Robô ajuda ciência a entender impactos das mudanças climáticas em pinguins

Milhares de pinguins-imperadores se aglomeram no gelo da Baía de Atka, na Antártica, a maioria sem saber que um intruso vive entre eles.

Um pouco mais baixo do que o imperador adulto médio, o robô autônomo de 1 metro de altura fica silenciosamente dentro da colônia, indistinguível em comparação com os outros, de acordo com os humanos que às vezes emergem de uma estação de pesquisa próxima.

As aves ocasionalmente notam o ECHO, um veículo terrestre não tripulado e controlado remotamente, porque “mostram curiosidade por tudo o que não conhecem”, disse Dan Zitterbart, cientista associado do Instituto Oceanográfico Woods Hole, em Massachusetts.

No entanto, é um fascínio passageiro para os imperadores, que rapidamente se afastam do objeto estático. Os pinguins não se abalam com o robô, que funciona como uma antena móvel para um observatório que monitora cerca de 300 deles a cada ano.

No Polo Sul do nosso planeta, os pinguins reinam supremos e não têm predadores em terra. Mas a crise climática pode ameaçar sua existência. Se as emissões de gases de efeito estufa continuarem a aumentar nas taxas atuais, levando ao aquecimento das temperaturas e ao derretimento do gelo marinho da Antártica, 98% da população de pinguins-imperadores poderá desaparecer até 2100, de acordo com um estudo publicado no ano passado na revista Global Change Biology.

No estudo, os autores sugerem que os pinguins-imperadores devem ser listados como ameaçados pela Lei de Espécies Ameaçadas dos EUA.

“Os pinguins-imperadores vivem em um equilíbrio delicado com seu ambiente”, disse a autora do estudo Stephanie Jenouvrier, ecologista de aves marinhas e cientista associada do Instituto Oceanográfico Woods Hole, em comunicado. “Se houver muito pouco gelo marinho, os filhotes podem se afogar quando o gelo marinho se romper cedo; se houver muito gelo marinho, as viagens se tornam muito longas e árduas, e os filhotes podem morrer de fome”.

Os filhotes devem perder a penugem antes de desenvolver as penas impermeáveis ​​que usam para nadar – mas se ainda estiverem cobertos de penugem quando o gelo quebrar, eles afundarão.

Como principais predadores, os pinguins imperadores são uma espécie de sentinelas, o que significa que são animais ideais para estudar em um ecossistema flutuante, pois podem revelar se algo está errado. Ao estudar essas aves, Zitterbart e sua equipe podem aprender sobre os impactos da crise climática na Antártica.

Surpreendentemente, pouco se sabe sobre esses pinguins, porque a Antártica não é um lugar fácil para os cientistas acessarem. Embora seja crucial aprender mais sobre os pinguins e seu ecossistema, a equipe não queria introduzir a presença humana, potencialmente prejudicial, em um ambiente já vulnerável, ou afetar negativamente a colônia.

Um teste bem sucedido do ECHO este ano já mostra como isso pode ser possível.

Pinguins em movimento

Desde 2017, Zitterbart e outros pesquisadores marcam 300 filhotes de pinguim por ano com um sistema semelhante ao de cães e gatos que são microchipados. Faz parte do projeto MARE medir a saúde dos ecossistemas marinhos da Antártica através do monitoramento de longo prazo das populações de pinguins-imperadores nos próximos 30 anos.

Capturar os filhotes de pinguim de 5 meses é fácil porque eles são fáceis de manusear e “bastante patetas”, disse Céline Le Bohec, pesquisadora do Centro Científico de Mônaco e do Instituto Multidisciplinar Hubert Curien da Universidade de Estrasburgo, na França.

A equipe de pesquisa usa pequenas barreiras para proteger os outros pinguins de ver o processo. Os pinguins adultos estão totalmente focados em alimentar seus filhotes quando eles retornam do mar, então, felizmente, eles não se concentram nos pesquisadores.

Demora cerca de 10 a 15 minutos para marcar cada filhote, disse ela. Usar etiquetas ou cola para prender o sensor pode ser prejudicial, então eles usam de cinco a sete pequenas tiras de fita especial para prender o sensor sob as penas de um filhote.

O uso de transponders integrados passivos e sistemas de identificação por radiofrequência podem permitir o monitoramento remoto dos pinguins. Mas os pequenos sensores usados ​​pelos pinguins não têm sua própria fonte de alimentação, então eles só podem ser lidos a cerca de um metro ou dois de distância.

É aí que entra o ECHO. O robô funciona como uma estação receptora porque é montado com receptores sem fio, recuperando automaticamente os dados dos sensores dos pinguins.

O robô é um suplemento do SPOT, ou Observatório Único de Observação e Rastreamento de Pinguins, implantado em 2013. O observatório fica ao lado da colônia e perto da Estação Neumayer III, a base de pesquisa alemã da Antártica. Está equipado com 16 câmeras que podem capturar imagens individuais de pinguins, bem como de toda a colônia, em uma área de 25 quilômetros quadrados.

Com o ECHO, eles não perdem a chance de coletar dados quando os pássaros retornam à colônia para alimentar seus filhotes. E eles não precisam mais usar o SPOT para procurar os animais já marcados em uma multidão de 20.000 pássaros, porque o ECHO os detecta automaticamente.

Ao rastrear e estudar o comportamento do pinguim, com o tempo, os pesquisadores podem observar como esses animais se adaptam à medida que seu ambiente muda devido às mudanças climáticas. Microchipar os pinguins permite que a equipe determine para onde os pinguins vão quando mergulham no gelo marinho no oceano e entenda suas estratégias de forrageamento – a exploração em busca de recursos alimentares. Essa percepção pode ajudar a determinar o tamanho das Áreas Marinhas Protegidas.

Durante o inverno, o ECHO pode essencialmente fazer parte do enorme grupo de pinguins que se reúne enquanto tentam se proteger. Ele fica a favor do vento e escaneia os pinguins sem precisar de energia para se mover ou girar. No verão, a colônia “afrouxa”, disse Zitterbart. Então, o robô precisa se mover – embora muito lentamente para não atrair a atenção dos pinguins. O robô possui LIDAR, ou Detecção e Alcance de Luz, para detectar obstáculos enquanto se move com a colônia.

Lições aprendidas

A primeira saída do ECHO este ano foi considerada o “ano zero”, disse Zitterbart. Agora que os pesquisadores sabem que o robô é viável e faz parte de um programa que recebeu financiamento da Fundação Nacional de Ciência dos EUA, eles podem aplicar as lições aprendidas.

O robô foi capaz de suportar as baixas temperaturas de -4°F (-20°C) na Antártica até agora.

A equipe aprendeu que o ECHO não é bom em curvas estreitas e pode ficar preso na neve. A condição do gelo marinho é adequada para dirigir até meados de dezembro, quando o verão começa e o gelo fica muito macio. Os pesquisadores estão trabalhando nos algoritmos do ECHO para garantir que, quando o robô se movimentar, ele possa descobrir como se soltar no caso de atolamento.

Mas a coisa mais importante que os cientistas aprenderam é que os pinguins não têm medo do ECHO, ou de qualquer um dos pequenos ruídos que ele faz. Quando o ECHO dirige, ele se move mais devagar do que um humano anda.

“Você tem que ser muito, muito cuidadoso e estamos tentando fazer mais ciência com menos estresse”, disse Zitterbart.

Os pesquisadores estão sempre preocupados em estressar as aves e a colônia. Por sua vez, o estresse adicional pode influenciar seus resultados, disse Le Bohec.

A pesquisa que está acontecendo em Atka Bay tornou-se um esforço multidisciplinar que reuniu cientistas de todos as áreas, e “nenhum de nós poderia executá-la sozinho”, disse Zitterbart.

Zitterbart e seus colegas costumam ficar de seis a oito semanas por ano na Antártica. Sua época favorita para estar lá é em abril ou setembro, durante o inverno antártico, quando há “um zilhão de cores no céu todos os dias”. E com apenas nove outras pessoas na estação de pesquisa, é agradável e tranquilo.

Indicadores vivos de mudança

Se a população de um predador de topo começar a diminuir, isso sugere que muitas outras espécies também estão diminuindo.

“Eles são uma espécie interessante porque amplificam e acumulam todas as modificações de um ecossistema”, disse Le Bohec.

O monitoramento de longo prazo pode revelar se há alguma mudança no local onde os pinguins nadam enquanto procuram comida ou qualquer outro comportamento que possa indicar uma mudança no ecossistema.

Por exemplo, a colônia de Atka Bay agora inicia seu ciclo de reprodução um mês depois, o que significa que eles precisam de gelo marinho por mais tempo. As temperaturas mais altas podem eliminar esse gelo marinho muito cedo na temporada, o que pode forçar os pinguins a se mudarem para outro local que pode não suportar sua enorme colônia.

“A biodiversidade no Oceano Antártico é tão pequena, em comparação com as regiões mais temperadas do mundo, que perder qualquer espécie é devastador”, disse Zitterbart.

Observando os milhares de pinguins na Baía de Atka, Zitterbart fica surpreso quando considera o fato de que eles prosperam em um deserto de gelo hostil.

“A evolução é capaz de preencher todos os nichos do planeta e, finalmente, cria um animal capaz de sobreviver nesta área”, disse ele. “Isso é surpreendente para mim toda vez que eu volto.”

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