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Tecnologias para mapear florestas tropicais favorecem transição verde

Tecnologias para mapear florestas tropicais favorecem transição verde

Cientistas empenhados em melhorar a tecnologia existente para criar um inventário de biodiversidade desenvolvem equipamentos inéditos durante a participação no concurso global XPrize Florestas Tropicais. Os novos equipamentos são capazes de monitorar, identificar e classificar árvores, além de atrair e capturar insetos, tudo de forma autônoma e em favor da ciência.

As soluções foram projetadas pelas equipes que chegaram à final da competição e disputam o prêmio de US$5 milhões (mais de R$25 milhões), que será pago ao primeiro colocado. Os últimos avanços tecnológicos foram apresentados durante o mês de julho no teste de validação ocorrido na Reserva de Desenvolvimento Sustentável do Rio Negro, próxima a Manaus, no estado Amazonas.

Preocupados com o impacto que uma tecnologia de uso ambiental poderia causar, a equipe norte-americana Welcome to the Jungle optou por desenvolver soluções de material biodegradável para posicionar suas plataformas capazes de coletar o material necessário para identificar espécies. Semelhante a uma teia de aranha, a estrutura se adequa a diferentes ambientes como copas de árvores, e é posicionada por meio de um drone.

Alta resolução

O grupo desenvolveu duas plataformas, uma equipada ao mesmo tempo por um sensor remoto do tipo Lider (Light Detection and Ranging), capaz de escanear em 3D e com alta definição; e por uma câmera multiespectral e de imagens térmicas mais adequada para áreas altas.

A ferramenta é capaz de classificar as espécies de árvore pela mancha da copa da árvore na imagem formada. “Não é um conceito novo, mas é um novo modelo que se baseia basicamente na morfologia e no tipo de mancha principal. Assim, podemos morfologizar a mancha para saber que tipo de distribuição ela é”, explica a especialista em DNA ambiental, Chai-Shian Kua.

A outra plataforma terrestre foi estruturada com armadilhas fotográficas, sensores bioacústicos e coleta de DNA ambiental para áreas secas e alagadas. “Nossos dados de DNA ambiental podem ser coletados de várias formas. Temos a capacidade de coletar a água, mas também de filtrar e coletar de forma isolada, por exemplo”, explica Matthew Spenko, especialista em robótica e coordenador da equipe.

Todas essas soluções foram equipadas com um aplicativo, também desenvolvido exclusivamente pela equipe, capaz de processar diferentes dados de forma automática e sequencial e reportar em pouco tempo os dados em painéis de fácil compreensão.

Monitoramento

Assim como a equipe norte-americana, o grupo hispano brasileiro Providence+ também apostou no desenvolvimento de uma tecnologia exclusiva chamada Drop (sigla de Plataforma Operacional de Floresta Tropical Profunda em inglês).

A ferramenta, similar a um disco atravessado por um eixo central, é capaz de coletar dados muito similares aos dos concorrentes, com a diferença que reúne todas as capacidades de captura em um mesmo equipamento, que pode se posicionado tanto dentro da água, quanto na copa de uma árvore.

Além de sensores de movimento, câmeras, microfones e compartimento para amostra de DNA ambiental de água ou solo, a solução também possui em sua estrutura bateria, GPS e sistema de comunicação sem fio que acessam uma inteligência artificial para identificação de espécies automatizada.

“Isso passa por identificar o que chamamos de classes de fontes acústicas, tipos de fontes que podem pertencer a uma espécie ou a rio, vento, chuva, porque o reconhecimento automático também inclui fontes não biológicas tipo física, como tormenta, chuva, ruído de motores, disparo de rifle. Há toda essa parte também que podemos falar que serve para a proteção desse terreno”, explica Michel André, que coordena a equipe.

A inteligência artificial recebeu como base de dados os estudos acústicos desenvolvidos desde 2017 pela equipe, que reúne estudiosos da Universidade da Catalunha e Pompeu Fabra de Barcelona, além da equipe de pesquisadores do Instituto Mamirauá, de Manaus.

Com esses dados, o equipamento já se tornou capaz de identificar 160 espécies por sons. “A gente criou um sistema que pode hoje muito bem assumir o papel de ser um sistema de monitoramento automatizado da biodiversidade brasileira. A gente já tem isso e já está pronto, foi implementado na unidade de conservação, no Instituto Mamirauá, e a gente está implementando em outras 20 unidades de conservação, no Brasil e fora do Brasil”, explica Emiliano Ramalho.

Insetos

Competidores do Xprize Rainforest testam equipamentos de monitoramento na floresta amazônica na comunidade de Tumbira, na Reserva de Desenvolvimento Sustentável do Rio Negro – Fabio Rodrigues-Pozzebom/Agência Brasil

Já a equipe Limelight Rainforest focou na biodiversidade de insetos. O grupo inovou nos modelos de armadilhas que foram acopladas em uma tecnologia também exclusiva desenvolvida pelo grupo norte-americano. Luzes noturnas trazem as inúmeras espécies até o ponto de captura das câmeras para que as imagens sejam finalmente analisadas por uma inteligência artificial.

“Percebemos que os insetos estão realmente ausentes nos dados e são um dos organismos mais biodiversos do planeta. São um alimento importante, são importantes em todos os aspectos do ecossistema. Portanto, uma das grandes partes que estamos tentando avançar é realmente construir esses bancos de dados e começar a entender quais insetos estão aqui”, explica Julie Allen, especialista em bioinformática.

O equipamento é uma plataforma de amostragem guiada por drone e que permite a coleta de informações e também de espécies para análise e sequenciamento de DNA nos laboratórios compactos.

“Estamos medindo várias formas diferentes de coletar dados, então temos dados acústicos, coletaremos sons de pássaros, sons de morcegos, outros sons, coletaremos eDNA, DNA ambiental da água, do ar e de superfícies, e também coletaremos os próprios insetos”, conta o coordenador do grupo Guillaume Charone.

Aplicabilidade

De acordo com o secretário de Economia Verde do Ministério Desenvolvimento, Indústria, Comércio e Serviços (MDIC), Rodrigo Rollemberg, o desenvolvimento desse tipo de inovação pode favorecer a liderança brasileira na transição para uma economia verde. Por essa razão, o governo federal tem incentivado iniciativas como a realização da final do XPrize Florestas Tropicais na Amazônia.

Para o secretário, tecnologias como as que estão sendo desenvolvidas pelas equipes competidoras poderão favorecer as cadeias produtivas da biodiversidade amazônica, além de consolidar os conhecimentos tradicionais por meio da ciência e viabilizar soluções para problemas enfrentados pelas comunidades tradicionais e os povos originários da região.

“A monilíase é uma doença do cacaueiro e do cupuaçuzeiro e o corte da árvore é necessário para enfrentar a praga. Mas, muitas vezes, as pessoas escondem a existência da planta doente com medo de perdê-la. Drones ligados à inteligência artificial com algorítmo que identifique a monilíase, permitiam, por exemplo a atuação da defesa sanitária”, diz.

Para reunir as inovações ao conhecimento, o MDIC pretende aproximar as pesquisas desenvolvidas pelo Centro de Bionegócios da Amazônia (CBA), em Manaus, às soluções tecnológicas que resultarem do concurso.

“Esse é o primeiro passo de uma parceria para que essas tecnologias possam se aproveitadas, possam ser disponibilizadas, possam ser reforçadas pelas instituições e pelas comunidades locais”, reforçou Rollemberg.

Cientistas desenvolvem tecnologia para desvendar florestas tropicais

Cientistas desenvolvem tecnologia para desvendar florestas tropicais

@ebc

Os desafios enfrentados por quem estuda os biomas de todo o mundo são muitos, e quando o ambiente tem dimensões gigantes e densas como os das florestas tropicais eles também ganham proporções ampliadas, como a dificuldade de acessar o galho mais alto de uma árvore de 50 metros.

Para superar essas limitações e avançar nos registros científicos do que existe em toda a extensão do ecossistema presente na área central do planeta, foi lançada a competição global XPrize Florestas Tropicais, que agora chega à fase final.

“Ainda sabemos muito pouco de toda a biodiversidade planetária. Não conhecemos o famoso inventário da floresta e é exatamente isso que o XPrize Florestas Tropicais está fazendo: mapear para conhecer e conhecer para proteger”, declarou Pedro Hartung diretor executivo do Instituto Alana, que financia o prêmio, durante o lançamento da etapa final, em Manaus.

Um dos mais completos relatórios globais sobre a biodiversidade, o Living Planet – publicado pela organização não-governamental WWF –, apontava em 2022 que em 40 anos houve uma redução média de 69% da fauna de todo o mundo. Muitas espécies sequer chegaram a receber um nome pela ciência, pois 80% das cerca de 10 milhões de formas de vida estimadas no planeta nunca, foram estudadas ou registradas.

O desafio lançado pela competição é acelerar o desenvolvimento de soluções tecnológicas para acessar diferentes ambientes das florestas tropicais e coletar informações para que sejam catalogadas e viabilizem estratégias de conservação e desenvolvimento sustentável.

O prêmio final é de US$10 milhões (mais de R$50 milhões), que será dividido entre os primeiros colocados, sendo US$5 milhões para o primeiro lugar, US$2 milhões para o segundo colocado e US$500 mil para o terceiro. Os US$2,5 milhões restantes foram divididos em bônus pagos aos competidores que avançaram às etapas semifinal e final.

De acordo com o vice-presidente de biodiversidade e conservação da Fundação XPrize, Peter Houlihan o ritmo acelerado da perda de biodiversidade e dos serviços ecossistêmicos das quais a humanidade depende foi determinante para a busca por essas soluções. “Não podemos proteger partes do planeta se não formos capazes de medir e monitorizar o que existe nele”, reforça.

Lançada em 2019, a disputa começou com 300 equipes que foram avaliadas conforme avançavam pelas etapas de pesquisa, desenvolvimento de tecnologia e implementação das soluções.

Quase cinco anos depois, as seis melhores soluções passaram pelo teste final neste mês de julho, dentro da Reserva de Desenvolvimento Sustentável do Rio Negro, a cerca de 25 quilômetros de Manaus, no Amazonas.

Concorrentes

As equipes finalistas são a Brazilian Team, formada majoritariamente por cientistas e pesquisadores brasileiros; a Providence +, composta por representantes de universidades e instituições brasileiras e espanholas; a ETH BiodivX, inscrita como suíça, mas que reúne cientistas de várias partes do mundo, inclusive brasileiros; e as norte-americanas Map of Life, Welcame to the Jungle e Limelight Rainforest, também com expertise global.

Nessa etapa de verificação da final, cada grupo teve a oportunidade de demonstrar as melhorias adotadas desde a semifinal, realizada em Singapura, em 2023. O teste foi realizado em um uma área de 100 hectares da Floresta Amazônica, na qual os pesquisadores puderam captar amostras de qualquer extrato, como vegetação, ar, solo e água por 24 horas, produzindo dados em tempo real, que puderam ser gerados em até 48 horas.

Até o anúncio dos vencedores em novembro, durante a cúpula do G20 no Rio de Janeiro, os jurados avaliarão os resultados alcançados em relação aos critérios de inovação, validação de dados, aumento de conscientização social e escalabilidade das inovações.

Tecnologia

Em comum, as seis equipes apresentam soluções estruturadas em adaptações de drones, microfones, câmeras, sensores ópticos, uso de robôs, inteligência artificial e laboratórios compactos para análise de DNA ambiental. Segundo Houlihan, a decisão sobre o prêmio será baseada na forma como os cientistas combinarão diferentes conhecimentos no uso dessas inovações, considerando a inclusão da sabedoria das comunidades locais, o legado científico e principalmente de baixo custo.

“Se essas soluções puderem ser utilizadas em todo o mundo, por diferentes gestores de parques, por comunidades indígenas, por quem quer que esteja trabalhando pela proteção do seu meio ambiente, o mapeamento e monitoramento poderão servir como ferramentas de proteção da biodiversidade nos seus territórios e, por essa razão, uma das partes mais importantes entre os objetivos do prêmio é tornar as soluções escaláveis e acessíveis.”

Para o executivo, se essas inovações chegarem a todas as regiões de florestas tropicais, poderão evitar crimes como biopirataria, desmatamento florestal para garimpo ou exploração ilegal de madeira.

“Essas tecnologias podem ter aspectos na proteção da biodiversidade, também ao serem capazes de monitorizar esse tipo de atividades ilegais”.

Competições

A Fundação XPrize é uma organização sem fins lucrativos, sediada na Califórnia, nos Estados Unidos, que realiza competições globais em busca de soluções para os maiores desafios da humanidade, com base em um modelo de democratização das inovações e incentivo dos recursos humanos.

As disputas são financiadas por iniciativas filantrópicas com a doação dos US$ 10 milhões realizadas pelo Instituto Alana, uma organização da sociedade civil sem fins lucrativos, que promove ações de proteção dos Direitos das Crianças e Adolescentes, no Brasil.

As competições já anteciparam mais de 30 inovações tecnológicas, com prêmios que somam mais US$500 milhões, investidos nas mais diversas áreas do conhecimento, como saúde, exploração espacial, clima e energia e desenvolvimento humano. Um conselho de inovação que reúne 44 filantropos de todo o mundo definem os temas focais dos novos desafios.

Presença de pássaros é essencial para que florestas tropicais possam se regenerar

Presença de pássaros é essencial para que florestas tropicais possam se regenerar

@news-wiki

28 de abril de 2024

Jornal da Unesp

A remoção do carbono presente na atmosfera é apontada como um dos caminhos para o combate às mudanças climáticas. Dentro dessa estratégia, a regeneração das florestas desponta como uma solução eficiente para alcançar este objetivo, devido à capacidade das árvores, em especial aquelas pertencentes às florestas tropicais, de sequestrar este carbono. Esse “serviço natural” prestado pelas árvores e florestas foi uma das razões que motivou a Organização das Nações Unidas (ONU) a declarar esta como a Década da Restauração dos Ecossistemas.

Cientes desse desafio, e do potencial que as árvores apresentam para contribuir para o sequestro de carbono, cientistas em todo o mundo vêm trabalhando para entender melhor as dinâmicas envolvidas na regeneração das florestas, de forma a tornar o processo mais eficiente e menos custoso.

Existem basicamente duas formas para promover a recuperação dessas áreas. Uma passa por agir ativamente nas etapas de germinação de sementes, preparação do solo, plantio de mudas nativas e monitoramento do seu crescimento nos primeiros anos de vida, uma abordagem que demanda conhecimento e investimento por parte do proprietário da terra. A outra, que é mais simples e barata, envolve proteger um fragmento florestal existente, de forma a permitir a regeneração natural das espécies ali presentes.

Sabe-se, por exemplo, que entre 70% e 90% das espécies de árvores tropicais dependem, de alguma forma, da ação de diferentes espécies animais para que ocorra a dispersão de suas sementes. Portanto, um melhor entendimento sobre as relações ecológicas que colaboram ou atrapalham o processo de restauração natural pode colaborar nas decisões sobre as melhores estratégias a serem aplicadas, e de que modo isso pode ser feito. Um estudo realizado por pesquisadores da Unesp, Suíça e Reino Unido, recentemente publicado na revista Nature Climate Change, procurou quantificar a contribuição das aves nesses processos. Os dados do trabalho mostram, por exemplo, que paisagens fragmentadas limitam o deslocamento dessas aves dispersoras de sementes, o que resulta na redução da capacidade regenerativa dessas áreas e, consequentemente, em uma diminuição de até 38% em sua capacidade de sequestrar carbono.

Um dos autores do artigo é o biólogo Marco Pizo, professor do Instituto de Biociências da Unesp, campus de Rio Claro. Ele explica que a importância do artigo está em proporcionar um direcionamento às atividades de restauração florestal usando o conhecimento já acumulado sobre a dispersão de sementes pelas aves. “Ao longo dos últimos anos, ficou claro para a ciência que uma das principais formas para conter ou frear o aquecimento global passa pela promoção da restauração florestal, especialmente nos trópicos. E nada melhor do que fazer isso contando com a colaboração natural desses dispersores de sementes”, diz o docente. “O artigo é feliz em unir esses dois elementos. Mas, vai além e aponta que, se uma paisagem mantém pelo menos 40% de cobertura florestal intacta, vale a pena deixar que a restauração caminhe naturalmente porque os dispersores estarão agindo ali. Porém, se esse percentual for inferior a 40%, então uma intervenção mais ativa pode ser necessária.”

Para chegar a esses resultados, os pesquisadores elaboraram modelos alimentados por dados sobre a fisiologia e o deslocamento das aves, bem como um artigo científico com dados brutos que detalha a interação de mais de 200 espécies de aves da Mata Atlântica com os frutos dos quais elas se alimentam. O modelo ainda considerou áreas com diferentes níveis de fragmentos florestais. Com base nesses números, o estudo chegou à conclusão de que a atuação das aves frugívoras na regeneração natural pode funcionar em fragmentos que estejam a uma distância média de 133 m uns dos outros, uma vez que elas são capazes de se deslocar entre as duas áreas.

Dada a presente configuração da Mata Atlântica, essa análise com foco na capacidade regenerativa dos fragmentos se torna ainda mais relevante. O bioma, que abriga 70% da população brasileira, foi intensamente devastado nos últimos anos, a ponto de restar atualmente pouco mais de 20% da floresta original. Porém, um estudo recente, publicado por pesquisadores da Unesp, chama a atenção para o fato de que 97% desse remanescente está extremamente pulverizado, organizado na forma de fragmentos menores do que 50 hectares.

Os pesquisadores autores do artigo ponderam que a restauração em fragmentos de pequenas dimensões até ocorre, mas, nesse caso, vai envolver uma participação maior de aves de pequeno porte. E essa particularidade contribui para limitar a capacidade regenerativa do fragmento porque, em geral, pássaros menores vão dispersar sementes menores, e a tendência é que delas surjam espécies de árvores de menor densidade e com menor potencial de sequestro de carbono. Madeiras de maior densidade, na maioria das vezes, possuem mais celulose, uma molécula de cadeia longa e que contém em sua estrutura diversos átomos de carbono. Por essa razão, um jatobá, árvore de tronco firme e mais denso, tem maior capacidade de armazenar carbono do que uma embaúba, espécie de tronco mais frágil e menos denso.

“Permitir que essas grandes aves frugívoras se movimentem livremente pelas paisagens florestais é fundamental para a recuperação saudável das florestas tropicais”, diz Carolina Bello, pós-doutoranda na ETH Zurich e autora principal do estudo. “Este trabalho mostra que, especialmente nos ecossistemas tropicais, a dispersão de sementes, realizada pelas aves, desempenha um papel fundamental na determinação das espécies que podem se regenerar”, afirma a pesquisadora, que fez seu doutorado no Instituto de Biociências em Rio Claro, assim como Danielle Ramos, outra autora, que hoje está vinculada à Universidade de Exeter, no Reino Unido.

O artigo reconhece que o estudo apresenta algumas limitações, uma vez que há diversos fatores, como a presença de predadores e de animais que se alimentam das plantas e das sementes, capazes de influenciar a interação entre as aves e os frutos, ou a possibilidade de que as sementes efetivamente germinem, cresçam e se tornem árvores. Ainda assim, a pesquisa fornece informações importantes sobre quais áreas apresentam potencial para a regeneração natural, e quais devem ser objeto de estratégias ativas de reflorestamento, por exemplo. Estudos anteriores apontam que, nas áreas onde os animais podem dispersar livremente as sementes, a regeneração natural costuma ser mais barata do que a plantação ativa, o que reduz os custos de implementação em até 77%.

Em algumas regiões do oeste do estado de São Paulo, explica Marco Pizo, plantar um hectare de floresta pode custar entre R$ 20mil e R$ 30 mil, em função da presença do capim-braquiária, uma planta invasora com ampla presença na região. “Então, quando estamos falando de restauração, especialmente em larga escala, a gente precisa falar de custos. E os dispersores de sementes estão aí para reduzir esse custo”, diz.

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