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La reconstrución en 3D de la filotaxis de los manglares a base de plantas digitalizadas arroja datos novedosos.


Los manglares son la piedra angular de los ecosistemas costeros tropicais y subtropicales. Os manglares podem crescer onde nenhuma outra árvore pode fazer e trazer benefícios enormes para a ecologia costera. Os complexos sistemas de raízes dos manguezais atraem os sedimentos e os contaminantes e estabilizam o bosque litoral. Também fornece áreas de criança e habitat para a vida selvagem e marina, refúgio e proteção contra as tormentas.

Em contraste, los manglares se enfrentam a numerosos amenazas, como a elevação do nível do mar, a contaminação das águas de arriba, a extração de madeira e a expansão urbana. Os manglares são um dos biomas mais ricos em carbono, e contribuiu com um avanço de 14% para a captura de carbono nos oceanos do mundo. Mas, quando talan y destruyen, liberam quantidades massivas de dióxido de carbono a la atmósfera contribuindo al cambio climático.

É urgente melhorar nossa capacidade de prever a resposta dos problemas a essas ameaças.

Usar a técnica de simulação informática nos pode servir para compreender e prever o impacto dos seres humanos e a mudança climática neste ecossistema vulnerável. Em primeiro lugar, os modelos devem ser desenvolvidos com detalhes suficientes para representar os processos estruturais e fisiológicos únicos dos mangás.

A configuração das folhas de uma planta (filotaxia) afeta a capacidade de realizar a fotossíntese ao posicionar as folhas para maximizar a superfície disponível para interceptar a luz solar. Nas espécies de manguezais, a filotaxia é um fenômeno pouco explorado e os modelos atuais de manguezais não representam adequadamente a diversidade morfológica dessas árvores.

El Dr. Faustino Chi, investigador pós-doutorado da Georg-August-Universität Göttingen, y sus colegas reconstrua a arquitetura detalhada dos arbólitos do manglar rojo para criar um modelo de interceptação da luz.

Para obter dados sobre o mangle rojo, os investigadores viajam de barco até o lado norte do atolón Turneffe, situado a mais de 20 milhões da costa de Belice. Allí tomaron fotografías digitales de alta resolução, realizaron medidas manuais “in situ” y llevaron a cabo una digitalización en 3D de arbolitos del mangle rojo mediante registro eletromagnético.

A tomada de dados não foi fácil. Chi explica: “Alguns medidas de los arbolitos se realizam durante la marea baja. O que dificulta o uso do equipamento de digitalização Fastrak em um ambiente remoto tropical; por exemplo, las condiciones de viento obrigaron a cortar unos arbolitos ya utilizar un armazón cerrado para digitalizar las plantas, ya que estas deben estar fijas para poder digitalizarlas. Use um gerador de eletricidade portátil compacto para operar o equipamento de campo. E por suposto, hay que tener una mano firme durante las horas del proceso de digitalización, momento en que los mosquitos y otros insectos salen a procurarte. Também era muito importante levar recipientes resistentes à água ou impermeáveis ​​para manter o equipamento seco durante o transporte e de alta umidade e as chuvas repentinas enquanto estabam no campo”.

Configuração de digitalização da muda de R. mangle
Instalação e armazenamento para digitalizar os arbustos de R. mangle.

Los arbolitos digitalizados y las medidas manuais se utilizamon para reconstruir la arquitectura de los arboles. A seguir, crie um algoritmo de filotaxia (distribuição das folhas em um tamanho) com base nas fotos e anotações de campo. Isso permite que os autores recuperem digitalmente as árvores com folhas em 3D usando a plataforma GroIMP.

Existem duas árvores de mangue. Cada um mostra uma progressão de fotos reais, geometria reconstruída de galhos e raízes e a simulação final, que também contém folhas. A simulação final é realista e semelhante à foto.
Comparação dos arbólitos de R. mangle com o modelo de mangle ya com hojas substituídas. A y D: Fotografias; B y E: Modelo digitalizado; y C y F: Resultados da simulação informática.

Para simular a interceptação da luz por parte das folhas individuais, os autores usam o modelo “radiação baseada em raytracing estocástico” incorporado ao GroIMP.

Os resultados preliminares permitem que os autores avaliem e visualizem a proporção de luz absorvida das folhas individuais ao longo da copa dos árbitros. E também o efeito de alterar o ângulo da folha para observar a radiação absorvida relativa ao nível de toda a copa do árbitro. A medición da luz absorvida é necessária para futuros cálculos das contribuições fotosintéticas das folhas individuais.

Visualização da luz absorvida para cada folha em uma muda inteira. Alta absorção relativa na parte superior e baixa na parte inferior é evidente.
Estimación de la distribuição de la luz en las hojas de un arbolito.

“Con el modelo de arbolito en 3D, la simulación de otros procesos, como los flujos en el xilema y el floema y el comportamiento mecánico estructural, podría basarse en dicho modelo de mangle”, diz o Dr. Chi.

Leia o artigo:
Faustino Chi, Katarína Streit, Aleksi Tavkhelidze, Winfried Kurth, Reconstrução da filotaxia a partir do exemplo do mangue vermelho digitalizado (Rhizophora mangle) e aplicação à simulação de interceptação luminosa, in silico Plants, 2022;, diac002, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac002


tradução espanhola por Dr. Faustino Chi.

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