NEON é um Observatório Ecológico de US$ 460 milhões para os EUA.

Em novembro de 2018, a The New York Times Magazine publicou um artigo chamado Apocalipse dos Insetos. Baseou-se em grande parte em estudos sobre a abundância de insetos na Europa Central. O artigo recebeu muita atenção, inclusive do Dr. Nico Franz, professor da Escola de Ciências da Vida da Universidade Estadual do Arizona. “Não posso ter sido o único entomologista – pessoa que gosta de insetos – que estava se perguntando: ‘Uau, temos dados sobre isso nos EUA?’”, Disse ele. Realmente não houve no passado, mas agora há um grande projeto que tenta reunir esse tipo de informação para o futuro.

A Rede do Observatório Ecológico Nacional (NEON) é um grupo de locais nos EUA onde ecologistas e ferramentas estão coletando muitos dados para tentar obter uma visão geral do das Alterações Climáticas

, biodiversidade, recursos de água doce e outras questões ecológicas complexas. Só está totalmente operacional desde o ano passado – e então aconteceu a pandemia. Mas esse está longe de ser o primeiro desafio que o ambicioso projeto enfrentará e certamente não será o último. O NEON deverá continuar coletando dados por mais algumas décadas.

Mais de duas décadas em construção, 30 anos no futuro

A história da NEON remonta ao final dos anos 1990 e início dos anos 2000, com ecologistas e biólogos pressionando pela criação de uma rede intercontinental, algo semelhante a uma rede de sensores de terremoto, mas para a ecologia em vez de terremotos. Eles abordaram a National Science Foundation (NSF) com a ideia e o custo – quase US$ 400 milhões para construir, mais milhões de dólares por ano para operar, durante três décadas. “É um investimento realmente enorme da National Science Foundation, um investimento que nunca foi visto antes em esta escala dentro da ecologia”, disse a Dra. Chelsea Nagy, ecologista terrestre da Universidade do Colorado Pedregulho.

O site final estava instalado e funcionando no ano passado, e o intervalo entre a primeira ideia e agora foi repleto de todo tipo de dores de cabeça. Havia questões de financiamento com o Congresso, foi acima do orçamento (acabou custando US$ 460 milhões), e supervisão do projeto mudou de mãos. A NSF escolheu então a Battelle, que administra vários laboratórios nacionais, para supervisionar o NEON. No ano passado, a organização demitiu dois funcionários de alto nível, fazendo com que outros renunciem. Mas então, alguns meses depois, em maio de 2019, NEON tornou-se totalmente operacional.

No entanto, não foi como se as luzes – e os sensores – tivessem acendido todos de uma vez. Muitos dos 81 sites do NEON já coletam dados há anos. Há 81 sites em 20 domínios, incluindo a tundra e a taiga no Alasca, as planícies do sul que cobrem uma boa parte do Texas e os grandes lagos, com alguns locais em Wisconsin. Essas zonas ecoclimáticas pretendem representar os diversos terrenos, ecossistemas e vegetação dos EUA.

Em cada local, uma série de tecnologias, bem como pessoal de campo, devem coletar observações sobre plantas, animais, clima, água, solo e muito mais. Com ferramentas e medições padronizadas, os dados devem ser mais fáceis de comparar.

Pode parecer bastante simples, mas a ecologia nem sempre funciona assim. “Uma das coisas sobre a ecologia, historicamente, é que tendemos a fazer uma pergunta específica em um local específico, usando um conjunto específico de métodos, e então ninguém nunca mais faz exatamente a mesma coisa”, disse o Dr. Ethan White, professor do Departamento de Ecologia e Conservação da Vida Selvagem da Universidade da Flórida. “E assim, quando as conclusões a que um conjunto de artigos chegou diferem de outro conjunto, não sabemos exatamente por que essas conclusões são diferentes.”

“Estou fazendo uma meta-análise agora e coletando estudos individuais”, disse Nagy, da Universidade do Colorado. “E para isso, é realmente difícil analisar os dados que são coletados por muitas pessoas diferentes de muitas maneiras diferentes, porque às vezes eles medem coisas diferentes, e às vezes eles estão medindo a mesma coisa, mas usam um método diferente.” Com o NEON, disse ela, tudo o que é coletado nos sites é feito usando a mesma metodologia, facilitando a comparar.

Os dados também são integrados espacialmente – ou seja, são um conjunto de medições coletadas no mesmo local. “O que isto proporciona a um investigador, por exemplo, mesmo naquele local, é uma forma de integrar todos estes dados”, disse a Dra. Paula Mabee, cientista-chefe e diretora do observatório NEON. Apesar dos mais de 8.000 sensores, o NEON não foi projetado para monitorar tudo.

“Muitos dos locais NEON estão em locais onde espécies invasoras são ativamente removidas. Portanto, eles certamente não vão nos ajudar com isso”, disse o Dr. James Clark, ecologista da Universidade Duke. Nagy está interessada em saber como os incêndios florestais afetam as espécies invasoras, mas como os locais da NEON não foram queimados, ela não pode incluí-los em sua pesquisa.

A coleta regular de dados do Havaí a Porto Rico visa responder a seis “grandes desafios em ciências ambientais”, por exemplo, como os humanos estão impactando a biodiversidade e como prevenir doenças infecciosas para uma variedade de espécies. Câmeras, armadilhas e milhares de sensores são instalados em cada local. Os pesquisadores podem analisar a biogeoquímica, os micróbios do solo, as informações de sensoriamento remoto e os dados aquáticos para obter uma noção de como eles estão interagindo, bem como de como as mudanças estão se manifestando em mamíferos, minerais e micróbios.

“Embora o Neon não seja um experimento – não estamos manipulando florestas ou sistemas fazendo medições a longo prazo – você começa a ver os ecossistemas como um sistema complexo”, disse o Dr. Ankur Desai, professor da Universidade de Wisconsin-Madison. “Todas essas partes diferentes – o ciclo da água, o ciclo do carbono, as espécies que interagem – todas mudam. E essa é a esperança de que obtenhamos informações suficientes em locais diferentes para dar sentido ao mundo que nos rodeia.”

A ótima detecção de mouse

Se você se deparar com um pequeno rato de pelo marrom; uma barriga branca e olhos grandes e escuros, provavelmente não será imediatamente aparente se você estiver olhando para um rato cervo de patas brancas ou um rato cervo da floresta. O truque é o comprimento da orelha. Ambas as espécies são encontradas no alto Centro-Oeste e são cruciais para a pesquisa do Dr. Michael J. Cramer, diretor assistente do Centro de Pesquisa Ambiental da Universidade de Notre Dame, em Wisconsin.

“Eles servem como um sistema modelo para ajudar a compreender como as populações naturais reagem às mudanças ambientais, e é por isso que os estudo”, disse ele. Corujas, falcões, doninhas e raposas atacam os ratos, que comem plantas e sementes. “Esses ratos estão bem no meio da cadeia alimentar”, disse Cramer. Sua presença impacta não apenas os animais que os comem, mas também as espécies de árvores que dependem deles para dispersar suas sementes. Depois, há a competição, como esquilos e esquilos, que comem alguns dos mesmos recursos.

“Se você tem uma população saudável de ratos, isso geralmente é indicativo de um sistema que funciona bem, em termos de dinâmica florestal”, disse Cramer. Ele pega os ratos, marca-os, solta-os e recaptura-os para ter uma noção de quantos estão nas florestas que se estendem pelo topo de Wisconsin e pela Península Superior de Michigan.

A área é bastante remota, o que provavelmente é muito bom para os ratos, mas não necessariamente útil para todas as perguntas que Cramer espera responder. “Estamos cercados em três lados pela floresta nacional, por isso não somos um sistema dominado pelo homem”, disse ele. Mas a NEON também está prendendo e soltando esses ratos em outro local, chamado Treehaven, a cerca de uma hora e meia de carro de distância. “Posso analisar os dados deles, com base nas observações que fiz em um ambiente relativamente primitivo, e depois compará-los com os dados do NEON que é coletado em ambientes não imaculados e tentar tirar algumas conclusões sobre como eu acho que os ratos estão respondendo em nível de espécie”, ele disse.

Mesmo que estes sejam ratos da floresta – não o tipo que você normalmente encontra em uma casa, disse Cramer – ainda é importante acompanhá-los para a saúde humana. Eles são reservatórios da doença de Lyme. “Eles não estão espalhando a doença de Lyme, mas a mantêm naquela população”, disse ele. E esses ratos são encontrados em muitos estados dos EUA. Se Cramer quisesse fazer algumas comparações entre os Yooper ratos e de outras regiões, ele precisaria de uma grande bolsa e de um exército de estudantes de pós-graduação, disse ele.

Em vez disso, “posso utilizar dados de outros locais e outros tipos de habitat e outros biomas e também tentar fazer comparações sobre o que acho que os ratos estão fazendo usando os dados do NEON”, disse ele. “Isso me permite estender minhas inferências a escalas muito maiores.”

Embora a abordagem de Cramer seja de baixa tecnologia – “não tenho dinheiro para comprar tantos colares de rádio minúsculos para cada mouse”, disse ele – os sites NEON têm muitas ferramentas.

Quão verde é este vale?

Em intervalos regulares, a NEON voa com uma aeronave sobre seus diversos locais. A bordo do avião estão câmeras, lidar e espectrômetros de imagem. Os espectrômetros fornecem imagens hiperespectrais, que são de alta resolução e capturam luz que o olho humano não consegue ver. É como colocar um filtro de cores em uma câmera, mas para centenas de cores. Ethan White tenta determinar as espécies de árvores com base nessas imagens hiperespectrais.

Dependendo da cor, as folhas refletirão e absorverão diferentes comprimentos de onda de luz. Se você mapear a refletância em relação a todas as cores da luz, obterá um espectro. Medir esse espectro em cada pixel da imagem revela diferentes características das folhas, como a quantidade de nitrogênio ou fósforo. Sua câmera típica capturará luz no espectro visível – ou vermelho, verde e azul. Uma imagem hiperespectral vem de um dispositivo que registra 426 bandas espectrais. “Isso pode nos permitir ver diferenças entre as plantas, em particular, de cima”, disse White, da Universidade da Flórida. “Seria difícil ver se tudo parece verde, mas poderíamos ver grandes diferenças entre duas coisas que eram verdes usando informações diferentes daquela imagem hiperespectral.”

Ser capaz de ver diferenças detalhadas de cores entre as folhas de um carvalho-peru e um carvalho arenoso requer arquivos de imagem enormes. “Estamos trabalhando com terabytes e terabytes de imagens”, disse White. “Estamos realizando grandes quantidades de computação intensiva no centro de computação de alto desempenho da Universidade da Flórida, que eles chamam de HiPerGator, porque realmente gostamos de jacarés aqui.”

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Não é apenas bonito – é informativo! Imagem da Plataforma de Observação Aerotransportada (AOP) da NEON sobre o local de campo de Yellowstone (YELL).⠀ ⠀ Lidar, ou "Light Detection and Ranging" é um sistema ativo de sensoriamento remoto no qual a luz é emitida por um laser de disparo rápido a bordo de um aeronave. Essa luz viaja até o solo e reflete em superfícies como galhos de árvores. A energia da luz refletida retorna então ao sensor onde é registrada – o lidar mede o tempo que a luz emitida leva para viajar até o solo e voltar. Os cientistas podem usar dados de sensoriamento remoto como este para estudar a estrutura da vegetação em todas as regiões.⠀ ⠀ Saiba mais sobre o monitoramento remoto do NEON capacidades de detecção, AOP e todos os nossos dados em nosso site!⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #remotesensing #lidar #NEONdata #opendata #NEONscience #research #trabalho de campo

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Embora White dê aulas introdutórias à ciência da computação para biólogos há cerca de uma década, ele disse que em um nível mais amplo, sua área ainda precisa se atualizar. “Envolver-se nisso com dados na escala que está sendo produzido agora pelo NEON é algo pouco familiar para a maioria dos ecologistas”, disse ele. No entanto, os tipos de questões que White está investigando exigem essa quantidade de dados.

“Uma das coisas que realmente nos interessa é que os processos que governam os sistemas ecológicos mudam dependendo da escala que se olha”, disse ele. O que afeta uma árvore individual – a quantidade de luz solar que ela recebe com base na altura de suas vizinhas, por exemplo - tornam-se menos importantes à medida que você aumenta o zoom e olha para um acre, floresta ou ecossistema de árvores. Padrões maiores de precipitação e flutuações de temperatura tornam-se mais importantes quando se comparam as árvores da Flórida com as de Nova York. “Entendemos que esses processos mudam com a escala, mas ainda não tínhamos conjuntos de dados que nos permitissem pensar sobre isso de uma forma bastante contínua”, disse ele.

Biblioteca de empréstimo de líquenes

Em uma área industrial de Tempe, Arizona, há um prédio baixo e esbranquiçado. Apesar de seu exterior despretensioso, ele contém milhares de amostras biológicas, tanto da coleção de história natural da Universidade Estadual do Arizona quanto de Biorrepositório do NEON. Micróbios, besouros, mosquitos e amostras de solo serão armazenados no prédio durante os 30 anos de funcionamento do NEON. Aqueles que precisam ser mantidos resfriados são armazenados em um freezer criogênico, e a ASU também está adicionando uma instalação de armazenamento de nitrogênio líquido. O acervo da ASU também está em exposição, com caixas de borboletas, potes de vertebrados e um pele de urso pendurada na parede. Franz, da Arizona State University, é o diretor da coleção.

“Estamos absorvendo cerca de 110 mil amostras anualmente, de acordo com a declaração de trabalho que temos atualmente com o NEON”, disse ele, “e cerca de 70 por cento dessas amostras precisam ser mantidas frias.” Durante vários meses, a instalação recebeu entregas diárias de amostras, às vezes várias vezes por dia. Alguns dos sites da NEON coletam amostras já em 2013. Embora o armazenamento adequado dessas amostras seja um componente importante do que a equipe de Franz faz, eles também precisam catalogá-las e rastreá-las. “Na verdade, não deveríamos ser, para cada amostra, a parada final de todos os tempos”, disse Franz. “Pelo contrário, certo. Deveríamos ser uma espécie de passagem para essas amostras, para que pesquisas adicionais possam ser feitas.”

Para fazer NEON principal portal de dados útil para os pesquisadores, a equipe do biorrepositório precisa inserir muitas informações, com base no Darwin Core Standard. “Isso é relativamente próximo de algo como um língua franca, como um padrão amplamente utilizado globalmente para transferir e anotar dados relativos a espécimes de coleções de história natural”, disse Franz. O objetivo é fornecer aos pesquisadores tudo o que eles precisam saber sobre uma amostra que eles próprios não coletaram: onde, quando e como foi coletada; seu nome taxonômico e como foi identificado. “Também podemos registrar relações entre amostras”, disse Franz. “Então, por exemplo, se ‘A’ é um parasita conhecido de ‘B’, temos amostras de carrapatos que foram retiradas de mamíferos.”

Alguns dos pedidos que Franz recebeu poderiam ajudar com uma versão americana de um estudo sobre o apocalipse dos insetos. A Universidade de Oklahoma está analisando mudanças no volume de invertebrados em cerca de 50 locais, disse ele. Eles estão usando o que é chamado de amostras de armadilhas de queda. Copos plásticos são deixados no solo por dias ou semanas, coletando aranhas, besouros, minhocas e outros invertebrados. A partir dessas amostras, os pesquisadores podem extrapolar o número desses animais em cada local, bem como o tamanho do corpo. Os pesquisadores já estão vendo diferenças em várias regiões. “Parece haver tendências sub-regionais neste apocalipse dos insectos que são bastante interessantes”, disse Franz.

Pausa para a pandemia

Talvez você imagine um ecologista como alguém segurando uma prancheta e calçando botas de borracha no meio de uma floresta. Talvez a sua imagem de um site NEON seja de sensores zumbindo, sem humanos à vista. NÉON tem 181 produtos de dados — coleções de medições como pressão barométrica ou temperatura infravermelha ou concentrações de CO2 — que ele emite; 108 deles requerem observadores humanos. “Contamos muito com amostragem observacional”, disse Zoe Gentes, especialista sênior em comunicações da Battelle, que gerencia o NEON. “Mas, além disso, nossos sistemas automatizados precisam de manutenção.”

“Isso foi algo que realmente me atingiu nas primeiras semanas da COVID”, disse Mabee, cientista-chefe do NEON. “Eu simplesmente não tinha ideia de quanto os sensores de manutenção precisavam para serem atualizados e suas baterias substituídas e coisa." Gentes disse que muitos dos sensores funcionaram muito bem, exceto em casos de falta de energia ou inundações. A Plataforma de Observação Aérea da NEON está agora restrita a certas partes dos EUA que não requerem voos comerciais, porque a NEON não permite que o seu pessoal voe, disse Mabee. “Este não é um trabalho essencial”, disse ela. “É importante para nós. É o nosso trabalho. Mas não é um trabalho essencial.”

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É um nascer do sol #TowerTuesday na torre de fluxo LAJA da NEON em Porto Rico (2019).⠀ ⠀ Estação Experimental de Lajas (LAJA) está localizada no Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Lajas, uma das seis Estações Experimentais Agrícolas em Puerto Rico. Faz parte do Domínio Neotropical Atlântico do NEON (D04). A maior parte do terreno pertence ao Campus Mayaguez da Universidade de Porto Rico. Localizado no canto sudoeste da ilha, onde é relativamente árido, o campo proporciona um excelente contraste com as condições florestais virgens do campo de Guánica (GUAN). Os dados recolhidos na LAJA ajudarão os investigadores a avaliar o impacto da agricultura e da actividade humana no ecossistema local e a monitorizar esses impactos ao longo do tempo.⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #PuertoRico #sunrise #research #NEONscience #NEONdata #opendata #ecology #ecoscience #science #fluxtower

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Embora a NEON esteja procurando maneiras de tornar a ecologia de campo segura durante a pandemia, Mabee acredita que seus profissionais poderiam dar uma segunda olhada no projeto agora. “Certamente, na época do COVID, acho que as pessoas se sentaram em frente aos computadores e não saíram muito para o campo”, disse ela. “E então isso realmente chamou a atenção para esses tipos de dados.”

Nos primeiros dias do NEON, alguns cientistas temiam que ele estivesse tentando substituir totalmente o trabalho de campo. “Acho que inicialmente eles rotularam NEON incorretamente porque estavam dizendo, ‘ah, agora você pode fazer ecologia em seu desktop’”, disse Cramer, que estuda ratos em Wisconsin. “E há uma grande parte de ecologistas que dizem: ‘Sim, não foi por isso que entramos na ecologia. Queremos sair.’”

Outras críticas ao NEON foram que ele poderia levar a fazendo ciência “ao contrário”, criando dados e, em seguida, buscando uma hipótese. Havia preocupações de que a NSF Rede de pesquisa ecológica de longo prazo perderia financiamento em favor do NEON. “Não ajuda que o NEON tenha surgido num momento em que há muita angústia sobre o declínio do financiamento para a ciência”, disse Clark, da Universidade Duke.

Demorou tanto para o projeto sair totalmente do papel que, entretanto, toda uma nova geração de ecologistas estava entrando na disciplina. No ano passado Sociedade Ecológica da Américareunião anual do Dr. Kyla Dahlin twittou: “Cansado de ouvir velhos mal-humorados reclamarem @NEON_sci? Venha ouvir usuários reais do NEON…”

O ecologista terrestre Nagy esteve envolvido em alguns treinamentos para garantir que nenhum ecologista seja deixado para trás. “Acho que esse é um dos primeiros desafios: garantir que os ecologistas em geral tenham as habilidades necessárias para usar dados como estes”, disse ela. “É um recurso muito legal porque está disponível de forma gratuita e aberta para qualquer pessoa, mas você precisa ter esse conhecimento sobre como usar os dados para torná-los úteis.”

Um ecossistema de ecologistas

“Acho que uma das coisas mais interessantes, se não a mais interessante, do NEON é o potencial para promover a comunidade e uma colaboração mais ampla dentro da ecologia em geral”, disse White. Seu grupo está trabalhando com pesquisadores dos departamentos de ciência da computação e florestal da escola em seus projetos de árvores. Ele está trabalhando na combinação de dados NEON com alguns do programa de Inventário e Análise Florestal do Serviço Florestal dos EUA. Assim como a integração de dois conjuntos de dados, criar uma equipe com formações científicas diferentes requer a criação de um vocabulário comum.

Mesmo fora do NEON, a ecologia tem se expandido para acomodar dados maiores e questões maiores. White percebeu isso há uma década, quando começou a dar aulas de ciência da computação. “Existem muitos, muitos laboratórios agora que não coletam nenhum dado de campo, mas simplesmente trabalham com dados que podem ser obtidos de produtos de sensoriamento remoto ou outros produtos de rede”, disse Clark. Desai ecoa isso. “Podemos ter estudantes trabalhando em locais que nunca viram”, disse ele. “E isso talvez seja um pouco diferente – desconfortável – para algumas pessoas na ecologia.”

Desai acompanhou o desenvolvimento do NEON por dentro e por fora. Anteriormente, ele foi membro do Comitê Consultivo de Ciência, Tecnologia e Educação. Seus sentimentos sobre o projeto são confusos. Ele elogia os cientistas que trabalham lá, mas diz que sua gestão teve altos e baixos. NEON ajudou a trazer a tão necessária padronização para ferramentas e medições que são cruciais para responder a algumas das grandes questões da ecologia. Muitos ecologistas pensam que os dados do NEON ajudarão a começar a responder a algumas destas questões.

“Se você conversa com a National Science Foundation, eles sempre dizem: ‘NEON não é a coisa certa. A biologia dos macrossistemas é o que importa'”, disse Desai. “O néon é a ferramenta para fazer essa ciência acontecer. E se acontecer que precisaremos de uma ferramenta diferente daqui a 10 anos, que assim seja.”