Adiversidade é uma das características mais marcantes da vida. Entender como as espécies

Transcrição

1 PRESENÇA DO FOGO Mudança climática e ecossistemas Relação entre fenômeno e ambiente é tanto direta como indireta e afeta distribuição e ciclo de vida de espécies, além de provocar riscos de extinção, entre outros efeitos POR MERCEDES M. C. BUSTAMANTE, GABRIELA BIELEFELD NARDOTO, ALEXANDRE DE SIQUEIRA PINTO Adiversidade é uma das características mais marcantes da vida. Entender como as espécies estão distribuídas, seus padrões de abundância e os efeitos da diversidade biológica no funcionamento de ecossistemas é questão central da ecologia, área da ciência com importantes implicações para a vida em sociedade. Recentemente, em artigo publicado na conceituada revista Nature, um grupo internacional de cientistas liderados por J. Rockstrom, diretor-executivo do Stockholm Resilience Centre, na Suécia, propôs o conceito de limites planetários (planetary boundaries) como forma de medir o nível de estresse a que a Terra está submetida. Com o intuito de evitar mudanças ambientais catastróficas em um futuro próximo, o trabalho apresenta os limites de nove processos considerados essenciais para a manutenção da vida na Terra. Entre os mais importantes, três, a perda de biodiversidade, o ciclo do nitrogênio e as mudanças climáticas por ação antrópica já ultrapassaram o limite máximo aceitável. As complexas interações entre esses três processos serão abordadas a seguir. A mudança climática induzida pelo homem decorre do aumento significativo das emissões dos chamados gases de efeito estufa na atmosfera, como o dióxido de carbono (CO 2 ), o FOGO DEVASTA O CERRADO, em Edilândia, Goiás, em setembro de Maior estiagem com baixa umidade do ar defl agrou série de incêndios na região. 78 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL BIODIVERSIDADE

2 ALEX ALMEIDA/FOLHAPRESS/FOLHA IMAGEM metano (CH 4 ) e o óxido nitroso (N 2 O). O acúmulo desses gases é responsável por potencializar o chamado efeito estufa, processo natural na atmosfera, levando ao aumento da temperatura média do planeta. Essas alterações no balanço de energia e calor implicam também mudanças climáticas com impacto no ciclo de chuvas. Temperatura e precipitação desempenham papéis fundamentais em determinar onde espécies de plantas e animais podem viver, crescer e se reproduzir. Dessa forma, ao alterar a temperatura e a distribuição de chuvas no planeta, a mudança climática poderá modificar tanto a distribuição dos seres vivos como a dinâmica dos ecossistemas terrestres e aquáticos. A mudança climática pode resultar em perdas significativas de biodiversidade em grande escala; e estimativas atuais apontam que entre 15% e 37% das espécies podem estar propensas à extinção em Esses efeitos da alteração climática sobre espécies e ecossistemas podem ser diretos ou indiretos. Entre os efeitos diretos figuram: 1) redução na distribuição geográfica de espécies; 2) mudanças no ciclo de vida das espécies; 3) na dinâmica populacional e sobrevivência das espécies; 4) na localização de hábitats das espécies; 5) aumento do risco de extinção para espécies que já estão vulneráveis; 6) oportunidade de expansão de espécies invasoras; 7) alteração na estrutura e composição de ecossistemas; e ; 8) mudanças em sistemas costeiros e estuarinos, devido ao aumento do nível dos oceanos. As limitações do conhecimento quanto à ecologia, fisiologia e genética das diferentes espécies no globo terrestre dificultam a previsão sobre os efeitos que a mudança climática pode provocar. Mas há indícios sobre possíveis alterações tanto na abundância e/ ou distribuição, no curto prazo, como na SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 79

3 CONCENTRAÇÃO DE NITROGÊNIO devido a aplicações agrícolas pode levar à eutrofi zação, um dos problemas que ameaçam ambientes aquáticos. diferenciação em novas formas ou espécies, no longo prazo. Cenários futuros têm sido projetados com base nos padrões atuais de distribuição geográfica das espécies e dos biomas, influenciados por variações de chuva e temperatura. Além da mudança climática propriamente dita, o aumento das concentrações de CO 2 na atmosfera poderá levar a alterações no crescimento vegetal, na composição de espécies e nas interações animalplanta, no ciclo de nutrientes e vem sendo associado ao processo de acidificação dos oceanos. Estima-se que a mudança climática exerça efeito indireto, ao influenciar a intensidade e a magnitude de ameaças já existentes (como espécies invasoras e ciclo das queimadas) sobre a biodiversidade, o funcionamento dos ecossistemas e os chamados serviços ambientais (proteção de solos, recursos hídricos e a própria regulação do clima). Conceitos-chave Limitações do conhecimento quanto à ecologia, fisiologia e genética das diferentes espécies no globo terrestre dificultam a previsão sobre efeitos que a mudança climática pode provocar. Além da mudança climática, aumento das concentrações de CO2 na atmosfera poderá levar a alterações no crescimento vegetal, composição de espécies, interações animal-planta no ciclo de nutrientes e acidificação dos oceanos. Situação se complica quando mudança climática se combina com perda de ambientes naturais. No Brasil, as taxas atuais de desmatamento vêm resultando em crescente processo de fragmentação de habitats. No Brasil, o desmatamento e as mudanças no uso da terra são a contribuição nacional mais importante para as emissões de gases de efeito estufa. Se, por um lado, o clima tem profundos efeitos sobre a biodiversidade, como discutido até aqui, por outro, a biodiversidade é um importante fator na estabilidade dos ecossistemas naturais, e as interações biosfera-atmosfera são fundamentais para a segurança climática. Fragmentação de Hábitats O panorama se torna ainda mais preocupante quando a mudança climática combina com a crescente perda dos ambientes naturais. No Brasil, as taxas atuais de desmatamento vêm resultando em um crescente processo de fragmentação de hábitats. Como um dos efeitos esperados da mudança climática é a alteração na distribuição de espécies através de processos de migração para áreas mais favoráveis, a fragmentação acaba impondo dificuldades a esses deslocamentos. Por exemplo, o bioma Cerrado, considerado a savana de maior riqueza de espécies no mundo, cobria originalmente cerca de 25% do território brasileiro, mas apresenta, hoje, cerca de metade dessa extensão original, convertida em outros usos, sobretudo pecuária e agricultura. Diante desse cenário de intensa fragmentação, é pouco provável que espécies nativas desse ambiente possam se dispersar através da paisagem agrícola para alcançar áreas com climas mais favoráveis. Já há algumas previsões sobre esse tipo de impacto que indicam redução de áreas de distribuição potencial de tangarás (família Thraupidae) variando de 76% a 100%, dependendo da espécie, conforme estudo recente de J. A. F. Diniz-Filho, da Universidade Federal de Goiás, e colaboradores. Esses índices sugerem uma probabilidade de extinção de aproximadamente 20% dessas espécies de aves. Mudanças semelhantes foram recentemente relatadas para a distribuição geográfica de espécies endêmicas de aves (M. A. Marini, da Universidade de Brasília, e colaboradores) e de árvores (M. F. Siqueira, do Jardim Botânico do Rio de Janeiro, e A. T. Peterson, da Universidade do Kansas) no Cerrado. Peterson analisou 162 espécies e previu a extinção de 39% a 48% delas, dependendo da intensidade da mudança climática. É importante ressaltar que o desmatamento e as mudanças no uso da terra no Brasil representam a mais importante contribuição nacional para as emissões de gases de efeito estufa. Dessa forma, o desmatamento e as queimadas de florestas e do Cerrado liberam significativos estoques de carbono presentes na biomassa e nos solos que se convertem em CO 2 atmosférico. A floresta amazônica, apesar de não ser considerada um hotspot em função da extensão de área ainda remanescente, possui grande biodiversidade, relevantes estoques de carbono, funciona como importante reguladora dos fluxos regionais de água, mas encontra-se ameaçada pelas alterações do clima, intensificação de queimadas e conversão de áreas, em especial na faixa de transição com o bioma Cerrado. HEIKE KAMPE/ISTOCKPHOTO 80 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL BIODIVERSIDADE

4 O processo de degradação florestal esperado em função da alteração dos padrões de chuva e temperatura determinaria mudanças na estrutura da vegetação, reduzindo a altura e a densidade arbórea. Esse processo é conhecido como savanização. Se, por um lado, o clima tem profundos efeitos sobre a biodiversidade, como discutido até aqui, por outro, ela é um importante fator na estabilidade dos ecossistemas naturais e as interações biosfera-atmosfera são fundamentais para a segurança climática. A conservação de áreas naturais é um fator relevante para a estabilidade do clima, mas, as áreas protegidas somam hoje pouco mais que 10% da superfície do planeta. No Brasil, temos ainda o problema da disparidade das áreas protegidas: enquanto a Amazônia tem cerca de 50% de sua extensão protegida, nos outros biomas raramente se atinge o patamar de 10%. Assim, tanto a mitigação da mudança climática como a adaptação aos seus efeitos demandam aumento na extensão de áreas protegidas e incentivos a práticas de manejo que considerem a conservação dos recursos naturais. total aplicados no cultivo de cereais, a maior fonte global de alimentos. Ao montante de 85 milhões de toneladas de nitrogênio anualmente consumidas na forma de fertilizantes, soma-se cerca de 30 milhões de toneladas de nitrogênio pelo cultivo de plantas fixadoras desse elemento e mais cerca de 45 milhões de toneladas pela queima de combustíveis fósseis. Tanto por razões econômicas como sociais, o uso de fertilizantes nitrogenados é muito desigual entre os países, com consumo excessivo pelas nações desenvolvidas, mas aquém do necessário nas menos favorecidas. No caso do Brasil, ocorre uma grande variação na entrada de nitrogênio via atmosfera, dependendo da região. Enquanto no Sudeste as entradas desse elemento via aplicações de fertilizantes e queima de combustíveis fósseis são relativamente altas, na Amazônia, a adição pela atmosfera continua baixa. Na região central, dominada pelo Cerrado, no entanto, a influência das atividades antrópicas que contribuem para o aumento desse nutriente via atmosfera é visível, tanto numa comparação nacional quanto em relação à América Latina. O significativo aumento nas taxas de deposição de nitrogênio nas áreas prioritárias para a conservação deve ser avaliado com atenção. Os 34 hotspots (áreas de grande riqueza biológica com acelerada perda de hábitats) são da maior importância para a diversidade de plantas vasculares, pois contêm cerca de 50% do total dessas espécies no mundo e, entretanto, representam apenas 2,1% da área terrestre do planeta. Apesar de sua importância para a conservação, a deposição do nitrogênio atmosférico e suas consequências negativas potenciais para a biodi- SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO/GSFC/NASA Deposição de Nitrogênio A deposição atmosférica de nitrogênio (N) tem sido vista como o terceiro maior determinante da perda de biodiversidade na última década, atrás apenas das mudanças no uso da terra relacionadas ao desmatamento e perda de hábitats e da mudança climática. Como a disponibilidade de nutrientes e a fertilidade do solo são fatores-chave na determinação da composição e da estabilidade da vegetação em muitos ecossistemas, a elevada taxa de nitrogênio afeta a diversidade de plantas. Isso ocorre pelo favorecimento ao rápido crescimento de algumas espécies (nitrofílicas), a exclusão de plantas adaptadas à baixa disponibilidade desse nutriente, a acidificação do solo e suscetibilidade de plantas à herbivoria (quando insetos e outros organismos se alimentam das folhas) e à seca. Antes do uso de fertilizantes químicos nitrogenados, a partir de , as únicas entradas de nitrogênio via atmosfera nos ecossistemas aquáticos e terrestres era feita pela fixação biológica de nitrogênio (FBN) e, em menor escala, por descargas elétricas atmosféricas. A humanidade consome anualmente cerca de 85 milhões de toneladas de fertilizantes nitrogenados, com 65% desse IMAGEM DE SATÉLITE mostra queima de biomassa que aumenta indesejavelmente concentração de compostos de nitrogênio na atmosfera. OS AUTORES MERCEDES M. C. BUSTAMANTE é graduada em ciências biológicas pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (1984) com mestrado em fi siologia vegetal pela Universidade Federal de Viçosa (1988) e doutorado em geobotânica Universidade de Trier (1993). Atualmente é professora do Departamento de Ecologia da Universidade de Brasília. GABRIELA BIELEFELD NARDOTO é bacharel em ciências biológicas (UnB) com mestrado em ecologia (UnB 2000) e doutorado em ecologia de agroecossistemas (USP 2005) e pós-doutorado no Cena (USP 2008) Pesquisadora do IB, Unb. ALEXANDRE DE SIQUEIRA PINTO tem graduação em ciências biológicas pela Universidade de Brasília (1996), mestrado e doutorado em ecologia pela mesma instituição. Pesquisador colaborador pleno do Instituto de Biologia da Universidade de Brasília (IB-UnB). SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL 81

5 Atividades humanas aumentam a concentração de dióxido de carbono e deposição de nitrogênio na atmosfera COLHEITA DE soja em Tangará da Serra (MT): mudanças de uso da terra são uma das causas para emissão de gases de efeito estufa versidade nessas regiões ainda não foram devidamente quantificadas. Em 2006, pesquisas analisaram as taxas de deposição de nitrogênio nessas regiões, onde se destacam o Cerrado e a Mata Atlântica. A projeção feita para 2050 indica que o limiar superior de deposição atmosférica de nitrogênio (15 kg N ha -1 ano -1 ) seria excedido em mais de 10% da área de 17 hotspots que, juntos, abrigam espécies de plantas endêmicas (27%) e incluem três dos mais importantes hotspots de endemismo vegetal: os Andes Tropicais, a Bacia do Mediterrâneo e a Mata Atlântica no Brasil (contendo, respectivamente, 15 mil, , e 8 mil espécies de plantas endêmicas). Clima e Biodiversidade Os efeitos da mudança climática sobre a biodiversidade podem ser estudados a partir de seções experimentais permanentes distribuídas nos diferentes biomas e ecossistemas que permitam a obtenção de dados sobre os impactos da mudança climática. Em particular, é relevante associar as alterações na biodiversidade com o funcionamento dos ecossistemas e as consequências sobre os serviços ambientais. Tendo em conta os cenários atuais de ocorrência de alterações na diversidade, no clima e em outros fatores de mudanças ambientais globais, a nossa compreensão das respostas a um único fator pode ser insuficiente para predizer a resposta do ecossistema à mudança global. Da mesma forma que há muitos elementos envolvidos nas as mudanças globais em curso, muitos aspectos da biodiversidade também estão mudando. A biodiversidade pode ser associada tanto à diversidade taxonômica que engloba todas as características das espécies e suas histórias evolutivas, quanto à diversidade funcional, que inclui as muitas interações ecológicas entre as espécies (competição, predação, parasitismo, mutualismo, etc.) e aos processos ecológicos como a retenção e a ciclagem de nutrientes. Por exemplo, plantas leguminosas e não leguminosas, árvores e gramíneas apresentam distinções funcionais relevantes para a entrada de energia e ciclagem de nutrientes nos ecossistemas. Se espécies com funções semelhantes podem ser identificadas, são então chamados de grupos funcionais e podem ser bons indicadores de mudanças globais. Além da observação e experimentos em campo, a utilização de modelos pode fornecer informações a respeito dos impactos da mudança climática sobre a biodiversidade. Como o funcionamento dos ecossistemas está intimamente relacionado à composição e abundância de espécies, conhecer o impacto de diferentes níveis de pressões ambientais sobre biodiversidade permite estabelecer modelos não apenas para a área sob pressão, mas também para estimativas envolvendo a importância desses fatores de pressão sobre a biodiversidade em diferentes cenários no futuro. Os impactos previstos sobre a biodiversidade, no entanto, são, provavelmente, estimados de forma inadequada, pois fatores como clima, efeitos da mudança do uso da terra e outros aspectos das mudanças ambientais globais, quando tratados isoladamente ou em conjunto, revelam complexidades ainda pouco discutidas nessas previsões. Assim, é preciso aumentar a nossa compreensão dos processos e mecanismos associados e produzir mais informações na tentativa de reduzir as incertezas inerentes aos diferentes cenários. As atividades humanas estão, levando à perda de biodiversidade, aumento da concentração atmosférica de CO 2 e deposição de nitrogênio. No decorrer do século 21, a humanidade terá de viver em ecossistemas menos diversos e sujeitos a altos níveis de CO 2 e taxas de deposição de nitrogênio nunca antes registrados. Os impactos individuais de cada um desses fatores sobre os ecossistemas terrestres e aquáticos têm sido cada vez mais estudados, mas os efeitos interativos dos fatores nos ecossistemas continuam longe de inteiramente compreendidos. Um fator agravante é que, se na ciência há uma grande lacuna no entendimento dessas interações entre biodiversidade, ecossistemas e clima, na política, essa relação também é fraca, a ponto de haver conferências distintas para tratar das políticas globais do clima (UNFCCC Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudança de Clima) e da Biodiversidade (CDB Convenção da Diversidade Biológica). PARA CONHECER MAIS Valoração econômica da biodiversidade estudos de caso no Brasil. P. May (coord.), F. Veiga, O. Pozo, Ministério do Meio Ambiente / Secretaria de Biodiversidade e Florestas, Instrumentos econômicos para o desenvolvimento sustentável na amazônia brasileira: experiências e visões. P. May, C. Amaral, B. Millikan, P. Ascher, Ministério do Meio Ambiente / Secretaria de Coordenação da Amazônia, Juruti sustentável: diagnóstico e recomendações. M. Monzoni, P. Leitão, C. Ferraz e A. Carvalho, GVces / Funbio, PAULO WHITAKER/REUTERS - LATINSTOCK 82 SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL BIODIVERSIDADE