A Amazônia e as encostas andinas adjacentes na América do Sul abrigam uma incrível riqueza de plantas e animais. Estas espécies têm sido fontes de alimento, abrigo e medicina desde a chegada dos humanos e um alvo de curiosidade científica desde os tempos dos primeiros exploradores naturalistas europeus.
Que processos produzem esses pontos quentes de riqueza de espécies e por que a biodiversidade declina gradualmente em direção a latitudes mais altas e climas mais secos? Os cientistas propuseram muitas explicações concorrentes, mas não há maneira fácil de testá-las. Como biogeógrafos, aqueles de nós que estudam a geografia da vida no planeta, não temos a opção de realizar experimentos do mundo real. Seria impraticável e antiético empreender grandes introduções ou extermínios de espécies e esperar séculos ou milênios pelos resultados.
Em vez disso, como relatado em nosso recente estudo publicado na revista Science, reunimos uma equipe interdisciplinar de biogeógrafos e modeladores climáticos para criar um mundo virtual - um lugar para fazer experimentos virtuais. O mundo que recriamos foi uma simulação da vida no lapso de tempo no continente da América do Sul, de 800.000 anos atrás até o presente, através dos climas dos últimos oito ciclos glaciais. Se os padrões de biodiversidade produzidos neste mundo simulado produzissem padrões razoavelmente realistas de diversidade, então poderíamos estar confiantes de que os processos ecológicos e evolutivos incorporados à simulação estavam corretos.
O que descobrimos foi uma surpresa além das nossas melhores expectativas. Os mapas da diversidade de espécies da América do Sul que emergiram de nossas simulações pareciam notavelmente semelhantes aos mapas de aves, mamíferos e plantas vivos. Além disso, as simulações confirmaram corredores de migração intermitente entre os Andes e a Mata Atlântica no sudeste do Brasil. Atualmente, essas regiões estão isoladas umas das outras por climas mais secos, mas os cientistas há muito suspeitam que existam conexões baseadas na presença de espécies vivas intimamente relacionadas em ambas as regiões.
Vida virtual em um mundo virtual
Cada simulação começou com uma única espécie imaginária, semeada em algum lugar em um mapa topográfico detalhado da América do Sul. Em intervalos de tempo de 500 anos, totalizando 1.600 passos ao todo, o clima foi atualizado com um modelo paleo-climático de última geração criado por nossos colegas Neil Edwards e Phil Holden na The Open University no Reino Unido.
Ao todo, realizamos mais de mil simulações, cada uma com uma combinação diferente de configurações para apenas quatro variáveis:
- Por quanto tempo uma população deve ser isolada para se tornar uma nova espécie
- Quão rápido as espécies podem evoluir para sobreviver, em resposta à mudança climática
- Até que ponto uma espécie pode se mover através de habitats inadequados
- Quão fortemente espécies intimamente relacionadas competem umas com as outras.
Por que a forte correspondência entre nossos mapas simulados de riqueza de espécies e os mapas do mundo real para pássaros, mamíferos e plantas foi tão surpreendente? Porque nossas simulações cobriam apenas uma pequena fatia do tempo na longa história da América do Sul. Oitocentos mil anos pode parecer um tempo profundo, mas a América do Sul se separou da África há 130 milhões de anos, e os Andes começaram sua ascensão há 25 milhões de anos. Uma lista crescente de grupos de plantas e animais da América do Sul é agora conhecida por ter diversificado durante o período quaternário tardio - aproximadamente nos últimos 800.000 anos - mas a maioria das espécies no continente é muito mais antiga.
Também ficamos surpresos com o fato de nossos mapas simulados se assemelharem tanto aos padrões reais de riqueza de espécies, porque nossos mapas não foram guiados por nenhum padrão específico de diversidade de alvos. Eles foram construídos estritamente em processos fundamentais, como entendidos a partir de pesquisa básica em ecologia e biologia evolutiva. Por exemplo, modelamos a adaptação evolucionária a extremos climáticos usando princípios e equações da genética de populações.
De berço a museu a sepultura
Espécies vivas hoje são sobreviventes. Eles são as pontas superiores das árvores evolucionárias com muitos ramos mortos abaixo, que representam extinções no passado. Os biólogos evolucionistas agora são capazes de inferir, em muitos casos, onde os ancestrais das espécies vivas podem ter vivido. As regiões onde as espécies proliferaram no passado passaram a ser chamadas de “berços” de especiação. Por exemplo, as encostas dos Andes há muito são consideradas um ponto quente de especiação.
Primeiro diagrama de Charles Darwin de uma árvore evolucionária, de seu primeiro caderno sobre a transmutação de espécies (1837). Suas notas deixam claro que ele entendia que as extinções são um elemento essencial da evolução: "Assim, os gêneros seriam formados tendo relação com tipos antigos com várias formas extintas". (Domínio público) As regiões onde as espécies persistem por períodos especialmente longos são chamadas de “museus”. Qualquer região, como a Amazônia, onde muitas espécies antigas persistem, pode ser considerada um museu biogeográfico. Em contraste, calcular onde os galhos mortos na árvore evolucionária deveriam ser colocados no mapa - os “túmulos” - é virtualmente impossível estudando a geografia dos sobreviventes vivos.
Através de nossas simulações, acompanhamos e mapeamos toda a “trajetória de vida” de cada espécie virtual, do berço ao túmulo, no espaço e no tempo.
Como o clima muda de passo a passo em uma simulação, o alcance geográfico de uma espécie (sua localização no mapa) pode ser fragmentado por clima inadequado. Se um fragmento persistir em isolamento por tempo suficiente, é declarado uma nova espécie. O tempo de fragmentação e a localização de tal fragmento durante este período de isolamento define o “segmento de berço” de sua trajetória de vida.
Quando e se uma espécie virtual for extinta, registramos o tempo e plotamos no mapa a localização do declínio em direção à extinção, que representa o "segmento grave" da trajetória de vida da espécie. O tempo e o local que cada espécie persiste entre o estágio do berço e o estágio grave definem o “segmento museu” de sua trajetória vitalícia.
Nossas simulações produziram mapas de berços, museus e, pela primeira vez, sepulturas. Os mapas confirmaram que as encostas orientais dos Andes e do oeste da Amazônia são berços de especiação. Túmulos de extinção coincidiram com berços em algumas regiões, como a Amazônia, e foram deslocados de berços em outras, como os Andes. O declive oriental dos Andes tropicais provou ser não apenas um berço, mas também um rico museu de biodiversidade.
Nós também rastreamos quando a especiação e a extinção atingiram o pico e declinamos ao longo das simulações, e descobrimos que os ciclos glaciais guiavam ambos os processos. Picos de extinção tendem a seguir picos de especiação em períodos de rápido aquecimento no final dos períodos glaciais frios.
Dinâmica climática e topografia impulsionam os padrões
Nosso estudo nos leva a acreditar que os padrões de riqueza para as espécies vivas, independentemente da idade de uma espécie, têm suas origens nos mesmos processos subjacentes que modelamos na simulação. A interação entre os climas turbulentos dos últimos 800.000 anos e as paisagens dramáticas da América do Sul impulsionaram a especiação em alguns grupos mais jovens de plantas e animais, mas embaralharam a localização de espécies jovens e antigas em conjunto, indiscriminadamente.
As atividades humanas estão forçando mudanças no clima global a uma taxa sem precedentes, muito mais rápido do que a dinâmica climática em nosso modelo. Sabemos que as espécies já estão em movimento, suas faixas estão mudando a taxas alarmantes na terra e nos mares, com efeitos profundos na vida humana e nos meios de subsistência.
Embora nossas simulações não tenham sido projetadas para prever o futuro, elas revelam vividamente o poder dinâmico das mudanças climáticas para moldar a vida na Terra.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Robert K. Colwell, professor emérito de pesquisa da Universidade de Connecticut
Thiago F. Rangel, Professor de Ecologia, Universidade Federal de Goiás
