As florestas de mangue são a pedra angular dos ecossistemas costeiros tropicais e subtropicais. Os manguezais podem crescer onde nenhuma outra árvore pode e produzir enormes benefícios para a ecologia costeira. Os complexos sistemas radiculares de mangue retêm sedimentos e poluentes e estabilizam o litoral. Eles também fornecem criadouros e habitat para vida selvagem e marinha e abrigo contra tempestades.
Infelizmente, os manguezais estão enfrentando inúmeras ameaças como aumento do nível do mar, poluição a montante, extração de madeira e expansão urbana. As florestas de mangue estão entre os biomas mais ricos em carbono e contribuem com uma média de 14% para o sequestro de carbono nos oceanos do mundo. Mas quando são desmatados e destruídos, liberam grandes quantidades de dióxido de carbono na atmosfera, contribuindo para a mudança climática.
Melhorar nossa capacidade de prever a resposta dos manguezais a essas ameaças é uma necessidade urgente.
A modelagem computacional pode ser usada para entender e prever o impacto dos humanos e das mudanças climáticas neste ecossistema vulnerável. Primeiro, os modelos devem ser desenvolvidos com detalhes suficientes para representar os processos estruturais e fisiológicos únicos do mangue.
O arranjo foliar de uma planta (filotaxia) afeta sua capacidade de realizar a fotossíntese. O posicionamento ideal das folhas pode maximizar a área de superfície disponível para interceptar a luz solar. Nas espécies de mangue, a filotaxia é um fenômeno amplamente inexplorado e os modelos atuais de mangue não representam adequadamente a variada morfologia das árvores.
O Dr. Faustino Chi, pesquisador de pós-doutorado na Georg-August-Universität Göttingen, e seus colegas reconstruíram a arquitetura detalhada de mudas de mangue vermelho para criar um modelo de interceptação de luz.
Para coletar dados sobre o mangue vermelho, os pesquisadores viajaram de barco até o lado nordeste do atol de Turneffe, localizado a mais de 20 milhas da costa de Belize. Lá, eles tiraram fotos digitais de alta resolução, no local medições manuais e digitalização 3D conduzida usando rastreamento eletromagnético.
Coletar esses dados não foi fácil. Chi explica, “algumas medições tiveram que ser feitas durante a maré baixa. Também houve desafios para usar o equipamento de digitalização Fastrak em um ambiente tropical remoto. Por exemplo, condições de vento exigiam que colhemos as mudas e usamos um andaime fechado porque as plantas precisavam estar completamente imóveis para digitalizá-las. Um gerador portátil compacto era necessário para alimentar o equipamento de campo. Também precisávamos ter mão firme durante as horas do processo de digitalização, quando os mosquitos e flebotomíneos estavam atrás de você. Também era muito importante ter recipientes resistentes à água ou à prova d'água para manter o equipamento seco da alta umidade e das chuvas repentinas no campo.”
As mudas digitalizadas e as medições manuais foram usadas para reconstruir a arquitetura das árvores. Em seguida, criaram um algoritmo de filotaxia (disposição das folhas em um caule) a partir das fotografias e notas de campo. Isso permitiu que os autores reconstruíssem digitalmente as árvores com folhas usando a plataforma de modelagem 3D GroIMP.
Para simular a interceptação da luz por folhas individuais, os autores empregaram o modelo de radiação baseado em raytracing estocástico incorporado ao GroIMP.
Os resultados preliminares permitiram aos autores avaliar e visualizar a proporção de luz absorvida por folhas individuais em todo o dossel e o efeito da mudança do ângulo da folha na radiação relativa absorvida em todo o nível da muda. Medições de luz absorvida são necessárias para calcular as contribuições fotossintéticas de folhas individuais em trabalhos futuros.
O próximo passo para os autores é desenvolver ainda mais seu modelo de muda 3D. “No futuro, planejamos integrar a simulação de outros processos, como fluxo de xilema e floema e comportamento mecânico estrutural em nosso modelo de mangue”, diz o Dr. Chi.
LEIA O ARTIGO:
Chi, F., Streit, K., Tavkhelidze, A. e Kurth, W. (2022) “Reconstrução da filotaxia no exemplo do mangue vermelho digitalizado (Rhizophora mangue) e aplicação para simulação de interceptação de luz,” in silico Plants. https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac002
Este manuscrito faz parte do in silico Plant's Edição especial do Functional Structural Plant Model.
