A botânica digital está mudando o que podemos esperar das coleções antigas. Espécimes de herbário, antes usados ​​principalmente para taxonomia e identificação, agora ajudam pesquisadores a estudar evolução, distribuição de espécies, mudanças ambientais e prioridades de conservação em escala global.

Para explorar essa mudança, a Botany One entrevistou Dr. Barnabas Daru, Professor assistente de biologia na Universidade de Stanford, na Califórnia.Ele estudou botânica em Joanesburgo e foi pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Harvard, onde trabalhou em novos usos de espécimes de herbário para a compreensão da ecologia e evolução das plantas no Antropoceno. Em sua pesquisa atual, Daru examina o papel da filogenia na compreensão da distribuição das espécies, na conservação de comunidades únicas e na compreensão das mudanças na distribuição no Antropoceno. Esta entrevista foi editada para maior clareza e concisão.

O que fez você se interessar por plantas?

Eu nunca planejei estudar botânica. Aconteceu meio que por acaso. Eu estava em um curso de campo, chamado Viagem de Campo da Associação de Biologia Tropical em Uganda, em um lugar chamado Parque Nacional KibaleA ideia era que jovens estudantes de graduação, ou aqueles que estão prestes a concluir seus estudos de graduação, adquirissem experiência prática e também experimentassem algo novo que nunca haviam feito antes. Eu me formei em zoologia, estudando principalmente insetos, então queria fazer algo um pouco diferente da zoologia. Passamos um mês inteiro em campo fazendo pesquisa e tendo aulas com diferentes professores. Fiz um experimento com polinizadores que visitavam uma espécie invasora de planta chamada Lantana camaraA partir daí, fiquei interessado em simplesmente sentar e observar todas aquelas abelhas, borboletas e moscas visitando a planta de tantas maneiras diferentes, especialmente em comparação com a forma como visitavam outras plantas nativas. Isso despertou meu interesse em saber o quanto uma espécie contribui para fornecer alimento a esses animais. A partir daí, quis saber mais sobre botânica e, por isso, acabei fazendo meu mestrado e doutorado em botânica.

O que o motivou a seguir sua atual área de pesquisa?

Meu doutorado era na área de botânica aplicada, biogeografia e biologia evolutiva, com foco em métodos e técnicas mais voltados para a biogeografia, evolução e ecologia. Depois, surgiu uma oportunidade de bolsa de pós-doutorado em Herbário da Universidade de Harvard, para focar na utilização de coleções para ecologia e biologia evolutiva. Propus três objetivos: analisar os riscos de extinção, as interações microbianas com as plantas e, em terceiro lugar, analisar o comportamento ou o vieses dos dados de herbárioQuando iniciei meu trabalho como docente, precisei definir em que as pessoas do meu laboratório iriam trabalhar em termos de pesquisa e questões. Isso me levou a escrever alguns artigos e, em seguida, a elaborar um projeto, analisando... dados de herbário de ervas marinhas, por exemploDepois, eventualmente, assumi meu novo cargo aqui, como professor em Stanford, onde acabei escrevendo alguns artigos de revisão sobre minha busca para realmente entender o que está acontecendo nesse campo [de aproveitamento máximo dos dados de herbário].

Qual a sua parte favorita em trabalhar com coleções botânicas/de herbário?

Acho que é simplesmente a possibilidade de voltar [ao campo]. Para mim, refazer os percursos de onde as plantas foram coletadas e depois coletá-las novamente. Só de pensar que, neste lugar onde estou agora, é possível que alguém, há 100 anos, tenha estado aqui e coletado a mesma planta. E também acreditar que, em algum momento no futuro, daqui a 100, 200 anos, algum estudante também estará aqui e dirá a mesma coisa. Trabalhar com essas coleções me ajudou a perceber que se trata de fazer parte da história e ver que há uma história por trás de cada espécime, se você observar com atenção, porque cada espécime não é apenas um dado. Então, poder voltar ao campo realmente me ajuda a ver que a coleta desses espécimes carrega muito mais informação do que simples dados e que exige muito esforço para coletar as plantas. 

O que os dados de herbário podem nos dizer sobre as mudanças na biodiversidade global?

Podemos usar dados de herbário para compreender interações ecológicas e para compreender as mudanças ao longo do tempo. E podemos usar dados de herbário como uma espécie de experimento de monitoramento de longo prazo, para testar o que tem acontecido no contexto das comunidades vegetais. Por exemplo, uma coisa que podemos rastrear facilmente é a dinâmica populacional – o modelo padrão de crescimento logístico ecológico, por exemplo, testa se uma espécie está atingindo o capacidade de carga Em determinadas condições ou não. Isso é algo que se pode realmente acompanhar com dados de herbário. 

Embora os dados de herbário apresentem problemas (como vieses de amostragem), quando estes são corrigidos e ajustados adequadamente, torna-se possível até mesmo analisar a direcionalidade – para onde as plantas estão se deslocando. Podemos estudar quais são seus nichos preferenciais e se sua distribuição parece estar se deslocando para o norte ou sul, leste ou oeste, ou se estão se movendo em direção a altitudes mais elevadas ou não.

Os dados do herbário também podem nos ajudar a [entender] biogeografia funcionalA biogeografia funcional é um campo emergente, cuja ideia deriva da diversidade funcional, ou seja, de como se pode usar as características dos organismos para entender como eles são diferentes. O contexto de biogeografia O objetivo é entender como as características funcionais das plantas estão distribuídas no espaço e no tempo. Os dados de herbário podem ser de grande ajuda nesse sentido. 

A própria natureza de como os dados de herbário foram acumulados ou concebidos inicialmente visava à taxonomia e sistemática clássicas, e agora estão sendo utilizados de novas maneiras. Mas, no contexto da sistemática e da taxonomia, um requisito fundamental, pelo menos para que um espécime de herbário possa ser coletado e registrado, é que ele possua algumas características distintivas essenciais que permitam sua identificação. 

Algumas das características principais são a presença de uma folha, uma flor e, se possível, um fruto. Esses já são traços funcionais. Portanto, são métodos mais recentes, como modelos de visão computacional, que podem extrair essas informações com facilidade. Um dos meus alunos no laboratório está usando essa abordagem. para testar plantas no ÁrticoA forma como as plantas respondem ao ambiente pode ser refletida em suas características, pois são essas características que as fazem funcionar. [...]

Quando estávamos no Alasca e em partes de Nunavut, no norte do Canadá, as temperaturas de verão lá eram semelhantes às da Califórnia, cerca de 70°C. Então a questão é: se as coisas também estão mudando no Ártico, como podemos testar isso? 

Refazemos as rotas onde os espécimes de herbário foram coletados há 100 anos e medimos as áreas das folhas e outras características, comparando-as com como eram há 5, 10 e 100 anos, para verificar se houve alguma mudança. Testamos isso em diferentes faixas latitudinais e observamos que, à medida que nos deslocamos para latitudes mais baixas, mesmo para a mesma planta, o tamanho das folhas aumenta e as margens das folhas também se alteram. Os dados de herbário são um conjunto de dados muito interessante que podemos usar para extrair essas informações.

[Por fim], podemos usar dados de herbário para entender a biogeografia da conservação. Uma ideia é reduzir a curva de mudança da biodiversidade. [Podemos] imaginar 3 curvas possíveis para o futuro, onde uma curva representa o cenário em que, se continuarmos como estamos, teremos apenas algumas espécies amplamente distribuídas, e espécies realmente muito distintas desaparecerão. 

Mas se nos adaptarmos e fizermos pelo menos algumas mudanças, poderemos chegar a um futuro em que as coisas sejam ligeiramente melhores do que no pior cenário possível, para algumas espécies. E há o melhor cenário possível, em que, se fizermos algumas mudanças realmente interessantes, a curva talvez possa subir. 

Os dados de herbário podem realmente nos ajudar a lidar com esse tipo de problema, como, por exemplo, como reverter a curva de declínio e a perda de biodiversidade. Há um outro aspecto oposto [da perda de biodiversidade], que parece ser um ganho de biodiversidade, mas é um ganho de forma negativa, por meio de espécies invasoras. Espécies invasoras chegam a uma paisagem; muitas vezes, parece que estão contribuindo para a biota da região, mas, na verdade, estão apenas causando uma homogeneização da biota. Elas tornam as comunidades mais semelhantes. E, novamente, podemos reverter a curva de declínio da invasão de espécies de diferentes maneiras – por meio de como gerenciamos ativamente as espécies invasoras. Há [também um cenário pessimista, um cenário intermediário e um cenário otimista].

Existem plantas ou espécies específicas que despertaram sua curiosidade ou inspiraram sua pesquisa?

Gosto de fazer biogeografia, mas, cada vez mais, certas espécies têm despertado meu interesse. As ervas marinhas são um exemplo. Ao longo do litoral da Califórnia, existem quatro espécies, incluindo Zostera marina, Dois Phyllospadix espécies, e depois há Rúpia marítimaGosto das quatro, e fomos ao campo para coletá-las. Inclusive, tenho uma música que escrevi sobre ervas marinhas. A papoula-da-califórnia também me interessa muito, porque é a flor oficial da Califórnia e só existe lá. Então, essas são as minhas plantas favoritas. E, aliás, temos uma música sobre plantas. Chama-se "Minha Planta". 

Você poderia compartilhar uma experiência ou anedota de seu trabalho que marcou sua carreira e reafirmou seu fascínio pelas plantas?

Um dos nossos locais de trabalho de campo foi em Iqaluit, Nunavut, Canadá. Voamos para Montreal e, de lá, trocamos de avião e voamos para o norte, até um lugar chamado Kuujjuaq. Os aviões foram ficando cada vez menores. De Kuujjuaq, voamos em um avião ainda menor, com motor a hélice, e essa foi a minha primeira experiência com isso. Quando pousamos em Iqaluit, tudo mudou; era um cenário completamente novo. Também estávamos interagindo com os Inuit de Iqaluit. Havia certos lugares onde fomos coletar amostras de plantas que não podíamos acessar porque um deles era um cemitério indígena, então tínhamos que ser extremamente respeitosos e cuidadosos com os locais onde iríamos coletar. Houve também um lugar onde vimos um urso de longe. Então, com essas experiências, depois que trouxemos as amostras e as montamos no herbário, eu sempre as olho e ainda tenho aquela imagem do que aconteceu, sabe, do que levou a todas aquelas coletas. Essa é a minha parte favorita. 

Que conselho você daria a jovens cientistas ou estudantes que estejam considerando uma carreira em biologia/ecologia vegetal?

Eu diria que é muito empolgante! A ideia principal é explorar o que pode ser feito com os espécimes [de plantas], partindo do princípio de que as plantas são fundamentais para a vida. Elas estão na base da cadeia alimentar. Precisamos das plantas, e é por isso que estudá-las é tão interessante. O mundo vegetal é incrível [...] às vezes há tanta abundância ao nosso redor que nem as vemos. Só o fato de podermos explorar essas coisas já é uma grande oportunidade, pois existem inúmeras possibilidades, desde a compreensão da ciência fundamental, da ecologia fundamental, até a investigação de questões como interação, evolução ou biogeografia. Essas são pesquisas fundamentais. 

Do início ao fim de uma carreira, você nunca vai esgotar todas as possibilidades. [As plantas são essenciais para nós, como fonte de alimento e cura para doenças humanas, mas também são importantes para o nosso bem-estar]. Vivemos em um mundo onde há uma busca constante por conexão com a natureza, pois ela é benéfica para o nosso bem-estar. A biologia vegetal é uma área que, ao ser explorada, oferece muitas oportunidades e entusiasmo. Basta ter paciência e aproveitar.

Como o público pode ajudar a fazer contribuições científicas significativas para essas coleções?

Isso definitivamente é um grande passo, e especialmente INaturalista É realmente ótimo. Eu estava conversando com Scott Loarie, a pessoa que desenvolveu o programa iNaturalist, e mencionei como todo o programa é realmente fantástico. As pessoas estão por aí fazendo coisas, mas, em sua maioria, esse exército de cientistas cidadãos que sai com seus celulares, capturando esses dados, geralmente coleta em lugares que são bastante conhecidos. E, às vezes, eles não estão adicionando novos pontos de dados propriamente ditos. Onde realmente precisamos de dados São lugares como o Sudeste Asiático, a bacia do Congo na África ou a Amazônia. 

Lugares que realmente possuem diversidade vegetal, mas infelizmente, poucas pessoas têm a oportunidade de ir até lá para coletar plantas. A logística é bastante complexa, mas se houver uma maneira de incorporar no algoritmo de lugares que já foram sobreamostradas e bloqueá-las, de forma que você não possa fazer nada de novo [poderia ser muito útil]. Então, com Scott, desenvolvemos uma ferramenta chamada Green Maps. Os mapas verdes podem ser complementados com o programa iNaturalist, que fornece previsões de quais plantas esperar em uma área. Digamos que você queira fazer uma trilha nas montanhas de Santa Cruz, em um local específico; você pode inserir o endereço desse local e [obter] uma lista das plantas que você esperaria encontrar naquela área. Assim, quando estiver lá, você pode realmente procurar as plantas, porque essas são previsões. Isso pode direcionar os usuários a locais específicos para comparar as plantas que deveriam ocorrer lá com o que foi realmente amostrado. Portanto, como usuário, este é um lugar onde você pode realmente contribuir com novos dados para a pesquisa.

Para mim, pessoalmente, a ideia central de tudo o que fazemos é ajudar a destacar o valor do acervo. Isso porque, mais recentemente, coleções de museus e herbários também têm estado ameaçadas de diversas maneiras, seja por cortes orçamentários ou por falta de verbas.

O exemplo mais recente é Universidade Duke, que desativou seu herbário. e agora está transferindo a coleção para outro local. Então, embora nossa pesquisa não seja necessariamente voltada para políticas públicas, pois queremos apenas fazer pesquisa fundamental, às vezes a mensagem crucial para as políticas públicas é que esses conjuntos de dados são extremamente úteis. Eles não são inúteis. Porque a maioria dos gestores e formuladores de políticas tende a encarar isso como ciência antiga, mas, na verdade, todas essas novas ciências sofisticadas, como genômica e modelagem computacional, têm como base a taxonomia, a sistemática e os espécimes.

Meu objetivo final como botânica é que as pessoas coletem espécimes. Pode ser um desafio por questões logísticas (como licenças), mas, se houver oportunidade, prefiro que nos enviem espécimes. O espécime físico é fundamental para a pesquisa, muito mais importante do que apenas os dados coletados por um celular, pois não conseguimos extrair o DNA a partir desses dados. As coleções são valiosíssimas, e eu não poderia enfatizar isso o suficiente. Precisamos de mais financiamento para que os jovens se interessem e se sintam motivados a se dedicar a essa área.

O que fica mais claro na conversa com Barnabas Daru é que as coleções de herbário não são arquivos empoeirados de ciência concluída. São ferramentas de pesquisa vivas: registros de onde as plantas estiveram, como mudaram e quais perguntas podemos agora fazer com novos métodos. À medida que as coleções se tornam mais pesquisáveis ​​e mais conectadas a modelos ecológicos, dados de características, genômica e ciência cidadã, seu valor só aumenta. Mas o ponto final de Daru é talvez o mais importante: Os registros digitais são poderosos, mas não substituem os espécimes.Se quisermos que os futuros pesquisadores continuem a descobrir histórias ocultas nas mudanças da biodiversidade, ainda precisamos coletar, organizar, financiar e cuidar das coleções físicas em si.

CONSULTE MAIS INFORMAÇÃO:

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Perfil do Escritor Convidado

Alisa (ela/dela) é uma ecologista canadense e entusiasta da história natural. Ela trabalha em herbários desde 2017, tendo começado no Departamento de Agricultura em Ottawa, Ontário, e depois se mudado para os Estados Unidos para se juntar ao Jardim Botânico Real de Kew em 2023. Atualmente, ela está em busca de sua próxima aventura na área científica.

Imagem da capa: Uma imagem de Dr. Barnabas Daru's viagem ao campo para Nunavut, Canadá. Crédito da foto. O Laboratório Daru / Trabalho de campo sobre plantas do Ártico: Nunavut 2023.