Como as penas das aves libertam calor infravermelho para o espaço perante as alterações climáticas

A troca de calor da Terra e um emissor inesperado: as aves

A Terra liberta continuamente calor para a atmosfera e, em última instância, para o espaço. Nesse fluxo diário de energia há incontáveis “plumas” que escapam a partir de uma origem ainda pouco estudada - e para muitos, surpreendente: as aves.

À medida que as alterações climáticas causadas pela actividade humana perturbam esta troca de calor e vão aquecendo o planeta, torna-se crucial perceber de que forma as aves controlam a temperatura corporal - tanto para a sua conservação como para a nossa.

Termodinâmica das aves: o que a equipa quis medir

Num novo trabalho sobre termodinâmica aviar, biólogos e engenheiros juntaram esforços para quantificar quanta energia, sob a forma de calor e outros tipos de radiação electromagnética, as aves absorvem, emitem e reflectem para o ambiente.

"É entusiasmante saber que as penas das aves estão a evoluir para libertar calor para o espaço exterior, de modo a acompanhar os desafios climáticos", explica Terry McGlynn, biólogo na Universidade Estatal da Califórnia, Dominguez Hills, e co‑autor do estudo.

Esta afirmação diz respeito ao calor no infravermelho que consegue atravessar determinadas “janelas” da atmosfera terrestre, em vez de um envio directo e simples para o espaço.

Como foram analisadas as penas: museu, espectrómetros e infravermelho

Para começar, os investigadores recorreram a espécimes de museu de cinco espécies - coruja‑orelhuda‑grande, corvo‑comum, codorniz‑bobwhite‑do‑norte, gaio‑de‑Steller e pardal‑cantor - provenientes do Museu de História Natural do Condado de Los Angeles. Para cada espécie, reuniram três a quatro subespécies oriundas de regiões climáticas distintas da América do Norte.

De seguida, utilizaram um espectrofotómetro UV‑Vis para medir a fracção de luz absorvida nas gamas do ultravioleta ao visível - um equipamento que, por exemplo, também é usado por cervejeiros para verificarem a cor e a qualidade das cervejas.

Na ornitologia, a coloração no visível ajuda as aves a cumprir os “três Cs”: camuflagem, comunicação e manter-se frescas.

Ainda assim, isto não explica por completo o lado térmico, porque o calor - isto é, a radiação nas gamas do infravermelho - é invisível, tanto para humanos como para as próprias aves. Aliás, estas gamas de infravermelho são semelhantes às observadas pelo JWST para revelar o Universo.

E não, os cientistas não apontaram o telescópio espacial mais poderoso do mundo às aves. Contudo, aplicaram uma abordagem semelhante para avaliar como as penas respondiam a diferentes comprimentos de onda de luz infravermelha, o que justificou a colaboração entre áreas e a necessidade de garantir acesso a espectrómetros.

"É difícil conseguir acesso e, além disso, muitos engenheiros não querem materiais biológicos sujos no seu equipamento muito sofisticado e caro", esclarece Allison Shultz, curadora de ornitologia no Museu de História Natural do Condado de Los Angeles e co‑autora.

Resultados por latitude, habitat e espécie: adaptação térmica nas penas das aves

No conjunto, os espécimes provenientes de climas mais quentes - ou de latitudes mais baixas, mais próximas do equador - mostraram menor absorvância ao longo do ultravioleta e do infravermelho próximo, um padrão compatível com uma adaptação térmica para reduzir o stress por calor.

Uma outra hipótese experimental testada foi a de que as aves que vivem em espaços abertos, mais expostas ao céu e ao Sol, deveriam conseguir dissipar calor de forma mais eficaz do que as aves de floresta. Em linha com isto, as codornizes‑bobwhite, associadas a pastagens e pradarias, exibiram a maior emitância no infravermelho médio. Assim, estas aves terrestres poderão libertar ligeiramente mais calor infravermelho do que outras.

"Sempre que sai para o exterior e não tem um tecto, um telhado ou uma árvore por cima da cabeça, como o espaço é muito mais frio do que a Terra, o calor está a ser emitido para o espaço", diz Shultz.

"Se está a viver ao ar livre, se é uma ave de pastagens, por exemplo, está exposta ao céu durante bastante tempo. Portanto, isso pode ser uma pressão selectiva maior para si."

Surgiram ainda outros padrões relevantes. As corujas absorvem menos radiação ao longo das diferentes gamas e, em comparação com aves diurnas, também apresentam a maior variabilidade na reflectância - possivelmente porque, sendo nocturnas, enfrentam pressões selectivas mais relaxadas.

Por outro lado, e de forma contra‑intuitiva face às hipóteses térmicas, os corvos de climas mais quentes revelaram maior absorvância de radiação, apesar de frequentemente viverem em áreas abertas, tal como as codornizes‑bobwhite. Embora a plumagem mais escura do corvo capte mais radiação solar, essa energia poderá manter-se mais perto das penas - onde consegue escapar com maior facilidade - em vez de ser absorvida pelo corpo. Além disso, uma plumagem mais escura poderá ser termodinamicamente vantajosa para aves que fazem voos mais rápidos e mais frequentes.

Por fim, algumas aves, como as codornizes‑bobwhite, parecem sustentar a hipótese do "melhor de dois mundos": mantêm uma camuflagem eficaz na luz visível e, ao mesmo tempo, reduzem o stress térmico por meio de adaptações na quantidade de radiação infravermelha que absorvem, emitem ou reflectem.

Do estudo à engenharia: arrefecimento passivo inspirado na natureza

Talvez o ponto mais relevante seja que este trabalho acrescenta evidência de como podemos aprender com a natureza para a proteger.

"Um tema 'quente' na engenharia térmica é criar estruturas de arrefecimento passivo", afirma Thomas Lee, engenheiro mecânico e aeroespacial na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) e co‑líder do estudo, "e não é segredo para os engenheiros que a natureza contém algumas das adaptações mais optimizadas e multifuncionais que gostaríamos de replicar".

A investigação foi publicada na revista Biologia Organísmica Integrativa.