Estudo combina física e biologia para explicar crescimento e declínio de populações animais

Um novo modelo matemático desenvolvido na interface entre Física e Biologia conseguiu estabelecer, de forma inédita, uma relação direta entre os padrões de movimentação de animais e o crescimento ou declínio de suas populações. A abordagem enfrenta um desafio clássico da Ecologia, investigado desde a década de 1950, e pode contribuir para políticas públicas de preservação ao conectar dados de deslocamento individual com a dinâmica populacional de espécies. O estudo foi publicado em 11 de dezembro na revista científica Ecology Letters, uma das mais prestigiadas da área.

O artigo tem como primeiro autor o pesquisador Rafael Menezes, do ICTP-SAIFR, e pós-doutorando com bolsa da Fapesp no Centro para Estudos de Sistemas Avançados (CASUS-HZDR), na Alemanha, sob orientação de Ricardo Martínez-García. O ICTP-SAIFR é sediado no Instituto de Física Teórica da Unesp e conta com financiamento de instituições públicas e privadas. O modelo apresentado no artigo resulta da tese de doutorado de Menezes, defendida no Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo.

Os modelos logísticos têm origem em uma equação formulada em 1838 pelo matemático belga Pierre François Verhulst, capaz de descrever o crescimento populacional por meio de uma curva em formato de “S”, que indica a existência de limites impostos por recursos como alimento e espaço. O novo estudo avança ao incorporar informações detalhadas sobre o movimento dos indivíduos, mostrando como esses deslocamentos influenciam diretamente a estrutura e a abundância das populações.

A chave do modelo está no uso das chamadas áreas de vida, espaços onde os animais se alimentam, residem e cuidam de seus filhotes. Avanços recentes em tecnologias de rastreamento, como dados de GPS, e em métodos de análise estatística tornaram possível medir essas áreas com maior precisão. Um estudo publicado em 2020, liderado por Martínez-García com coautoria de alguns dos pesquisadores envolvidos no novo artigo, já havia relacionado áreas de vida à frequência de interações entre pares de indivíduos. O trabalho atual amplia essa abordagem, conectando essas interações à dinâmica populacional como um todo.

A complexidade do problema está no grande número de interações que surgem quando se analisa uma população inteira, em vez de apenas pares de animais. Nesse ponto, a Física dos Sistemas Complexos oferece ferramentas teóricas e computacionais capazes de sintetizar essa complexidade. O estudo publicado em dezembro utiliza modelos estocásticos, que incorporam aleatoriedade e refletem de forma mais realista os processos observados na natureza, superando o caráter determinístico da equação logística original.

Além disso, o novo modelo amplia a escala de análise ao incluir os efeitos das interações entre indivíduos sobre taxas de reprodução e mortalidade. Para lidar com o crescimento rápido do número de variáveis, os pesquisadores identificaram um parâmetro central, o coeficiente de aglomeração para animais com áreas de vida, que resume a complexidade das interações e pode ser calculado diretamente a partir de dados de rastreamento.

Ao integrar movimento individual, interação espacial e dinâmica populacional em um único arcabouço teórico, o estudo abre caminho para aplicações práticas em Ecologia e conservação. A capacidade de prever como populações respondem a mudanças ambientais, fragmentação de habitats ou pressões humanas pode se tornar uma ferramenta relevante para estratégias de manejo e preservação da biodiversidade.