas reduzidas assimiláveis. Estudos baseados em técnicas isotópicas demonstraram que uma fração significativa do azoto incorporado nos tecidos vegetais pode ter origem atmosférica, dependendo das condições ambientais e do desenvolvimento das raízes aéreas.
Não se trata de uma simbiose nodular do tipo observado em leguminosas, mas de uma associação funcional entre a planta e a microbiota, mediada pela mucilagem e pela arquitetura radicular.
Este fenómeno tem implicações agronómicas de grande relevância. O milho é uma das culturas mais exigentes em azoto à escala mundial e uma das principais responsáveis pelo consumo de fertilizantes azotados sintéticos.
A produção industrial desses fertilizantes é energeticamente intensiva e está intimamente ligada ao consumo de energia fóssil e à economia baseada no petróleo, associada a elevadas emissões de gases com efeito de estufa. A aplicação excessiva de azoto no campo contribui ainda para a lixiviação de nitratos, a eutrofização de massas de água e a degradação de ecossistemas terrestres e aquáticos.
A existência de variedades tradicionais de milho capazes de obter parte do azoto necessário diretamente da atmosfera aponta para um potencial real de redução da dependência de adubação azotada, sobretudo em sistemas agrícolas de baixos recursos.
O interesse científico não reside apenas na possibilidade de diminuir custos de produção, mas também na redução dos impactos ambientais associados à fertilização química intensiva.
Importa sublinhar que esta capacidade não pode ser analisada de forma isolada. O carácter associado à fixação biológica de azoto está integrado num conjunto mais amplo de traços morfológicos, fisiológicos e ecológicos resultantes de processos prolongados de seleção camponesa.
A arquitetura da planta, a produção de raízes aéreas, a composição da mucilagem e a interação com comunidades microbianas fazem parte de um sistema adaptativo complexo, inseparável do contexto agrícola e cultural que o originou.
A investigação recente demonstra ainda que fenómenos semelhantes, embora com expressão variável, podem ocorrer noutras variedades tradicionais de milho e até noutras gramíneas, o que sugere que a associação entre raízes aéreas mucilaginosas e microrganismos fixadores de azoto pode estar mais amplamente distribuída do que se pensava.
Este facto reforça a importância de conservar e estudar a diversidade genética e funcional existente dentro da espécie Zea mays. Neste contexto, a conservação da biodiversidade agrícola assume um papel central. As variedades tradicionais de milho não são vestígios do passado nem simples reservatórios genéticos para programas de melhoramento.
São sistemas vivos de adaptação e inovação, mantidos por comunidades humanas ao longo de gerações. A sua perda representa a perda de soluções biológicas que podem ser determinantes num cenário de alterações climáticas, escassez energética e insegurança alimentar.
O caso do milho olotón evidencia também a necessidade de uma abordagem ética e responsável à investigação científica. A biodiversidade agrícola está indissociavelmente ligada às comunidades que a criaram e conservaram, e qualquer tentativa de valorização agronómica ou tecnológica deve reconhecer esse facto.
É neste ponto que se impõe a reflexão sobre direitos e biopirataria. A literatura científica e sociojurídica tem demonstrado que a caracterização e valorização deste milho ocorreram a partir de recursos genéticos e de conhecimentos desenvolvidos coletivamente por comunidades indígenas ao longo de gerações.
Embora os processos de acesso tenham sido enquadrados formalmente por instrumentos legais internacionais, como o Protocolo de Nagoya, vários autores sublinham que a legalidade administrativa não garante, por si só, justiça ética nem repartição equitativa de benefícios.
A celebração de acordos restritos, a confidencialidade dos seus termos e a representação limitada de comunidades num contexto de conhecimento partilhado levantam questões sérias sobre consentimento coletivo, reconhecimento da autoria camponesa e apropriação assimétrica de valor.
Neste sentido, o milho olotón tornou-se um caso paradigmático ao revelar como a biopirataria pode manifestar-se de forma estrutural, mesmo dentro de quadros legais existentes, quando o conhecimento tradicional é tratado como acessório e dissociado das comunidades que o mantiveram vivo.
Pensar o futuro do milho à escala global implica integrar este conhecimento com rigor científico e sensibilidade social. A redução drástica da utilização de adubos azotados numa cultura historicamente dependente deles não é apenas um desafio técnico, mas uma oportunidade para repensar os modelos agrícolas dominantes.
Este milho das montanhas de Oaxaca recorda-nos que a agricultura do futuro pode emergir da diversidade, da cooperação entre organismos e da valorização de sistemas tradicionais que continuam a oferecer respostas a problemas contemporâneos.
The maize that breathes nitrogen
Most people will have learned somewhere along their academic journey that legumes are a plant family characterised by the ability to fix atmospheric nitrogen, through specialised symbioses with bacteria of the genus Rhizobium and related groups.
That association became a classic example in plant biology and functional ecology, often presented as an almost exclusive case in the world of cultivated plants. However, legumes are far from being the only plants able to benefit from biological nitrogen fixation.
Today we know, on the basis of robust scientific evidence, that other botanical families can also incorporate biological nitrogen fixation systems, although through different mechanisms. Some woody plants associate with actinobacteria of the genus Frankia.
Certain aquatic plants establish relationships with cyanobacteria. And, in a particularly surprising way, there are grasses that can benefit from biological nitrogen fixation through associations with non nodulating diazotrophic microorganisms.
This is where scientific astonishment becomes unavoidable. When one realises that one of these grasses belongs to a traditional variety of maize (Zea mays), one of the most widely cultivated species on the planet and a staple food for hundreds of millions of people, the conceptual impact is profound.
The possibility that, in certain traditional varieties and ecological contexts, maize may obtain part of the nitrogen it needs directly from the atmosphere forces us to rethink deeply rooted agronomic dogmas and opens a scientific, agricultural, and civilisational window of enormous relevance.
The maize now at the centre of the scientific community’s attention is not a botanical novelty, nor a product of modern biotechnology. It is a traditional variety of Zea mays ssp. mays, known as olotón, cultivated for centuries by Indigenous communities of the Sierra Mixe, in the state of Oaxaca, Mexico.
This maize has been maintained, selected, and reproduced in small scale farming systems, in mountainous environments with nitrogen poor soils and demanding climatic conditions, sustained by deep and cumulative ecological knowledge.
The feature that sparked scientific interest lies in its root physiology and in the relationship it establishes with microorganisms in its environment. The plants develop thick aerial adventitious roots, emerging from several nodes along the stem. Under humid conditions, these roots exude a mucilage rich in carbon compounds, mainly polysaccharides.
This mucilage is not an irrelevant by product of growth, but a biologically active microenvironment, within which a diverse community of diazotrophic bacteria becomes established, capable of fixing atmospheric nitrogen.
Nitrogen fixation occurs through the activity of the enzyme nitrogenase in those microorganisms, converting atmospheric dinitrogen into reduced, assimilable forms. Studies based on isotopic techniques have shown that a significant fraction of the nitrogen incorporated into plant tissues may be of atmospheric origin, depending on environmental conditions and on the development of the aerial roots.
This is not a nodulating symbiosis of the type observed in legumes, but rather a functional association between the plant and its microbiota, mediated by the mucilage and by root architecture.
This phenomenon has major agronomic implications. Maize is one of the most nitrogen demanding crops worldwide and one of the main drivers of consumption of synthetic nitrogen fertilisers.
Industrial production of these fertilisers is energy intensive and closely tied to fossil energy use and to a petroleum based economy, and it is associated with high greenhouse gas emissions. Excessive nitrogen application in the field also contributes to nitrate leaching, eutrophication of water bodies, and the degradation of terrestrial and aquatic ecosystems.
The existence of traditional maize varieties capable of obtaining part of the nitrogen they require directly from the atmosphere points to a real potential for reducing dependence on nitrogen fertilisation, especially in low input farming systems.
Scientific interest does not lie only in the possibility of lowering production costs, but also in reducing the environmental impacts associated with intensive chemical fertilisation.
It is important to stress that this capacity cannot be analysed in isolation. The trait associated with biological nitrogen fixation is embedded within a broader set of morphological, physiological, and ecological features resulting from prolonged processes of farmer led selection.
Plant architecture, the production of aerial roots, the composition of the mucilage, and interaction with microbial communities are part of a complex adaptive system, inseparable from the agricultural and cultural context that gave rise to it.
Recent research also shows that similar phenomena, though with variable expression, may occur in other traditional maize varieties and even in other grasses, suggesting that the association between mucilaginous aerial roots and nitrogen fixing microorganisms may be more widely distributed than previously thought.
This reinforces the importance of conserving and studying the genetic and functional diversity that exists within the species Zea mays.
In this context, the conservation of agricultural biodiversity takes on a central role. Traditional maize varieties are not relics of the past, nor mere genetic reservoirs for breeding programmes.
They are living systems of adaptation and innovation, maintained by human communities across generations. Their loss represents the loss of biological solutions that may prove decisive in a scenario of climate change, energy scarcity, and food insecurity.
The case of olotón maize also highlights the need for an ethical and responsible approach to scientific research. Agricultural biodiversity is inextricably linked to the communities that created and conserved it, and any attempt at agronomic or technological valorisation must recognise that fact.
This is where reflection on rights and biopiracy becomes unavoidable. Scientific and socio legal literature has shown that the characterisation and valorisation of this maize proceeded from genetic resources and knowledge collectively developed by Indigenous communities over generations.
Although access processes were formally framed by international legal instruments such as the Nagoya Protocol, several authors emphasise that administrative legality does not, by itself, guarantee ethical justice or equitable benefit sharing.
Restricted agreements, confidentiality of their terms, and limited community representation in a context of shared knowledge raise serious questions about collective consent, recognition of farmer authorship, and asymmetric appropriation of value.
In this sense, olotón maize has become a paradigmatic case, revealing how biopiracy can manifest structurally even within existing legal frameworks, when traditional knowledge is treated as accessory and detached from the communities that kept it alive.
Thinking about the future of maize on a global scale requires integrating this knowledge with scientific rigour and social sensitivity. Drastically reducing the use of nitrogen fertilisers in a crop historically dependent on them is not only a technical challenge, but an opportunity to rethink dominant agricultural models.
This maize from the mountains of Oaxaca reminds us that the agriculture of the future may emerge from diversity, from cooperation between organisms, and from valuing traditional systems that continue to offer answers to contemporary problems.
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