INSTITUTO DE BIOLOGIA
Fernanda Barão Leite
Função da heteranteria em duas espécies de Tibouchina (Melastomataceae): atração de abelhas e dinâmica de pólen
CAMPINAS
Função da heteranteria em duas espécies de Tibouchina (Melastomataceae): atração de abelhas e dinâmica de pólen
Dissertação apresentada ao Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do Título de Mestra em Biologia Vegetal.
Orientador: Marlies Sazima
CAMPINAS 2016
ESTE ARQUIVO DIGITAL CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA FERNANDA BARÃO LEITE E ORIENTADA PELA PROF. DRA. MARLIES SAZIMA
Campinas, 19 de fevereiro de 2016.
COMISSÃO EXAMINADORA
Prof. Dra. Marlies Sazima (Orientadora)
Prof. Dra. Isabel Alves dos Santos
Prof. Dra. Kayna Agostini
Dra. Marina Wolowski Torres (Suplente)
Dr. Carlos Eduardo Pereira Nunes (Suplente)
Os membros da Comissão Examinadora acima assinaram a Ata de Defesa, que se encontra no processo de vida acadêmica do aluno.
Quando o servidor está pronto, o serviço aparece. André Luiz
quem convivi desempenhou um papel importante, me ajudando, principalmente, a ser uma pessoa melhor. Esses agradecimentos não estão tão extensos quanto eu gostaria, mas as poucas palavras são carregadas de muita emoção e gratidão.
Primeiramente gostaria de agradecer aos meus pais, Guacira e Rinaldo, por me apoiarem a cada instante, por terem me proporcionado a oportunidade de estudar fora e por permitirem que eu fizesse o que o gosto. Amo vocês!
Mãe, obrigada pelo companheirismo, pela paciência e por toda ajuda. Você é minha melhor amiga e uma pessoa que me inspira a cada dia! Pai, obrigada pelo apoio e pelo exemplo de trabalho e superação!
Agradeço também às minhas vozinhas, vó Lê e vó Júlia. Vó Lê, obrigada pelo entusiasmo com que conta a todos que sua neta mais velha está estudando tanto! Vó Júlia, apesar de nunca ter entendido porque eu vim pra Campinas se podia estudar em São Paulo, sempre achou a biologia linda, e me achava muito importante por fazer mestrado.
Agradeço à Sil, pela empolgação constante com a minha profissão, e por ter me dado um irmãozinho que eu amo tanto!
À minha família de modo geral, obrigada por existirem, por me apoiarem e por me ajudarem a ser a pessoa que sou hoje.
Às lindas Shiba e Mell, pelo carinho, companheirismo e amor incondicionais. Obrigada por terem trazido mais alegria às nossas vidas!
À adorada Marlies, pela paciência infinita, pelo exemplo de ser humano e por entender minhas limitações. Obrigada pela oportunidade de estar ao seu lado por todos esses anos e por ser muito mais que uma orientadora pra mim.
Agradeço aos meus contemporâneos de lab, André, Pietro, Mao, Jef, Pedro, Vini, Lori, Marina, Felipe, Coquinho, Camila, João e demais agregados, pela acolhida quando comecei, pela convivência, pela amizade, pela paciência, pelas discussões, pela ajuda nos campos, nos projetos, nas prévias... Agradeço também ao Leo, pela convivência durante esses anos, pelas ajudas estatísticas e no campo e pelas fotos maravilhosas! Em especial, agradeço ao Vini, que foi (e ainda é!) meu coorientador e companheiro de projetos, ideias e campos, e, sem dúvida, a pessoa mais animada com meu trabalho!
magníficos!
Agradeço ao Klaus pela oportunidade e por ter me recebido em seu laboratório e em sua casa na Alemanha! Agradeço também à Sarah, ao Sebastian e demais pessoas que me ajudaram num país tão diferente e maravilhoso!
Agradeço à Pri, por ter encontrado o melhor método de contar minhas amostras de pólen! Obrigada também por ter me dado a chance de nos tornarmos amigas! Você é muito importante na minha vida!
À Carine, por ter me ajudado a contar todo aquele pólen!! Obrigada pela paciência e dedicação! À Kayna, Marina, Vini, Coquinho, Pedro e Leandro, pela oportunidade de participar da organização do I Simpósio Brasileiro de Polinização!
Aos queridos Júlio e Mateus, pela amizade e companheirismo desde sempre! À Ale, Déia e demais amigos do CEAK, pela oportunidade de servir e aprender sempre, e pela amizade que ultrapassa as barreiras da Casa e dessa vida.
A todas as pessoas com quem eu já morei, pela oportunidade de convívio. Agradeço especialmente aos meus atuais companheiros de casa, Daniel, Deba, Douglas e Mano.
Obrigada pela paciência com a minha bagunça, principalmente nessa reta final, pelo ambiente harmonioso e pela amizade que construímos.
A todo o pessoal de Picinguaba: Eurico, Joselino e demais ajudantes de campo, pela ajuda na coleta de dados e por me acompanharem nas estradas de Ubatuba; a toda a equipe do Parque, pela compreensão com a nossa presença e por todo o auxílio; e à Eliane, Manuel, Pedro e demais amigos da Betânia, pelo ambiente tranquilo e pela assistência sempre que precisávamos!
Aos professores e colegas que tive na graduação e no mestrado! Obrigada pelos ensinamentos e pelas discussões mais do que significativas! À Yara, por toda ajuda técnica que já precisei. Ao Programa de Pós Graduação em Biologia Vegetal, em especial à Roseli, pela paciência com minhas dúvidas e por facilitar muito a minha vida com as burocracias no geral!
Agradeço aos membros da pré banca, Isa, João, Kayna e Vini pelas contribuições mais do que proveitosas!
À FAPESP pelo auxílio com a viagem para a Alemanha e ao CNPq pela bolsa concedida.
pólen é seu vetor de gametas masculinos e alimento para visitantes florais. Uma possível solução para esse dilema é a heteranteria - presença de estames de diferentes tamanhos em uma só flor. Essa diferença de tamanho pode evidenciar funções diferentes. Uma hipótese para essas diferentes funções é a divisão de trabalho, em que os estames grandes seriam os de polinização e os pequenos, os de alimentação. Porém, ainda não se sabe o papel desses estames e de outros elementos florais na atração de polinizadores em espécies da família Melastomataceae. O presente estudo teve como objetivo entender como a morfologia e a biologia floral estão relacionadas à função reprodutiva de duas espécies de Melastomataceae,
Tibouchina granulosa e Tibouchina pulchra, e ao comportamento de seus visitantes florais.
Para verificar se havia preferência por algum elemento floral, realizamos testes de preferência entre tratamentos com flores manipuladas, utilizando como modelo suas principais abelhas polinizadoras, Bombus morio e Xycolopa frontalis. Para determinar a função da heteranteria do ponto de vista das espécies de planta, fizemos experimentos de dinâmica de liberação de pólen para as duas espécies, utilizando dois tratamentos diferentes, “acumulado” e “efeitos de remoção”, controlando, assim, o efeito da visitação em relação à liberação do pólen. As abelhas polinizadoras mostraram preferência apenas frente a flores com pétalas, indicando que as mesmas são essenciais para a atração dos polinizadores à longa distância. Do mesmo modo, as abelhas polinizadoras apenas conseguem discernir o recurso a curta distância, por meio da vibração das anteras. Em relação à dinâmica de liberação de pólen, verificamos que a disponibilidade de pólen varia ao longo da antese e aumenta em ambas as espécies de
Tibouchina, significando que a porção de pólen disponível às 1100h é maior do que às 0700h,
por exemplo. Em relação aos dois tipos de antera, os resultados mostraram que a taxa de liberação de ambas os tipos nas duas espécies de plantas é semelhante proporcionalmente, porém, as anteras grandes liberam quantidade maior de pólen do que as pequenas. Podemos concluir que a divisão de trabalho não ocorre do ponto de vista dos polinizadores, sendo que a pétala é o elemento floral responsável pela visita dos mesmos às flores. Nas espécies do nosso estudo, a divisão de trabalho ocorre apenas no nível de dinâmica de liberação de pólen, sendo uma divisão de trabalho do tipo sensu strictu.
vector of male gametes and food to floral visitors. A possible solution to this dilemma is the heterantery - presence of stamens of different sizes in one flower. This size difference can mean different functions. One hypothesis for these different functions is the division of labor, in which large stamens would be pollination stamens and small, feeding stamens. However, the role of these stamens and other floral elements in pollinator attraction of Melastomataceae species it is not known. This study aimed to understand how the morphology and floral biology are related to the behavior of floral visitors and reproductive function of two species of Melastomataceae, Tibouchina granulosa and Tibouchina pulchra. To verify if there was a preference for some floral element, we conduct preference tests among manipulated flowers, using as models its main pollinating bees, Bombus morio and Xycolopa frontalis. To
determine the function of heterantery on the point of view of plant species, experiments of pollen dynamics were conducted for both species, using two different treatments,
"cumulative" and "removal effects", controlling the effect of visitation on pollen release. The pollinators showed a preference just across from flowers with petals, indicating that these are essential for attract bees at long distance. Similarly, the pollinating bees just can discern the resource at short distance, through the vibration of the anthers. Regarding the pollen
dynamics, we found that pollen availability varies throughout anthesis and increases in both species Tibouchina, meaning that the portion of pollen available at 1100h is greater than 0700h, for example. For the two types of the anther, the results showed that the release rate of both types in both plant species is similar in proportion; however, larger anthers release
greater amounts of pollen than small ones. We can conclude that the division of labor does not occur from the point of view of pollinators, because the petal is the floral element responsible for the visits of the bees. In the species in our study, the division of labor occurs only in the level of pollen dynamics, being a division of labor of the type sensu strictu.
CAPÍTULO 1 ... 14 Resumo ... 15 Introdução ... 15 Material e métodos ... 18 Resultados ... 21 Discussão ... 29 CAPÍTULO 2 ... 35 Resumo ... 36 Introdução ... 36 Material e métodos ... 38 Resultados ... 44 Discussão ... 48 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 55
INTRODUÇÃO GERAL
As angiospermas se adaptaram tendo flores como os órgãos responsáveis pela sua reprodução. Em uma flor hermafrodita, as estruturas femininas produzem e protegem os óvulos, enquanto as masculinas produzem o pólen, vetor dos gametas masculinos. A maioria das Angiospermas depende de animais para realizarem a sua polinização. Sendo imóveis, elas necessitam de intermediários para realizar sua reprodução sexuada e garantir a continuação da prole (Willmer, 2011). Mas por que os animais visitam as flores? Geralmente essa interação, por parte do polinizador, é realizada para satisfazer necessidades de alimentação, imediata ou de sua prole. As flores também podem ser usadas como abrigo ou para atrair parceiros
sexuais. Assim, as plantas oferecem esses recursos, ou recompensas, para o visitante em troca do serviço de polinização (Agostini et al., 2014). O principal desses recursos é o pólen, que também é o vetor de gametas masculinos.
Dentre as diversas estratégias evolutivas que flores de pólen podem adotar para satisfazer as necessidades de alimentação do polinizador e as suas próprias necessidades de reprodução, destaca-se a heteranteria, presença de dois tipos de verticilos de estames com diferenças significativas de tamanho. A heteranteria está presente em diversas famílias de angiospermas, sendo frequente na família Melastomataceae (Luo et al., 2009). Essa diferença de tamanhos entre anteras de uma mesma flor pode ser uma possível explicação para a
hipótese de divisão de trabalho entre anteras. A divisão de trabalho foi testada no nível de viabilidade polínica, tamanho dos grãos de pólen e deposição diferencial no corpo do visitante (Luo et al., 2008; Vallejo-Marín et al., 2009). Porém, não há estudos no nível da dinâmica de liberação de pólen, que consiste em estudos das alterações da quantidade do pólen nas anteras ao longo da antese da flor.
Para obter pólen ou qualquer outro recurso floral, os visitantes utilizam-se de sinais presentes nas flores, os quais indicam possibilidade de recurso (Chittka & Thomson, 2001). Essa percepção dos visitantes é mediada por processos cognitivos como instinto e
aprendizado, os quais são essenciais na tomada de decisão de visitar uma flor, de cujas características o visitante pode ter experiência prévia (Brito et al., 2014). Em flores cujos estames são heteromórficos, a percepção dos visitantes florais pode ser diferenciada em relação aos tipos de anteras, podendo existir uma divisão de trabalho por parte do visitante (Vallejo-Marín et al., 2009). A hipótese de divisão de trabalho entre anteras, primeiramente
testada pelos irmãos Müller, assume que existem estames destinados à polinização das plantas e estames destinados à alimentação das abelhas visitantes (Müller, 1882, 1883). Isso é válido para espécies com estames de alimentação conspícuos e amarelos (Luo et al., 2008; Vallejo-Marín et al., 2009), mas não se sabe ao certo se o comportamento das abelhas polinizadoras é semelhante em flores com estames com coloração semelhante às das pétalas.
O presente estudo teve como objetivo entender como a função reprodutiva de duas espécies de Melastomataceae, Tibouchina granulosa e Tibouchina pulchra, e o
comportamento de seus visitantes florais estão relacionados à função da heteranteria de suas anteras. No capítulo 1, tratamos da interação planta –polinizador do ponto de vista das plantas e como a liberação do pólen pode estar relacionada às anteras de diferentes tamanhos. No capítulo 2, procuramos entender se existe uma preferência das abelhas visitantes por algum elemento floral específico, a qual poderia indicar um exemplo de divisão de trabalho entre anteras mediada pelos polinizadores.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Agostini, K., Lopes, A.V., and Machado, I.C. (2014). Recursos florais. In Biologia Da Polinização,.
Brito, V., Telles, F., and Lunau, K. (2014). Ecologia cognitiva da polinização. In Biologia Da Polinização,.
Chittka, L., and Thomson, J.D. (2001). Cognitive Ecology of Pollination: Animal Behaviour and Floral Evolution (Cambridge University Press).
Luo, Z., Zhang, D., and Renner, S.S. (2008). Why two kinds of stamens in buzz-pollinated flowers? Experimental support for Darwin’s division-of-labour hypothesis. Functional Ecology 22, 794–800.
Luo, Z.-L., Gu, L., and Zhang, D.-X. (2009). Intrafloral differentiation of stamens in heterantherous flowers. Journal of Systematics and Evolution 47, 43–56.
Müller, H. (1882). Two Kinds of Stamens with Different Functions in the same Flower. Nature 27, 30.
Müller, F. (1883). Two Kinds of Stamens with Different Functions in the Same Flower. Nature 27, 364–365.
Vallejo-Marín, M., Manson, J.S., Thomson, J.D., and Barrett, S.C.H. (2009). Division of labour within flowers: heteranthery, a floral strategy to reconcile contrasting pollen fates. Journal of Evolutionary Biology 22, 828–839.
CAPÍTULO I
Heteranteria e dinâmica de liberação de pólen em duas espécies de Tibouchina (Melastomataceae)
Fernanda Barão Leite e Marlies Sazima
Departamento de Biologia Vegetal, Unicamp
RESUMO
Flores que oferecem apenas pólen como recurso apresentam um dilema, pois o pólen é tanto o recurso quanto o veículo de gametas masculinos da planta. Uma das soluções para esse dilema seria a heteranteria, a qual pode levar a planta a ter diferentes funções entre as anteras, incluindo a maneira como o pólen é disponibilizado ao visitante. Este estudo teve por objetivo entender a divisão de trabalho em nível da dinâmica da liberação de pólen nas anteras de diferentes tamanhos de Tibouchina granulosa e Tibouchina pulchra e sua relação com a frequência de visitantes. Foram coletados dados sobre as anteras e o pólen e realizados experimentos de dinâmica de pólen com ambas as espécies. Os resultados mostraram que a disponibilidade de pólen varia ao longo da antese e aumenta em ambas as espécies de
Tibouchina, significando que a porção de pólen disponível às 1100h é maior do que às 0700h,
por exemplo. Em relação aos dois tipos de anteras, os resultados mostraram que a taxa de liberação de ambos os tipos nas duas espécies de plantas é semelhante proporcionalmente, porém, as anteras grandes liberam quantidade maior de pólen do que as pequenas. As anteras das espécies de Tibouchina estudadas possuem mecanismos de restrição de pólen, sendo que a dinâmica de pólen evidencia um mecanismo de empacotamento; por outro lado, as anteras poricidas, evidenciam um mecanismo de distribuição. Além disso, a divisão de trabalho ocorre apenas no nível da dinâmica de pólen, pois há diferença no padrão de liberação entre anteras de polinização e de alimentação.
INTRODUÇÃO
Aproximadamente 20.000 espécies de plantas são especializadas em oferecer apenas pólen como recurso (Buchmann, 1983; Willmer, 2011). Com base nesta característica, as flores destas espécies são denominadas de flores de pólen e, ao longo de sua evolução, adaptaram-se à polinização por abelhas que necessitam desse recurso proteico para sua alimentação e/ou alimentação de suas larvas (Westerkamp, 1996). Os grãos de pólen
coletados pelas abelhas são acumulados em estruturas especiais como corbículas e escopas e, neste processo, tornam-se inviáveis para polinização (Lunau et al., 2014). Como grande parte desses grãos é utilizado na alimentação das abelhas e como o pólen não é uma substância renovável, isso cria um dilema evolutivo, uma vez que o pólen é utilizado na reprodução, pois é o veículo dos gametas masculinos (Lunau et al., 2014).
Existem diversos exemplos de como as plantas contornaram esse dilema ao longo da evolução, como: mudança de polinizador (Zung et al., 2015); oferecimento de outros
recursos, como néctar, óleo, perfume ou resina; apresentação do pólen em polínias, como ocorre em orquídeas e várias outras espécies de plantas (Johnson and Edwards, 2000); grãos de pólen espinhosos que dificultam sua coleta pelas abelhas (Lunau et al., 2014); pólen tóxico (Detzel and Wink, 1993; Roulston and Cane, 2000; Praz et al., 2008); locais seguros no corpo do visitante para depositar o pólen, evitando mistura de pólen (Westerkamp and Classen-Bockhoff, 2007); e heteranteria (Luo et al., 2008).
Dentre as diferentes maneiras de contornar esse dilema, destacamos a heteranteria, que é a presença de anteras de diferentes tamanhos em uma mesma flor. Essa característica é bastante comum na família Melastomataceae (Luo et al., 2009), em especial em espécies do gênero Tibouchina. A heteranteria pode oferecer para a planta uma divisão de trabalho dentro da própria flor no nível da viabilidade, da cor ou da deposição de pólen no corpo da abelha (Luo et al., 2008; Vallejo-Marín et al., 2009). A divisão de trabalho, hipótese apresentada por Darwin (1877), pode ser uma explicação para a ocorrência de heteranteria do ponto de vista das plantas (Vallejo-Marín et al., 2009). A diferença de tamanho dos estames poderia evidenciar funções diferentes dentro da flor, sendo que os estames grandes seriam os que contêm pólen utilizado na polinização, ao passo que os estames pequenos conteriam pólen que é utilizado como alimento pelas abelhas; além disso, segundo diversos autores, o pólen contido nos estames grandes teria mais chance de ser depositado nos estigmas de flores conspecíficas, devido à deposição diferencial no corpo do visitante ( Müller 1882, Müller 1883; Luo et al., 2008; Vallejo-Marín et al., 2009). Porém, não há estudos que investigaram se a divisão de trabalho entre anteras de uma mesma flor pode ocorrer em nível da dinâmica de liberação de pólen, ou seja, estudos das alterações da quantidade do pólen nas anteras ao longo da antese da flor. A dinâmica de néctar é bem estudada, tendo vários exemplos na literatura ( Torres and Galetto, 1998; Agostini et al., 2011; Amorim et al., 2012); porém a dinâmica de pólen ainda é uma novidade .
As plantas podem aumentar o sucesso masculino ajustando a estratégia de liberação de pólen de acordo com a abundância e a frequência de polinizadores e com a eficiência na transferência de pólen, por meio de horários de apresentação/remoção do pólen ( Percival, 1955; Li et al., 2013). Esses horários de remoção de pólen podem ser devidos a uma
variedade de atributos florais, como mecanismos de empacotamento e distribuição do pólen, os quais podem atuar na remoção do pólen e favorecer a eficiência da dispersão dos grãos de
pólen e consequentemente a reprodução das plantas ( Lloyd and Yates, 1982; Harder and Thomson, 1989a). Estes dois mecanismos agem de formas diferentes na retirada do pólen.
O mecanismo de empacotamento consiste na divisão do total do pólen nas anteras em unidades separadas (relacionado a dessecamento do pólen – (Bianchi et al., 1959), isto é, o pólen ocorre em porções (“pacotes”), tornando-o disponível aos polinizadores de forma sequencial. Por outro lado, o mecanismo de distribuição é a restrição da quantidade de pólen que o polinizador consegue remover durante uma única visita (Harder and Thomson, 1989a). As anteras poricidas podem ser consideradas como exemplos do mecanismo de distribuição, uma vez que o pólen é removido apenas por movimentos ativos de vibração de determinadas abelhas coletoras desse recurso. Esse tipo de antera pode ter evoluído como um meio de restringir a remoção de pólen de flores sem outro tipo de recurso, como ocorre com a maioria das espécies da família Melastomataceae entre outras famílias de angiospermas (Harder and Barclay, 1994).
O objetivo desse estudo foi entender a divisão de trabalho em nível da dinâmica da liberação de pólen nas anteras de diferentes tamanhos de Tibouchina granulosa e Tibouchina
pulchra e sua relação com a frequência de visitantes. Espera-se que:
1 - a disponibilidade do pólen seja variável ao longo da antese;
2 – exista diferenças na dinâmica de liberação de pólen entre os tipos de anteras, sendo que as anteras pequenas, ou de alimentação, devem liberar o pólen mais lentamente. Isso faria com que as abelhas continuassem visitando as plantas até que todo o pólen das anteras grandes, ou de polinização, fosse disperso;
3 – haja diferenças na liberação do pólen entre as espécies, devido a diferenças no grau de heteranteria. Se a divisão de trabalho é verdadeira, espera-se que, em Tibouchina granulosa, cujo grau de heteranteria é baixo, o estame “grande” libere pólen mais rapidamente que o “pequeno”. Por outro lado, em Tibouchina pulchra, como a heteranteria é alta os estames podem liberar pólen na mesma proporção, pois em termos absolutos o estame grande liberaria mais pólen do que o estame pequeno;
4 – ocorra ajuste entre horários de maior liberação e horários de maior frequência de visitação.
MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo e espécies estudadas
O estudo foi realizado no Núcleo Picinguaba (NP) do Parque Estadual da Serra do Mar, localizado no município de Ubatuba (23º22’ S e 44º48’ W), litoral norte do Estado de São Paulo. A vegetação da área de estudo caracteriza-se como Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas (Veloso, H. P. et al., 1991). O clima da região é tropical chuvoso, apresentando uma estação superúmida de outubro a abril, com precipitação média superior a 200 mm mensais e uma estação menos úmida de maio a setembro, com precipitação média acima de 100 mm mensais (Morellato et al., 2000). A precipitação média anual é de 2.100 mm e a temperatura média anual é cerca de 22ºC (Bencke & Morellato, 2002). O estudo foi realizado durante o pico de floração das espécies de plantas, que compreendeu os meses de janeiro e fevereiro de 2013 e de 2014.
As espécies utilizadas para este estudo foram Tibouchina granulosa (Desr.) Cogn. e
Tibouchina pulchra (Cham.) Cogn.. Ambas as espécies são arbóreas e possuem flores do tipo
aberto (sensu Faegri & Pijl, 1979) e hermafroditas. Ambas possuem estames heteromórficos com anteras de diferentes tamanhos (heteranteria) e poricidas. O único recurso disponível nas flores é o pólen, que somente é retirado por meio de vibração dos estames (“buzz pollination” - Buchmann, 1983). As flores de ambas as espécies abrem por volta de 0500h e duram apenas um dia (Brito & Sazima, 2012; Leite et al., dados não publicados).
Tibouchina granulosa, popularmente conhecida como quaresmeira, possui distribuição
no extremo litoral norte do estado de São Paulo e no estado do Rio de Janeiro (Wanderley et
al., 2005). Tem duas florações por ano, de junho a agosto e de dezembro a março. Suas flores
têm como cor predominante tonalidades de roxo e, conforme a flor envelhece a cor das pétalas torna-se esmaecida. Seu principal polinizador é Xylocopa frontalis, porém também recebe visitas de outras espécies de abelhas, como Bombus morio, Xylocopa brasilianorum,
Eulaema sp. e Epicharis flava (Leite et al., dados não publicados).
Tibouchina pulchra ocorre do estado do Rio de Janeiro até o estado de Santa Catarina
(Wanderley et al., 2005). Sua floração ocorre de novembro a março (Brito & Sazima, 2012). Suas flores são brancas no primeiro dia de antese, mudando gradualmente para tons de rosa nos dias subsequentes ( Pereira et al., 2011; Brito & Sazima, 2012). O principal polinizador dessa espécie é Bombus morio, seguido por Xylocopa brasilianorum, Xylocopa frontalis,
Anteras e pólen
As anteras foram medidas com paquímetro digital, num total de 42 anteras de cada tamanho em Tibouchina granulosa e 96 em T. pulchra. Para verificar a produção de pólen em cada tipo de antera, foram coletadas anteras de Tibouchina granulosa e T. pulchra (n=9 anteras de cada tipo em nove indivíduos diferentes e 12 anteras de cada tipo em doze indivíduos diferentes, respectivamente) em flores recém abertas e ensacadas previamente; posteriormente, as anteras foram fixadas em álcool etílico 70%. A contagem dos grãos de pólen foi feita em microscópio óptico utilizando-se 7µL do total da amostra (0,5 mL). Foi contado todo o pólen presente na lâmina e, posteriormente, estimado o valor obtido para os 0,5mL. A viabilidade polínica (coloração citoplasmática) de Tibouchina granulosa foi testada através do corante carmim acético 1,2 % (Radford et al. 1974), sendo utilizadas 15 flores de cada espécie, de indivíduos diferentes, previamente fixadas em FAA 70%. Como as flores possuem anteras de tamanhos diferentes, utilizamos uma antera de cada tipo por flor. No laboratório, os grãos de pólen foram retirados das anteras e espalhados em um hemocitômetro para a estimativa do número total de grãos. Os dados de viabilidade polínica para T. pulchra foram retirados de Brito & Sazima, 2010. Para análise dos resultados, foi realizada uma ANOVA no software R (R Development Core Team, 2014).
Experimentos de dinâmica de pólen
Para determinar a dinâmica de liberação do pólen de cada espécie, as anteras foram vibradas manualmente por meio de uma escova de dente elétrica de frequência 400 Hz. Para isso, foram utilizadas oito flores para cada 15 indivíduos de cada espécie, em um total de 240 flores. Como as flores possuem estames de dois tamanhos, para lidar com a variação entre anteras dentro da mesma flor, foram utilizadas duas anteras de cada tamanho por flor (n=960 anteras).
Foram coletados ramos com botões em pré-antese e mantidos em recipientes com água no laboratório. No dia seguinte, após a antese desses botões, foram utilizados dois métodos de retirada de pólen. Cada antera foi vibrada até que o pólen cessasse sua liberação (aspecto definido visualmente). Em um dos métodos (“acumulado”), uma flor foi vibrada às 0500h, outra flor às 0700h, uma terceira às 0900h e uma quarta flor às 1100h, sendo fixadas após a
vibração. No outro método (“efeitos de remoção”), foi simulado o efeito da retirada sequencial de pólen pelas abelhas. Neste método foram utilizadas outras quatro flores. Às 0500h foram vibradas as quatro flores e uma delas foi fixada; às 0700h foram vibradas as três flores restantes e uma foi fixada, e assim sucessivamente até às 1100h em que foi vibrada e fixada a última flor (adaptado de Torres & Galetto, 1998). Cada antera foi fixada individualmente em um eppendorf com 0,5mL de álcool etílico 70% e, posteriormente, foi realizada a contagem dos grãos de pólen que permaneceram em cada uma destas anteras utilizando-se o mesmo protocolo acima. Para determinar a quantidade de pólen liberada, foi feita uma subtração entre o pólen produzido e o pólen restante (contado previamente) na antera.
Análise estatística – dinâmica
Foram feitos modelos mistos para avaliar a variação do pólen liberado ao longo do tempo e entre as anteras, separadamente para cada espécie. Como seria esperado um pico de liberação ao longo do dia, a relação da liberação com o tempo foi modelada como uma parábola, sendo que o indivíduo foi o fator aleatório, mudando assim somente os valores fixos dos modelos. Para verificar o efeito desses fatores, foi feita uma seleção de modelos entre os seguintes modelos:
- modelo completo (tempo*antera parábola): considera uma relação em formato de parábola entre a liberação e o tempo e curvas com formato diferente para cada tipo de antera,
- modelo tempo + antera parábola: relação em formato de parábola entre a liberação e o tempo, com alturas diferentes para cada antera, mas com a curva com o mesmo formato,
- modelo tempo + antera: relação linear entre liberação e o tempo, com alturas diferentes para cada antera,
- modelo tempo parábola: relação em formato de parábola entre liberação e o tempo, idênticas para os tipos de anteras,
- modelo tempo: relação linear entre liberação e o tempo, idênticas para os tipos de anteras
- modelo nulo: somente o intercepto.
Utilizamos o Critério de Informação de Akaike (“Akaike information criterion” - AIC) para avaliar a capacidade de previsão de cada modelo e o ΔAIC (a diferença entre o
modelo de AIC para o n-ésimo e o mínimo de AIC entre todos os modelos) para comparar os modelos e selecionar o que melhor se ajusta aos resultados encontrados. Valores de ΔAIC dentro de 0-2 têm um suporte substancial. Todas as análises foram realizadas no software R (R Development Core Team, 2014).
Para testar se havia diferença entre as espécies na discrepância entre as liberações das anteras, comparamos dois modelos: 1- modelo que inclui as observações para ambas as espécies conjuntamente, apenas com a espécie de planta como fator; 2- modelo com fatores sendo a espécie de planta e a interação espécie-tipo de antera. Para cada tratamento (acumulado/”efeitos de remoção”), o modelo usado como base foi o melhor dentre os que tinham melhor explicado para as espécies separadamente.
Observação: zeros e valores negativos representados nos gráficos significam que o pólen liberado real foi maior que a produção média, ou são possíveis erros de contagem.
Abelhas visitantes e frequência
A frequência de visitas das abelhas foi registrada totalizando 42 horas de observações para Tibouchina granulosa e 60 horas para T. pulchra, distribuídas em 6 indivíduos (um por dia) para cada espécie. A frequência relativa de contato com o estigma durante cada visita foi feita por meio de observações focais e de câmeras e o comportamento dos visitantes foi interpretado com base nos registros das câmeras, utilizando o número de visitas/flor como variável resposta. Testamos a relação entre a quantidade de pólen liberado pelos tipos de antera em cada período com o número de visitas por meio de regressão simples.
RESULTADOS
Anteras e pólen
Os tamanhos médios das anteras, produção média de pólen e viabilidades polínicas de ambas as espécies de Tibouchina estão representados na Tabela 1. As anteras grandes e pequenas de Tibouchina granulosa diferiram apenas no tamanho (t = -8.11, gl = 82, p<0.001). Apesar de as anteras grandes produzirem 1.35 vezes mais pólen do que as pequenas, essa diferença não foi significativa (t = -1.172, gl = 15, p=0.26), assim como para a viabilidade
polínica, a qual foi equivalente entre as anteras (t = -0.22, gl = 32, p=0.827). Em T. pulchra, o tamanho das anteras diferiu (t = -35.81, gl = 190, p <0.001), assim como a produção média de pólen (t = -2.075, gl = 23, p=0.049), que foi 1.4 vezes maior nas anteras grandes que nas anteras pequenas; quanto à viabilidade polínica, os resultados entre as anteras são
estatisticamente iguais (Brito & Sazima, 2010). A figura 1 mostra as diferenças de tamanho entre as anteras das duas espécies.
Tabela 1. Tamanho médio das anteras, produção média de pólen e viabilidade polínica das
duas espécies de Tibouchina (resultados mostrados para 7µL).
T. granulosa T. pulchra
Anteras grandes Anteras pequenas Anteras grandes Anteras pequenas Tamanho das anteras (mm) 12,09±0,09 11,01±0,09 17,48±0,13 11,68±0,09 Quantidade de pólen 1135±182 869±125 2109±232 1504±180 Viabilidade polínica (%) 75±5,31 73±5,27 95±6,78 94±7,13
Figura 1. Tamanho comparativo das anteras de Tibouchina granulosa (A) e Tibouchina pulchra (B).
Experimentos de dinâmica de pólen
No tratamento “acumulado”, podemos afirmar que o pólen não coletado nos horários anteriores acumula na antera juntamente com a porção que fica disponível no horário
seguinte. Assim, podemos dizer que a disponibilidade aumenta ao longo da antese (figura 2).
Figura 2. Pólen liberado de Tibouchina granulosa (TG) e T. pulchra (TP) no tratamento
“acumulado” (A). A cor preta representa o pólen liberado das anteras grandes e a cor vermelha, das anteras pequenas.
A_TP A_TG
Para o tratamento “efeitos de remoção”, em ambas as espécies os resultados mostram que a disponibilidade do pólen também aumenta ao longo da antese em uma taxa constante (figura 3). Isso quer dizer que se a porção de pólen disponível às 0500h é totalmente retirada, às 0700h uma outra porção se torna disponível, porém, maior que a primeira. Se esta for totalmente retirada, às 0900h outra porção se torna disponível, sendo maior que a das 0700h. Finalmente, se a porção das 0900 for totalmente retirada, às 1100h outra porção se torna disponível para os visitantes florais.
Figura 3. Pólen liberado de Tibouchina granulosa (TG) e T. pulchra (TP) no
tratamento “efeitos de remoção” (RE). A cor preta representa o pólen liberado das anteras grandes e a cor vermelha, das anteras pequenas.
Em relação ao padrão de liberação de pólen pelas anteras em Tibouchina granulosa, em ambos os tratamentos “acumulado” e “efeitos de remoção”, o modelo que melhor explica a dinâmica de liberação pólen é o modelo tempo + antera, que considera relação linear entre liberação e o tempo, com alturas diferentes para cada antera.
Em T. pulchra houve diferença entre os tratamentos em relação ao padrão de liberação dos grãos de pólen pelas anteras. O modelo que melhor explica os resultados encontrados no tratamento “efeitos de remoção” é o modelo tempo + antera. Por outro lado, o tratamento “acumulado” foi melhor explicado pelo modelo completo, que considera uma relação em formato de parábola entre a liberação e o tempo e curvas com formato diferente para cada tipo de antera (tabela 2).
Tabela 2. Valores de ΔAIC e graus de liberdade referentes aos modelos mistos em
Tibouchina granulosa (TG) e T. pulchra (TP) nos tratamentos “acumulado” (A) e “efeitos de
remoção” (RE).
Modelos
TG_A TG_RE TP_A TP_RE
ΔAIC g.l. ΔAIC g.l. ΔAIC g.l. ΔAIC g.l.
Completo 5.0 8 5.2 8 0.0 8 5,3 8
Tempo + antera parábola 1.3 6 1.4 6 10.4 6 2.0 6
Tempo + antera 0.0 5 0.0 5 8.5 5 0.0 5
Tempo parábola 8.2 5 36.1 5 42.6 5 37.9 5
Tempo 6.9 4 34.5 4 40.7 4 35.9 4
Quando examinamos os tipos de anteras, grandes e pequenas, os resultados nos
mostram que a taxa de liberação de ambos os tipos nas duas espécies de plantas é semelhante, proporcionalmente (Fig. 4), porém, as anteras grandes liberam maior quantidade de pólen, como visto anteriormente nas figuras 2 e 3.
Figura 4. Proporção de pólen liberado em Tibouchina granulosa (TG) e T. pulchra
(TP) nos tratamentos “acumulado” (A) e “efeitos de remoção” (RE). A cor preta representa o pólen liberado das anteras grandes e a cor vermelha, das anteras pequenas.
RE_TP RE_TG
Abelhas visitantes e frequência
As abelhas visitantes de Tibouchina granulosa foram Bombus morio, Epicharis flava,
Eulaema sp., Xylocopa brasilianorum e Xylocopa frontalis. A frequência de visitação destas
abelhas em T. granulosa foi de 6.4 visitas/flor/dia e o pico de visitação foi entre 0700h e 0800h. Xylocopa frontalis é a principal polinizadora desta espécie (Leite et al., dados não publicados). As demais espécies de abelhas, embora sejam menos frequentes, também são polinizadoras. As principais abelhas polinizadoras de Tibouchina pulchra são Xylocopa
brasilianorum, Xylocopa frontalis, Epicharis flava, Eufriesea sp. e Bombus morio. Nesta
espécie de Tibouchina a frequência de visitação foi de 19.2 visitas/flor/dia e o pico de
visitação ocorreu entre 1000h e 1100h. Bombus morio é a principal polinizadora de T. pulchra (Brito & Sazima, 2012). O comportamento das abelhas visitantes é diferente nas duas espécies de Tibouchina. Em T. granulosa, as abelhas agarram os dois verticilos de estames para vibrar, possivelmente devido ao tamanho dos estames ser semelhante. Em T. pulchra, as abelhas polinizadoras agarram e vibram apenas os estames pequenos (ou de alimentação),
provavelmente devido a posição dos estames grandes (ou de polinização), distantes do centro da flor.
Os resultados mostram que há um ajuste marginal entre os horários de maior
disponibilidade do pólen e de maior frequência de visitação apenas para as anteras grandes de
T. pulchra (R2=0.87, F1,2=13.51, p=0.067), como mostrado na figura 5. Para as anteras pequenas dessa espécie, não houve ajuste (R2=0.65, F1,2=3.74, p=0.193).
Figura 5. Correlação entre as visitas e o pólen liberado em Tibouchina pulchra. A cor
DISCUSSÃO
As espécies de Tibouchina deste estudo apresentaram viabilidade do pólen semelhante em suas anteras, o que não era esperado segundo a hipótese de divisão de trabalho,
comprovada em outros estudos ( Müller, 1882; Luo et al., 2008; Vallejo-Marín et al., 2009). Porém, outras espécies de Melastomataceae cujas flores apresentam heteranteria, como
Tibouchina frigidula, Lavoisiera imbricata, Microlicia viminalis e Trembleya parviflora,
também não apresentam diferença de viabilidade do pólen, indicando que este padrão não é incomum na família (dos Santos et al., 2012).
Não houve diferença na quantidade de pólen produzida entre as anteras de Tibouchina
granulosa, mas houve diferença estatística no tamanho das anteras. Por outro lado, em T. pulchra as anteras grandes contem mais pólen que as pequenas, provavelmente devido ao
tamanho das anteras ser discrepante (alto grau de heteranteria). Em relação à dinâmica de pólen, os resultados com as espécies de Tibouchina mostram que o pólen não está totalmente disponível para as abelhas no início da antese. Podemos considerar que o pólen está divido em “porções”, as quais são liberadas por ação dos polinizadores (tratamento “efeitos de
remoção”) ou pela dessecação dos tecidos da antera, devido ao aumento da temperatura e diminuição da umidade no decorrer do dia (Bianchi et al., 1959). Quando não há visitas, situação simulada pelo tratamento “acumulado”, a disponibilidade aumenta ao longo da antese, pois não houve retirada de “porções” de pólen; assim, estas porções permanecem acumuladas, visto que às 1100h há mais pólen disponível do que havia às 0500h. Neste caso, ocorre a possível ação apenas de fatores abióticos, como dessecação das anteras devido ao aumento da temperatura ao longo da manhã. O padrão encontrado pode ser considerado um mecanismo de empacotamento, pois limita a disponibilidade de pólen ao polinizador, reduzindo a probabilidade de todo o pólen ser removido em uma única visita (Harder & Barclay, 1994). Outro exemplo desse processo foi descrito por Baumgratz et al., (1996), que registraram pela primeira vez uma antera poliesporangiada em Melastomataceae em espécie do gênero Microlicia. Esse mecanismo de empacotamento, uma vez que disponibiliza o pólen em porções distintas ao longo da antese, permite que, em qualquer momento, um visitante possa encontrar pólen disponível. Dessa forma, a planta pode manter a função reprodutiva durante toda a antese, principalmente pelo componente masculino (Harder & Thomson, 1989b).
A diferença esperada entre os tipos de anteras na liberação do pólen foi confirmada apenas devido à quantidade diferencial de pólen em T. pulchra. A taxa de liberação entre as
anteras é semelhante, mas a antera grande libera mais em quantidade, dando a impressão de liberar o pólen mais rapidamente. O fato de as anteras pequenas, ou de alimentação, liberarem uma menor quantidade de pólen por intervalo de tempo manteria as abelhas visitando as flores até que todo o pólen das anteras grandes, ou de polinização, fosse disperso, otimizando o sucesso reprodutivo masculino. Porém, esse padrão só ocorre em T. pulchra, que possui alto grau de heteranteria. Para T. granulosa, cujo grau de heteranteria é baixo (anteras grandes e pequenas apresentam tamanhos semelhantes), para que a divisão de trabalho funcione as anteras grandes deveriam liberar pólen mais rapidamente. Assim, não encontramos diferenças significativas entre as espécies no padrão de liberação de pólen.
O ajuste marginal entre horários de maior disponibilidade de grãos de pólen e de maior frequência de visitação somente ocorre para as anteras grandes de T. pulchra. Isso faz com que a maior quantidade de grãos de pólen possível seja retirada dessas anteras. Outros estímulos fisiológicos podem regular a liberação de pólen, além do tamanho da antera; podemos citar diâmetro do poro ou uma possível taxa de dessecação diferencial entre as anteras.
Podemos inferir que a divisão de trabalho nestas espécies de Tibouchina ocorre no nível de função das anteras, ou seja, na dinâmica de liberação dos grãos de pólen. Podemos considerar que a divisão de trabalho pode ser sensu lato ou sensu strictu. Poderíamos
considerar como uma divisão de trabalho sensu lato, o trabalho de Luo et al., (2008), em que há viabilidade, produção de pólen e estrutura polínica diferentes entre os tipos de anteras, e deposição de pólen diferencial no corpo do visitante. Mas provavelmente a maioria dos casos de divisão de trabalho seja do tipo sensu strictu, na qual essa divisão ocorre apenas em algum nível, como simples forma de escapar ao dilema do pólen; nosso sistema de estudo poderia se encaixar nessa categoria. Podemos considerar ainda que as anteras das espécies desse estudo possuem ambos os mecanismos de restrição de remoção de pólen: a dinâmica de pólen evidencia um mecanismo de empacotamento; por outro lado, a antera, sendo poricida, evidencia um mecanismo de distribuição.
Nesse trabalho encontramos que há horários em que o pólen está mais disponível nas anteras, sendo que a liberação aumenta ao longo da antese em uma taxa constante. As anteras grandes e pequenas liberam pólen em uma mesma taxa, porém as grandes liberam mais pólen em quantidade, possivelmente devido ao seu maior tamanho. A dinâmica de pólen é uma novidade e requer mais estudos e mais aprofundamento para se entender melhor a questão.
REFERÊNCIAS
Agostini, K., Sazima, M., and Galetto, L. (2011). Nectar production dynamics and sugar composition in two Mucuna species (Leguminosae, Faboideae) with different specialized pollinators. Naturwissenschaften 98, 933–942.
Amorim, F.W., Galetto, L., and Sazima, M. (2012). Beyond the pollination syndrome: nectar ecology and the role of diurnal and nocturnal pollinators in the reproductive success of Inga
sessilis (Fabaceae). Plant Biology
Baumgratz, J.F.A., Souza, M.L.D.R., Woodgyer, E.M., and Lughadha, E.M.N. (1996). Polysporangiate Anthers: Described for the First Time in Melastomataceae. Kew Bulletin 51, 133.
Bencke, C.S.C., and Morellato, L.P.C. (2002). Comparação de dois métodos de avaliação da fenologia de plantas, sua interpretação e representação. Revista Brasileira de Botânica 25, 269–275.
Bianchi, D.E., Schwemmin, D.J., and Wagner, W.H. (1959). Pollen Release in the Common Ragweed (Ambrosia artemisiifolia). Botanical Gazette 120, 235–243.
Brito, and Sazima, M. (2010). Biologia da polinização, reprodução e genética de duas populações de Tibouchina pulchra Cogn. (Melastomataceae) em gradiente altitudinal no sudeste do Brasil. Dissertação.
Brito, V.L.G., and Sazima, M. (2012). Tibouchina pulchra (Melastomataceae): reproductive biology of a tree species at two sites of an elevational gradient in the Atlantic rainforest in Brazil. Plant Systematics and Evolution 298, 1271–1279.
Buchmann, S.L. (1983). Buzz pollination in Angiosperms. In Handbook of Experimental Pollination Biology, (New York: Scientific and Academic Editions), pp. 73–113.
Darwin (1877). The Different Forms of Flowers on Plants of the Same Species. John Murray, London.
Detzel, A., and Wink, M. (1993). Attraction, deterrence or intoxication of bees (Apis
Faegri, K., and Pijl, L.V.D. (1979). Principles of Pollination Ecology (Elsevier).
Harder, L.D., and Barclay, R.M.R. (1994). The Functional Significance of Poricidal Anthers and Buzz Pollination: Controlled Pollen Removal From Dodecatheon. Functional Ecology 8, 509–517.
Harder, L.D., and Thomson, J.D. (1989a). Evolutionary Options for Maximizing Pollen Dispersal of Animal-Pollinated Plants. The American Naturalist 133, 323–344.
Harder, L.D., and Thomson, J.D. (1989b). Evolutionary Options for Maximizing Pollen Dispersal of Animal-Pollinated Plants. The American Naturalist 133, 323–344.
Johnson, S.D., and Edwards, T.J. (2000). The structure and function of orchid pollinaria. Pl Syst Evol 222, 243–269.
Li, X.-X., Wang, H., Gituru, R.W., Guo, Y.-H., and Yang, C.-F. (2013). Pollen packaging and dispensing: adaption of patterns of anther dehiscence and flowering traits to pollination in three Epimedium species. Plant Biology.
Lloyd, D.G., and Yates, J.M.A. (1982). Intrasexual Selection and the Segregation of Pollen and Stigmas in Hermaphrodite Plants, Exemplified by Wahlenbergia albomarginata (Campanulaceae). Evolution 36, 903–913.
Lunau, K., Piorek, V., Krohn, O., and Pacini, E. (2014). Just spines—mechanical defense of malvaceous pollen against collection by corbiculate bees. Apidologie 46, 144–149.
Luo, Z., Zhang, D., and Renner, S.S. (2008). Why two kinds of stamens in buzz-pollinated flowers? Experimental support for Darwin’s division-of-labour hypothesis. Functional Ecology 22, 794–800.
Luo, Z.-L., Gu, L., and Zhang, D.-X. (2009). Intrafloral differentiation of stamens in heterantherous flowers. Journal of Systematics and Evolution 47, 43–56.
Morellato, L.P.C., Talora, D.C., Takahasi, A., Bencke, C.C., Romera, E.C., and Zipparro, V.B. (2000). Phenology of Atlantic Rain Forest Trees: A Comparative Study. Biotropica 32, 811–823.
Müller, H. (1882). Two Kinds of Stamens with Different Functions in the same Flower. Nature 27, 30.
Müller, F. (1883). Two Kinds of Stamens with Different Functions in the Same Flower. Nature 27, 364–365.
Pereira, A.C., da Silva, J.B., Goldenberg, R., Melo, G.A.R., and Varassin, I.G. (2011). Flower color change accelerated by bee pollination in Tibouchina (Melastomataceae). Flora -
Morphology, Distribution, Functional Ecology of Plants 206, 491–497.
Praz, C.J., Müller, A., and Dorn, S. (2008). Specialized bees fail to develop on non-host pollen: do plants chemically protect their pollen. Ecology 89, 795–804.
R Development Core Team (2014). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria.
Roulston, T.H., and Cane, J.H. (2000). Pollen nutritional content and digestibility for animals. Pl Syst Evol 222, 187–209.
dos Santos, A.P.M., Fracasso, C.M., Luciene dos Santos, M., Romero, R., Sazima, M., and Oliveira, P.E. (2012). Reproductive biology and species geographical distribution in the Melastomataceae: a survey based on New World taxa. Annals of Botany 110, 667–679.
Torres, C., and Galetto, L. (1998). Patterns and implications of floral nectar secretion, chemical composition, removal effects and standing crop in Mandevilla pentlandiana (Apocynaceae). Botanical Journal of the Linnean Society 127, 207–223.
Vallejo-Marín, M., Manson, J.S., Thomson, J.D., and Barrett, S.C.H. (2009). Division of labour within flowers: heteranthery, a floral strategy to reconcile contrasting pollen fates. Journal of Evolutionary Biology 22, 828–839.
Veloso, H. P., Rangel Filho, A. L. R., and Lima, J. C. A. (1991). Classificação da vegetação brasileira, adaptada a um sistema universal (Rio de Janeiro: IBGE).
Wanderley, M. das G.L., Shepherd, G.J., Melhem, T.S., Giulietti, A.M., Martins, S.E., and Kirizawa, M. (2005). Flora fanerogâmica do Estado de São Paulo (RiMa).
Westerkamp, C. (1996). Pollen in Bee-Flower Relations Some Considerations on Melittophily*. Botanica Acta 109, 325–332.
Westerkamp, C., and Classen-Bockhoff, R. (2007). Bilabiate Flowers: The Ultimate Response to Bees? Annals of Botany 100, 361–374.
Willmer, P. (2011). Pollination and Floral Ecology (Princeton University Press).
Zung, J.L., Forrest, J.R.K., Castellanos, M.C., and Thomson, J.D. (2015). Bee- to bird-pollination shifts in Penstemon: effects of floral-lip removal and corolla constriction on the preferences of free-foraging bumble bees. Evol Ecol 29, 341–354.
CAPÍTULO II
Preferências de abelhas pelas estruturas florais de duas espécies de Tibouchina (Melastomataceae)
Fernanda Barão Leite e Marlies Sazima
RESUMO
Recursos florais podem ser reconhecidos pelos visitantes por meio de atrativos os quais sinalizam sua presença. Essa sinalização é percebida, interpretada e retida por meio de processos cognitivos como aprendizagem e memória. Não se sabe ao certo, no entanto, como diferenças entre elementos florais são percebidas pelas abelhas visitantes. Neste trabalho buscamos entender qual o papel das anteras de Tibouchina granulosa e T.pulchra na atração das abelhas polinizadoras. Além disso, o objetivo foi avaliar se o comportamento dos
polinizadores difere frente às anteras de diferentes tamanhos. Para tal, realizamos
experimentos de preferência entre elementos florais, utilizando as abelhas Bombus morio e
Xylocopa frontalis como modelos. Os resultados mostraram que as abelhas apenas apresentam
preferência por flores com pétalas, indicando que estas são essenciais à atração a longa distância. Demonstramos também que um estímulo táctil (vibração) é necessário para que as abelhas reconheçam as características do recurso floral, no caso, o pólen. Além disso, as abelhas estudadas parecem responder melhor a estímulos visuais do lado direito, podendo ser um indício de lateralização. Assim, do ponto de vista dos visitantes florais, não ocorre divisão de trabalho entre anteras, uma vez que as abelhas não são atraídas especificamente por
nenhum verticilo de estames.
INTRODUÇÃO
Abelhas que visitam flores procuram por recursos, geralmente para sua alimentação ou de sua prole (Westerkamp, 1996). Esses recursos podem ser nutritivos (pólen, néctar, óleo, tecidos florais) e não nutritivos (resina, perfume) (Agostini et al., 2014), e para que esses recursos sejam localizados pelas abelhas, a planta precisa sinalizar sua presença de alguma forma. Esses sinais florais, como forma, tamanho, odor e cor são chamados de atrativos e sua função precede a visita (Lunau, 2000). Eles devem ser reconhecidos pelas abelhas que atuam como polinizadoras e, assim, devem estar relacionados com a maneira com que os animais percebem as flores.
Os visitantes florais reagem aos atrativos por meio do instinto e aprendizado, e esta interação é mediada por processos cognitivos. Podemos definir cognição como a capacidade de adquirir, processar, armazenar e utilizar as informações captadas por meio dos sentidos (Brito et al., 2014). Assim, a tomada de decisão de visitar uma flor depende de vários fatores, como as preferências inatas e aprendidas do visitante. Estas últimas estão relacionadas à
memória de características particulares das flores, devido ao fato de muitas vezes o visitante ter experiência prévia. A capacidade de aprendizado dos insetos é muitas vezes subestimada, mas estudos têm demonstrado que a aprendizagem é rápida e sua memória muito boa (Chittka &Thomson, 2001).
A divisão de trabalho, hipótese apresentada por Darwin, 1877, pode ser uma
explicação para a ocorrência de heteranteria do ponto de vista das plantas (Vallejo-Marín et
al., 2009), mas não se sabe como a diferença entre as anteras é percebida pelos visitantes
florais. Essa hipótese, primeiramente explicada pelos irmãos Müller (1882, 1883), nos diz que os estames grandes seriam os que contêm pólen utilizado na polinização, pois o pólen contido nestes estames teria mais chance de ser depositado no estigma. Por outro lado, os estames pequenos conteriam pólen que é utilizado como alimento pelas abelhas (Vallejo-Marín et al., 2009). A hipótese de divisão de trabalho foi testada recentemente por Luo et al., 2008, utilizando como modelo a planta Melastoma malabathricum, espécie da família
Melastomataceae que possui estames pequenos (ou de alimentação) amarelos. Nesse artigo, os autores postulam que as abelhas são atraídas às flores devido à coloração amarela desses estames. Porém, nem todas as espécies desta família possuem estames conspícuos e de coloração diferente das pétalas, entretanto também são visitadas por abelhas do gênero
Xycolopa e Bombus (Brito & Sazima, 2012). Dessa forma, ainda não está claro o papel dos
estames inconspícuos de Melastomataceae na atração das abelhas polinizadoras.
Os modelos de estudos deste trabalho são duas espécies do gênero Tibouchina da família Melastomataceae. Essa família é composta por cerca de 4.500 espécies, concentradas principalmente nas regiões tropicais e subtropicais, onde são conhecidas cerca de 3.000 espécies (Renner, 1993). A maioria das espécies dessa família apresenta anteras com deiscência poricida que, para a retirada de seu pólen, exige comportamento especial das abelhas para retirada de pólen (“buzz pollination”, Buchmann, 1983). Além disso, a maioria das espécies possui flores com hercogamia pronunciada e anteras com tamanhos diferentes, evidenciando a dependência destas plantas de abelhas capazes de realizar a polinização (Buchmann, 1983). Algumas espécies possuem anteras amarelas; outras não, como é o caso das espécies deste estudo que apresentam anteras com cores semelhantes às das pétalas.
Neste capítulo, buscamos entender qual o papel das anteras de Tibouchina granulosa e
T.pulchra na atração das abelhas polinizadoras. Além disso, o objetivo foi avaliar se o
comportamento dos polinizadores difere frente às anteras de diferentes tamanhos. Se a hipótese de divisão de trabalho for verdadeira para os visitantes, espera-se que as abelhas
sejam mais atraídas pelos estames pequenos/de alimentação. Espera-se também que esse padrão seja mais marcante em Tibouchina pulchra devido ao alto grau de heteranteria.
MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo e espécies estudadas
O estudo foi realizado no Núcleo Picinguaba (NP) do Parque Estadual da Serra do Mar, localizado no município de Ubatuba (23º22’ S e 44º48’ W), litoral norte do Estado de São Paulo. A vegetação da área de estudo caracteriza-se como Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas (Veloso, H. P. et al., 1991). O clima da região é tropical chuvoso, apresentando uma estação superúmida de outubro a abril, com precipitação média superior a 200 mm mensais e uma estação menos úmida de maio a setembro, com precipitação média mensal acima de 100 mm (Morellato et al., 2000). A precipitação média anual é de 2.100 mm e a temperatura média anual é cerca de 22ºC (Bencke & Morellato, 2002). As flores de ambas as espécies abrem por volta de 0500h e duram apenas um dia (Brito & Sazima, 2012; Leite et al., dados não publicados). O estudo foi realizado durante o pico de floração das espécies de plantas, que compreendeu os meses de janeiro e fevereiro de 2013 e de 2014.
As espécies utilizadas para este estudo foram Tibouchina granulosa (Desr.) Cogn. e
Tibouchina pulchra (Cham.) Cogn.. Ambas as espécies são arbóreas e possuem flores grandes
e hermafroditas com estames heteromórficos e anteras poricidas de diferentes tamanhos – heteranteria (Fig 1E e 2E). O único recurso disponível nas flores é o pólen, que somente é retirado por meio de vibração dos estames (“buzz pollination” - Buchmann, 1983).
Tibouchina granulosa, popularmente conhecida como quaresmeira, possui distribuição
no extremo litoral norte do estado de São Paulo e no estado do Rio de Janeiro (Wanderley et
al., 2005). Esta espécie apresenta duas florações por ano, de junho a agosto e de dezembro a
março e suas flores têm como cor predominante tonalidades de roxo, mas conforme a flor senesce o colorido das pétalas torna-se esmaecido. Seu principal polinizador é a abelha
Xylocopa frontalis, porém também recebe visitas de outras espécies como, Bombus morio, Xylocopa brasilianorum, Eulaema sp. e Epicharis flava (Leite et al., dados não publicados).
Tibouchina pulchra ocorre do estado do Rio de Janeiro até o estado de Santa Catarina
(Wanderley et al., 2005). A floração desta espécie ocorre de novembro a março (Brito & Sazima, 2012) e as flores são brancas no primeiro dia, mudando gradualmente para tons de
rosa nos dias subsequentes (Brito et al., 2015). O principal polinizador dessa espécie é a abelha Bombus morio, seguida por Xylocopa brasilianorum, Xylocopa frontalis, Epicharis
flava e Eufriesea sp. (Brito & Sazima, 2012).
Experimentos de preferência
Foram realizados experimentos de preferência em campo, utilizando os principais polinizadores de ambas as espécies como modelo para o teste (Bombus morio e Xylocopa
frontalis). Para avaliar qual o principal elemento floral atrativo, foram feitos testes par a par
com flores manipuladas (Fig. 1 e 2), a saber (adaptado de Luo et al., 2008):
A – flor somente com estames grandes (= de polinização) (EG): nesse tratamento foram retirados os estames pequenos;
B – flor somente com estames pequenos ( = de alimentação) (EP): nesse tratamento foram retirados os estames grandes;
C – flor sem estames (SE): nesse tratamento foram retirados todos os estames;
D – flor sem pétalas (SP): nesse tratamento foram retiradas apenas as pétalas para controlar o efeito das pétalas na visita;
Figura 1. Tratamentos em flores de Tibouchina pulchra. A - flor somente com estames
grandes/polinização (EG); B – flor somente com estames de pequenos/alimentação (EP); C – flor sem estames (SE); D – flor sem pétalas (SP); E – flor completa (CO).
A
B
Figura 2. Tratamentos em flores de Tibouchina granulosa. A - flor somente com estames
grandes/de polinização (EG); B – flor somente com estames pequenos/de alimentação (EP); C – flor sem estames (SE); D – flor sem pétalas (SP); E – flor completa (CO).
A
B
No início do dia, ensacamos flores intactas para serem utilizadas nas manipulações. Essas flores foram apresentadas às abelhas duas a duas, de 28 a 35 vezes para cada par de tratamentos (alternando os lados), com auxílio de um bastão de PVC. O bastão consiste em um cano de PVC de 1 metro de comprimento e as flores eram colocadas a 20 centímetros distantes uma da outra (adaptado de Thomson 1988). Quando as abelhas visitavam flores na parte superior da copa, uma extensão de 1 metro, adaptada no bastão, era utilizada para alcançá-las. O bastão era posicionado próximo da abelha que se aproximava de alguma flor na planta, sendo que as flores manipuladas eram colocadas equidistantes da abelha, de forma que a abelha ocupasse uma posição central do bastão (Fig. 3). As apresentações foram feitas entre 05h30 e 10h00, ou até diminuir a frequência de visitação. Foi possível coletar dados de 35 apresentações por dia, aproximadamente, sendo que os tratamentos eram apresentados alternadamente. A cada 10 apresentações, as flores eram substituídas por outras flores, previamente ensacadas e intactas, nas quais realizávamos os tratamentos. As peças florais foram retiradas com o auxílio de uma pinça. Os experimentos foram realizados tentando utilizar indivíduos de abelhas diferentes a cada apresentação.
Figura 3. Posição do bastão em relação à abelha polinizadora ao visitar flor de Tibouchina granulosa. A flor do lado esquerdo é do tratamento CO (flor completa) a do direito é SP (flor
As visitas foram caracterizadas de três maneiras distintas, visando contemplar os possíveis comportamentos das abelhas perante os diferentes tratamentos nas flores (adaptado de Schmitt & Bertsch, 1990):
- Aproximação: a abelha se aproxima da flor, mas não pousa;
- Pouso: a abelha se aproxima e pousa na flor, mas não vibra os estames; - Vibração: a abelha se aproxima, pousa e vibra os estames.
Análise de dados
Para testar a preferência das abelhas em relação aos diferentes tratamentos, foi feito um modelo linear generalizado com distribuição binomial. Foi realizado um teste contra o intercepto para cada par de tratamentos, para verificar se havia preferência. Para os casos em que foi possível, ou seja, quando houve contraste entre as plantas e os visitantes, foi feito um modelo incluindo as espécies de planta e de visitantes para testar se havia diferença na preferência nesses casos. Para todos os casos, foi utilizada a correção de Bonferroni (p=0.005). Para testar a diferença nas proporções dos comportamentos para as diferentes escolhas, foi realizado um qui-quadrado de contingência. As análises estatísticas foram feitas com o auxílio do software R (R Development Core Team, 2014).
RESULTADOS
Experimentos de preferência
Os resultados apresentados a seguir são referentes aos dados das duas espécies de plantas, Tibouchina granulosa e T. pulchra, e das principais abelhas polinizadoras, Xylocopa
frontalis e Bombus morio, analisadas conjuntamente.
No teste “flor completa” (CO) vs. “flor sem estames” (SE), as abelhas aparentemente não diferenciam entre esses dois tratamentos (p>0.005), uma vez que escolheram 24 vezes CO e 28 vezes SE. No teste CO vs. “flor somente com estames grandes” (EG), também não houve preferência (p>0.005), pois as abelhas visitaram CO 29 e EG 28 vezes. Quando apresentado EG vs. “flor somente com estames pequenos” (EP), as abelhas escolheram EG 35 vezes, contra 20 de EP. Porém, mesmo assim, a diferença não foi significativa (p>0.005). No teste EG vs. SE, não houve preferência (p>0.005), visto que as abelhas visitaram 29 vezes EG e 26 vezes SE. Quando apresentado EP vs. CO, as abelhas visitaram CO 27 vezes e EP 25
vezes, demonstrando também não ter preferência nesse caso (p>0.05). No teste EP vs. SE, as abelhas escolheram SE 28 vezes, contra 22 vezes EP. Porém essa diferença não foi significativa (p>0.005), o que indica que esses dois tratamentos também não são diferenciados pelas abelhas.
Nos testes envolvendo o tratamento “flor sem pétalas” (SP) as abelhas mostraram preferência (p<0.005). No caso de CO vs. SP, as abelhas visitaram CO 52 vezes, contra apenas uma visita em SP. Quando apresentado EG vs. SP, as abelhas escolheram EG 46 vezes, contra apenas cinco escolhas em SP. No teste EP vs. SP, EP foi visitada 48 vezes, enquanto SP foi visitada somente cinco vezes. Por fim, quando apresentado SE vs. SP, o tratamento SE foi visitado 53 vezes, enquanto o de SP apenas três vezes. Um dos resultados destes testes e avaliando a proporção de visitas em cada um dos tratamentos (Fig. 4) é que as abelhas não demonstraram preferências especiais entre os tratamentos CO, EG, EP e SE, uma vez que o número de visitas é semelhante ou a diferença de visitas entre os tratamentos não é significativa. Outro resultado para ressaltar é que as abelhas mostraram nítida preferência pelos outros tratamentos quando comparamos em relação às visitas a flores SP (Fig. 4).
Figura 4. Porcentagem de visitas das abelhas Xylocopa frontalis e Bombus morio em
cada tratamento para Tibouchina granulosa e T. pulchra. De acordo com os resultados das visitas os tratamentos formam dois grupos (a – CO, EG, EP e SE; b – SP), sendo que as abelhas não diferenciam as flores entre os tratamentos do grupo a, apenas diferenciam as flores do grupo a em relação ao grupo b.
Lateralização
O número de vezes que as abelhas escolheram flores da direita foi maior do que flores da esquerda (p<0.05). Porém, a preferência pelo lado direito foi menor do que a preferência pelos tratamentos florais, o que significa que a diferença observada foi real, independente das abelhas visitarem preferencialmente a flor da direita. Além disso, a preferência pelo lado direito foi maior nos tratamentos CO vs. SE e CO vs. EP, os quais as abelhas não distinguiam muito bem, como mostrado na figura 4.
Tipos de visitas
Quando comparamos o tipo de visita das abelhas frente aos diferentes tratamentos, foi verificado que existe diferença significativa (p<0.05). Em Tibouchina granulosa as abelhas apresentaram mais visitas com vibração no tratamento CO do que nos outros tipos de visitas (aproximação e pouso). Em EG e EP, a proporção de visitas com vibração foi semelhante, sendo que em ambos os tratamentos houve poucos pousos. No tratamento SE, a maioria das visitas foi somente a aproximação, enquanto que o tratamento SP somente recebeu visitas com vibração (Fig. 5). Em T. pulchra, a maioria das visitas em CO foi do tipo vibração. O tratamento EG apresentou proporções similares de visitas de aproximação, pouso e vibração, e EP apresentou um pouco mais visitas de vibração. O tratamento SE, assim como em T.
granulosa, obteve a maioria das visitas somente com aproximação, e o tratamento SP recebeu
a maioria das visitas com vibração (Fig. 6). É interessante notar que as abelhas vibraram as anteras do tratamento SP por mais tempo (aproximadamente o dobro) do que os outros tratamentos.
Figura 5. Proporção de tipos de visitas em relação a cada um dos tratamentos em Tibouchina granulosa. Os números indicam o total de visitas em cada tratamento.
Figura 6. Proporção de tipos de visitas em relação a cada um dos tratamentos em Tibouchina pulchra. Os números indicam o total de visitas em cada tratamento.
