Satélites revelam pontos quentes de assincronia sazonal nos ecossistemas terrestres

O relógio anual das estações - inverno, primavera, verão e outono - costuma ser tratado como algo óbvio e universal.

Mas o nosso novo estudo publicado na Nature, que usa uma abordagem inédita para observar ciclos sazonais de crescimento a partir de satélites, indica que essa ideia é simples demais.

Apresentamos um retrato sem precedentes e detalhado dos ciclos sazonais dos ecossistemas terrestres do planeta. A análise revela "pontos quentes" de assincronia sazonal em várias partes do mundo - áreas em que o calendário das estações pode ficar desalinhado entre locais vizinhos.

Em seguida, mostramos que essas diferenças de timing podem gerar efeitos inesperados do ponto de vista ecológico e evolutivo e, inclusive, trazer implicações económicas.

Observando as estações do espaço

As estações dão o compasso da vida. Os seres vivos, incluindo os humanos, ajustam o momento das suas atividades ao longo do ano para aproveitar recursos e condições que mudam conforme os meses passam.

O estudo desse calendário biológico é conhecido como "fenologia" e representa uma forma muito antiga de observação humana da natureza. Hoje, porém, também é possível acompanhar a fenologia a partir do espaço.

Com arquivos de imagens de satélite acumulados ao longo de décadas, podemos recorrer à computação para entender melhor os ciclos sazonais de crescimento das plantas. Ainda assim, muitas técnicas usadas para isso partem da suposição de ciclos simples e de estações de crescimento bem definidas.

Essa lógica funciona bem em grande parte da Europa, da América do Norte e de outras regiões de altas latitudes, onde os invernos são rigorosos. Já nos trópicos e em áreas áridas, o método pode falhar: nesses lugares, as estimativas de crescimento vegetal por satélite podem variar de maneira subtil ao longo do ano, sem uma separação nítida entre "épocas" de crescimento.

Padrões surpreendentes

Ao aplicar uma nova análise a 20 anos de imagens de satélite, elaborámos um mapa mais preciso do timing dos ciclos de crescimento das plantas no mundo. Além de padrões esperados - como o atraso da primavera em latitudes e altitudes maiores -, também apareceram resultados mais inesperados.

Um desses padrões ocorre nas cinco regiões de clima mediterrânico da Terra, onde os invernos tendem a ser amenos e chuvosos e os verões, quentes e secos. Esse conjunto inclui a Califórnia, o Chile, a África do Sul, o sul da Austrália e a própria região do Mediterrâneo.

Todas essas áreas partilham um padrão sazonal de "duplo pico", já documentado anteriormente na Califórnia, porque os ciclos de crescimento das florestas costumam atingir o auge cerca de dois meses mais tarde do que outros ecossistemas. Elas também exibem contrastes marcantes no calendário de crescimento das plantas quando comparadas às zonas áridas vizinhas, onde é mais comum haver precipitação no verão.

Identificando pontos quentes

Essa combinação complexa de padrões de atividade sazonal ajuda a explicar um resultado central do nosso trabalho: os climas mediterrânicos e as zonas áridas ao seu redor são "pontos quentes" de atividade sazonal fora de sincronia. Em termos práticos, são regiões em que lugares próximos podem ter ciclos sazonais com timings drasticamente diferentes.

Um exemplo claro é a diferença entre Phoenix, no Arizona (com volumes semelhantes de chuva no inverno e no verão), e Tucson, a apenas 160 km de distância (onde a maior parte da precipitação vem da monção de verão).

Outros "pontos quentes" globais aparecem sobretudo em montanhas tropicais. Os padrões intrincados de estações fora de sincronia que observamos ali podem estar ligados às formas complexas como as montanhas influenciam o fluxo de ar, determinando regimes locais sazonais de chuva e nebulosidade.

Esses fenómenos ainda são pouco compreendidos, mas podem ser fundamentais para explicar a distribuição de espécies em áreas de biodiversidade excecional.

Sazonalidade e biodiversidade

O impulso original deste estudo foi justamente identificar regiões do planeta onde os padrões sazonais ficam fora de sincronia. E o facto de termos encontrado uma sobreposição com muitos dos hotspots de biodiversidade da Terra - locais com grande número de espécies vegetais e animais - talvez não seja coincidência.

Nessas regiões, se os ciclos sazonais de crescimento das plantas ficam desalinhados entre locais vizinhos, a disponibilidade sazonal de recursos também pode ficar. Isso afetaria os ciclos reprodutivos sazonais de numerosas espécies, com consequências ecológicas e evolutivas potencialmente profundas.

Uma consequência possível é que populações cujos ciclos reprodutivos estejam fora de sincronia teriam menor probabilidade de cruzar entre si. Como resultado, seria esperado que essas populações divergirem geneticamente e, talvez, com o tempo, até se separassem em espécies distintas.

Se isso acontecesse mesmo com uma pequena percentagem de espécies em qualquer momento, no longo prazo essas regiões acabariam por gerar grandes quantidades de biodiversidade.

De volta ao chão

Ainda não sabemos se esse processo de facto vem ocorrendo. Mas o nosso trabalho dá os primeiros passos para investigar essa hipótese.

Mostramos que, para uma ampla gama de espécies de plantas e animais, o nosso mapa baseado em satélites antecipa diferenças marcantes observadas no terreno tanto no timing da floração das plantas quanto no grau de parentesco genético entre populações próximas.

O mapa também prevê a geografia complexa das colheitas de café na Colômbia. Ali, lavouras separadas por um dia de viagem de carro através das montanhas podem ter ciclos reprodutivos tão fora de sincronia quanto se estivessem em hemisférios diferentes.

Compreender os padrões sazonais no espaço e no tempo não é importante apenas para a biologia evolutiva. É igualmente essencial para entender a ecologia do movimento animal, as consequências das mudanças climáticas para espécies e ecossistemas e até a geografia da agricultura e de outras formas de atividade humana.

Quer saber mais? É possível explorar os nossos resultados em maior detalhe com este mapa interativo online, que também incluímos abaixo.

Drew Terasaki Hart, Ecólogo, CSIRO

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.