UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE BIOLOGIA
LUIZ HENRIQUE GONÇALVES DE REZENDE
DANO FOLIAR AFETA A INTERAÇÃO ENTRE TRICHOGONIOPSIS ADENANTHA (ASTERACEAE) E SEUS VISITANTES FLORAIS?
CAMPINAS 2017
DANO FOLIAR AFETA A INTERAÇÃO ENTRE TRICHOGONIOPSIS ADENANTHA (ASTERACEAE) E SEUS VISITANTES FLORAIS?
Dissertação apresentada ao Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Ecologia.
Este arquivo digital corresponde à versão final da Dissertação defendida pelo aluno Luiz Henrique Gonçalves de Rezende e orientada pelo Prof. Dr. Martín Francisco Pareja Piaggio.
Orientador: Prof. Dr. Martín Francisco Pareja Piaggio
CAMPINAS 2017
COMISSÃO EXAMINADORA
Prof. Dr. Martín Francisco Pareja Piaggio
Prof. Dr. Thomas Michael Lewinsohn
Prof. Dr. Vinícius Lourenço Garcia de Brito
Os membros da Comissão Examinadora acima assinaram a Ata de Defesa, que se encontra no processo de vida acadêmica do aluno.
My head is an animal And once there was an animal It had a son that mowed the lawn The son was an ok guy They had a pet dragonfly The dragonfly it ran away But it came back with a story to say
Her dirty paws and furry coat She ran down the forest slope The forest of talking trees They used to sing about the birds and the bees
The bees had declared a war The sky wasn't big enough for them all The birds, they got help from below From dirty paws and the creatures of snow
And for a while things were cold They were scared down in their holes
The forest that once was green Was colored black by those killing machines But she and her furry friends Took down the queen bee and her men And that's how the story goes The story of the beast with those four dirty paws
Em primeiro lugar, agradeço a Deus por me trazer até aqui e colocar diante de mim cada experiência que vivi como a oportunidade de crescer. Por vários momentos revistei minhas crenças e tive convicção que não estava sozinho nessa jornada. Ela inclui amigos e familiares que acreditaram no meu sonho e proporcionaram todas as condições para que eu viesse para a Unicamp e permanecesse em Campinas para estudar. Deixo o meu mais sincero agradecimento aos meus queridos avós Euronias e Enelzita Rezende, minha mãe Odilia e meu padrasto Aldo, minhas tias Kelly, Lúcia, Maria Helena, Eura, e tio Pedro. Ao meu primo Juninho, agradeço o apoio incondicional. Aos meus amigos Emerson, Cristiane, Tamara, e Hauanny, agradeço pelo companheirismo e amor.
Aos professores Gustavo Romero e Martín Pareja, sou imensamente grato por me receberem na Unicamp e por confiarem que eu poderia conduzir este trabalho. Ambos me guiaram até aqui. Ao professor Martín Pareja, faço um agradecimento mais que especial. Martín foi o meu orientador ao longo do mestrado e a pessoa com quem exercitei pensar com leveza crítica a ecologia, a ciência, e tantos outros aspectos da vida. Cada parágrafo desse trabalho é fruto dos nossos diálogos únicos e memoráveis. Posso dizer que o Prof. Martín me inspira como pesquisador e também como pessoa. Agradeço de coração por orientar meu trabalho.
As ideias apresentadas neste trabalho foram construídas também com a convivência com os amigos no laboratório, especialmente Rodolfo (Rudolf), João (Jonnas) e Gabriela Gomes (Gabi), que várias vezes deram sentido a tudo isso. À Gabi sou muito grato por todo o apoio em campo e pelo carinho que me ofereceu. Agradeço também a amizade de Camila Leal e João Robazzi, desde que comecei o mestrado. Com eles, discuti as análises e teorias ecológicas que enriqueceram este trabalho. Nesse sentido, agradeço também aos colegas Leonardo Ré Jorge pela ajuda fundamental com as análises e aspectos teóricos, e também a tod@s os colegas do laboratório da Profa. Marlies Sazima na Unicamp, que me ajudaram muito com discussões sobre métodos e ecologia da polinização. Particularmente com relação às análises de voláteis, agradeço ao Prof. Ladaslav Sodek por disponibilizar o equipamento de cromatografia e espectrometria, e ao colega Carlos Eduardo Pereira Nunes (Coquinho) pela ajuda no manuseio do equipamento e realização das análises com SPME. Ao meu querido André Martinez, devo várias ideias apresentadas aqui, principalmente no Capítulo 1. Sou muito grato por seu auxílio e companheirismo durante o período de análise e escrita.
Sebastian Sendoya, que integraram o Comitê de Acompanhamento. As orientações recebidas pelo Comitê foram fundamentais. Aos Profs. André Freitas, João Vasconcellos-Neto, Viviane Ferro, e ao amigo João Robazzi sou grato pela ajuda na identificação dos visitantes florais. Aos membros da pré-banca, Prof. João Vasconcellos-Neto e Drs. Carlos Eduardo Pereira Nunes e Mônica Becker, eu agradeço pelos comentários e avaliações que certamente contribuíram para melhoria do trabalho.
Por fim, eu agradeço aos funcionários do Instituto de Biologia da Unicamp, especialmente da secretaria de pós-graduação, que ajudaram com questões burocráticas ao longo do mestrado. Faço um carinhoso agradecimento ao Ricardinho e todo o pessoal que cuida da limpeza do laboratório. Tivemos momentos muito divertidos de conversa, risadas e café que fizeram parte da minha experiência. Agradeço a tod@s da equipe da Estação Ecológica Serra do Japi, em especial o Sr. Lauro, que proporcionaram as condições necessárias para que eu realizasse todo o trabalho de campo. Ao CNPq e a CAPES, sou grato pela bolsa de estudos concedida.
Herbivoria e polinização podem se influenciar quando ocorrem na mesma planta. O dano foliar pode modificar atributos da planta importantes para sua interação com visitantes florais, como o número de flores, além dos seus recursos e sinais atrativos. Pouco se sabe sobre os mecanismos e as consequências ecológicas dos efeitos dos herbívoros sobre os visitantes florais, especialmente para plantas que interagem com uma comunidade diversa de visitantes florais. Nesse trabalho, o objetivo principal foi avaliar se o dano foliar afeta a interação de Trichogoniopsis adenantha (Asteraceae) e os seus visitantes florais. No primeiro capítulo, realizamos um estudo observacional em campo para identificar esses visitantes e avaliar se estes são afetados pela intensidade de herbivoria foliar. Foram registradas 35 morfoespécies de visitante florais, dentre as quais Lepidoptera foi o táxon mais frequente. Para Lepidoptera não houve efeito do dano. Já Hymenoptera foi o táxon mais afetado pela herbivoria foliar, de modo que capítulos de plantas mais danificadas receberam menos visitantes e pousos. Esse efeito foi atenuado em plantas maiores, com ramos reprodutivos altos, e mais capítulos receptivos. O efeito foi positivo para capítulos menores. Sugerimos que haja um trade-off entre o tamanho dos capítulos e sua atratividade em plantas mais danificadas. No segundo capítulo, exploramos um mecanismo específico para o efeito do dano nos visitantes florais. Testamos se diferentes níveis de dano foliar mecânico nos ramos modifica o perfil de compostos voláteis nestes ramos e a interação dos capítulos com visitantes florais logo após o dano e 24h depois. Em campo, o dano moderado (25-50% da área foliar removida) diminuiu rapidamente o número de visitantes e pousos, o que também foi observado 24h depois. As aproximações aos capítulos aumentaram 24h depois em ramos com 25% de dano comparado ao controle e outros níveis de dano. Com relação aos compostos voláteis, detectamos 48 terpenos, um benzenóide, e um composto alifático. Não detectamos compostos florais específicos. O dano com 50% da área foliar removida não mudou o total de voláteis emitidos, mas a emissão de alguns compostos diminuiu minutos após o dano e aumentou 24h depois. Propomos uma relação de causa e efeito entre essas mudanças nos voláteis e os efeitos do dano nos visitantes florais. Esses resultados contribuem com conhecimentos sobre como a herbivoria foliar afeta a interação de plantas com seus visitantes florais, bem como, sobre os mecanismos de efeitos indiretos em comunidades.
Herbivory and pollination can affect each other when occurring on the same plant. Leaf damage can modify plant traits that are important for flower visitors, such as the number of flowers, besides its rewards and signals. Little is known about the mechanisms and ecological consequences of leaf damage for plants interacting with a diverse community of flower visitors. In this study, the main goal was to assess if leaf damage can affect the interaction between Trichogoniopsis adenantha (Asteraceae) and its several taxa of floral visitors. In the first chapter, an observational field study was carried out to identify these floral visitors and assess whether they are affected by the intensity of foliar damage by herbivores. Thirty-six morphospecies of floral visitors were recorded, and Lepidoptera was the most frequent taxon. Lepidoptera was not affected by leaf damage. Hymenoptera was the most affected by damage, so that capitula from severe damaged plants received fewer visitors and landings. This effect was attenuated on larger plants with higher reproductive branches and greater number of receptive capitula, and the effect was positive for smaller capitula. We suggest that there is a trade-off between capitulum size and attractiveness in plants with more leaf damage. In the second chapter, we explored a mechanistic pathway for the effect of leaf damage on floral visitors. We tested whether different levels of mechanical leaf damage to the branches modified the profile of volatile compounds and the interaction of floral visitors with the capitula minutes after damage and 24h later. In the field, moderate damage (25-50% of leaf area removed) decreased the number of visitors and landings shortly after damage and 24h later. The approaches to the capitula increased 24h after damage in the branches with 25% of damage compared to control and other levels of damage. We detected 48 volatile terpenes, one benzenoid, and one aliphatic compound in the branches. We did not detect specific floral compounds. Removal of 50% of the leaf area did not change the total amount of volatiles emitted, but the emission of some compounds decreased right after damage and increased 24h later. We argued that there is a cause-effect relationship between these changes in volatile profile and the effects of damage on floral visitors. These results improve the knowledge about how foliar herbivory can affect the interaction between plants and floral visitors, as well as about mechanisms of indirect ecological effects in communities.
polinização através de efeitos ecológicos indiretos ... 14
Natureza dos efeitos ecológicos indiretos ... 15
O potencial das plantas para mediar efeitos indiretos ... 17
Ligações entre herbivoria e polinização ... 18
Contato físico e/ou visual ... 21
Competição por recursos florais ... 22
Sobrecompensação da herbivoria ... 22
Custo de alocação de recursos ... 22
Crosstalk de vias bioquímicas ... 23
Pleiotropismo ... 24
Lacunas no conhecimento ... 24
CAPÍTULO 1: Herbivoria foliar e padrões de visitação floral em capítulos de Trichogoniopsis adenantha (Asteraceae) ... 27
Resumo ... 27
Introdução ... 28
Materiais e métodos ... 30
Área e sistema de estudo ... 30
Coleta dos dados ... 31
Análise dos dados ... 32
Resultados ... 34
Visitantes florais ... 34
Padrões e intensidade de herbivoria foliar ... 36
Dano foliar e visitantes florais ... 39
Discussão ... 47
CAPÍTULO 2: Efeito do dano foliar na emissão de voláteis e taxas de visitação floral em
Trichogoniopsis adenantha (Asteraceae) ... 55
Resumo ... 55
Introdução ... 56
Material e métodos ... 58
Área e sistema de estudo ... 58
Experimento em Campo ... 58
Experimento em casa de vegetação ... 59
Coleta e caracterização dos voláteis ... 60
Análise dos dados ... 61
Resultados ... 62
Dano foliar e visitantes florais ... 62
Perfil de compostos voláteis ... 66
Discussão ... 69
Conclusões ... 72
CONCLUSÃO GERAL ... 74
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 78
APÊNDICES ... 91
Apêndice 1: matriz de correlação entre as variáveis dos modelos ... 91
Apêndice 2: atividade dos visitantes florais ao longo do dia ... 92
Apêndice 3: lista de espécies/ morfoespécies de visitantes florais ... 93
Apêndice 4: registro fotográfico dos visitantes florais ... 95
Apêndice 5: herbivoria foliar e escala de dano... 97
Apêndice 6: altura do ramo e visitas por Lepidoptera ... 99
Apêndice 10: cromatogramas ... 104
Apêndice 11: análise de componentes principais (PCA)... 105
ANEXOS ... 107
Anexo 1: Declaração de bioética e biossegurança ... 107
INTRODUÇÃO GERAL
O potencial das plantas para mediar a interação entre herbivoria e polinização através de efeitos ecológicos indiretos
Em ecologia de comunidades, uma forma clássica e intuitiva de compreender como os organismos se relacionam é reduzi-los a pares de indivíduos em interação direta. (Krebs, 2009; Begon et al., 2007). O enfoque nesse tipo de interação teve muita influência sobre a construção da teoria ecológica e fomentou um viés trófico na compreensão das relações entre os organismos. Nas duas últimas décadas, entretanto, tem-se percebido que considerar somente interações ecológicas diretas para avaliar a dinâmica e a estrutura das comunidades é algo simplista. Cada interação direta, seja ela trófica ou não, tem potencial para afetar indiretamente outros organismos na comunidade, bem como as interações que eles desenvolvem (Stanton, 2003; Ohgushi et al., 2007; Schmitz, 2009). Nesse sentido, efeitos ecológicos indiretos são uma propriedade emergente das comunidades, algo que conecta os organismos por ligações não tróficas e evidencia que as interações entre eles não acontecem de forma isolada, mas são influenciadas por outras interações que ocorrem na comunidade (Strauss, 1991).
As interações entre herbívoros e plantas representam um contexto propício para que efeitos ecológicos indiretos aconteçam, uma vez que a herbivoria pode induzir mudanças em atributos da planta que são relevantes para a sua interação com outros organismos (Denno et al., 1995; Ohgushi et al., 2007; Heil, 2011). As plantas interagem com uma miríade de organismos antagonistas e mutualistas, que estão acima e abaixo do solo, e o fazem ao longo de todas as fases do seu desenvolvimento (Schoonhoven et al., 2005). Quais dessas interações serão indiretamente afetadas pela herbivoria é, em parte, uma questão de como a planta responde ao dano: de forma local ou sistêmica; com respostas específicas ou generalizadas; e com efeitos a curto ou a longo prazo (Karban & Baldwin, 1997; Boege & Marquis, 2005). Em plantas cuja resposta aconteça de forma sistêmica, generalizada e a longo prazo, os efeitos indiretos terão maior potencial para influenciar uma variedade de interações (Ohgushi et al., 2007). Em alguns casos, novas interações se estabelecem, como a que se desenvolve entre a planta e os parasitoides/predadores dos seus herbívoros após o dano (Price et al., 1980).
Apesar de muito frequentes, a maior parte dos efeitos ecológicos indiretos mediados por plantas é pouco explorada na literatura. Uma exceção é o efeito da herbivoria sobre a polinização (Strauss et al., 1996; Bronstein et al., 2007; Adler, 2008). De forma geral, os
herbívoros tendem a influenciar negativamente a polinização e a reprodução das plantas. Isso acontece diretamente pelo consumo de flores e sementes, e indiretamente através de mudanças no comportamento de visitantes florais causadas pelo comprometimento dos recursos alocados para a reprodução (Adler & Irwin, 2005; Lucas-Barbosa et al., 2011; Mothershead & Marquis, 2000). Os mecanismos subjacentes a esses efeitos podem ser complexos e envolver desde trade-offs causados por uma demanda conflitante de recursos para que a planta invista em defesa e reprodução (Irwin et al., 2004; Kessler & Halitschke, 2009), até influências da herbivoria sobre a fisiologia e expressão gênica das plantas (Johnson et al., 2015). Esses mecanismos serão discutidos em detalhe nas seções seguintes, mas antes algumas considerações serão feitas sobre o conceito e a mecânica dos efeitos ecológicos indiretos.
Natureza dos efeitos ecológicos indiretos
Um efeito ecológico indireto acontece quando o impacto de um primeiro organismo sobre um segundo organismo é mediado por um terceiro organismo ou fator ambiental intermediário, que age como um transmissor deste efeito (Strauss, 1991; Wootton, 1994; Abrams et al., 1996). Essa é uma definição simples, cujo desenvolvimento teórico ainda é controverso, pois não há um consenso sobre a natureza dos agentes intermediários (i. e. se são somente bióticos, ou abióticos também), e sobre quais circunstâncias o impacto de um organismo sobre o outro deve ser considerado (i. e. se é ou não recíproco) (Wootton, 1994; Abrams et al., 1996; Schmitz, 2009). Diante dessas inconsistências conceituais, há o risco de subestimar a influência dos fatores abióticos na modulação de uma rede de interações, e de superestimar o impacto do efeito de um organismo sobre outro, uma vez que um efeito pode não significar uma interação de fato quando não é recíproco (Ohgushi et al., 2007).
Apesar das controvérsias, a mediação é o processo fundamental para identificar e interpretar a dinâmica dos efeitos ecológicos indiretos (Wootton, 1994). Através dela, é possível reconhecer os mecanismos através dos quais a transferência de efeitos acontece. Para entender a mediação, podemos pensar em um sistema típico com no mínimo três elementos (ver Figura 1): há um indivíduo iniciador, que age diretamente sobre um fator intermediário (i. e. mediador), impactando-o, e este influencia os outros componentes do sistema com os quais também interage diretamente (i. e. receptores). O efeito inicial pode mudar de direção e intensidade quando é mediado, e isto depende de como o mediador responde ao impacto do iniciador (Wootton, 1994; Abrams et al., 1996).
Figura 1: Representação de uma comunidade em que os organismos se relacionam tanto de forma direta (seta
cheia), quanto indireta (seta tracejada). Apesar dos organismos 1 e 3 não se relacionarem diretamente, ambos compartilham uma interação direta com o organismo 2 e/ou estão sobre a influência de um mesmo fator ambiental. Isso possibilita a ligação indireta entre ambos, que acontece quando algum deles modifica esse fator ambiental comum ou afeta a densidade ou atributos do organismo 2.
Em casos em que o agente mediador é um fator abiótico (e.g. água) o efeito indireto é geralmente simples, e envolve mudanças no ambiente (e.g. aumento da turbidez da água pela atividade de forrageio de um peixe, o que afeta outros organismos que não são suas presas) (Schmitz, 2009). Por outro lado, quando o mediador é outro organismo, os efeitos indiretos são mais complexos e envolvem mudanças na densidade ou atributos fenotípicos e comportamentais do mediador (Wootton, 1994; Abrams et al., 1996). Efeitos indiretos mediados pela densidade acontecem quando o organismo iniciador modifica o número de indivíduos e a densidade populacional do organismo mediador (Abrams, 1995; Abrams et al., 1996). Esse efeito requer que o fator intermediário seja sempre outro organismo, e é o tipo de efeito indireto mais conhecido e estudado, provavelmente porque mudanças de densidade são rapidamente percebidas e facilmente medidas. As cascatas tróficas são exemplos clássicos desse efeito detectado em comunidades em que há controle top-down ou bottom-up (Holt & Lawton, 1994; Schmitz et al., 2004; Kagata & Ohgushi, 2006). A própria competição por exploração de recursos é um tipo de interação indireta, onde um organismo afeta negativamente o outro por alterações da quantidade e/ou a qualidade do recurso que compartilham (Denno et al., 1995; Gotelli, 2009).
Nos casos em que há mudanças em atributos do mediador, elas podem ser alterações fisiológicas, morfológicas e comportamentais que terão efeito sobre os outros organismos com os quais o mediador interage na comunidade (Abrams et al., 1996; Werner & Peacor, 2003, Kersch-Becker & Lewinsohn, 2012). Tais efeitos geralmente são menos intuitivos e difíceis de detectar comparados às mudanças de densidade, especialmente porque a alteração de um atributo pode acontecer a longo prazo, estar sujeita a variação intraespecífica no fenótipo do organismo mediador, ou estar encoberta por mudanças simultâneas de densidade (Ohgushi et
al., 2007). Um exemplo é quando o dano por herbívoros afeta atributos da planta importantes para interação com outros organismos. Essas modificações e seus efeitos ecológicos dependem do tempo de resposta e da induzibilidade da planta (i. e. capacidade de produzir respostas à herbivoria induzidas após o dano), que são atributos que podem variar entre indivíduos na população (Karban & Baldwin, 1997). A herbivoria é capaz de alterar atributos morfológicos e fisiológicos das plantas que continuam interagindo com outros organismos (Karban & Baldwin 1997; Schoonhoven et al., 2005; Walters, 2011). De fato, muitos estudos que buscam detectar efeitos ecológicos indiretos são feitos com plantas, dada a facilidade em detectar mudanças fenotípicas nestes organismos sésseis.
O potencial das plantas para mediar efeitos indiretos
Praticamente qualquer indivíduo que esteja inserido em uma comunidade e interaja com outros organismos tem o potencial para mediar ou ser afetado por efeitos ecológicos indiretos. Para as plantas, esse potencial é mais evidente porque elas (1) conectam muitas interações ao longo de sua história de vida; (2) geralmente não são consumidas por inteiro pelos herbívoros (Ohgushi et al., 2007); e (3) são a base da maioria dos ecossistemas. No primeiro ponto, está implícito o fato de que as plantas desenvolvem interações ecológicas variadas com diferentes organismos, inclusive com outras plantas. Aparentemente, essas interações estão separadas no espaço quando ocorrem em órgãos diferentes, acima e abaixo do solo (e. g. raízes, folhas, flores) (Poveda et al., 2003; Krupnick et al., 1999; Heil, 2011); e no tempo, quando ocorrem em diferentes momentos da sua ontogenia (Boege & Marquis, 2005). Entretanto, grande parte delas acontece por exploração de recursos, particularmente por herbivoria, de modo que a planta representa uma fonte comum e estruturalmente diversa de recursos para uma parte considerável dos organismos com o quais ela interage. Isso por si só gera o potencial para que tais interações sejam conectadas por efeitos ecológicos indiretos (Denno et al., 1995; Denno & Kaplan, 2007). Esses efeitos estão intimamente ligados a como as plantas respondem à herbivoria, o que leva ao segundo ponto destacado.
Os herbívoros pastadores, particularmente os insetos, representam grande parte dos organismos que consomem as plantas (Schoonhoven et al., 2005). Segundo a definição proposta por Crawley (1993) e Begon et al. (2007), os herbívoros danificam os tecidos da planta sem consumi-la por inteiro, e isto permite que ela continue no sistema e interaja com outros organismos. Tais interações, simultâneas ou subsequentes à herbivoria, serão indiretamente afetadas se o dano modificar a densidade da população ou atributos das plantas importantes
para que elas ocorram (Ohgushi et al., 2007). As mudanças de densidade devem ser analisadas em uma perspectiva diferente, uma vez que não é trivial determinar o que seja um indivíduo discreto em populações de plantas. Uma alternativa é considerar a biomassa como uma medida de densidade. Neste sentido, os herbívoros são capazes de alterar drasticamente a densidade das plantas que consomem, e desencadear efeitos indiretos diversos para outros herbívoros e demais organismos que interagem com elas (Denno & Kaplan, 2007). As mudanças de atributos, por sua vez, são mais exploradas em estudos experimentais que mostram, que o dano pode induzir mudanças no perfil de compostos primários (i. e. status nutritivo) ou secundários (i. e. palatabilidade, digestibilidade, toxicidade) da planta e dificultar ou facilitar o dano por outros herbívoros (Denno & Kaplan, 2007; Johnson et al., 2015). Essas mudanças podem afetar também interações mutualísticas desenvolvidas pela planta, com a interação com polinizadores (Ohgushi et al., 2007; Heil, 2011).
No contexto específico da interação com polinizadores, o impacto da herbivoria na sobrevivência da planta é somado ao efeito sobre a sua reprodução, ou seja, é o caso em que ambos componentes da aptidão da planta são influenciados (Bronstein et al., 2007). O tema recebeu bastante atenção na literatura referente aos efeitos ecológicos indiretos, provavelmente pela importância da polinização para reprodução de muitas angiospermas (ver levantamento de Ollerton et al., 2011). Isso levou ao desenvolvimento de hipóteses ecológicas e evolutivas para entender como a herbivoria e a polinização se desenvolveram enquanto pressões seletivas aparentemente opostas sobre atributos da planta (Armbruster et al., 1997; Schiestl, 2015). Especificamente, as perguntas sobre esse tema têm sido feitas com relação a quais mecanismos explicam o efeito da herbivoria sobre a polinização, se este efeito é sempre negativo como parece ser, e se há casos em que ele pode ser recíproco (Willmer, 2011; Bronstein et al., 2007; Adler, 2008).
Ligações entre herbivoria e polinização
De modo geral, a herbivoria afeta negativamente a reprodução das plantas, exceto em casos em que há compensação ou sobrecompensação do dano com a produção de mais flores (Paige & Whitham, 1987). Isto acontece porque o dano afeta a quantidade de flores produzidas pela planta, seja pelo consumo destas flores ou por demanda de recursos para defesa que seriam investidos em reprodução (Bertness et al., 1987; Kessler & Halitschke, 2009); ou porque o dano afeta o comportamento dos polinizadores quando altera atributos de atratividade floral (Lucas-Barbosa et al., 2015). Um mecanismo pode levar ao outro, e tratá-los separadamente muitas
vezes pode ser algo inviável ou mesmo artificial. O primeiro deles, ou seja, a diminuição no número de flores, é um dos efeitos mais citados na literatura (Bronstein et al., 2007). Entretanto, para plantas que necessitam de agentes bióticos para troca de pólen, espera-se que efeitos no comportamento de polinizadores constituam grande parcela do impacto da herbivoria em sua reprodução.
Ao estudarmos a relação entre herbivoria e polinização, um dos primeiros aspectos a ser considerado é que ambas categorias de interação ecológica não são excludentes. Isso significa que alguns polinizadores são herbívoros a medida em que consomem matéria orgânica vegetal, como o néctar e pólen produzidos pelas flores (Willmer, 2011; Rech et al., 2014). Nesse sentido, a polinização se refere ao papel funcional desses herbívoros, e a sua evolução enquanto mutualismo se deu através de mecanismos de exploração mútua, mantidos por um equilíbrio entre perdas e ganhos de aptidão para as plantas e para os polinizadores (Foster & Wenseleers, 2006). Em alguns casos, a polinização evoluiu como uma interação especializada, em que os herbívoros só consomem os recursos produzidos para maximizar o transporte de pólen (Willmer, 2011). Em outros, os custos da herbivoria se mantêm altos, como quando visitantes florais ovipositam nas flores ao mesmo tempo que as polinizam; ou quando o mesmo herbívoro consome as folhas da planta enquanto larva, e poliniza as flores quando adulto (Pellmyr, 2003; Adler & Bronstein, 2004). Essa perspectiva evidencia ligações ecológicas e evolutivas entre a herbivoria e a polinização, pois sugere que polinizadores também estão sujeitos às respostas da planta a herbivoria, e que herbívoros podem ter efeito sobre atributos florais.
Dentre todos os atributos modificados pela herbivoria, é possível destacar aqueles relacionados à atratividade da flor aos visitantes florais, tais como a quantidade, tamanho das flores, a cor, e a fragrância (display ou exibição floral); bem como, os que servem de recurso, como o néctar e pólen (Bronstein et al., 2007). No caso específico da atratividade, a herbivoria afeta negativamente elementos do display floral, de modo que plantas mais danificadas produzem menos flores (Karban & Strauss, 1993; Primack et al., 1994), e flores relativamente menores (Mothershead & Marquis, 2000). A cor, por sua vez, é um atributo mais conservado, mas a sua intensidade pode ser afetada por vias de interação entre a produção de pigmentos e compostos de defesa na planta (ver detalhes adiante). Por fim, a fragrância floral é entendida como uma mistura de alguns compostos orgânicos voláteis (COVs), cuja produção também pode ser afetada pela herbivoria, e isto varia de acordo com o modo de alimentação e especificidade de dieta dos herbívoros (Effmert et al., 2008; Theis et al., 2009; Kessler & Halitschke, 2009; Pareja et al., 2012).
Com relação aos recursos florais, a herbivoria leva a um decréscimo na quantidade e na qualidade do néctar (Adler & Irwin, 2005; Adler et al., 2006). A queda na qualidade pode acontecer sem efeito na quantidade, e ser devido à baixa concentração de açúcares (Aizen & Raffaele, 1996) ou à presença de compostos deterrentes para vários herbívoros, como os alcalóides (e. g. nicotina, ver Adler et al., 2006). Esses compostos podem chegar ao néctar através de transporte ativo, o que indica uma pressão seletiva favorável ao néctar tóxico; ou transporte passivo, que sugere um efeito indireto da herbivoria. Já para o pólen, o efeito da herbivoria também é geralmente negativo, uma vez que as plantas danificadas produzem flores com menor quantidade de pólen (Quesada et al., 1995), ou com grãos menores e de pior desempenho na formação do tudo polínico (Aizen & Raffaele, 1996).
Apesar do efeito evidente da herbivoria sobre atributos florais, os mecanismos pelos quais os herbívoros afetam o comportamento dos polinizadores são variados e envolvem não só efeitos indiretos, mas também diretos (ver Figura 2). Os efeitos diretos se referem basicamente à presença e o contato com herbívoros nas flores (McCall & Irwin, 2006; Cardel & Koptur, 2010). Já os indiretos, acontecem principalmente por mudanças que a herbivoria causa nos atributos florais, mas também através de competição por recursos. A mudança de atributos está relacionada com as respostas de sobrecompensação do dano, alocação diferencial de recursos, e mecanismos mais finos, subjacentes à produção de compostos que funcionam para defesa contra herbívoros e atratividade de polinizadores (Johnson et al., 2015). Tais mecanismos incluem a comunicação cruzada entre diferentes vias bioquímicas (i. e. crosstalk) e pleiotropismo. Cada um deles será explorado com mais detalhes a seguir.
Figura 2: Representação dos mecanismos através dos quais a herbivoria afeta a polinização. Isso pode acontecer
por efeitos diretos, que envolvem o contato do visitante floral com os herbívoros nas flores; e por efeitos indiretos, que envolvem o consumo de recursos florais por herbívoros que não polinizam as flores, além de respostas fisiológicas/genéticas da planta quando danificada. Em última instância, a herbivoria leva a consequências indiretas para os atributos florais (recursos e atratividade), que afetam a interação da planta com os visitantes florais e a polinização.
Contato físico e/ou visual
O contato direto de visitantes florais com herbívoros que estejam sobre as flores tende a diminuir a quantidade de aproximações, pousos, e tempo de visita nestas flores (McCall & Irwin, 2006; Cardel & Koptur, 2010). A hipótese para isso é a de que os visitantes florais podem associar a presença do herbívoro com a má qualidade dos recursos na flor, com a competição por estes recursos, e com o maior risco de predação (Dukas & Morse, 2003). Esse efeito também ocorre quando os próprios predadores desses visitantes florais estão sobre as flores, como evidenciado na literatura para aranhas da família Thomisidae que são conhecidas por seus hábitos de caçar sobre as flores, camuflando-se nelas em alguns casos (Morse & Fritz, 1982; Romero & Vasconcellos-Neto, 2004; Romero et al., 2008). Essa possibilidade é sugerida com base nas habilidades cognitivas de muitos insetos polinizadores, particularmente abelhas, em associar sinais florais com a presença e qualidade de recursos na flor (Willmer, 2011). Assim como acontece com a presença do herbívoro, o efeito visual do dano pode alterar o comportamento dos visitantes florais, mas isto é menos considerado na literatura, como sugerido por Bronstein et al. (2007).
Competição por recursos florais
Certamente a competição por néctar, pólen e outros recursos nas flores, como óleos essenciais, é um fator importante para determinar o comportamento de visitantes florais e potenciais polinizadores. A presença de outros visitantes consumindo os recursos pode diminuir a chance de visita por outros indivíduos por obstruir o acesso a esses recursos (competição por interferência) (Lohman et al., 1996), além de afetá-los indiretamente por esgotar estes recursos (competição por exploração) (Willmer, 2011; Temeles et al., 2016). O resultado geralmente é a diminuição do número de pousos e menos tempo de visita que, para a planta, pode significar menor taxa de polinização (Mitchell et al., 2009). Os efeitos do consumo são ainda mais negativos para a planta se foram causados por herbívoros que não a polinizam, como é o caso dos ladrões de néctar (mas veja Richardson, 2004).
Sobrecompensação da herbivoria
Uma forma das plantas responderem à herbivoria é aumentando a produção de ramos vegetativos e reprodutivos de forma que os efeitos negativos sejam diluídos pela quantidade de folhas e flores disponíveis (Karban & Baldwin, 1997). Mais flores significa mais recursos para os visitantes florais, e um provável benefício para a reprodução das plantas. Esse efeito foi encontrado por Paige & Whitham (1987) para Ipomopsis aggregata, embora seja controverso, já que parece improvável que exista pressão seletiva para atração de herbívoros que tragam esse benefício. De qualquer modo, a sobrecompensação do dano já foi registrada em outros sistemas (Lennartsson et al., 1998; Paige et al., 2001) e os efeitos para a polinização devem ser considerados de acordo com outros aspectos, como o momento em que o dano foi feito na planta, e a disponibilidade de recursos para que ela invista na produção de um maior número de ramos.
Custo de alocação de recursos
Dentre os mecanismos de efeito indireto ligados às respostas da planta à herbivoria, o custo de alocação é o mais estudado. Ao longo do seu desenvolvimento, as plantas estão sujeitas a momentos de abundância e escassez de recursos que devem ser investidos em seus processos fisiológicos básicos, além da produção e manutenção de defesas contra herbívoros e tolerância a outros estresses bióticos e abióticos (Karban & Baldwin, 1997). Além disso, recursos também devem ser mobilizados para a reprodução, através da produção de flores e da manutenção das sementes em desenvolvimento. Para plantas que necessitam atrair polinizadores, isto também
inclui investir na atratividade da flor. No contexto em que os recursos são limitantes, o investimento em defesa frente à demanda de recursos para a reprodução pode comprometer a interação da planta com polinizadores, seja pela produção de menos flores, e/ou de flores menos atrativas e com menos recursos (Irwin et al., 2004; Kessler & Halitschke, 2009). Se isso de fato acontecer, e o efeito for negativo para a planta, podemos interpretar que houve um custo ecológico das defesas (Karban & Baldwin, 1997; Agrawal & Karban, 1999).
Investir ou não os recursos limitantes em defesa ou reprodução é uma questão que depende também de outros fatores externos como, por exemplo, a pressão de competição, e as dinâmicas das comunidades de herbívoros e polinizadores (Junker et al., 2013). O contexto fica mais complexo quando consideramos que a pressão de competição pode não ser somente pelos recursos escassos no solo (e.g. água e nutrientes), mas também por polinizadores, como mostrado por Levin & Anderson (1970). Diante disso, surgem as mais variadas estratégias das plantas para sobreviver à herbivoria e se reproduzir, tais como investir mais em defesas induzidas, que possuem menor custo de alocação e custo ecológico comparado às constitutivas (Karban & Baldwin, 1997), ou alterar elementos de sua fenologia para garantir que as flores estejam expostas nos momentos que há maior probabilidade de visita e polinização (Freeman et al., 2003).
Crosstalk de vias bioquímicas
Defesas e atratividade floral podem estar associadas de outras formas, em que sejam menos sujeitas a fatores exógenos como a disponibilidade de recursos. Uma possibilidade ainda pouco explorada na literatura é a existência de comunicação cruzada ou crosstalk entre vias bioquímicas que produzem compostos químicos de defesa e atratividade floral (e. g. pigmentos de cor e fragrância) (ver Pareja et al., 2012). Nesse caso, tais rotas podem compartilhar enzimas ou substratos de modo que a produção de um composto afete a produção do outro (Bostock, 2005). Um exemplo disso é o que acontece com compostos fenólicos: a via bioquímica que dá origem as antocianinas (flavonoides que conferem cor a flores e frutos) produz como compostos intermediários a naringenina, 3-OH flavanona, e o flavano-3,4-diol, que são requeridos para a síntese de compostos de defesa em vias transversais (flavonas, flavonols e taninos, respectivamente) (Fineblum & Rausher, 1997; Schoonhoven et al., 2005). Portanto, é possível dizer que os sistemas químicos de defesa e atratividade da planta interagem de modo que a produção de compostos de defesa após o dano pode comprometer a produção de compostos de atratividade na flor e vise versa.
Pleiotropismo
A relevância das interações entre sistemas químicos de defesa e atratividade é reforçada se ambos os sistemas são controlados por genes que expressam só um ou outro atributo, ou seja, que atuam só sobre a produção de compostos defensivos ou atrativos. Entretanto, há casos que um mesmo gene pode controlar a expressão desses dois atributos, o que é chamado de pleiotropismo (Agren et al., 2013; Simms & Bucher, 1996; Irwin et al., 2003). Isso acontece, por exemplo, quando um gene codifica certa enzima que atua logo no início de uma via bioquímica que produz tanto compostos de defesa quanto de atratividade (Johnson et al., 2015). A atividade normal ou mesmo uma mutação nesse gene pleiotrópico afetará a produção dos dois tipos de compostos e, assim, terá influência sobre ambos atributos da planta que têm funções ecológicas diferentes. O pleiotropismo é um mecanismo importante para entender o quanto um atributo da planta está vulnerável a mutações que alterem sua função ecológica, e como esses diferentes atributos variam de forma interdependente. Isso reforça a ideia de que não faz mais sentido buscar entender os atributos da planta ligados à defesa contra herbívoros e atratividade de polinizadores isoladamente.
Os mecanismos descritos até aqui são trabalhados como hipóteses gerais na literatura cujo teste não é trivial, pois requer análises fisiológicas e genéticas das respostas das plantas a herbivoria, somadas a experimentos realizados em campo para avaliar seus efeitos ecológicos. Estudos sobre esse tema têm contribuído para um avanço significativo da ecologia evolutiva de interações e corroborado a importância dos efeitos ecológicos indiretos em comunidades. Com esse avanço, novas questões emergem ao mesmo tempo que questões antigas são retomadas sob nova perspectiva. Nesse sentido, a interação entre herbivoria e polinização é um campo ainda muito fértil.
Lacunas no conhecimento
Apesar de grande parte dos estudos mostrarem um efeito majoritariamente negativo da herbivoria para a polinização, esta não deve ser uma generalização. Os polinizadores em uma comunidade certamente variam em seus requerimentos de recurso (Junker et al., 2013) e respondem de forma diferente aos sinais de atratividade floral que podem ter sido modificados pelo dano. Além disso, as espécies de polinizadores variam também em sua efetividade de polinização (Castro et al., 2013), o que torna ainda mais incertas as consequências dos efeitos indiretos da herbivoria para a reprodução da planta. O que pouco se considera é a possibilidade de uma mudança na comunidade ou turnover entre os polinizadores sensíveis às alterações nos
sinais e recursos das flores, mas que não diferem em sua efetividade de polinização. Nesse sentido, haverá uma mudança na comunidade de visitantes florais que interagem com a planta, mas não necessariamente nas taxas de polinização. Resultados assim são menos prováveis de serem encontrados em trabalhos que avaliam essa questão em plantas com sistemas de polinização especializados. Portanto, é importante que novos estudos explorem essas questões em plantas que interajam com uma maior diversidade de polinizadores e possuam um sistema polinização generalizado.
Outra questão pertinente é o caráter fitocêntrico dos estudos já feitos, em que há forte ênfase na aptidão da planta (particularmente, em sua produção de sementes) na interpretação dos efeitos da herbivoria na polinização (Bronstein et al., 2007). Há outras vertentes dessa relação que podem ser, e inclusive já estão sendo discutidas para avançar o conhecimento ecológico. Um exemplo é o foco no comportamento do polinizador que, por si só é fonte de informações sobre como os diferentes tipos de recurso são usados. Esse tipo de informação é muito útil para gerar hipóteses sobre a habilidade do visitante floral em associar sinais de atratividade com a presença e qualidade destes recursos nas flores (Wright & Schiestl, 2009).
No que diz respeito aos mecanismos, o foco dos trabalhos na literatura tem sido em como a herbivoria modifica atributos florais importantes para a interação da planta com polinizadores. Tais atributos incluem, principalmente, o número de flores e sua morfologia, além dos efeitos na quantidade e qualidade dos recursos que elas produzem. Uma abordagem ainda pouco explorada considerara os efeitos da herbivoria sobre o contexto químicos em que as flores são apresentadas aos polinizadores. Mecanismos pospostos incluem efeitos do dano floral e foliar sobre a síntese e emissão de compostos orgânicos voláteis (COVs) pelas flores (Zangerl & Berenbaum 2009, Pareja et al. 2012, Kessler & Halitschke, 2009, Cozzolino et al. 2015), além do efeito de COVs vegetativos emitidos após o dano próximo às flores (Kessler & Halitschke, 2009). Apesar dessa abordagem ser relativamente recente, a ideia de que COVs vegetativos podem ser importantes para interação da planta com polinizadores já foi constatada a quase três décadas atrás por Beker et al. (1989). Esses efeitos da herbivoria tendem a influenciar o comportamento de polinizadores que usam sinais químicos para localizar as flores, sendo assim mais suscetíveis a alterações nestes sinais.
Por fim, a comunidade de herbívoros da planta e os padrões de herbivoria também devem ser avaliados com mais detalhe. Em ambiente natural, as plantas estão sujeitas ao ataque de herbívoros que variam de extremamente polífagos a estritamente monófagos (Schoonhoven et
al., 2005). Essa variação pode levar a efeitos diferenciais da herbivoria sobre os atributos florais e comportamento dos polinizadores. Como base para os estudos experimentais, dados de história natural são indispensáveis. A partir deles, estabelecemos um panorama amplo das relações ecológicas que existem no sistema de estudo e abrimos caminho para que hipóteses gerais sejam testadas.
CAPÍTULO 1
Herbivoria foliar e padrões de visitação floral em capítulos de Trichogoniopsis adenantha (Asteraceae)
Luiz H. G. REZENDE, Gustavo Q. ROMERO, Martín PAREJA
Resumo
A herbivoria foliar pode alterar indiretamente características das plantas importantes para sua interação com visitantes florais e potenciais polinizadores. Essas alterações dependem de como a planta reponde ao dano, de modo que podem ocorrer tanto por um trade-off na alocação de recursos para defesa e para reprodução, quanto por efeitos pleiotrópicos na produção de compostos para defesa e para atratividade floral. Pouco se sabe sobre como a intensidade de dano foliar modula esses efeitos em ambiente natural, e quais são as consequências ecológicas deste dano para plantas que interagem com diversos táxons de visitantes florais. Neste trabalho, o objetivo foi avaliar a intensidade de herbivoria foliar do arbusto Trichogoniopsis adenantha em campo, e investigar seu efeito sobre o número de visitantes, pousos e tempo de visita para as diferentes ordens de visitantes florais desta planta. Não constatamos efeito do dano foliar na visitação por Lepidoptera. Para Diptera encontramos efeito negativo do dano foliar, de modo que capítulos de plantas com mais folhas danificadas foram menos visitados. Hymenoptera foi o táxon mais afetado pelo dano foliar. Plantas mais danificadas receberam menos visitantes e pousos, mas este efeito foi atenuado em ramos mais altos, com mais capítulos receptivos e mais flores receptivas por capítulo. Quando há muitas folhas danificadas na planta, capítulos menores tendem a receber mais visitantes e pousos por Hymenoptera, comparado aos maiores que recebem menos visitantes e pousos. O tempo de visitação, em contrapartida, não foi afetado pelo dano foliar em nenhuma das três ordens. Sugerimos que o tamanho da planta e os sinais visuais do display floral contribuam para que o impacto negativo do dano nas folhas seja menos acentuado. No contexto de dano foliar mais intenso, sugerimos que haja um trade-off entre tamanho e atratividade dos capítulos, possivelmente relacionado ao maior custo para manter a atratividade de capítulos maiores, que possuem mais flores.
Introdução
Herbívoros e polinizadores podem potencialmente interagir direta ou indiretamente quando utilizam a mesma planta (Lehtilä & Strauss, 1997; Krupnick et al., 1999; Herrera, 2000; Kessler et al., 2010). A interação em via direta envolve o contato físico ou visual do visitante floral com o herbívoro nas flores (McCall & Irwin, 2006; Cardel & Koptur, 2010). Já a indireta, ocorre quando a herbivoria modifica atributos florais como os s/inais atrativos e a qualidade e quantidade dos recursos oferecidos pelas flores, de modo que plantas mais danificadas tendem a produzir flores menores e em menor quantidade (Mothershead & Marquis, 2000), com pólen e néctar de baixa qualidade (Quesada et al., 1995; Adler & Irwin, 2005), e com a fragrância modificada por alterações no padrão de produção de compostos orgânicos voláteis (COVs) (Effmert et al., 2008; Lucas–Barbosa et al., 2011; Pareja et al., 2012). O tamanho e a arquitetura da planta também são atributos que podem ser modificados pela herbivoria (Martinsen et al., 2000), e podem contribuir para a interação com visitantes florais, particularmente o tamanho da planta (Klinkhamer et al., 1989; Mitchell, 1994).
Os efeitos da herbivoria sobre a interação entre plantas e visitantes florais ocorrem por consequências diferenciais do dano nas flores e nas folhas, de modo que estes efeitos podem ser aditivos ou sinérgicos (Bronstein et al., 2007). A herbivoria floral pode alterar diretamente a quantidade, tamanho, e forma das flores, afetando atributos que compõem o display atrativo destas flores (Willmer, 2011; Antiqueira et al., 2016). Desta forma, há o comprometimento da atratividade floral aos visitantes e potenciais polinizadores, bem como, uma redução do número de flores disponíveis para a polinização (McCall & Irwin, 2006; Cardel & Koptur, 2010). A herbivoria foliar, por sua vez, tem efeitos indiretos e menos intuitivos sobre os atributos florais. Esses efeitos estão relacionados às respostas induzidas da planta após o dano, que comprometem a atratividade da flor (e. g. sinais e recursos) através de diversos mecanismos, tais como a alocação diferencial de recursos e o pleiotropismo na síntese de compostos de defesa contra os herbívoros e compostos que atraem visitantes florais (Adler et al., 2008; Pareja et al., 2012).
Comparado à florivoria, os efeitos da herbivoria foliar sobre a interação entre planta e polinizadores são menos estudados. O mecanismo mais explorado nesse sentido é a alocação diferencial de recursos, que estabelece que o investimento da planta em defesas compromete o seu investimento em reprodução e gera um custo ecológico para a planta em relação à sua interação com visitantes florais e polinização (Karban & Baldwin, 1997; Agrawal & Karban,
1999). Visitantes florais sensíveis podem mudar de comportamento em reposta a herbivoria foliar, o que pode resultar na desistência do pouso na flor ou um menor tempo de visita (Lehtilä & Strauss, 1997; Kessler et al., 2011; Lucas-Barbosa et al., 2015). A intensidade (i. e. efeito forte ou fraco) e direção (i. e. efeito positivo, negativo ou neutro) desses efeitos são parâmetros fortemente relacionadas com o momento em que o dano ocorreu nas folhas (i. e antes ou depois da produção de flores), além de estarem relacionados com a intensidade do dano foliar ao longo do desenvolvimento da planta, e com a disponibilidade de recursos no ambiente (Bronstein et al., 2007).
Evidências na literatura apontam para o efeito negativo da herbivoria foliar para a atração de visitantes florais e polinização de plantas (Strauss, 1997; Bronstein et al., 2007; Adler et al., 2008). Isso não deve ser entendido como uma generalização, pois os efeitos indiretos da herbivoria podem afetar de forma diferente os táxons de visitantes. Esses táxons tendem a variar em como percebem e respondem aos sinais e recursos florais modificados pelo dano, além de variarem em sua efetividade de polinização (Castro et al., 2013; Junker et al., 2013). Portanto, os atributos da planta afetados pelo dano foliar podem não ser relevantes para alguns táxons de visitantes florais, ou afetar aqueles menos eficientes em polinizá-la. Tais efeitos mais complexos são esperados para plantas com um sistema de polinização mais generalizado, ou seja, em que os recursos oferecidos pelas flores são variados e há maior diversidade de visitantes florais (Padysáková et al., 2013; Lemaitre et al., 2014).
Por fim, o efeito indireto negativo, positivo ou neutro da herbivoria foliar sobre a interação da planta com os visitantes florais pode também variar em função da escala de dano na planta (Avila-Sakar & Stephenson, 2006). Isso porque a resposta da planta à herbivoria pode acontecer de forma sistêmica ou local (Karban & Baldwin, 1997), e as consequências para os outros órgãos, como as flores, estão sujeitas a quão próximo este órgão está do local danificado (Schoonhoven, 2005). Desta forma, a herbivoria em folhas de um ramo reprodutivo teriam um efeito local intensificado sobre os atributos florais, comparada à herbivoria foliar nos demais ramos vegetativos da planta.
A espécie Trichogoniopsis adenantha (DC.) R. M. King & H. Rob. (Asteraceae) representa um bom sistema para que esse tipo de estudo seja realizado, já que é uma planta tropical de floração perene que interage com vários táxons de visitantes florais, além de ser danificada por herbívoros de diferentes guildas (Romero & Vasconcellos-Neto, 2005). Estudos anteriores indicam que a produção de sementes nessa planta é negativamente afetada pela
herbivoria nos capítulos, e que parte disto acontece devido à efeitos indiretos do dano na atratividade dos capítulos aos visitantes florais (Almeida, 1997; Romero & Vasconcellos-Neto, 2005; Salomão et al., 2006). Até o momento, nada se sabe sobre os efeitos indiretos da herbivoria foliar para a atratividade dos capítulos, e sobre como este efeito varia para os diferentes grupos taxonômicos de visitantes florais que interagem com essa planta.
Neste trabalho, o objetivo geral é testar a hipótese de que a herbivoria foliar afeta a interação entre T. adenantha e os seus visitantes florais. Especificamente, propomos as seguintes questões: (1) quais herbívoros e visitantes florais interagem com T. adenantha?; (2) o dano foliar afeta o número e comportamento dos visitantes florais?; (3) caso exista, esse efeito varia com a escala na qual é medido o dano (ramo reprodutivo e planta inteira) e com o grupo taxonômico de visitante floral?
Materiais e métodos
Área e sistema de estudo
O trabalho de campo foi realizado na Reserva Ecológica da Serra do Japi, Jundiaí, SP (23º11’S e 46º52’W), durante o período de dezembro de 2015 a maio de 2016. A altitude na Serra do Japi varia de 700 a 1.300 m, e a altitude no local específico onde foi realizado o trabalho, Trilha da Biquinha, varia de 950 a 1.000 m (Pinto, 1992). O clima é sazonal com duas estações bem definidas: uma fria e seca entre os meses de maio e agosto, com temperaturas médias mensais entre 11.8 °C e 15.3°C e pluviosidade inferior a 41 mm ao mês; e outra quente e úmida entre novembro e abril, com temperaturas médias mensais entre 18.4°C e 22.2º C e pluviosidade superior a 250 mm ao mês (Pinto, 1992). A vegetação da serra é caracterizada por uma floresta mesófila semidecídua com o estrato arbóreo variando de 10 a 15 m de altura (Leitão Filho, 1992). A Reserva é impactada por sua proximidade com as cidades à sua volta e por atividades de ecoturismo, o que estimula a abertura de clareiras favoráveis à propagação de plantas de borda como acontece para T. adenantha, sistema investigado neste trabalho.
T. adenantha é uma espécie de arbusto semidecíduo cujo gênero é brasileiro, que ocorre não só nas margens de florestas da Serra do Japi, mas em outras regiões do sudeste do Brasil. Essa planta possui até 1.90 m de comprimento e uma grande proporção de ramos reprodutivos com capítulos em diferentes fases de desenvolvimento. A sua floração é perene com pico na estação chuvosa (Romero & Vasconcellos-Neto, 2005). As flores apresentam baixo nível de autocompatibilidade e, portanto, necessitam da interação com visitantes florais para a
polinização (Romero; L.H.G. Rezende, observação pessoal). Com relação à herbivoria, suas folhas e capítulos apresentam marcas frequentes de dano por herbívoros de diferentes guildas (Almeida, 1997; Gomes, 2014; Romero & Vasconcellos-Neto, 2005).
Coleta dos dados
Para testar se a herbivoria foliar afeta a interação entre T. adenantha e os visitantes florais, foram coletados dados de visitantes florais, padrões e intensidade de herbivoria foliar, e atributos da planta. Para isso, um único indivíduo de T. adenantha, com ao menos um ramo reprodutivo com capítulos em antese, foi definido como a unidade amostral independente em que os dados foram coletados. Ao todo, foram amostrados 89 indivíduos em seis meses, aproximadamente 15 por mês. Em cada mês foi realizada coleta intensiva de dados (explicados a seguir com mais detalhe), em que, no máximo, cinco indivíduos foram amostrados por dia, um em cada horário previamente definido: 08:00, 10:00, 12:00, 14:00 e 16:00 h. Toda a amostragem foi feita ao longo da Trilha da Biquinha, onde ocorrem indivíduos de T. adenantha vivendo em manchas ou isolados. Para garantir amostras aleatórias, indivíduos encontrados na trilha foram marcados e sorteados em cada dia de coleta. Cada indivíduo foi amostrado somente uma vez.
Visitantes florais
Estes dados são a variável resposta nas análises e foram obtidos por observação em campo e coleta de espécimes de visitantes florais. Para cada indivíduo de T. adenantha amostrado foi selecionado um ramo focal com ao menos um capítulo em fase de antese ou pré-dispersão (capítulos receptivos), de acordo com a descrição feita por Romero & Vasconcellos-Neto (2005). Os capítulos em pré-dispersão foram incluídos por ainda apresentarem flores receptivas e receberem visita (L.H.G., Rezende, observação pessoal). Cada ramo foi observado por uma hora sem pausas, durante a qual foi registrado o número de visitantes florais, o número de pousos nos capítulos receptivos, e o tempo de visita para cada um deles. O tempo de visita foi medido pelo número de segundos após o pouso no capítulo. Neste trabalho, consideramos visitante floral o inseto que pousou pelo menos uma vez no capítulo. O seu comportamento foi considerado um pouso quando tocou em um dos capítulos por pelo menos 1 segundo.
Foram realizadas coletas paralelas de visitantes florais em outros indivíduos de T. adenantha que não estavam inclusos na amostragem, com o objetivo de amostrar de forma mais
abrangente a comunidade de visitantes florais. Os visitantes observados foram fotografados e coletados quando possível para a identificação em laboratório.
Padrões e intensidade de herbivoria foliar
Esses dados representam a principal variável preditora nas análises, particularmente a intensidade de herbivoria. Os padrões de herbivoria foliar foram avaliados pelo registro das marcas de dano nas folhas e por coleta de herbívoros sobre as folhas, caule, e capítulos do ramo focal. A intensidade de herbivoria foi estimada por uma quantificação simples que consistiu apenas em calcular a porcentagem de folhas danificadas em relação ao total de folhas analisadas com base na presença ou ausência de marcadas de dano nas folhas (i. e. não considerou área foliar consumida). Essa quantificação foi feita para as diferentes guildas de herbívoros e para duas escalas: ramo reprodutivo e planta como um todo. Para herbivoria na escala do ramo, a estimativa foi calculada para o mesmo ramo em que foram coletados os dados de visitantes florais, e todas as suas folhas foram avaliadas. Já para a herbivoria na escala da planta, a estimativa foi calculada através da análise de 30 folhas sorteadas de outros ramos do indivíduo amostrado. Em ambos casos, foram avaliadas somente folhas expandidas, independentemente de suas dimensões.
Atributos da planta
Foram medidos atributos da planta que podem estar relacionados à atratividade aos visitantes florais para usar como covariáveis nas análises. Para cada planta amostrada foi registrado o número de ramos reprodutivos, a altura do ramo focal em relação ao solo, o número de capítulos receptivos neste ramo, o tamanho destes capítulos e o número de flores receptivas que possuíam no momento da observação. Para obter as duas últimas medidas, os capítulos receptivos do ramo focal foram coletados e foi calculada a média do seu comprimento (do ápice da corola até a base do receptáculo), diâmetro (medido no centro do comprimento do capítulo) e média de flores receptivas. Flores receptivas foram todas aquelas que estavam em antese, com a corola e estames túrgidos e de coloração lilás (ver descrição de Romero & Vasconcellos-Neto, 2005).
Análise dos dados
Os dados referentes à comunidade de visitantes florais e aos padrões de herbivoria foram analisados de forma descritiva pela estimativa da riqueza e abundância de espécies de visitante florais, e descrição de tipos (guildas) de marca de dano nas folhas amostrado. Para as
estimativas de herbivoria, foi feito um teste de normalidade de Shapiro-Wilk para verificar o padrão de distribuição do dano nas escalas do ramo e da planta. Para avaliar a correlação entre a intensidade de herbivoria foliar em ambas escalas, foi feita correlação simples com o coeficiente Pearson (r).
Para avaliar se a intensidade do herbivoria foliar ou os atributos da planta afetam o número e o comportamento dos visitantes florais, foram construídos modelos lineares generalizados (GLM em inglês) para cada uma das seguintes variáveis respostas: total de visitantes florais, total de pousos, e tempo de visita. Para as duas primeiras variáveis, que possuem dados de contagem, os modelos foram ajustados com a distribuição de erros Poisson e ligação com logarítmo. Especificamente para os dados de tempo de visita, esse ajuste foi feito com distribuição de erros Gaussiana e ligação com identidade. Todos os modelos foram construídos com o mesmo conjunto de variável preditora (porcentagem de folhas danificadas) e covariáveis de acordo com o representado por:
VAR ~ PD*(NCR + DCP + CCP + FCP + NRR + ALT) + INT
onde VAR é variável resposta; PD a porcentagem de folhas danificadas; NCR o número de capítulos receptivos no ramo focal; DCP o diâmetro médio desses capítulos; CCP o comprimento médio desses capítulos; FCP a média de flores receptivas por capítulo; NRR o número de ramos reprodutivos na planta; ALT a altura do ramo focal; INT o intervalo do dia. O símbolo ~ significa modelar, e * significa interação.
Inicialmente, o modelo foi usado para testar se o efeito da intensidade de herbivoria nos visitantes florais varia com a escala em que ela foi estimada na planta. Para isso, a variável PD foi ajustada para gerar duas classes de modelos: aqueles em que a intensidade de herbivoria foi estimada na escala do ramo (PDR) e aqueles em que ela foi estimada na escala da planta (PDP). Isso foi feito para o total de visitantes e de pousos, e os modelos foram comparados com o critério de informação de Akaike (AIC em inglês). A estimativa de dano que gerou modelos com menores valores de AIC foi considerada mais adequada e selecionada para avaliar a influência do dano em cada grupo taxonômico específico de visitante floral.
Em todos os casos, os modelos foram simplificados até que fosse obtido o modelo mínimo adequado. A simplificação foi conduzida passo a passo, testando incialmente a significância estatística de cada interação e depois a significância de cada efeito principal usando a estatística χ2 da diferença no desvio residual para comparar modelos com e sem a variável ou interação
analisada. Nos casos em que o intervalo do dia foi uma variável significativa no modelo mínimo, foi feita uma análise gráfica descritiva dos seus padrões. Especificamente para Diptera, grupo para o qual houve poucos dados de visita, foi feito um único modelo com distribuição de erros Binomial para avaliar o efeito da intensidade de herbivoria sobre a chance de visita nos capítulos. Tal modelo foi feito desconsiderando a influência do intervalo do dia.
Em todos os modelos, quando a interação entre varáveis preditoras foi significativa, a análise gráfica foi feita usando categorias dessas variáveis para facilitar a interpretação. Os valores de cada variável preditora foram agrupados em duas categorias que continham aproximadamente o mesmo número de observações. O valor de corte para cada uma delas está apresentado nos respectivos gráficos. A intensidade de herbivoria foi sempre tratada nas seguintes categorias: porcentagem de folhas danificadas ≤ 50% e > 50%.
A validação de todos os modelos foi feita considerando a matriz de correlação das variáveis preditoras feita com o r de Pearson (Apêndice 1), e também por análises gráficas e diagnósticos de sob e sobredispersão dos dados. Quando necessário, foram feitos ajustes para adequar a distribuição de erro (e.g. Poisson para Quasi-Poisson). Todas as análises foram feitas no ambiente estatístico R (R Core Team 2016).
Resultados
Visitantes florais
Do total de 89 plantas amostradas, 46% (41 indivíduos) receberam ao menos uma visita e 54% (48) não foram visitadas durante o período de observação. Para aquelas que foram visitadas, a maior parte recebeu entre uma e três visitas. A proporção de plantas visitadas teve um pico ao meio dia, mas o padrão ao longo do dia variou com o táxon de visitante floral (Figura 1). Registramos as ordens Lepidoptera, Hymenoptera e Diptera. A maior parte das plantas foi visitada por Lepidoptera durante os intervalos de meio dia e fim da tarde. Diptera foi o grupo menos ativo, estando praticamente ausente no início e fim do dia. O mesmo padrão foi registrado para o número de visitantes florais e de pousos nos capítulos (ver Apêndice 2).
Com relação à riqueza e abundância da comunidade, foram registradas 19 espécies de visitantes florais (Tabela 1). Lepidoptera foi a ordem com o maior número de espécies (10) e de indivíduos (53). As espécies mais abundantes foram Aeria olena e Pseudoscada erruca (Nymphalidae), registradas em 12 e nove plantas, respectivamente. Hymenoptera foi o segundo grupo mais rico em espécies, com destaque para o gênero Trigona (Apidae), registrado em
quatro plantas. A riqueza de espécies está subestimada neste trabalho, pois não foi possível coletar grande parte dos visitantes florais observados sobre os capítulos. Apesar disso, as amostragens paralelas de visitantes florais resultaram no acréscimo de 17 espécies, 12 da ordem Lepidoptera e cinco da ordem Diptera. Com isso, registramos 35 espécies/ morfoespécies e seis famílias de visitantes florais interagindo com T. adenantha em ambiente natural (lista completa no Apêndice 3 e fotos no Apêndice 4).
O número de pousos não variou entre os diferentes grupos de visitantes florais, e se manteve alto para as espécies mais frequentes, principalmente da ordem Lepidoptera. Já com relação ao tempo de visita, as espécies de Lepidoptera também gastaram mais tempo visitando os capítulos comparada aos táxons das outras ordens (ver Tabela 1).
Figura 1. Proporção (média ± erro padrão) de indivíduos de T. adenantha cujos capítulos receberam visitas por
diferentes grupos taxonômicos de visitantes florais ao longo do dia. Os dados se referem a um total de 89 plantas em que um único ramo focal foi observado por 60 min na Serra do Japi.
Tabela 1. Caracterização da comunidade de visitantes florais observados nos capítulos de T. adenantha na Serra
do Japi. Os dados se referem a 89 plantas em que um ramo focal foi observado por 60 min. O tempo de visita está representado como a média ± erro padrão do tempo de manipulação do capítulo por indivíduos de cada espécie/morfoespécie. N se refere ao número de indivíduos observados pousando ou somente se aproximando dos capítulos.
Visitantes florais observados para T. adenantha
Táxon Plantas N Pousos Tempo de visita (seg.)
DIPTERA Allograpta sp. 1 1 1 28.00 Dip. sp1 1 1 1 3.00 Dip. sp2 1 1 1 2.00 Dip. sp3 1 1 1 300.00 Dip. NC* 15 23 5 4.74 ± 4.11 HYMENOPTERA Halictidae sp. 1 1 1 42.00 Opius sp. 1 1 1 3.00
Plebeia droryana Friese, 1900 2 2 4 45.00 ± 40.00
Pseudaugochlora sp. 1 1 1 5.00
Trigona sp. 4 6 7 29.17 ± 13.09
Hym. NC* 16 31 29 10.69 ± 3.56
LEPIDOPTERA
Aeria olena Weymer, 1875 12 17 18 205.00 ± 69.89
Episcada clausina striposis Haensch, 1909 2 2 2 80.00 ± 70.00
Eumenogaster sp. 1 1 1 10.00
Heterosais edessa Hewitson, 1855 1 1 1 120.00
Hypoleria adasa Hewitson, 1854 1 1 1 250.00
Ithomia agnosia Hewitson, 1852 1 1 1 1621.00
Nyridela acroxantha Perty, 1833 1 1 1 110.00
Pseudoscada erruca Hewitson, 1855 9 9 9 134.00 ± 58.76
Rhynchopyga sp. 1 1 1 110.00
Sphecopsyche melissa Dognin, 1898 2 2 2 122.00 ± 117.00
Lep. NC* 11 17 11 5.94 ± 1.78
* NC significa indivíduos não coletados.
Padrões e intensidade de herbivoria foliar
Em nenhuma das plantas analisadas foi registrada intensidade de dano menor que 10%. Esse padrão foi encontrado tanto para o ramo focal, em que a porcentagem de folhas danificadas não apresentou uma distribuição normal (Shapiro-Wilk: SW-W = 0.95; p < 0.01); quanto para as folhas dos demais ramos da planta, em que a distribuição normal foi constatada (SW-W =
