Na Península do Norte do Alasca, os cientistas caminham com cuidado entre touceiras de gramíneas em direção a um riacho de fluxo rápido que drena a imponente Brooks Range de gelo e neve. Perto do Galbraith Creek, eles estendem uma rede de neblina para capturar espiões-de-coroa-branca. Os pássaros chegaram recentemente de latitudes mais ao sul, com a intenção de se alimentar dos insetos que em breve descenderão sobre a tundra como nuvens de tempestade.
O verão ártico é de curta duração, e os espiões têm apenas algumas semanas para estabelecer territórios, encontrar parceiros, botar ovos e criar seus filhotes com uma dieta constante de insetos. De cada pássaro capturado, os cientistas coletam amostras de sangue, penas e fezes para ver o que eles estão comendo e como isso muda ao longo do verão.
Uma coisa que eles querem saber é se os espiões estão consumindo muitos insetos de riacho, como efemerópteros e plecópteros, diz Ian Shuman, um estudante de doutorado em ecologia quantitativa na Universidade de Columbia. À medida que arbustos de salgueiro ocupam novo território ao longo dos rios e riachos do Ártico – um processo que os cientistas chamam de 'arbustificação' – isso pode perturbar os ciclos de vida dos efemerópteros e plecópteros. Se os canoros também dependem de insetos aquáticos para prosperar, isso pode afetar as perspectivas dos espiões.
A tundra pode parecer imutável em sua vastidão. Um mar de grama e musgo se estende até onde a vista alcança. Mas acima do Círculo Polar Ártico, as mudanças estão acontecendo mais rápido do que em qualquer outro lugar da Terra. A neve derrete mais cedo na primavera, enviando torrentes de água para baixo a jusante. No final do verão, tais chuvas intensas da estação inicial dão lugar a leitos de riacho secos. O salmão-do-ártico – peixe de águas frias da família dos salmões – que nada entre refúgios de inverno em lagos profundos e riachos de desova rasos no verão pode ficar preso em poças isoladas. A sobrevivência deles também depende das efêmeras e das pedrinhas (pedronceiras).
- Galbraith Creek, na Península do Norte do Alasca
- Ian Shuman, um estudante de doutorado na Universidade Columbia, baixa os dados de uma unidade de gravação autônoma instalada na tundra da Península do Norte do Alasca para ouvir chamados de pássaros
- Um salmão-do-ártico, um peixe de água doce da família dos salmões, capturado no Lago Toolik, no Alasca
Em todo o planeta, o aquecimento global está reordenando a ordem da vida. Algumas espécies prosperarão, enquanto aquelas que não conseguirem se adaptar rapidamente o suficiente mergulharão em direção à extinção. A evolução e a adaptação foram há muito tempo consideradas empreendimentos solitários – uma sobrevivência do mais apto. Mas e se as espécies pudessem, em vez disso, recorrer às suas relações de longa data não para ter sucesso ou falhar sozinhas, mas para evoluir e se adaptar rapidamente juntas à ruptura climática, mantendo ecossistemas inteiros intactos?
Essa é a questão que ecólogos evolutivos, biólogos, fisiologistas e geneticistas estão tentando responder a partir dos ecossistemas de riachos e tundra do Alasca em um projeto inédito de US$ 15 milhões (£11 milhões), apoiado pela National Science Foundation dos EUA. Durante mais de seis anos, os cientistas avaliarão de perto cinco espécies e suas conexões entre si: o sparano-de-coroa-branca, o salgueiro-feltro, a truta-do-ártico, uma efeméride aquática e um besouro terrestre (as espécies exatas ainda precisam ser determinadas). Se as espécies se adaptarem em resposta à temperatura, elas também podem se adaptar em resposta umas às outras.
"Existe como os organismos respondem individualmente, mas todos esses organismos também vivem em uma matriz que é um ecossistema", diz Linda Deegan, cientista sênior do Centro de Pesquisa Climática Woodwell, em Massachusetts, que lidera o projeto, conhecido como Evolving Meta-Ecosystems Institute (Evome). "Acreditamos que essas conexões ajudarão eles a prosperar na mudança climática. As coisas não vão se desmoronar completamente."
Os cientistas escolheram as tundras e ecossistemas de riachos do Alasca para estudar, não apenas porque o Ártico é a região mais rápida aquecimento da Terra, mas também porque abriga ecossistemas relativamente simples onde um punhado de espécies moldam o ambiente. Ainda assim, o que eles descobrirem no extremo norte ajudará a informar como os ecossistemas ao redor do mundo, das regiões tropicais às alpinas, poderão resistir à crise climática.
- A cadeia Brooks aparece atrás da vasta tundra do norte do Alasca
A terra em ambos os lados da Rodovia Dalton, a estrada que conecta Fairbanks aos campos de petróleo de Prudhoe Bay, serve como um laboratório vasto para os 50 cientistas de instituições de pesquisa dos EUA trabalhando no projeto. Quase todos os dias durante a primavera e o verão, os cientistas percorrem os 15 locais de campo espalhados ao longo de quase 190 milhas de estrada que vai desde logo ao sul da cadeia Brooks até o riacho Sagwon, 60 milhas ao sul do Oceano Ártico.
É impossível andar muito longe na tundra sem tropeçar em um projeto de pesquisa escondido entre os salgueiros ou as samambaias. Duzenas de armadilhas adesivas se projetam do permafrost para coletar insetos. Caixas de gravação ouvem os cantos dos pássaros. Sensores de temperatura ficam submersos em correntes geladas. Sacos de malha balançam na tundra para coletar folhas de salgueiro. Ao longe, o prateado oleoduto Alyeska corta a paisagem acidentada, transportando petróleo bruto até Valdez – um lembrete do motivo pelo qual os cientistas estão aqui nesta paisagem em aquecimento.
"Seguimos a estrada e o oleoduto durante todo o verão", diz Andie Norton, uma assistente de pesquisa da Woodwell que estuda o impacto da invasão de salgueiros nos fluxos de nutrientes dos correntes do Alasca.
- Andie Norton, uma ecóloga do Woodwell Climate Research Center, examina uma amostra de água coletada do Hershey Creek no Alasca para efemerídeos aquáticos e plecópteros, e um salgueiro feltleaf, uma das principais espécies estudadas pelo Evome, nas primeiras etapas da brotação das folhas
Ela diz que uma corrente mais sombreada significa menos algas produzidas através da fotossíntese para alimentar os efemerídeos e as traças de casca (caddisflies). Mas se mais salgueiros estiverem soltando suas folhas, insetos trituradores que gostam de mastigar folhas – como os plecópteros – podem se tornar mais abundantes. A questão é se peixes e pássaros conseguirão tirar vantagem suficiente disso. Diferentemente dos efemerídeos, os plecópteros geralmente não formam grandes enxames e emergem mais cedo, durante o degelo da primavera.
Ainda assim, há boas razões para pensar que os ecossistemas de correntes e tundra do Alasca continuarão a funcionar, diz Deegan, embora ela note que tal resultado otimista é apenas uma melhor suposição. Poucos estudos analisaram como a evolução adaptativa pode afetar as dinâmicas inteiras dos ecossistemas – incluindo fluxos de nutrientes e energia – e nenhum avaliou como a evolução poderia afetar as conexões entre dois ecossistemas adjacentes.
Espécies individuais podem se adaptar a um mundo mais quente de uma das três maneiras. Elas podem ajustar seu comportamento, como aves alterando suas rotas de migração. Elas podem aclimatar-se no nível fisiológico, por exemplo, árvores alterando temporariamente a fotossíntese durante uma seca. Ou elas podem recorrer à evolução – transmitindo mudanças genéticas para sua prole, às vezes em apenas algumas gerações.
- Cientistas medem o comprimento do bico de um canário-de-coroa-branca migratório recém-chegado na tundra da Península Norte do Alasca
Estudos revelam que muitas plantas e animais têm sido capazes de persistir através do resgate evolutivo – o processo pelo qual uma população à beira da extinção sobrevive e se recupera por meio de rápida adaptação genética. Monstros-da-escarlate em Oregon e Califórnia, por exemplo, evoluíram rapidamente durante a década de 2010 para sobreviver a uma seca de quatro anos.
"Ao longo de centenas de experimentos, vimos isso acontecendo", diz Mark Urban, biólogo evolutivo da Universidade do Connecticut que trabalha no projeto. "Existe essa incrível capacidade de amortecimento da evolução adaptativa."
- Azaleia alpina, um arbusto anão comum encontrado na tundra do Alasca
Como a evolução de uma espécie pode ajudar os ecossistemas holísticos depende de como uma característica adaptativa acaba se traduzindo em propriedades ecológicas. Por exemplo, se uma espécie de peixe pode evoluir rapidamente, isso significa que não apenas a população é mantida, mas também a produtividade do riacho. "Qualquer propriedade ecológica que dependa dessas populações também é mantida", diz Urban.
Para ter uma melhor ideia de se os habitats de rios e tundra do Ártico continuarão a prosperar, cientistas estão mapeando a diversidade genética de cada uma das cinco espécies estudadas para ver se há o suficiente para permitir a adaptação – influenciando o potencial de resiliência dos ecossistemas.
"Podemos ir tão longe com a ecologia, mas em algum ponto queremos chegar às bases do por que os organismos fazem as coisas que fazem e podem mudar as coisas que fazem", diz Urban. "Isso é algo que apenas a genética pode explicar.",
Certos genes controlam as características associadas ao sucesso em diferentes ambientes. "O santo graal na genômica é encontrar aquele único gene que afeta tudo. O gene que os governa todos", ele diz. "Eu acho que isso é otimista. A maioria das características será determinada por centenas de milhares de genes.",
O salmão-do-rio cinza do Ártico é, de muitas maneiras, a joia da coroa da investigação dos cientistas. O peixe migratório – distinguido por seu corpo iridescente e nadadeira dorsal flamboyante – conecta as bacias hidrográficas do Alasca, movendo nutrientes entre rios e lagos. Eles também são excepcionalmente vulneráveis às mudanças no clima. Os grayling exigem água fria para se desenvolverem até a fase adulta. Eles se alimentam de efemerópteros e plecópteros, que provavelmente serão afetados pelo aumento da arbustividade. E fluxos imprevisíveis dos riachos no verão podem bloquear seu movimento de volta aos lagos de inverno.
"A neve está derretendo mais cedo na maioria dos anos, mas os verões também estão ficando mais secos e os grayling precisam se mover", diz o ecologista ambiental Chris Neill, também da Woodwell, que está analisando fluxos de riachos, química da água e comunidades vegetais para o projeto. Certos sinais indicam aos grayling quando eles devem começar a migrar. "Esses sinais podem estar programados em seu genoma – ou podem não estar."
- Harrison Dubois e Chris Neill, membros do projeto Evome, medem o fluxo de riacho no final da primavera no Galbraith Creek, na Península Norte do Alasca
Em maio, estudantes da Universidade do Alasca em Fairbanks, Matthew Zimmerman e Roberto Ponce Velez, viajaram até um lago logo ao sul da Cordilheira Brooks, com a esperança de coletar ovos fertilizados dos grayling desovantes para um experimento piloto. Apenas encontrar um evento de desova é "como jogar uma marreta em um prego", diz Zimmerman.
As coisas só ficaram mais difíceis a partir dali. Os estudantes tinham esperança de transportar sua colheita de volta para um laboratório no campus da universão ao longo da notoriamente acidentada Dalton Highway. Mais da metade de seus ovos pereceram durante o trajeto.
Os sobreviventes que chegaram a Fairbanks foram colocados em quatro tanques com cinco temperaturas de água diferentes, variando entre 4°C e 20°C. Ao mesmo tempo, os estudantes coletaram ovos fertilizados de um canal do Rio Chena, algumas milhas fora de Fairbanks, onde as trutas árticas estavam desovando a apenas 4°C – seis graus mais frio que as trutas ao norte – e transferiram-nos para os tanques.
A ideia é que, ao coletar espécies de diferentes geografias e criá-las juntas sob condições compartilhadas, os cientistas poderão ver como as variações genéticas e adaptações diferem no Ártico. "A temperatura está realmente controlando a rapidez com que as coisas se desenvolvem", diz Ponce Velez. "Existem muitas compensações.", Em temperaturas mais altas, temos um desenvolvimento muito mais rápido dos peixes. Mas temos uma mortalidade realmente alta. No próximo ano, eles coletarão mais ovos fertilizados de outros lagos e riachos espalhados pela North Slope para ver como cada população se sai no laboratório.
- Matthew Zimmerman, estudante de doutorado na Universidade do Alasca em Fairbanks, segura uma truta ártica capturada no Lago Toolik
Os cientistas da Evome estão perto de completar o primeiro genoma de referência da truta ártica, o que permitirá comparar diferenças nas respostas à temperatura entre populações e buscar os genes específicos que podem estar ligados a adaptações locais.
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Com a rede de neblina para aves, o raspamento de rochas para algas, a montagem de genomas e o transporte de ovos de grayling pela Dalton Highway, os cientistas esperam que, eventualmente, isso lhes permita prever como este lugar frágil no topo do mundo conseguirá persistir sob o peso de mudanças imensas.
Os riachos e a tundra do Alasca vão se recuperar, dobrar ou romper completamente? "Acho que haverá muitas fontes", diz Urban. "Mas também testemunharemos algumas rupturas ou curvaturas no sistema."
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