Luiz Fernando Ferreira
EFEITO DA TOXINA INSETICIDA DO MILHO TRANSGÊNICO NAS FUNÇÕES ECOSSISTÊMICAS, NO COMPORTAMENTO E NA SAÚDE DE BESOUROS ESCARABEÍNEOS (COLEOPTERA:
SCARABAEIDAE: SCARABAEINAE)
Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ecologia da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do grau de Mestre em Ecologia.
Orientadora: Profa. Dra. Malva Isabel Medina Hernández
Florianópolis, SC 2019
Para os agricultores que dedicam suas vidas para nos alimentar
Agradeço primeiramente aos meus familiares e amigos de Minas Gerais que incentivaram e auxiliaram no amadurecimento de todas as decisões. Agradeço aos amigos presenteados por esta caminhada, especialmente ao Leo Paqonawta que acolheu um desconhecido junto com os seus sonhos ao chegar em Florianópolis.
Agradeço aos amigos da UFSC pelos sorrisos, olhares, experiências, almoços e conversas compartilhadas durante todo o tempo que tive a oportunidade de desfrutar desta incrível Universidade. Aos amigos do Laboratório de Ecologia Terrestre Animal: Eloisa, Maristela, Mariah, Rodrigo, Marcos, Diogo, Jéssica, Bruna, Karina, Talita, Andrei, João, Lucas, Victor, Pedro, Renata e especialmente a professora Malva, que aceitou me orientar sem conhecer o meu trabalho. Obrigado por me confiar os tão valiosos cocôs para um experimento de extrema importância para a ciência. Agradeço também pelas conversas, ensinamentos e experiências compartilhadas.
Agradeço também a todos os amigos que fiz no Programa de Pós-Graduação em Ecologia (PPG-Eco/UFSC), que ao longo do caminho se tornaram grandes parceiros de vida e para a vida, tenho muita gratidão por toda ajuda e por serem tão companheiros no trabalho de campo (Leonardo e Kauan) e também por me ajudarem combatendo minha ignorância tecnológica com os programas de informática (Leonardo, Graziela, Maiara, Macarena). Agradeço imensamente a bióloga Karla Scherer, técnica do Departamento de Ecologia e Zoologia, pela sua boa vontade ao ajudar com todo o material que eu precisei na realização dos experimentos e pelos cafés com biscoitos de depois do almoço. Agradeço a todos professores do PPG-Eco que deram total apoio e suporte de qualidade para minha formação acadêmica nesta instituição. À Dra. Vanesca Korasaki da UEMG e ao Dr. Nivaldo Peroni do ECZ/UFSC pelas valiosas contribuições na dissertação.
Agradeço aos amigos que fiz no NUHAS (Núcleo de Humanização e Arte em Saúde da UFSC) que foram peças fundamentais na minha trajetória acadêmica, uma vez que as reuniões semanais oxigenavam o meu cérebro e dava entusiasmo para seguir. Aos Professores do Departamento de Microbiologia, Imunologia e Parasitologia da UFSC: José Henrique de Oliveira, Mário Standel e Carlos Pinto pela grande ajuda com a realização dos ensaios imunológicos dos besouros e por ceder espaço para criação deles.
Agradeço a Cooperativa Oestebio de São Miguel do Oeste, SC e todos os trabalhadores de lá que forneceram apoio logístico durante o período de trabalho de campo, em especial, agradeço ao Anderson e ao Marciano que estiveram presentes durante este tempo, facilitando muito nossa vida durante a estadia oferecida pela Cooperativa. Também sou grato aos integrantes do Sindicato dos Agricultores de Anchieta, que permitiram a realização da pesquisa em suas propriedades e lavouras de milho. Agradeço ao agricultor Gilmar pela doação das fezes de porco utilizadas no trabalho de campo.
Agradeço ao professor Paulo Lovato do CCA/UFSC e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo financiamento do trabalho de campo e material de laboratório através do projeto "Fortalecimento das condições de produção e oferta de sementes de milho para produção orgânica e agroecológica do Sul do Brasil", assim como à Cordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de mestrado.
O milho Bt é um transgênico inseticida que foi desenvolvido para combater lagartas de um lepidóptero que destrói lavouras de milho. O fato da toxina transgênica rCry1A(b) ser seletiva, não elimina sua toxicidade em organismos não alvo, uma vez que ela se movimenta através da rede trófica e é eliminada nos excrementos de mamíferos. Os besouros escarabeíneos, como consumidores destas fezes, ingerem a rCry1A(b) ao se alimentarem. Eles não sofrem o efeito letal da mesma, mas há registros de alterações na estruturação das comunidades destes besouros em lavouras de milho Bt, sugerindo uma diminuição das funções ecossistêmicas realizadas por eles. Em função disso, o objetivo desta dissertação foi verificar se a toxina inseticida produzida pelo milho Bt tem influência nas atividades de remoção de fezes e bioturbação do solo realizadas pelos escarabeíneos, assim como no comportamento alimentar e na saúde dos mesmos, uma vez que estão na posição de organismos não alvo. Para quantificar as funções ecossistêmicas prestadas pelos escarabeíneos e conhecer as assembleias dos mesmos nas lavouras de milho, em dezembro de 2017 amostramos 15 lavouras (cinco de milho convencional, cinco de milho crioulo e cinco de milho transgênico) no oeste do estado de Santa Catarina, sul do Brasil. Em quatro pontos amostrais de cada lavoura, mensuramos a remoção de fezes e bioturbação do solo durante 48 h. Posteriormente, realizamos a coleta dos besouros utilizando pitfalls iscados com fezes suínas que foram instalados nos mesmos pontos amostrais. Paralelamente, instalamos em cada lavoura casas de nidificação iscadas para verificar se os besouros constroem ninhos nas lavouras. Variáveis da cobertura do solo foram medidas nos quatro pontos amostrais: porcentagem de cobertura verde, de solo com serapilheira e de solo exposto. Coletamos 198 escarabeíneos distribuídos em 18 espécies, sendo 88 indivíduos de 12 espécies (7,6 g) nos cultivos de milho convencional, 75 indivíduos de 12 espécies (2,5 g) nos cultivos crioulos e 35 indivíduos de nove espécies (2,0 g) nos cultivos transgênicos. A abundância e a biomassa total foram menores nos cultivos transgênicos quando comparados com os cultivos convencionais. A riqueza e a diversidade foram semelhantes nos três tipos de lavouras e a diversidade beta mostrou similaridade de aproximadamente 70% entre as assembleias registradas em todas as lavouras. A cobertura do solo não influenciou na distribuição das espécies. Já a remoção de fezes e a bioturbação do solo foi menor nas lavouras transgênicas. Para verificar se o comportamento
alimentar e a saúde dos escarabeíneos alteram quando eles ingerem a toxina do milho Bt, nós mantivemos em laboratório duas espécies: Canthon rutilans rutilans e Canthon seminitens. Ambas foram coletadas em março de 2018 em Urubici – SC. Formamos 24 casais de C. rutilans e 16 casais de C. seminitens, mantendo um casal por terrário. Do total destes casais, metade deles foram alimentados com fezes de porco que se alimentaram com ração de milho Bt, e a outra metade com fezes de porco que se alimentaram com ração de milho convencional. Realizamos duas observações semanais para contabilizar as bolas alimento e bolas ninho produzida pelos casais. Após 23 semanas em experimento, mantivemos os indivíduos de C.rutilans em jejum por 12 dias e os submetemos a cinco testes de olfatometria aumentando os dias de jejum. Registramos o tempo em que os besouros de ambos os tratamentos chegaram até as fezes. Posteriormente, após 37 semanas mantendo a alimentação específica de cada tratamento, todos os indivíduos de ambas as espécies foram sacrificados por congelamento para obter o peso seco, peso da gordura e da musculatura corporal para inferir sobre seu estoque energético. A produção de bolas alimento feita pelos casais de C. rutilans que se alimentaram das fezes contendo a proteína do milho transgênico foi maior. Não houve diferença no tempo gasto por C. rutilans de ambos os tratamentos para chegar até o alimento, assim como não houve diferença nos pesos de gordura e de músculos dos besouros das duas espécies entre os dois grupos experimentais. As funções ecossistêmicas diminuídas nas lavouras de milho transgênico são consequência da menor abundância e biomassa de escarabeíneos nesses cultivos, principalmente devido à diminuição de grandes paracoprídeos, o que leva ao empobrecimento dos solos em matéria orgânica, nutrientes e oxigênio. O motivo que pode ter levado à diminuição destes insetos pode ser produto do manejo das culturas e não devido à presença da toxina transgênica na alimentação dos mesmos.
Palavras-chave: Ecotoxicologia. Diversidade. Milho Bt. Remoção de esterco
The Bt corn is a transgenic insecticide that was developed to combat lepidopteran caterpillars which destroy corn crops. Despite the fact that the rCry1A(b) transgenic toxin is selective, it does not eliminate its toxicity in non-target organisms since it moves through the trophic network and it is eliminated in mammalian faeces. Dung beetles, as consumers of these faeces, ingest rCry1A(b) while feeding. Although they do not suffer its lethal effect there are evidences of changes in the structuring of these beetles communities within Bt corn plantations, suggesting a decrease in the ecosystem functions performed by those insects. Accordingly, the aim of this study was to verify if the insecticidal toxin produced by Bt maize has influence over Dung beetle’s activities, such as fecal removal and soil bioturbation, as well as on their feeding behavior and health, since they might be in a position of non-target organisms. In order to quantify the ecosystem functions performed by Dung beetles as well as to describe their assemblages in maize crops, we sampled 15 crops (5 of conventional corn, 5 of creole corn and 5 of transgenic corn) in December 2017, in western Santa Catarina state, south of Brazil. At four sampling points of each crop, we measured fecal removal and soil bioturbation for 48 h. Subsequently, we performed dung beetle samplings using pitfalls baited with swine feces, which were installed in the same sampling points. Simultaneously, we install nesting houses at each farm to verify if the beetles build nests in the fields. Soil cover variables were measured at the four sampling points, such as percentage of green cover, soil with litterfall and exposed soil. We collected 198 beetles of 18 species, from those, 88 individuals of 12 species (7.6 g) in conventional corn, 75 individuals of 12 species (2.5 g) in the creole crops and 35 individuals in 9 species (2.0 g) in transgenic crops. Dung Beetles abundance and total biomass were lower in transgenic crops compared to conventional crops. Richness and diversity were similar in all three types of crops and the beta diversity demonstrated approximately 70% of similarity between the assemblies from all crops. Soil cover did not influence the distribution of the species. Dung removal and soil bioturbation were lower in transgenic crops. In order to verify if the beetles feeding behavior and health changed while ingesting the toxin from Bt maize, two species were kept in the laboratory: Canthon rutilans rutilans and Canthon seminitens. Both species were collected in March 2018 in Urubici, SC, Brazil. We gathered 24 couples of C. rutilans and 16 couples
of C. seminitens, keeping a couple in each terrarium. From the total amount of couples, half were fed with pig feces previously fed with Bt corn ration, and the other half was fed with pig feces previously fed with conventional corn ration. We performed two weekly observations to count the food and brood balls produced by the couples. After 23 weeks, the individuals of C.rutilans were fasted for 12 days and then submitted to five olfactometry tests, increasing the days of fasting. Then, we recorded the time the beetles from both treatments took to reache the feeding resource. After 37 weeks maintaining the specific diet of each treatment, all individuals from both species were frozen and sacrificed to obtain the dry weight, fat weight and body musculature in order to infer about their energy stock. The production of feeding balls performed by C. rutilans couples that fed on feces containing transgenic maize protein was higher. There was no difference in time spent by C. rutilans of both treatments to reach the food resource, as well as there was no difference in the fat and muscle weights of the beetles of the two species between the two experimental groups. Decreasing in ecosystem functions in transgenic maize crops is a consequence of lower abundance and biomass of beetles in these crops, mainly due to the reduction of large paracoprids, which might have led to impoverishment of soil in organic matter, nutrients and oxygen. In this sense, the decrease of the dung beetles abundance might be related to those crops management, and not because of the transgenic toxin presence during their feeding.
Figura 1.1. Mapa de localização das áreas de estudo nos municípios de Anchieta e Palma Sola, no Estado de Santa Catarina, Brasil. ... 26 Figura 1.2. Desenho amostral utilizado para coletar dados referentes de diversidade, nidificação e funções ecossistêmicas realizadas por besouros escarabeíneos. Os círculos marrons representam os locais das arenas de funções e das armadilhas de queda (pitfalls). Os retângulos amarelos representam os controles das arenas. Os cilindros azuis indicam os locais das casas de nidificação ... 27 Figura 1.3. Métodos utilizados para quantificar as funções ecossistêmicas realizadas pelos besouros e para coletar as espécies presentes nas lavouras de milho no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil em dezembro de 2017. A) Arena de funções utilizada para mensurar a taxa de remoção de fezes e bioturbação do solo, contendo 100 g de fezes suína ao centro. B) Controle, com 100 g de fezes suínas protegidas para impedir o acesso de insetos. C) Armadilha de queda do tipo pitfall com isca de atração suspensa na tampa (10 gramas de fezes de porco). D) Casa de nidificação iscada com 10 gramas de fezes de porco. ... 28 Figura 1.4. Registros de fezes remanescentes e da terra revolvida por besouros escarabeíneos nas arenas de funções instaladas em lavouras de milho no oeste do estado de Santa Catarina em dezembro de 2017; A) terra revolvida com pedaços pequenos de fezes restantes da atividade dos escarabeíneos; B) fezes totalmente removidas pelos escarabeíneos; C) terra revolvida e fezes remanescentes na superfície; D) túneis criados por escarabeíneos abaixo das fezes. ... 29 Figura 1.5. A) Abundância de besouros escarabeíneos em cultivos de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico. B) Biomassa (peso seco em g) de escarabeíneos provenientes dos cultivos de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico. As linhas em negrito das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente, as linhas inferiores e superiores indicam o mínimo e o máximo, os círculos representam valores outliers. ... 35 Figura 1.6. A) Curva de rarefação e extrapolação da riqueza de escarabeíneos (q=0) e B) curva de rarefação e extrapolação da diversidade (q=1) de escarabeíneos coletados em dezembro de 2017 em cultivos de milho Convencional, Crioulo e Trasngênico no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil. ... 38
Figura 1.7. Análise dos componentes principais das variáveis de cobertura do solo: porcentagem de cobertura verde, porcentagem de cobertura com serapilheira e porcentagem de solo exposto, que foram coletadas nas lavouras de milho convencional (CV), milho crioulo (CR) e milho transgênico (TR) no extremo oeste de Santa Catarina em dezembro de 2017. ... 39 Figura 1.8. A) Taxa de remoção fezes (g) e B) Taxa de bioturbação em cultivos de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico. As linhas em negrito das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente e as linhas inferiores e superiores indicam o mínimo e o máximo, os círculos representam valores outliers... 40 Figura 2.1. A) Olfatômetro para medir o tempo de reação de besouros escarabeíneos frente a um estímulo de odor. B) Olfatômetro com a câmera fotográfica posicionada em frente ao compartimento periférico, conectada ao computador para registrar o tempo em que os escarabeíneos atingem o recurso alimentar. ... 59 Figura 2.2. Produção de bolas alimento pelos escarabeíneos da espécie Canthon rutilans rutilans quando submetidos a alimentação com fezes de porco que se alimentaram de ração de milho convencional e milho transgênico. As linhas em negrito no interior das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores dela indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente. ... 63 Figura 2.3. Bolas alimento e bolas ninho produzidas pelos casais de Canthon rutilans rutilans e Canthon seminitens A) C. rutilans com bola alimento; B) Casal de C. rutilans com bolas ninho; C) C. seminitens sobre a bola ninho, ao lado da bola alimento. ... 64 Figura 2.4. Tempo gasto pelos indivíduos de Canthon rutilans rutilans para chegar até a fonte odorífera no teste de olfatometria após 27 semanas de alimentação com fezes de porco contendo a proteína transgênica (T= transgênico) e sem ela (C=controle). Os números do eixo X indicam os dias de jejum. As linhas em negrito no interior das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente, as linhas inferiores e superiores indicam os valores mínimos e máximos, os círculos representam os outliers. ... 65 Figura 2.5. Porcentagem de A) gordura e B) músculo de Canthon rutilans rutilans para avaliação da saúde dos besouros receberam alimentação contendo a proteína inseticida do milho transgênico e sem ela (controle). As linhas em negrito das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente, as linhas inferiores e superiores indicam o mínimo e o máximo... 66
para avaliação da saúde dos besouros que receberam alimentação contendo a proteína inseticida do milho transgênico e sem ela (controle). As linhas em negrito das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente, as linhas inferiores e superiores indicam o mínimo e o máximo. ... 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1. Abundância, biomassa (g) e riqueza de escarabeíneos coletados em três tipos de armadilhas (P=Pitfall, A=Arena, C=Casa de Nidificação e T=Total) em lavouras de milho Convencional, Crioulo e Transgênico nos municípios de Anchieta e Palma-Sola, SC, Brasil, em dezembro de 2017. ... 33 Tabela 1.2. Coeficientes do modelo linear generalizado da abundância de escarabeíneos em função do tipo de cultivo de milho, transgênico, convencional e crioulo no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017. 36 Tabela 1.3. Coeficientes do modelo linear generalizado da biomassa (peso seco em g) de escarabeíneos em função do tipo de cultivo de milho, transgênico, convencional e crioulo no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017. ... 36 Tabela 1.4. Valores da extrapolação dos números de Hill para a porcentagem de cobertura de amostragem (CA) e valores estimados para a riqueza e diversidade de espécies (qD) de besouros escarabeíneos e seus respectivos intervalos de confiança. As análises foram realizadas utilizando a riqueza (q=0) e a diversidade (q=1) das espécies de escarabeíneos coletadas em lavouras de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017. ... 37 Tabela 1.5. Coeficientes do modelo linear generalizado da taxa remoção de fezes em função do tipo de cultivo de milho (convencional, crioulo e transgênico) no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017. ... 41 Tabela 1.6. Coeficientes do modelo linear generalizado da taxa de bioturbação do solo em função do tipo de cultivo de milho (convencional, crioulo e transgênico) no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017. ... 41 Tabela 2.1. Número, peso (g) e diâmetro (cm) de bolas alimento (média ± desvio padrão) e número, peso (g) e diâmetro de bolas ninho (média ± desvio padrão) que foram encontradas em cada observação dos casais de Canthon rutilans rutilans e Canthon seminitens que foram alimentados com a proteína inseticida do milho transgênico e sem ela (controle). NBA= Número de bolas alimento; PBA=Peso das bolas alimento; DBA=Diâmetro das bolas alimento; NBN= Número de bolas ninho; PBN=Peso das bolas ninho; DBN=Diâmetro das bolas ninho. ... 62 Tabela 2.2. Coeficientes do modelo linear generalizado do teste de olfatometria com a medida do tempo que indivíduos de Canthon rutilans rutilans gastaram para chegar na fonte odorífica ao longo de 12 dias de jejum. Os grupos
milho transgênico e T=transgênico, alimentados com fezes contendo a proteína inseticida do milho transgênico. ... 64
SUMÁRIO
APRESENTAÇÃO………..17
CAPÍTULO 1………...21
DIMINUIÇÃO DA REMOÇÃO DE FEZES E DA BIOTURBAÇÃO DO SOLO REALIZADAS POR BESOUROS ESCARABEÍNEOS (COLEOPTERA: SCARABAEINAE) EM MONOCULTURAS DE MILHO TRANSGÊNICO NO SUL DO BRASIL………..21
Resumo ... 21
Introdução ... 22
Materiais e Métodos ... 25
Área de estudo ... 25
Coleta de dados sobre as funções ecossistêmicas ... 26
Coleta de besouros escarabeíneos ... 29
Coleta de dados referente à cobertura do solo ... 30
Análises estatísticas ... 30
Resultados ... 32
Estrutura das assembleias de escarabeíneos ... 32
Funções ecossistêmicas realizadas pelos besouros escarabeíneos ... 39
Discussão ... 42
Agradecimentos ... 46
Referências bibliográficas ... 46
CAPÍTULO 2………...53
AVALIAÇÃO COMPORTAMENTAL E DE SAÚDE DE BESOUROS ESCARABEÍNEOS SUBMETIDOS A ALIMENTAÇÃO CONTENDO A TOXINA DO MILHO TRANSGÊNICO ATRAVÉS DA CADEIA TRÓFICA………53
Resumo ... 53
Introdução ... 54
Métodos ... 56
Coleta de escarabeíneos ... 56
Criação dos besouros ... 57
Avaliação comportamental ... 57
Testes de olfatometria ... 58
Avaliação da saúde dos escarabeíneos ... 60
Avaliação comportamental ... 61
Testes de olfatometria ... 63
Condição corporal e saúde dos besouros escarabeíneos ... 65
Discussão ... 67
Agradecimentos ... 70
Referências bibliográficas ... 70
CONCLUSÕES GERAIS………74
APRESENTAÇÃO
O avanço das fronteiras agrícolas e os diversos tipos de sistemas de cultivo são assuntos de grande importância para discussão diante do cenário mundial de produção de alimentos. Alguns sistemas agrícolas estão direcionados para combater os insetos que, dependendo da densidade da sua população, rapidamente destroem as lavouras e causam prejuízos econômicos aos agricultores. Neste contexto, surgiram as plantas transgênicas inseticidas, que receberam material genético de outro ser vivo para poder expressar uma característica de interesse humano. No caso do milho transgênico, ou milho Bt, foi introduzido em seu DNA uma sequencia gênica do Bacillus thuringiensis, uma bactéria que naturalmente é encontrada no solo e ao esporular produz uma pró-toxina que se torna letal para o inseto consumidor, de acordo com a forma que é clivada e transformada em toxina ativa no organismo do inseto. O milho Bt é capaz de sintetizar a pró-toxina rCry1A(b) proveniente do material genético da B. thuringiensis e assim combater lagartas de lepidópteros que se alimentam das plantas de milho. As plantas transgênicas foram desenvolvidas tentando garantir a não utilização de inseticidas químicos (agrotóxicos), uma vez que a planta já produziria seu próprio inseticida, e a segurança na sua utilização, uma vez que as linhagens diferentes da bactéria produziriam diferentes tipos de proteína, selecionando o alvo em questão. Mas, estudos recentes demonstraram que os insetos herbívoros estão se tornando resistentes ao inseticida recombinante produzido pela planta, sendo necessário a aplicação de inseticidas químicos para combatê-los (McGaughey e Whalon, 1992), e que organismos não alvo da toxina inseticida do transgênico são afetados apresentando alterações fisiológicas. Aranhas mostraram diminuição na atividade de neurotransmissores e de antioxidantes ao receberam a toxina inseticida do milho Bt através da rede trófica, ao consumirem moscas alimentadas com uma dieta enriquecida com a rCry1A(b) ( estão). Altas concentrações da toxina do milho Bt na alimentação de abelhas melíferas causaram alterações comportamentais nas mesmas, diminuindo o desempenho de aprendizado e podendo afetar a eficiência de forrageio e consequentemente da atividade de polinização realizada por estes organismos (Ramírez-Romero et al., 2008).
Assim, proteína rCry1A(b) do milho Bt é capaz de se movimentar através da rede trófica, ficando disponível para outros organismos que não são alvos do inseticida recombinante do transgênico (Campos et al., 2018). Os besouros escarabeíneos (Coleoptera: Scarabaeidae: Scarabaeinae) são organismos que majoritariamente se alimentam e nidificam em fezes de
mamíferos e/ou carcaças de animais em decomposição. O comportamento alimentar e reprodutivo destes besouros envolve a remoção de fezes ou carcaça e o posterior enterrio da mesma para camadas inferiores do solo. Estas atividades são consideradas funções ecossistêmicas, pois fazem parte do processo de ciclagem de nutrientes, aeração do solo (criação de macroporos), formação edáfica, controle de parasitas e dispersão secundária de sementes. As funções ecossistêmicas de um modo geral, por sua vez, são traduzidas em serviços ecossistêmicos de suporte, que estão relacionados com o provisionamento de água e alimentos, regulação climática, purificação das águas e controle de doenças. Na posição trófica de detritívoros da matéria orgânica, estes organismos entram em contato com a proteína transgênica que está presente nas fezes dos mamíferos que consumiram alimento transgênico, neste sentido, os escarabeíneos são considerados organismos não alvo da proteína recombinante.
Baseado na problemática supracitada, o primeiro capítulo desta dissertação foi direcionado para analisar o impacto das monoculturas de milho transgênico nas funções ecossistêmicas de remoção de fezes e bioturbação do solo realizadas pelos besouros escarabeíneos, uma vez que a abundância destes besouros se mostrou inferior em matas adjacentes a cultivos de milho transgênico quando comparada com as matas adjacentes a cultivos de milho convencional (Campos e Hernández, 2015a, b), e também dentro dos campos de cultivo de milho transgênico quando comparado com cultivos de milho com semente crioula (Alves, 2018). Quantificamos em campo a atividade de remoção de fezes e revolvimento do solo e também descrevemos a assembleia de escarabeíneos do interior de lavouras de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico do oeste do estado de Santa Catarina, Brasil. Também verificamos, utilizando casas de nidificação iscadas com fezes de porco, se os besouros constroem ninhos no interior das mesmas lavouras ou se estão ocasionalmente a procura de alimento.
No segundo capítulo buscamos identificar se a proteína do milho Bt, presente nas fezes de mamíferos, pode alterar o comportamento de busca por alimento e a saúde de besouros escarabeíneos que entraram em contato com a toxina recombinante através da alimentação. Estes besouros são altamente sensíveis às alterações ambientais e respondem com mudanças comportamentais quando recebem toxinas através da alimentação, como no caso dos escarabeíneos que apresentaram diminuição no forrageio ao ingerir resíduos de vermicidas presente nas fezes de bovinos (Lumaret et al., 1993, Lumaret e Martínez, 2005). A capacidade de percepção e de interação com o ambiente, assim como a atividade
neurotransmissora entre nervos e músculos também foram diminuídas em escarabeíneos que receberam, através da alimentação, concentrações elevadas de fármacos utilizados no controle de parasitas do gado (Verdú et al., 2015). Escarabeíneos que se alimentaram de fezes de porco que continha a toxina do milho Bt também gastaram mais tempo para chegar até o alimento, além de terem aumentado a produção de bolas ninho, sugerindo maior investimento energético para a prole (Campos et al., 2018). Para tanto, verificamos a possível toxicidade da toxina rCry1A(b) nos escarabeíneos, mantendo besouros das espécies Canthon rutilans rutilans e Canthon seminitens sob condições experimentais em laboratório, onde formamos dois grupos: os que se alimentaram de fezes contendo a toxina recombinante do milho Bt e sem ela, e analisamos se a exposição a esta toxina através da alimentação altera o comportamento alimentar e a saúde destes insetos não alvo do milho transgênico.
CAPÍTULO 1
Artigo a ser submetido na Revista Environmental Entomology e formatado de acordo com as normas da mesma
DIMINUIÇÃO DA REMOÇÃO DE FEZES E DA BIOTURBAÇÃO DO SOLO REALIZADAS POR BESOUROS ESCARABEÍNEOS (COLEOPTERA: SCARABAEIDAE) EM MONOCULTURAS DE
MILHO TRANSGÊNICO NO SUL DO BRASIL
FERREIRA, L.F1 & HERNÁNDEZ, M.I.M.1
1 Programa de Pós-Graduação em Ecologia. Departamento de Ecologia e
Zoologia, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil.
Resumo
A menor diversidade, abundância e biomassa de besouros escarabeíneos (Coleoptera: Scarabaeidae), em cultivos de milho transgênico e nas matas adjacentes a estes cultivos, traça o objetivo desta pesquisa, que foi verificar se as funções ecossistêmicas realizadas por estes insetos estão diminuídas nestes cultivos quando comparadas com cultivos de milho convencional e aumentadas em cultivos de milho crioulo. Para tanto, no verão de 2017, quantificamos a remoção de fezes e o revolvimento do solo em 15 lavouras de milho (cinco de milho convencional, cinco de milho crioulo e cinco de milho transgênico) no estado de Santa Catarina, sul do Brasil. Em cada lavoura, delimitamos uma parcela com quatro pontos amostrais, onde instalamos arenas de funções para mensurar as atividades de remoção e enterrio de fezes pelos escarabeíneos. Posteriormente, coletamos os besouros utilizando pitfalls iscados instalados nos mesmos pontos amostrais. Variáveis de cobertura verde do solo, de serapilheira e de solo exposto também foram avaliadas. Duas casas de nidificação iscadas foram instaladas em cada lavoura para verificar a presença de ninhos. Registramos um total de 198 escarabeíneos de 18 espécies, sendo que nos cultivos de milho transgênico obtivemos a menor abundância e biomassa e nos cultivos convencionais a maior. Os cultivos com sementes crioulas apresentaram maior abundância de besouros nidificando. A remoção de fezes e a bioturbação do solo foi
menor nas lavouras transgênicas, principalmente devido à diminuição dos grandes paracoprídeos, principais responsáveis pelas funções ecossistêmicas, o que pode repercutir na saúde das plantas devido ao empobrecimento dos solos em matéria orgânica, nutrientes e oxigênio. Palavras-chave: besouros rola-bosta, diversidade, ecotoxicologia, funções ecossistêmicas, milho Bt.
Introdução
Com a justificativa do intenso crescimento populacional, técnicas de manejo foram desenvolvidas para aumentar a produção de alimentos e reduzir custos que estão associados à perda das culturas como resultado da produção alimenticia em massa (Krimsky e Wrubel, 1996). Dentre essas técnicas, destaca-se a transgenia, método que modifica o material genético de um organismo através da inserção ou seleção de genes específicos (De Block et al., 1984; Weising et al., 1988), de modo que o organismo geneticamente modificado (OGM) expresse uma ou mais características de interesse humano (Krinmsky e Wrubel, 1996). Em monoculturas de milho é comum a herbivoria pelas lagartas dos lepidópteros: Ostrinia nubilalis, conhecida popularmente como “broca do milho” (Koziel, et al., 1993a), e também Spodoptera frugiperda, conhecida como “lagarta do cartucho” (Sparks, 1986), causando prejuízos econômicos aos agricultores. Estas lagartas são sensíveis ao efeito inseticida de uma proteína produzida pelo Bacillus thuringiensis, a Cry1A(b), que possui efeito lítico nas células epiteliais do intestino e resulta na morte das mesmas (Hofte e Witeley, 1989). Essas endotoxinas são utilizadas desde 1938 como inseticidas na forma de spray (Koziel, et al., 1993b; Bobrowsky et al., 2003), mas só em 1987 foi publicado o primeiro trabalho divulgando as plantas-Bt, que são OGMs resultantes da inserção de genes específicos do B. thuringiensis no DNA das plantas, proporcionando a elas a capacidade de sintetizar a proteína recombinante rCry1A(b) em seus tecidos e matar os insetos predadores de plantas, ou seja, a planta produz o próprio inseticida (Fischhoff et al., 1987; Koziel, et al., 1993a, b).
Embora as toxinas produzidas pelas cepas do B. thuringiensis apresentem características específicas capazes de selecionar o alvo em questão, tendo a Cry1 para lepidópteros (Koziel, et al., 1993a) e Cry III para coleópteros (Herrnstadt et al., 1986), a atuação delas em organismos não-alvo (ONAs) é controversa (Delm et al., 1999; Marvier et al., 2007; Lövei et al., 2009; Ferment et al., 2015). Os besouros da subfamília
Scarabaeinae (Coleoptera: Scarabaeidae) são organismos não-alvo das plantas transgênicas e amplamente distribuidos no ambiente (Scholtz et al., 2009). Alimentam-se majoritariamente de excrementos de mamíferos (coprófagos), os quais podem conter a proteína do milho transgênico, uma vez que ela se movimenta através da rede trófica (Campos et al., 2018), utilizando-os para alimentação própria e também para nidificação (Halffter e Matthews, 1966, Halffter e Edmonds, 1982). A nidificação consiste no enterrio das fezes no solo e, de acordo com a forma que os besouros escarabeíneos realocam esse recurso, são classificados como telecoprídeos, paracoprídeos ou endocoprídeos (Halffter e Edmonds, 1982). Os telecoprídeos (roladores) fazem uma bola com o excremento e a rolam para posteriormente enterrar, os endocoprídeos (residentes) não realocam o excremento, nidificam e se alimentam diretamente na fonte, e os paracoprídeos (tuneleiros), que são os mais eficientes na remoção de fezes (Batilani-Filho e Hernández, 2017), enterram o excremento em grandes túneis abaixo ou adjacente da fonte (Halffter e Edmonds, 1982).
No processo de realocação das fezes e enterrio no solo para construção dos ninhos, os escarabeíneos realizam funções ecossistêmicas de remoção de fezes e bioturbação do solo (Slade et al., 2007, Nichols et al., 2008, Braga et al., 2013), facilitando a ciclagem de nutrientes pelos microrganismos do solo (Yokoyama et al., 1991, Yamada et al., 2007) e a entrada de oxigênio para os organismos fossoriais (Braga et al., 2013) e para as raízes das plantas (Primavesi, 1984). Os escarabeíneos também realizam a dispersão secundária de sementes e as protegem da predação, além de realizar o controle de parasitas do gado (Halffter e Edmonds, 1982; Andresen, 2002; Nichols et al., 2008; Braga et al., 2012). Tais funções são traduzidas em serviços ecossistêmicos de suporte e de regulação (MEA, 2005, Moreno e Verdú, 2007). Além de desempenhar importantes funções ecossistêmicas, os escarabeíneos são utilizados como indicadores ecológicos por apresentarem alta sensibilidade frente a mudanças no ambiente natural, além de possuirem características adequadas para serem considerados bons indicadores, como alta abundância, simplicidade e baixo custo de amostragem (Halffter e Favila, 1993; Nichols et al., 2007; Gardner et al., 2008).
Utilizando estes organismos como indicadores ecológicos, já foi relatado que em matas adjacentes a cultivos de milho Bt (em comparação a matas adjacentes a lavouras de milho convencional) há diminuição na riqueza de espécies, na abundância e na biomassa das assembleias de besouros escarabeíneos (Campos e Hernández 2015b). As espécies que se encontram dentro das lavouras de milho também são afetadas dependendo
do tipo de semente e tecnologia utilizada no cultivo, com diminuição da diversidade e da abundância de escarabeíneos em lavouras de milho transgênico em comparação com as de milho convencional e crioulo, sendo estas últimas as de maior diversidade e abundância (Alves, 2018). Além disso, podem ser observadas alterações nos grupos funcionais nas assembleias de escarabeíneos, as que frequentemente são dominadas por paracoprídeos, sendo substituídos por endocoprídeos em matas adjacentes a cultivos de milho transgênico (Campos e Hernández 2015a), o que pode comprometer a realização de funções ecossistêmicas desempenhadas por eles.
Diferentemente do cultivo de milho com sementes transgênicas (milho Bt), existem outros tipos de manejo para lidar com as pragas agrícolas, sendo o mais frequente o tipo de cultivo convencional, que utiliza sementes híbridas selecionadas aplicando frequentemente defensivos químicos para o controle de pragas e doenças. Já os cultivos tradicionais são aqueles que utilizam sementes crioulas, que são variedades selecionadas pelos agricultores por muitas gerações (guardiões de sementes). Estas variedades são adaptadas às condições locais de onde foram desenvolvidas e incluem plantas resistentes a patógenos e predadores. O manejo dos cultivos tradicionais inclui alternativas não utilizadas no cultivo convencional ou transgênico, como a diversificação do cultivo de milho junto a outras espécies, além de utilizar caldas orgânicas como fertilizantes e não utilizar inseticidas químicos (Araújo e Nass, 2002; Carpenteri-Pipolo et al., 2010). Estes cultivos visam manter a saúde do solo e da planta, uma vez que o desenvolvimento saudável da planta depende do manejo que é aplicado ao solo, de modo que não seja agressivo para diversidade de organismos fossoriais, incluindo os microrganismos associados às raízes (bactérias e fungos) e à meso e macrofauna de artrópodes (Primavesi, 2016). Os organismos que vivem no solo possuem importantes funções ecológicas para manter a saúde do mesmo, pois ao realocar matéria orgânica para o solo, facilitam a mineralização de micronutrientes que serão disponibilizados para as plantas, permitindo que elas se desenvolvam sem a utilização de fertilizantes e defensivos químicos (Primavesi, 1984).
Diante do exposto, nossa hipótese é que as funções ecossistêmicas de remoção de fezes e bioturbação do solo, prestadas pelos besouros escarabeíneos, são menores em cultivos de milho transgênico e maiores em cultivos de milho crioulo quando comparados com os cultivos de milho convencional. Assim, o objetivo desse trabalho foi testar se mudanças nas assembleias de besouros escarabeíneos que habitam lavouras de milho
transgênico comprometem negativamente as funções ecossistêmicas de remoção de fezes e bioturbação do solo quando comparadas com aquelas realizadas pelos besouros escarabeíneos em plantações de milho convencional e, por sua vez, se nos cultivos de milho crioulo há aumento dessas funções.
Materiais e Métodos Área de estudo
Realizamos as coletas de dados em 15 áreas de cultivo de milho nos municípios de Anchieta (26°32’S e 53°19’O) e Palma Sola (26°20’S e 56°16’O), estado de Santa Catarina, sul do Brasil. Os cultivos foram escolhidos de acordo com o tipo de semente utilizada no plantio e pela data da semeadura, de modo que as plantas tivessem o mesmo tamanho no momento do estudo, em torno de 2 m de altura. Além disso, respeitamos um distanciamento dos cultivos de pelo menos 1 km entre si para manter a independência entre as áreas. Para tanto, obtivemos informações diretamente com os agricultores sobre o tipo de semente utilizada no plantio e sobre manejo do solo para a semeadura (Apêndice 1). Desta forma realizamos as amostragens em três tipos de cultivo de milho: convencional, crioulo (tradicional) e transgênico, sendo cinco lavouras de cada tipo de cultivo (Figura 1.1).
Coleta de dados sobre as funções ecossistêmicas
Para verificar se existem alterações nas funções ecossistêmicas prestadas por besouros escarabeíneos em diferentes cultivos de milho, delimitamos uma parcela de 50 x 50 m em cada área amostrada, onde cada vértice recebeu um ponto amostral (Figura 1.2). Em cada ponto amostral, instalamos uma arena de funções baseada na metodologia de Braga e colaboradores (2013), onde mensuramos a quantidade de fezes removidas e de solo revolvido pelos besouros ao enterrá-las no interior da mesma. Esta arena consiste em uma área com 100 cm de diâmetro limitada por uma tela de poliéster de 20 cm de altura. Ao centro da arena depositamos 100 gramas de fezes de porco sobre uma tela plástica de 5 x 5 cm e com malhagem de 2,5 cm, de modo a facilitar a coleta das fezes remanescentes na superfície e permitir que os escarabeíneos enterrem as fezes abaixo do bolo fecal (Figura 1.3A). As fezes foram protegidas da chuva com um prato descartável. Externamente às arenas, em dois pontos amostrais de cada área, foi instalado um ponto de controle com objetivo de mensurar a perda Figura 1.1. Mapa de localização das áreas de estudo nos municípios de Anchieta e Palma Sola, no Estado de Santa Catarina, Brasil.
hídrica das fezes por evaporação ou percolação no solo. Para os controles também utilizamos 100 gramas de fezes de porco sobre uma tela plástica com malhagem de 5 cm, que por sua vez foram protegidas contra a predação com uma tela de poliéster e da chuva com uma tampa de plástico (Figura 1.3B). As fezes frescas foram coletadas de um único aninal durante a manhã do estudo.
Figura 1.2. Desenho amostral utilizado para coletar dados referentes de diversidade, nidificação e funções ecossistêmicas realizadas por besouros escarabeíneos. Os círculos marrons representam os locais das arenas de funções e das armadilhas de queda (pitfalls). Os retângulos amarelos representam os controles das arenas. Os cilindros azuis indicam os locais das casas de nidificação
Após 48 horas em campo, recolhemos as fezes remanescentes de cada arena (Figuras 1.4A e 1.4C) e dos pontos controles e acondicionamos em um saco plástico. Também recolhemos com auxílio de uma colher, a terra que estava revolvida na superfície e acondicionamos em um saco de papel (Figuras 1.4A, 1.4B, 1.4C e 1.4D). No laboratório, com auxílio de uma balança com precisão de 0,01 g, as fezes das arenas e dos pontos-controle foram pesadas. A partir do peso médio dos pontos-pontos-controle de cada área, subtraímos o peso das fezes remanescentes de cada ponto amostral, considerando que a diferença encontrada é resultado da atividade de remoção realizada pelos besouros. Colocamos a terra revolvida na estufa a 50°C por 48 horas para obtenção do peso seco e consideramos que a Figura 1.3. Métodos utilizados para quantificar as funções ecossistêmicas realizadas pelos besouros e para coletar as espécies presentes nas lavouras de milho no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil em dezembro de 2017. A) Arena de funções utilizada para mensurar a taxa de remoção de fezes e bioturbação do solo, contendo 100 g de fezes suína ao centro. B) Controle, com 100 g de fezes suínas protegidas para impedir o acesso de insetos. C) Armadilha de queda do tipo pitfall com isca de atração suspensa na tampa (10 gramas de fezes de porco). D) Casa de nidificação iscada com 10 gramas de fezes de porco.
quantidade de solo recolhido na superfície é resultado da bioturbação no solo realizada pelos escarabeíneos.
Coleta de besouros escarabeíneos
Após a retirada das arenas de funções, instalamos no mesmo ponto amostral, uma armadilha de queda (pitfall) iscada com 10 g de fezes de porco, contendo água com detergente em seu interior (Figura 1.3C). Os besouros encontrados no interior das arenas foram registrados e colocados dentro dos pitfalls para identificação posterior. Passadas 48 horas, recolhemos os pitfalls e acondicionamos os besouros em potes de plástico com álcool 70% e encaminhamos ao laboratório para identificação e pesagem. Paralelamente à instalação dos pitfalls, colocamos duas casas de Figura 1.4. Registros de fezes remanescentes e da terra revolvida por besouros escarabeíneos nas arenas de funções instaladas em lavouras de milho no oeste do estado de Santa Catarina em dezembro de 2017; A) terra revolvida com pedaços pequenos de fezes restantes da atividade dos escarabeíneos; B) fezes totalmente removidas pelos escarabeíneos; C) terra revolvida e fezes remanescentes na superfície; D) túneis criados por escarabeíneos abaixo das fezes.
nidificação em cada área amostrada (Figura 1.3D). Esta estrutura tem o objetivo de verificar se os escarabeíneos constroem ninhos no interior das lavouras ou se estão apenas de passagem buscando alimento. Como elas permitem que os besouros transitem livremente, podemos supor que os besouros que se encontram enterrados estejam construindo ninhos. As casas de nidificação são canos de PVC previamente dividido ao meio com 10 cm de diâmetro, 30 cm de altura e um orificio circular de 7 cm para entrada dos besouros. Possuem um fundo removível perfurado para percolação de água e uma tampa para proteção da chuva. Enterramos o cano de modo que o orifício de entrada estivesse nivelado com o solo, preenchemos o interior do mesmo com terra até 20 cm de sua capacidade total e colocamos 10 g de fezes de porco para atrair os besouros (Figura 1.3D). As casas de nidificação ficaram em campo por 48 horas e juntamente com a retirada dos pitfalls, a terra do interior do cano foi triada e os besouros coletados foram colocados em um pote com álcool 70% para identificação. Em laboratório, os besouros foram triados, montados em alfinetes entomológicos e levados a estufa a 50° C por 48 h. Em seguida todos os indivíduos foram pesados com o auxílio de uma balança com precisão de 0,001 g e medidos com auxílio de um paquímetro digital. Os besouros foram identificados ao menor nível taxonômico e a identificação foi conferida pelo taxonomista Dr. Fernando Vaz de Mello da Universidade Federal de Mato Grosso. Todos os indivíduos coletados foram depositados na Coleção Entomológica do Centro de Ciências Biológicas da UFSC e na Coleção Zoológica da UFMT.
Coleta de dados referente à cobertura do solo
Tendo cada arena como referência, realizamos uma avaliação da cobertura do solo para verificar se os diferentes tipos de cultivo de milho possuem características específicas de cobertura do solo. A uma distância de dois metros do centro da arena demarcamos uma parcela de 1 m², onde foi mensurado por estimativa visual a porcentagem de solo exposto, de solo com serapilheira e com cobertura verde. Este procedimento foi repetido nos quatro pontos amostrais das cinco lavouras de cada tipo de cultivo, totalizando 20 medidas por tipo de semente.
Análises estatísticas
Para verificar se a abundância e a biomassa de besouros escarabeíneos variou entre os três tipos de cultivo (convencional, crioulo e transgênico), foram somados os indivíduos coletados nas arenas, nos pitfalls e nas casas de nidificação para obter o número total de besouros por
tipo de cultivo. Com esses dados realizamos Modelos Lineares Generalizados (GLM) com distribuição Poisson para abundância a com distribuição de Gauss para biomassa. Além disso, verificamos a capacidade de nidificação nos cultivos incluindo somente os dados provenientes das casas de nidificação, através de um GLM com distribuição de Poisson. Para estas análises fixamos no intercepto os dados coletados nos cultivos de milho convencional, considerando este cultivo como intermediário em termos de manejo.
Para comparar e estimar a riqueza e diversidade de espécies nos três tipos de cultivos, realizamos curvas de rarefação e extrapolação dos números de Hill utilizando a soma dos dados provenientes de cada lavoura. Comparamos a riqueza utilizando ordem q=0 e a diversidade com ordem q=1, com intervalos de confiança de 95%, utilizando o pacote “iNEXT” (Chao et al., 2014, Hsieh, et al., 2014). Para analisar a diversidade beta entre as assembleias provenientes dos três tipos de cultivo, calculamos a dissimilaridade de Bray-Curtis com auxílio do pacote “Vegan” (Oksanen et al., 2018).
Para verificar se as assembleias de besouros escarabeíneos variaram em função da cobertura do solo em cada cultivo, utilizamos como variável resposta a matriz de abundância de todos os besouros coletados em cada cultivo e como variável explanatória a matriz de dados com os valores da cobertura do solo, incluindo a porcentagem de cobertura verde, com serapilheira e de solo exposto. Esta análise foi realizada com um modelo linear generalizado multivariado (GLMM) com 999 permutações e distribuição binomial negativa, utilizando o pacote “mvabund” (Wang et al., 2018). Para verificar se cada tipo de cultivo possui uma caracterização especifica da cobertura do solo, realizamos uma PCA com auxílio do pacote “Vegan” (Oksanen et al., 2018), sendo utilizada a mesma matriz de dados de cobertura do solo.
Para verificar se as taxas de remoção de fezes e bioturbação do solo variaram entre os três tipos de cultivo (convencional, crioulo e transgênico), realizamos GLMs com distribuição Poisson. Nestas análises também fixamos no intercepto os dados das taxas de remoção de fezes e bioturbação do solo registradas nos cultivos de milho convencional. Todas as análises foram realizadas no programa R (R Core Team, 2017).
Resultados
Estrutura das assembleias de escarabeíneos
Foram coletados um total de 198 besouros pertencentes a 18 espécies. Do total de escarabeíneos coletados, 88 indivíduos de 12 espécies estavam nas lavouras de milho convencional, juntos eles somam 7,6 g de biomassa seca e 62% da biomassa total; 75 indivíduos de 12 espécies estavam nas lavouras de milho crioulo, somando 2,5 g de biomassa seca e 22% da biomassa total; e 35 indivíduos de 9 espécies nas lavouras de milho transgênico, que somam 2,0 g de biomassa seca e representam 16% da biomassa total (Tabela 1.1).
Observamos que nas armadilhas de queda, 60% dos indivíduos capturados foram provenientes das áreas de milho convencional. Já nas arenas, o número de insetos capturados foi semelhante entre os cultivos. Com as casas de nidificação verificamos com os escarabeíneos nidificam em todas as lavouras, embora se observe no milho crioulo um maior número de espécies e de indivíduos, com 16 indivíduos de 5 espécies no convencional, 31 indivíduos de 8 espécies no milho crioulo e no somente 5 indivíduos de 4 espécies milho transgênico (Tabela 1.1). Houve mais besouros nidificando nos cultivos de milho crioulo quando comparamos com os convencionais (p=0,03), assim como menor abundância nos cultivos de milho transgênico quando comparados com os cultivos de milho convencional (p=0,02).
Tipo de Cultivo Espécies / Comportamento
Peso médio
(g)
Convencional Crioulo Transgênico Total
P A C T P A C T P A C T
Paracoprídeos Canthidium bituberculatum
Harold, 1867 0,001 1 1 1
Canthidium moestum Harold, 1867 0,033 1 1 1 1 2
Canthidium aff. trinodosum
(Baheman, 1858) 0,007 20 5 10 35 10 15 13 38 10 2 2 14 87
Canthidium sp.1 0,008 1 1 1
Dichotomius australis
(Luederwaldt, 1931) 0,032 1 1 1
Dichotomius nisus (Oliver, 1789) 0,284 18 3 2 23 3 1 2 6 3 3 32 Dichotomius sericeus
(Harold,1867) 0,076 2 2 4 2 2 3 1 4 10
Holocanthon sp.1 0,002 1 1 1
Ontherus lobifrons Génier, 2009 0,048 1 1 1
Ontherus sulcator (Fabricius,
1775) 0,067 5 1 6 1 1 3 3 10
Ontherus sp.1 0,002 1 1 1
Onthophagus hircus Billberg, 1815 0,007 4 1 1 6 4 1 3 8 2 1 3 17 Tabela 1.1. Abundância, biomassa (g) e riqueza de escarabeíneos coletados em três tipos de armadilhas (P=Pitfall, A=Arena, C=Casa de Nidificação e T=Total) em lavouras de milho Convencional, Crioulo e Transgênico nos municípios de Anchieta e Palma-Sola, SC, Brasil, em dezembro de 2017.
Espécies / Comportamento
Tipo de Cultivo Peso
médio (g)
Convencional Crioulo Transgênico Total
P A C T P A C T P A C T
Telecoprídeos
Canthon angularis Harold, 1868 0,012 1 1 1
Canthon quinquemaculatus
Castelnau, 1840 0,025 1 1 1 1 2
Canthon aff. chalybaeus
Blanchard, 1845 0,014 5 2 7 4 2 7 13 1 3 1 5 25
Canthon aff. mutabilis Lucas, 1857 0,010 1 1 1
Pseudocanthon aff. xanthurus
(Blanchard, 1846) 0,002 2 2 2 2 4
Endocoprídeos
Eurysternus aeneus Génier, 2009 0,006 1 1 1
Abundância 60 12 16 88 22 22 31 75 17 13 5 35 198
Biomassa (g) 5,8 1,1 0,7 7,6 0,9 0,6 1,0 2,5 1,2 0,6 0,2 2,0 12,1
A abundância total de escarabeíneos por tipo de cultivo foi significativamente menor nos cultivos de milho transgênico (Figura 1.5A), quando comparado com o número de indivíduos dos cultivos de milho convencional, com quase o dobro de indivíduos no modelo (Tabela 1.2). A biomassa total apresentou um padrão similar, sendo significativamente menor na assembleia proveniente do cultivo transgênico quando comparada com a biomassa da assembleia do milho convencional (Figura 1.5B) (Tabela 1.3).
Figura 1.5. A) Abundância de besouros escarabeíneos em cultivos de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico. B) Biomassa (peso seco em g) de escarabeíneos provenientes dos cultivos de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico. As linhas em negrito das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente, as linhas inferiores e superiores indicam o mínimo e o máximo, os círculos representam valores outliers.
Cultivo Valor Estimado Erro Padrão Valor de z p (Intercepto) Convencional 1,281 0,117 10,869 <0,001 Crioulo -0,492 0,191 -2,574 0,010 Transgênico -0,875 0,217 -4,29 < 0,001 Cultivo Valor Estimado Erro Padrão Valor de z p (Intercepto) Convencional 0,344 0,084 4,088 <0,001 Crioulo -0,270 0,119 -2,191 0,027 Transgênico -0,261 0,119 -2,266 0,032
A espécie mais abundante na região foi Canthidium aff. trinodosum, (Baheman, 1858) com 43% de todos os indivíduos coletados. Incluindo outras cinco espécies: Dichotomius nisus (Oliver, 1789), Canthon aff. chalybaeus Blanchard, 1845, Onthophagus hircus Billberg, 1815, Ontherus sulcator (Fabricius, 1775) e Dichotomius sericeus (Harold,1867), chegamos ao total de 90% dos indivíduos coletados na região, estando essas seis espécies distribuidas em todos os tipos de plantio de milho amostrados. Nas lavouras plantadas com sementes de milho convencional registramos quatro espécies que foram encontradas apenas neste tipo de cultivo: Canthon angularis Harold, 1868, Canthidium bituberculatum Harold, 1867, Holocanthon sp.1, Ontherus lobifrons Génier, 2009; as lavouras com semente crioula apresentaram três espécies únicas para esse tipo de cultivo: Canthon aff. mutabilis Lucas, 1857, Canthidium sp.1, Ontherus sp.1; os cultivos de milho transgênico Tabela 1.2. Coeficientes do modelo linear generalizado da abundância de escarabeíneos em função do tipo de cultivo de milho, transgênico, convencional e crioulo no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017.
Tabela 1.3. Coeficientes do modelo linear generalizado da biomassa (peso seco em g) de escarabeíneos em função do tipo de cultivo de milho, transgênico, convencional e crioulo no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017.
apresentaram apenas duas espécies únicas: Dichotomius australis (Luederwaldt, 1931) e Eurysternus aeneus Génier, 2009.
A cobertura da amostragem de escarabeíneos realizada nas lavouras de milho foi suficiente para conhecer as assembleias nos três tipos de lavouras, apresentando valores acima de 93% para os três tipos de lavouras amostradas (Tabela 1.4). As curvas de interpolação e extrapolação para calcular a diversidade de espécies utilizando os números de Hill, demonstraram que não houve diferença na riqueza de escarabeíneos (ordem q=0) entre os três tipos de cultivos, variando entre 11,29 e 12,98 espécies, com sobreposição dos intervalos de confiança (Figura 1.6A). Também não houve diferença na diversidade de espécies quando analisada com os números de Hill de ordem q=1, (Figura 1.6B) já que as espécies típicas de cada cultivo variaram entre 5,18 e 7,13 espécies, com sobreposição dos intervalos de confiança (Tabela 1.4).
Cultivo Ordem (q) CA IC de CA qD IC de qD Convencional 0 0,94 0,90 - 0,98 12,00 8,04 - 15,96 Crioulo 0 0,93 0,89 - 0,97 12,98 9,68 - 16,29 Transgênico 0 0,98 0,94 - 1,02 11,29 6,74 - 15,85 Convencional 1 0,94 0,90 - 0,99 5,85 4,34 - 7,35 Crioulo 1 0,93 0,88 - 0,98 5,18 3,64 - 6,74 Transgênico 1 0,98 0,95 - 1,01 7,13 4,56 - 9,71 Tabela 1.4. Valores da extrapolação dos números de Hill para a porcentagem de cobertura de amostragem (CA) e valores estimados para a riqueza e diversidade de espécies (qD) de besouros escarabeíneos e seus respectivos intervalos de confiança. As análises foram realizadas utilizando a riqueza (q=0) e a diversidade (q=1) das espécies de escarabeíneos coletadas em lavouras de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017.
A análise da diversidade beta mostrou que a dissimilaridade entre as assembleias dos três tipos de cultivos variou em torno de 30%, sendo 28,1% entre as assembleias de cultivos convencionais e com semente crioula, 31,9% entre convencionais e transgênicas e 30,4% entre as assembleias das lavouras crioulas e transgênicas. Como observamos na análise anterior, esta dissimilaridade não foi proveniente da riqueza de espécies dentro das assembleias, mas foi devido principalmente à diferença de abundância entre espécies. Na Tabela 1.1. podemos observar que as espécies provenientes do grupo comportamental dos paracoprídeos (ou tuneleiros) apresentaram maior abundância nos cultivos convencionais, diferente dos cultivos transgênicos que apresentaram menor abundância das espécies deste grupo. Já os cultivos de milho crioulo apresentaram maior abundância das espécies com comportamento telecoprídeo (ou roladoras) comparado com a abundância deste grupo nos cultivos convencionais e transgênicos.
Verificamos que o tipo de cobertura do solo, incluindo as medidas de cobertura verde, cobertura com serapilheira e de solo exposto, não teve influencia nas assembleias de escarabeíneos (GLMM, p>0,05). Além disso, Figura 1.6. A) Curva de rarefação e extrapolação da riqueza de escarabeíneos (q=0) e B) curva de rarefação e extrapolação da diversidade (q=1) de escarabeíneos coletados em dezembro de 2017 em cultivos de milho Convencional, Crioulo e Trasngênico no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil.
observamos, através de uma PCA, em que o componente principal 1 explicou 62,3% e o componente principal 2 explicou 37,6% da variação dos dados, que em todas as 15 lavouras amostradas as medidas de cobertura do solo se distribuíram de forma aleatória entre os três tipos de cultivo de milho em questão, não apresentando características exclusivas relacionadas à cobertura do solo para um tipo específico de lavoura (Figura 1.7).
Funções ecossistêmicas realizadas pelos besouros escarabeíneos
Embora os valores que utilizamos para verificar as funções ecossistêmicas mostraram grandes variações entre os 20 pontos amostrais de cada tipo de cultivo, observamos que a remoção de fezes (Figura 1.8A) e a bioturbação do solo (Figura 1.8B) foram menores nas lavouras Figura 1.7. Análise dos componentes principais das variáveis de cobertura do solo: porcentagem de cobertura verde, porcentagem de cobertura com serapilheira e porcentagem de solo exposto, que foram coletadas nas lavouras de milho convencional (CV), milho crioulo (CR) e milho transgênico (TR) no extremo oeste de Santa Catarina em dezembro de 2017.
cultivadas com semente transgênica quando comparadas com as taxas registradas nas lavouras cultivadas com semente convencional e crioula.
A taxa de remoção de fezes em lavouras cultivadas com semente de milho convencional apresentou valores significativamente maiores que a taxa de remoção registrada nos cultivos de milho transgênico (p<0,001) (Figura 1.8A). Nos cultivos de milho crioulo, a taxa de remoção de fezes também foi menor que a taxa de remoção registrada nos cultivos de milho convencional (p=0,009) (Tabela 5) (Figura 1.8A).
Figura 1.8. A) Taxa de remoção fezes (g) e B) Taxa de bioturbação em cultivos de milho convencional, milho crioulo e milho transgênico. As linhas em negrito das caixas indicam o valor mediano, as linhas inferiores e superiores das caixas indicam o percentil de 25 e 75 % respectivamente e as linhas inferiores e superiores indicam o mínimo e o máximo, os círculos representam valores outliers.
Cultivo Valor Estimado Erro Padrão Valor de z p (Intercepto) Convencional 3,384 0,041 82,707 < 0,001 Crioulo -0,157 0,060 -2,597 0,009 Transgênico -0,720 0,071 -10,014 < 0,001
Para a bioturbação do solo, verificamos que os cultivos de milho convencional apresentaram taxas de solo revolvido maiores que os cultivos de milho transgênico, (p<0,001) (Figura 1.8B). Nos cultivos de milho crioulo, a taxa de solo revolvido também foi menor quando comparada com o revolvimento registrado nas lavouras de milho convencional, p<0,001 (Figura 1.8B) (Tabela 1.6). Cultivo Valor Estimado Erro Padrão Valor de Z p (Intercepto) Convencional 4,851 0,029 140,863 < 0,001 Crioulo -0,422 0,046 -9,174 <0,001 Transgênico -0,927 0,054 -16,956 <0,001
Os baixos valores de funções ecossistêmicas nos cultivos transgênicos são reflexos da menor abundância e biomassa de besouros escarabeíneos nessas lavouras, quando comparado com os outros cultivos, uma vez que encontramos nelas um total de 35 indivíduos, somando apenas 2,0 g de biomassa seca. A diferença da abundância e consequentemente da biomassa das assembleias dos três cultivos amostrados se deu principalmente pela presença da espécie D. nisus, um tuneleiro grande (peso seco em média de 0,28 g, Tabela 1.1) que foi coletado em todas as Tabela 1.5. Coeficientes do modelo linear generalizado da taxa remoção de fezes em função do tipo de cultivo de milho (convencional, crioulo e transgênico) no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017.
Tabela 1.6. Coeficientes do modelo linear generalizado da taxa de bioturbação do solo em função do tipo de cultivo de milho (convencional, crioulo e transgênico) no oeste do estado de Santa Catarina, Brasil, em dezembro de 2017.
