Como as penas das aves libertam calor para o espaço

A Terra perde calor de forma contínua através da atmosfera e para o espaço, num processo que inclui inúmeras “plumas” de energia que escapam todos os dias a partir de uma fonte pouco explorada - e, para muitos, inesperada: as aves.

Ao mesmo tempo, à medida que as alterações climáticas impulsionadas pela ação humana desequilibram estas trocas de calor e aquecem cada vez mais o planeta, torna-se crucial perceber como as aves regulam a sua temperatura corporal - tanto para a sua conservação como, em última análise, para a nossa.

Como as aves e as penas trocam calor com a atmosfera e o espaço

Num novo trabalho sobre termodinâmica aviária, uma equipa multidisciplinar de biólogos e engenheiros juntou-se para quantificar quanta energia - sob a forma de calor e outros tipos de radiação eletromagnética - as aves absorvem, emitem e refletem de volta para o ambiente.

"É entusiasmante saber que as penas das aves estão a evoluir para libertar calor para o espaço exterior, acompanhando os desafios climáticos", explica Terry McGlynn, biólogo na California State University, Dominguez Hills, e coautor do estudo.

A referência é ao calor no infravermelho que consegue atravessar determinadas “janelas” da atmosfera terrestre, e não a uma transferência direta para o espaço.

Como o estudo mediu luz e infravermelho nas penas

Para começar, os investigadores reuniram espécimes de museu de cinco espécies (coruja-de-chifres-grandes, corvo-comum, codorniz-norte-americana, gaio-de-Steller e pardal-cantor) do Natural History Museum of Los Angeles County, incluindo três a quatro subespécies de cada uma, provenientes de regiões climáticas muito distintas da América do Norte.

De seguida, recorreram a um espectrofotómetro UV-Vis para medir quanta luz as aves absorviam nas gamas do ultravioleta ao visível - um equipamento que também é utilizado por cervejeiros para confirmar a cor e a qualidade das cervejas.

No contexto da ornitologia, a coloração na luz visível ajuda as aves a cumprir os três grandes “C”: camuflagem, comunicação e manter-se frescas.

Ainda assim, isso não esgota a história térmica, porque o calor - ou seja, a radiação no infravermelho - é invisível, tanto para humanos como para as próprias aves. Aliás, estas gamas de infravermelho são semelhantes às observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) para revelar o Universo.

E não, a equipa não recorreu ao telescópio espacial mais potente do mundo para observar as suas aves. Contudo, aplicou uma técnica comum para avaliar como as penas reagiam a diferentes comprimentos de onda no infravermelho, o que justificou a colaboração interdisciplinar e o 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 do Natural History Museum of Los Angeles County e coautora do estudo.

Resultados por clima, latitude e habitat

No conjunto, os espécimes provenientes de climas mais quentes, ou de latitudes mais baixas e próximas do equador, mostraram menor absorvância ao longo de comprimentos de onda do ultravioleta e do infravermelho próximo, algo compatível com uma adaptação térmica que ajuda a reduzir o stress por calor.

Outra hipótese experimental apontava que aves que vivem em áreas abertas e mais expostas ao céu e ao Sol deveriam dissipar calor com maior eficácia do que aves florestais. Em linha com essa ideia, as codornizes-norte-americanas associadas a pastagens e pradarias apresentaram a maior emitância no infravermelho médio. Assim, estas aves terrestres poderão emitir ligeiramente mais calor no infravermelho do que outras espécies.

"Sempre que sai para o exterior e não tem um teto, 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 vive em áreas abertas, se é uma ave de pastagem, por exemplo, está exposta ao céu durante bastante tempo. Portanto, isso pode ser uma pressão seletiva maior para si."

Surgiram ainda vários outros padrões. As corujas absorvem menos radiação ao longo dos comprimentos de onda e, quando comparadas com aves diurnas, também exibem a maior variabilidade de refletância - possivelmente porque, sendo noturnas, enfrentam pressões seletivas menos intensas.

No entanto, num resultado que contraria as hipóteses térmicas, os corvos de climas mais quentes apresentaram maior absorvância de radiação, apesar de frequentemente viverem em ambientes abertos, tal como as codornizes. Embora a plumagem mais escura do corvo absorva mais radiação solar, essa energia poderá permanecer mais próxima das penas, onde escapa com maior facilidade, em vez de ser absorvida pelo corpo. Além disso, uma plumagem mais escura pode ser termodinamicamente vantajosa para aves que realizam voos mais rápidos e mais frequentes.

Adaptações “o melhor dos dois mundos” e inspiração para engenharia térmica

Por fim, algumas aves - como as codornizes - parecem sustentar a hipótese "o melhor dos dois mundos": mantêm uma boa camuflagem na luz visível e, ao mesmo tempo, reduzem o stress térmico através de adaptações na forma como absorvem, emitem ou refletem a radiação infravermelha.

Talvez o ponto mais relevante seja que este estudo acrescenta evidência sobre como aprender com a natureza pode ajudar a proteger a própria natureza.

"Um tema 'quente' na engenharia térmica é criar estruturas com arrefecimento passivo", afirma Thomas Lee, engenheiro mecânico e aeroespacial na UCLA e coautor principal do estudo, "e não é segredo para os engenheiros que a natureza contém algumas das adaptações mais otimizadas e multifuncionais que gostaríamos de replicar".

Esta investigação foi publicada na revista Integrative Organismal Biology.