60% de toda a chuva é devolvida à atmosfera através da transpiração. Investigadores querem saber mais e desenvolvem método para estudar o impacto das plantas no fluxo de água e melhorar modelos climáticos
Os modelos de sistemas terrestres são uma ferramenta importante para estudar processos complexos que ocorrem em todo o planeta, como os que acontecem na atmosfera e na biosfera e entre elas, e ajudam os investigadores e os decisores políticos a compreender melhor fenómenos como as alterações climáticas. A incorporação de mais dados nestas simulações pode melhorar a exatidão dos modelos; no entanto, por vezes, isto exige a árdua tarefa de reunir milhões de dados.
Os investigadores, incluindo o professor do Departamento de Recursos Naturais e Ambiente da UConn, James Knighton, Pablo Sanchez-Martinez da Universidade de Edimburgo e Leander Anderegg da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, desenvolveram um método para contornar a necessidade de recolher dados sobre mais de 55 mil espécies de árvores,para melhor compreender a forma como as plantas influenciam o fluxo de água no planeta. As suas descobertas foram publicadas na revista Scientific Data.
As plantas desempenham um papel essencial nos processos da Terra, desde a captura de carbono até à disponibilização de oxigénio para outras formas de vida, como os seres humanos. Segundo James Knighton, as plantas são também responsáveis pelo movimento da água, sendo que cerca de 60% de toda a chuva é devolvida à atmosfera através da transpiração. Este enorme movimento de água à escala global através das plantas é complexo e atualmente representado pelos modelos do sistema terrestre (ESM) de uma forma simplificada, em que todas as plantas de uma região podem ser consideradas como uma única entidade (ou seja, um tipo funcional de planta).
“Os tipos funcionais das plantas (PFT) são utilizados porque não sabemos muito sobre os pormenores de cada espécie”, diz James Knighton, membro do corpo docente da Faculdade de Agricultura, Saúde e Ciências Naturais. “Seria mais difícil pegar num mapa detalhado da vegetação de um continente e colocar todos os valores corretos para cada espécie individual, por isso é mais fácil considerar apenas um PFT genérico”.
O problema com os PFTs é que as diferentes espécies de plantas variam nas suas caraterísticas hidrológicas – ou na forma como a água se move através das plantas – e esta simplificação excessiva de tais caraterísticas de influência sistémica pode limitar a eficácia dos modelos disponíveis para prever o futuro.
Os cientistas avançaram no sentido de ter em conta estas diferenças, criando bases de dados, como a TRY Plant Trait Database, onde esta informação é recolhida. No entanto, o investigador salienta que apenas cerca de 5 mil a 15 mil espécies de plantas tiveram as suas caraterísticas bem catalogadas após vários séculos de ciência vegetal.
“Existem cerca de 60 mil a 70 mil espécies de árvores na Terra, o que significa que, após 200 anos, sabemos talvez 5 a 10% do que está a acontecer”, afirma. “Se fosse assim, demoraríamos cerca de 2 mil anos a conhecer todas as plantas de que necessitamos e, nessa altura, as alterações climáticas já se instalaram e é demasiado tarde.
“Não podemos fazer isso. Não podemos esperar que os investigadores no terreno saiam e façam os seus estudos para preencher esta base de dados global. Continua a ser incrivelmente útil realizar estudos no terreno, mas estes, por si só, não nos levarão onde precisamos de estar suficientemente depressa.”
James Knighton e os seus colegas decidiram resolver este problema e acelerar o processo, analisando os dados relativos às caraterísticas disponíveis – informações como a altura de uma árvore, a profundidade das raízes ou a rapidez com que a água flui dentro da planta. Em seguida, compararam a história dessa espécie e o seu parentesco com outras espécies, naquilo a que se chama um teste filogenético para essas caraterísticas.
“A ideia por trás disso é que, se essas caraterísticas são críticas para a sua sobrevivência, a evolução terá preservado os valores das caraterísticas, elas não serão dispersas aleatoriamente”, afirma.
“Por exemplo, se o crescimento de raízes profundas foi fundamental para a sobrevivência de um determinado tipo de planta, as espécies que se ramificam a partir desse tipo de planta também terão provavelmente raízes profundas e tudo o que pertence a essa família ou a esse género terá uma estrutura de raízes semelhante.”
Os investigadores realizaram o teste para todas as caraterísticas e James Knighton diz que encontraram elevados níveis de conservação em toda a árvore filogenética, o que significa que as espécies estreitamente relacionadas tendem a ter valores de caraterísticas mais próximos.
“Depois, pegámos na filogenia, onde se pode pegar em todas as espécies de plantas da Terra e mapeá-las umas nas outras, e mostrar exatamente o grau de parentesco entre cada planta e todas as outras”, afirma.
James Knighton diz que podem imputar os dados de caraterísticas se tiverem a informação de espécies estreitamente relacionadas, o que significa que estes dados podem ser inferidos sem ter de efetuar milhões de medições no terreno.
“Utilizámos diferentes técnicas numéricas de aprendizagem automática e, ao fazê-lo, conseguimos criar uma base de dados com estes valores muito críticos para 55 milespécies de árvores na Terra”, afirma.
“Se quisermos fazer uma modelação global que inclua mais detalhes sobre a vegetação, o que é importante, temos agora um ponto de partida. Não é necessário utilizar esta abordagem genérica, uma espécie de planta por continente, é possível, em teoria, tentar algo mais pormenorizado, mas colocando todas as espécies diferentes e vendo o que acontece.”
O especialista diz que consideram este trabalho uma aproximação de baixa ordem, mas é um ponto de partida importante. À medida que forem sendo recolhidos mais dados dos investigadores no terreno, estes podem ser utilizados para atualizar e aperfeiçoar os dados interpolados para melhorar a precisão desta abordagem.
Este trabalho é o passo seguinte de um projeto mais vasto, cujo primeiro passo foi uma experiência de prova de conceito a um nível mais pequeno e local. Esse projeto estabeleceu este método de imputação de caraterísticas hidrológicas como uma abordagem viável, e James Knighton diz que o próximo passo é comparar os dados imputados com os dados de observação que estão a recolher na Floresta UConn e noutros locais dos Estados Unidos.
James Knighton explica que existem dez locais nos Estados Unidos onde são recolhidos amplos dados, que servirão de casos de teste. Knighton diz que a aluna de mestrado Caroline Stanton está atualmente a construir modelos de ecossistemas de cada local, e estão a calibrar modelos de alta resolução para estimar as caraterísticas que serão comparadas com os dados que os cientistas recolheram nos últimos 20 anos.
Em seguida, compararão os resultados estimados das caraterísticas das plantas com os dados de observação recolhidos no local para ver como a qualidade do modelo é afetada por cada abordagem.
Eventualmente, os investigadores esperam aplicar o método a locais florestais em todo o mundo para estudar aspetos da variação das caraterísticas. Compreender a variação de caraterísticas em diferentes espécies de plantas tem o potencial de reforçar a exatidão dos modelos, mas estes dados também podem dar uma ideia do que leva as diferentes caraterísticas a variar.
Por fim, esperam que esta informação seja útil para os modeladores climáticos, mas também esperam que possa melhorar a compreensão do sistema terrestre em geral e dos papéis vitais que as plantas desempenham. “As plantas controlam o nosso ambiente a um nível incrível”, conclui.
por Elaina Hancock, Universidade de Connecticut com GreenOcean www.greenocean.pt
