A Terra e seus Recursos 6 de julho de 2022, 10:45 06/07/2022

Como os cientistas usam o som para contar os peixes no mar?

Autores

Jovens revisores

Resumo

Os humanos gostam de comer peixes, mas devem ter cuidado para não pescar em excesso. Para que se possa estabelecer regras sobre quantos peixes podem ser pegos sem que suas populações diminuam em demasia, é conveniente saber quantos deles existem no mar. Seria difícil para os cientistas mergulhar para fazer a contagem, mas a tecnologia pode vir em seu auxílio. Animais como os golfinhos usam o som para “ver” o mundo à sua volta. Assim como eles, os cientistas enviam uma onda de som ao oceano e medem o eco que retorna. Eles conseguem até usar os ecos característicos dos peixes para ter uma ideia de quantos existem no mar. Os cientistas estão agora investigando se a tecnologia pode auxiliá-los a explorar as profundezas do oceano. Embora nem sempre seja fácil “ver” com o som, os desafios que enfrentamos e os equívocos que cometemos sempre levam a novas descobertas!

Há muitos peixes no mar?

O ser humano adora de comer peixes. Nós nos tornamos tão competentes em pescá-los que precisamos ter cuidado para não pescar em excesso. Podemos proteger os peixes que gostamos de saborear estabelecendo regras sobre as quantidades que podem ser pescadas a cada ano. Se preservarmos peixes em quantidade suficiente, eles se reproduzirão de maneira natural e haverá muitos para pescarmos da próxima vez. Se tivermos boas regras para evitar a pesca predatória, teremos nos peixes uma fonte de alimento valiosa e sustentável.

Para estabelecer boas regras sobre as quantidades de peixes que podem ser apanhados de maneira sustentável, é importante saber quantos existem no mar. O oceano cobre mais de 70% do planeta e é, portanto, uma área enorme a ser estudada. Se você já contemplou o oceano ou um lago, deve ter notado que é difícil enxergar abaixo da superfície. Por isso, os cientistas inventaram métodos que os ajudam a aprender sobre o mundo subaquático. Podem, por exemplo, apanhar peixes com redes, mergulhar ou perguntar aos pescadores sobre o que eles têm pescado. O som é outra ferramenta à disposição dos cientistas. Mas como eles usam o som para “ver” o que está acontecendo debaixo da água?

Ver com os ouvidos: usando o som para observar

O som viaja em ondas de energia. Assim como ocorre com uma onda de água, ele pode ser refletido por uma superfície e viajar em outra direção. Pense no eco que ocorre em um recinto grande e vazio. O som se afasta em ondas do transmissor, que pode ser sua voz ou um alto-falante. E se transforma em eco quando é refletido por um objeto, voltando para o receptor, que pode ser um microfone ou seus ouvidos (Figura 1). O som refletido não será uma cópia perfeita daquilo que você transmitiu. Os cientistas dão a ele o nome de sinal acústico. Dependendo da forma do objeto, o eco se dispersará em várias direções, produzindo um sinal acústico diferente.

Figura 1. Um transmissor (voz) emite um som. Esse som viaja em ondas que são refletidas por um objeto (uma parede, por exemplo). O som refletido se chama eco ou sinal acústico e é captado pelo receptor (ouvidos).

Alguns animais aprenderam a usar o som para “ver” o mundo à sua volta. Por exemplo, os golfinhos transmitem sons agudos enquanto nadam pelo mar. Em seguida, ouvem os ecos e seu cérebro os processa sob a forma de imagens do que está nas imediações. Isso os ajuda a pegar peixes e evitar obstáculos, mesmo na escuridão.

Quando o fundo do mar “desaparece”: como um equívoco ajudou os cientistas a aprender a usar uma tecnologia nova

Os cientistas aprenderam que, como os golfinhos, podemos usar o som para ver objetos debaixo da água. O cérebro dos golfinhos transforma o som em um mapa mental. Nosso cérebro não foi adaptado para “ver” com os ouvidos, de modo que recorremos à tecnologia para transformar sons em imagens no papel ou no computador. A essas imagens, chamamos ecogramas. A palavra “ecograma” é uma combinação dos termos do grego antigo para “som”, echo, e “desenho”, gramma: literalmente, “desenho de som”. As formas e cores dos ecogramas refletem a intensidade e a localização de um sinal acústico. Esses ecogramas nos ajudam a “ver” o fundo do mar, centenas de metros abaixo da superfície (Figura 2).

Figura 2 – (A) Os cientistas, em barcos de pesquisa, enviam um som por meio de um transmissor (raio verde) e medem o eco refletido ou sinal acústico (linhas em laranja). O som dispersa os peixes e outras formas de vida marinha na água. (B) Os ecos são convertidos em uma imagem chamada ecograma, que mostra a intensidade dos ecos pela cor. A interpretação dos ecogramas fornece aos cientistas indícios sobre o que está na água embaixo de seus barcos.

Interpretar ecogramas exige muita experiência, e às vezes os cientistas cometem equívocos. Por exemplo, ecogramas foram usados para elaborar mapas do oceano e, assim, impedir que navios naufraguem. Ocasionalmente, um ecograma pode mostrar que uma parte do oceano é rasa e, portanto, perigosa para os barcos. Essas áreas rasas foram assinaladas num mapa para que outros barcos as evitassem. No entanto, outro capitão, passando pela mesma área, achou a água bem mais funda do que o mapa mostrava. Mais tarde, os cientistas descobriram que algumas áreas mapeadas como pouco profundas na verdade continham densas camadas de vida marinha, constituída por peixes e águas-vivas [2]. Havia tanta vida ali que o eco de todos os animais reunidos parecia o eco do fundo do mar! Os cientistas não ignoravam que podiam usar o som para localizar peixes na água [3], mas não esperavam encontrar tamanha quantidade de animais reunidos. Felizmente, os equívocos em ciência costumam levar a novas descobertas. Nesse caso, os cientistas constataram que o que pensavam ser o fundo do mar eram na verdade densos aglomerados de animais marinhos!

Um peixe é igual a um tambor?

Os cientistas estão aprimorando constantemente a qualidade de seus instrumentos e aprendendo cada vez mais a usar tecnologia acústica para observar peixes. Os sinais acústicos foram usados primeiro apenas para medir profundidade, mas os modernos ecogramas podem fornecer informação muito mais detalhada. Atualmente, os cientistas conseguem, muitas vezes, dizer de que tipo de peixe é constituído um cardume apenas interpretando os detalhes de um ecograma. Isso é possível devido à biologia típica do peixe, que possui órgãos muito similares aos humanos, como olhos, cérebro, estômago, fígado e rins. Outros órgãos, porém, são diferentes, adaptados a seu mundo. Um exemplo: as guelras, que permitem aos peixes respirar dentro da água. Outra adaptação sua é a chamada bexiga de ar (ou bexiga natatória). Trata-se de um saco de ar que ajuda o peixe a controlar sua profundidade na água. Se ele enche a bexiga, flutua perto da superfície; se libera um pouco de gás, desce para o fundo.

Essa bexiga reflete muito bem o som. Como um tambor, ela é um espaço vazio cheio de ar e, quando golpeada por uma onda sonora, produz um forte eco. A intensidade do eco depende do tamanho e da forma da bexiga. O mesmo acontece com os tambores: um tambor pequeno produz um som curto e agudo; um tambor grande produz um som longo e grave. Como você sabe, diferentes espécies de peixe têm diferentes formas e tamanhos. Felizmente para os cientistas, as formas e tamanhos de suas bexigas também são diferentes. Isso faz com que o peixe produza ecos característicos, que aparecem diferenciados no ecograma.

Para que essa técnica funcione, os cientistas precisam equiparar o sinal acústico do ecograma a uma determinada espécie de peixe. Fazem isso apanhando um pequeno número de peixes com redes e registrando como fica o ecograma quando o som é refletido por eles. Da próxima vez que virem um sinal parecido no ecograma, saberão que espécie de peixe está nadando na água embaixo do barco – sem precisar apanhá-lo numa rede!

Indo mais fundo: o uso do som para explorar a zona mesopelágica

Os cientistas se interessam muito por uma parte do oceano conhecida como zona mesopelágica, situada entre 200 e 1.000 metros de profundidade. Pouquíssima luz consegue penetrar a água a essa profundidade. E devido à falta de luz, essa zona é chamada às vezes de “zona crepuscular” do oceano. Inúmeras criaturas fascinantes vivem ali. Mas, como ela é difícil de alcançar, não conhecemos muita coisa a seu respeito. Para você ter uma ideia de como a zona mesopelágica é profunda, considere o seguinte: uma piscina olímpica tem 50 m de comprimento. Para descer a 1.000 m, você precisaria nadar esse trajeto 20 vezes… para baixo! Um cientista médio faria isso em mais ou menos 45 minutos.

Felizmente, o som viaja bem mais rápido do que um cientista pode nadar: pode percorrer 1.000 m e voltar em menos de dois segundos. Graças a isso, os cientistas conseguem elaborar uma grande quantidade de ecogramas que lhes dizem o que está acontecendo embaixo de seus barcos. Assim, podem contar quantos peixes vivem na zona mesopelágica e obter um conhecimento importante para o futuro, se então os homens ainda quiserem pescar esses peixes.

Você aprendeu que nem sempre é fácil “ver” através do uso do som, especialmente nas profundezas do oceano. Tentar contar peixes lá significa vencer incontáveis obstáculos. Por exemplo, juntamente com grandes quantidades de peixes, podemos encontrar sifonóforos no fundo do mar. Os sifonóforos são animais que parecem alienígenas e lembram um pouco as águas-vivas. Como os peixes, possuem órgãos infláveis que os ajudam a subir e descer na água (Figura 3). Devido a esses órgãos, os sifonóforos produzem ecos parecidos aos dos peixes [4]. Para detectar a diferença entre peixes e sifonóforos nos ecogramas, os cientistas precisam coletar mais sinais acústicos detalhados e trabalhar com engenheiros a fim de desenvolver novos instrumentos acústicos.

Figura 3. Peixes mesopelágicos (embaixo) e sifonóforos (em cima) possuem órgãos infláveis chamados bexigas de ar. Essas bexigas ajudam-nos a controlar sua profundidade na água e refletem o som muito bem.

A tecnologia acústica nos ajuda a preservar um oceano sustentável

Os cientistas usam a tecnologia acústica para calcular quantos peixes há no mar. Esse conhecimento é importante para os governos e outros tomadores de decisões, porque os ajuda a formular regras sobre a quantidade de peixes que podem ser apanhados. Colocar limites a essas quantidades permitiu que muitas espécies se recuperassem da pesca predatória do passado. Os cientistas estão trabalhando para coletar informações sobre os peixes que vivem nas profundezas do mar e impedir, desde já, que sejam apanhados em grande quantidade. Ver com o som e usar a tecnologia acústica ajudará a pesca em águas profundas a ser mais sustentável a partir de agora!

Glossário

Sustentável: Que pode ser usado de modo a tornar um recurso disponível para futuras gerações.

Transmissor: Algo que emite som, como a voz ou um alto-falante.

Receptor: Algo que escuta ou recebe um som, como os ouvidos ou um microfone.

Sinal acústico: Som enviado de volta (refletido) por um objeto.

Ecograma: Literalmente, “desenho de som”; dado obtido pela transformação de sinais acústicos em imagem.

Bexiga de ar: Pequeno órgão que peixes e sifonóforos enchem de ar para flutuar e subir ou descer na água.

Zona mesopelágica: Parte do oceano situada entre 200 e 1.000 m de profundidade.

Sifonóforo: Animal das profundezas, de consistência mole como a água-viva.

Agradecimentos

Este artigo foi possível graças à pesquisa patrocinada pelo projeto MEESO (pesca ecológica e economicamente sustentável na área mesopelágica), com fundos do programa Horizon 2020 de pesquisa e inovação da União Europeia (acordo de subvenção nº 817669).

Referências

[1] Worm, B., Hilborn, R., Baum, J. K., Branch, T. A., Collie, J. S., Costello, C. et al. 2009. “Rebuilding global fisheries.” Science. 325:578–85. DOI: 10.1126/science.1173146.

[2] Dietz, R. S. 1962. “The sea’s deep scattering layers.” S. Am. 207:44–51.

[3] Sund, O. 1935. “Echo sounding in fishery research.” Nature. 135:953. DOI: 10.1038/135953a0.

[4] Proud, R., Handegard, N. O., Kloser, R. J., Cox, M. J. e Brierley, A. S. 2019. “From siphonophores to deep scattering layers: uncertainty ranges for the estimation of global mesopelagic fish biomass.” ICES J. Mar. Sci. 76:718–33. DOI: 10.1093/icesjms/fsy037.

Citação

Wieczorek, A., Schadeberg, A. e Reid, D. (2021). “How do scientists use sound to count fish in the deep sea?” Front. Young Minds. 9:598169. DOI: 10.3389/frym.2021.598169.

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