Experimentos em Ecologia – usando a natureza como laboratório e o laboratório como natureza

A Ecologia é uma ciência que busca entender o que está por trás dos padrões que vemos na natureza. Há muito tempo, as diversas formas de vida ao nosso redor têm despertado a nossa curiosidade. Os primeiros estudos ecológicos que se têm relato foram feitos na Grécia Antiga, quando ainda se estava muito (mas muito!) distante de se criar o termo Ecologia. Somente em 1866, o alemão Ernst Haeckel deu nome àqueles estudos de História Natural que visavam entender a relação entre animais e plantas com o ambiente de Ecologia. Desde então, a forma como nós, ecólogos, viemos desenvolvendo a nossa ciência tem se aprimorado, aumentando o nível de complexidade das questões a serem respondidas bem como dos métodos utilizados para respondê-las. De forma geral, As metodologias em Ecologia podem ser categorizadas em:

Observações dos Padrões ou História Natual
Construção de Modelos (Modelagem Matemática)
Experimentos em Ecologia (Manipulativos)

A forma mais antiga de se fazer Ecologia é através da observação dos padrões, que permeia desde os estudos de Aristóteles até trabalhos publicados em periódicos esta semana. Na década de 60, essa abordagem metodológica começou a “sair de moda” devido ao seu menor poder informativo sobre as relações de causa e efeito em seus resultados. Quando fazemos um estudo observacional, nossos resultados estão à mercê de inúmeros fatores ambientais incontroláveis, ou seja, temos uma série de variáveis que podem estar interferindo no resultado que observamos.

As conclusões obtidas a partir de resultados de estudos observacionais são extraídas, basicamente, de uma medida estatística chamada correlação, utilizada para caracterizar a força e a direção (positiva ou negativa) da relação linear existente entre dois conjuntos de valores. O problema é que as correlações podem nos apresentar associações ilógicas daquilo que observamos. Por exemplo, o gráfico abaixo, retirado do site www.tylervigen.com, dedicado à correlações falsas, apresenta a relação entre o consumo per capita de queijo nos EUA (em verde) o número de pessoas que morrem presas em seus lençóis (em azul). Estando o máximo possível de uma correlação positiva em 1, isto é, as variáveis estão 100% correlacionadas, a correlação abaixo apresenta um valor de 95%! Então, de acordo com esse resultado, se queremos diminuir o número de pessoas mortas por estarem emaranhadas aos seus lençóis, vamos comer menos queijo! Apesar da alta representatividade estatística, a causa dessas mortes parece, de fato, ser o consumo de queijo? Esses resultados parecem plausíveis?

Esse é o motivo pelo qual não conseguimos obter uma nítida relação de causalidade com estudos observacionais. É claro que não vamos “cuspir no prato em que tanto comemos”, desprezando a abordagem metodológica que é a raiz dos estudos ecológicos! Os estudos observacionais são extremamente importantes no desenvolvimento das outras formas de trabalho. Ainda hoje, especialmente nas regiões tropicais, temos ambientes e organismos que não possuímos nenhum tipo de informação sobre a sua dinâmica ou comportamento. Nessas situações, torna-se mais difícil a elaboração de trabalhos com um maior nível de complexidade nas questões a serem respondidas – já que talvez não conseguíssemos responder nem às mais triviais! Há quem aposte na reemergência dos estudos observacionais.

Apesar da utilização de dados observacionais sem manipulação nos remeter ao trabalho dos primeiros naturalistas, acredita-se que o seu potencial pode ser aumentado pelos avanços tecnológicos que temos agora, como sensoriamento remoto, microscopia, genética, dentre outros. A chave para um estudo observacional robusto seria então uma abordagem que não fosse meramente exploratória, utilizando um teste de hipóteses que envolva não só a correlação de variáveis, mas também uma comparação dos resultados observados com modelos já existentes, simulando experimentos com grandes bancos de dados ou explorando a parte experimental – ou seja, dando uma “pitada” das abordagens mais recentes, que serão tratadas a seguir.

A construção de modelos (ou, como costumamos chamar, modelagem) é uma tentativa de generalizar, através da utilização de modelos matemáticos computacionais, fatores e processos que geram comportamentos, dinâmicas populacionais e padrões de comunidades que são observados na natureza. Assim, a modelagem matemática é um método que consiste na transformação de problemas reais em problemas matemáticos, interpretando suas soluções na linguagem do mundo real. Por tornarem as conexões lógicas entre as variáveis mais evidenciadas, a modelagem facilita o entendimento dos fenômenos ecológicos por clarificar os links entre elas e, assim, conseguimos a tal relação de causalidade, limitada nos trabalhos observacionais.

No extremo oposto dos estudos observacionais, em que lidamos com toda a variabilidade intrínseca dos sistemas biológicos, a modelagem peca pela sua “extrema” simplicidade. Refiro-me à simplicidade em relação à representação que um modelo possui perante toda magnitude dos fenômenos naturais já que, para mim, enquanto uma bió loga não muito fã das ciências exatas, a construção de um modelo passa longa da simplicidade! Nós, ecólogos, costumamos ter como a parte mais prazerosa do desenvolvimento de um trabalho, o trabalho de campo, o “colocar a mão na massa” de fato. A modelagem requer uma aptidão e afinidade com a computação que talvez seja encontrada em poucos ecólogos!

Finalmente, chegamos ao tema deste post, os experimentos em ecologia, com a grande maioria de nós, do Laboratório de Limnologia/ UFRJ, tem envolvimento direto. Mas, afinal, por que os ecólogos gostam tanto de experimentos? Bom, essa “queda por experimentos” se deve ao fato de, através deles, conseguirmos manipular fatores e isolar os seus respectivos efeitos. Portanto, através dessa abordagem experimental conseguimos a clareza das relações de causalidade, deficitária nos estudos observacionais, e a maior proximidade da realidade, que muitas vezes a modelagem deixa a desejar. A possibilidade de se conseguir captar a relação entre efeitos e suas causas através de um experimento requer muito mais do que sua “simples” execução. Para que um experimento gere uma interpretação de causalidade sem ambiguidade, é preciso controles apropriados; tratamentos representativos; replicação adequada e aleatorização dos tratamentos. Para a maioria das pessoas, a primeira imagem que vem à mente quando falamos em um experimento é a seguinte:

A parte experimental do trabalho de um ecólogo pode ir além dos experimentos em laboratório! Podemos utilizar os resultados vistos em um experimento laboratorial para extrair conclusões sobre a dinâmica de processos que ocorrem na natureza e também podemos rezalizar experimentos em campo, utilizando o próprio ambiente natural como um meio para teste de teorias ecológicas, que podem ser aplicadas a outros sistemas. Dessa forma, o nosso trabalho consiste em usar a natureza como laboratório e o laboratório como natureza, tentando desvendar os processos subjacentes aos fenômenos naturais. Em nosso laboratório, há pesquisadores que trabalham com ambas as abordagens, utilizando micro e mesocosmos. Dependendo da pergunta ecológica e dos organismos estudados, podemos simular ambientes aquáticos dentro de bromélias, caixas d’água ou até mesmo em pequenos tubos de ensaio!