Como a geologia e o clima moldam a biodiversidade

As florestas tropicais são os habitats com maior biodiversidade na Terra. Eles são o lar de um grande número de diferentes plantas, animais, fungos e outros organismos. Essas florestas estão distribuídas principalmente em três continentes, concentradas na Bacia Amazônica na América do Sul, na Bacia do Congo na África Central e no vasto arquipélago do Sudeste Asiático. Pode parecer que todas as florestas tropicais são igualmente diversificada, devido à sua estabilidade quente e úmido clima e sua localização geográfica em torno do equador, mas este não é o caso. Em comparação com a América do Sul e o Sudeste Asiático, o número de espécies nas florestas tropicais úmidas da África é significativamente menor para muitos grupos de organismos.
Palmeiras com poucas espécies
Uma boa ilustração dessa distribuição desigual – o que os pesquisadores chamam de disparidade de diversidade pantropical (PDD) – são as palmeiras: das 2.500 espécies em todo o mundo, 1.200 ocorrem na região do sudeste asiático e 800 nas florestas tropicais da América do Sul, mas apenas 66 em florestas tropicais africanas. Por que isso acontece é um debate entre os pesquisadores da biodiversidade. Existem algumas evidências de que o clima atual é a causa da menor diversidade de espécies nas florestas tropicais da África. O clima no cinturão tropical da África é mais seco e frio do que no Sudeste Asiático e na América do Sul.
Outras evidências sugerem que as diferentes histórias ambientais e tectônicas das três regiões de floresta tropical ao longo de dezenas de milhões de anos tiveram um impacto sobre os diferentes níveis de biodiversidade. Essas mudanças ambientais incluem, por exemplo, a formação de montanhas, ilhas ou áreas áridas e desérticas. No entanto, é difícil distinguir entre os dois fatores do clima atual e da história ambiental.
A construção de montanhas traz diversidade
Liderados por Loïc Pellissier, professor de ecologia da paisagem, os pesquisadores da ETH Zurich agora investigaram essa questão com a ajuda de um novo modelo de computador que permite simular a diversificação de espécies ao longo de milhões de anos de evolução. Eles concluem que o clima atual não é a principal razão pela qual a biodiversidade é menor nas florestas tropicais da África. Em vez disso, a biodiversidade emergiu da dinâmica da construção de montanhas e da mudança climática. Os resultados das simulações históricas coincidem amplamente com os padrões de distribuição da biodiversidade observáveis hoje.
“Nosso modelo confirma que as diferenças na dinâmica paleoambiental produziram a distribuição desigual da biodiversidade, ao invés dos fatores climáticos atuais”, diz Pellissier. “Os processos geológicos, bem como as flutuações da temperatura global, determinam onde e quando as espécies emergem ou se extinguem.”
Um fator em particular é crucial para a alta biodiversidade em um continente: a dinâmica geológica. As placas tectônicas ativas promovem tanto a formação de montanhas, como os Andes na América do Sul, quanto o surgimento de arquipélagos, como no Sudeste Asiático. Esses dois processos resultam em muitos novos nichos ecológicos, que por sua vez dão origem a inúmeras novas espécies. O cinturão de floresta tropical da África, por outro lado, teve menos atividade tectônica nos últimos 110 milhões de anos. Também é relativamente pequeno porque é limitado por terras áridas ao norte e ao sul, o que limita sua disseminação. “As espécies de regiões úmidas dificilmente podem se adaptar às condições secas das terras áridas ao redor”, ressalta Pellissier.
Continentes geologicamente vibrantes produzem maior biodiversidade
O modelo gen3sis desenvolvido por pesquisadores da ETH foi recentemente apresentado na revista PLoS Biology . É um modelo mecanicista no qual as restrições primárias, como geologia e clima, são representadas juntamente com mecanismos biológicos e a partir dos quais os padrões de biodiversidade podem se materializar. Para simular o surgimento da biodiversidade, os processos mais importantes a serem integrados no modelo são ecologia (ou seja, cada espécie tem seu próprio nicho ecológico limitado), evolução, especiação e dispersão. “Com essas quatro regras básicas, podemos simular a dinâmica populacional dos organismos em relação às mudanças nas condições ambientais e oferecer uma explicação muito boa de como os organismos surgiram”, diz Pellissier. Ao construir seu modelo sobre esses mecanismos evolutivos básicos, os pesquisadores podem simular a diversidade de espécies sem ter que inserir (distribuição) dados para cada espécie individual. No entanto, o modelo requer dados sobre a dinâmica geológica dos continentes em consideração, bem como umidade e temperaturas de reconstruções climáticas.
Os pesquisadores agora estão refinando o modelo e fazendo simulações para entender o surgimento da biodiversidade em outras regiões ricas em espécies, como as montanhas do oeste da China. O código do modelo e as reconstruções paleoambientais são open source. Todos os pesquisadores evolutivos e de biodiversidade interessados podem usá-lo para estudar a formação da biodiversidade em diferentes regiões do mundo.