Interactions etween ants, fruits and seeds in the cerrado : the role of ants in the biology of seeds and seedlings

Orientador: Paulo Sergio Moreira Carvalho de OliveiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Nosso conhecimento a respeito dos sistemas de dispersão de sementes tem aumentado consideravelmente nos últimos anos. Um número crescente de estudos tem mostrado que a regeneração de plantas é freqüentemente muito mais complexa do que pensávamos, incluindo vários agentes ao longo de etapas subseqüentes do processo de dispersão de sementes. Por exemplo, formigas podem rearranjar a sombra de sementes que cai ao solo, o que pode influenciar as probabilidades de transição do estágio de semente para plântula durante o recrutamento. Neste trabalho reportamos informações mostrando que formigas são importantes agentes de dispersão secundária de sementes na maior savana da América do Sul, o cerrado. Formigas interagiram com diásporos caídos de muitas plantas dispersas primariamente por vertebrados frugívoros. Formigas freqüentemente limparam as sementes da polpa dos frutos, o que aumentou sua germinação. As sementes de Erythroxylum pelleterianum (Erythroxylaceae), Xylopia aromatica (Annonaceae) e Miconia rubiginosa (Melastomataceae) são dispersas primariamente por aves, mas a maior parte de seus frutos cai ao solo sob a planta-mãe. Formigas removeram grande parte destes diásporos caídos, e promoveram dispersão direcionada a microsítios ricos em nutrientes onde houve maior sobrevivência de plântulas, como demonstrado para E. pelleterianum. Contudo, este benefício por vezes foi alcançado à custa de perdas significativas de sementes para formigas granívoras, como em Xylopia aromatica. Aves são responsáveis pela dispersão de sementes a longas distâncias e colonização de novos sítios, enquanto formigas rearranjam a sombra de sementes numa escala menor, depositando-as em sítios onde a sobrevivência das plântulas é aumentada. Embora a maioria das formigas foi generalista em relação às características dos diásporos, formigas cortadeiras mostraram algumas preferências, especialmente por diásporos ricos em carboidratos. Nós sugerimos que estas preferências podem ser devidas às defesas químicas da folhagem de plantas do cerrado, que forçariam as formigas a depender de frutos carnosos para o cultivo de fungo no interior dos ninhos. Finalmente, nós mostramos que as interações formiga-diásporo são suscetíveis a efeitos de borda, que diminuem os benefícios obtidos por plantas dispersas secundariamente por formigas. Esta informação é especialmente relevante, uma vez que o cerrado está sendo convertido para agricultura a taxas alarmantes e efeitos de borda não haviam sido reconhecidos para o cerrado até o momentoAbstract: Our knowledge about seed dispersal systems has been improved considerably in the last few years. An increasing number of studies has shown that the process of plant regeneration is often much more complex than we realize, including several different agents across subsequent steps of seed dispersal. For instance, ants may reshape the seed shadow after seeds fall to the ground, and this may influence the transition probabilities from seed to the seedling stage in plant recruitment. Here we report data showing that ants are important agents of secondary seed dispersal in the largest South American savanna, the cerrado. Ants interacted with fallen diaspores of many plants primarily dispersed by vertebrate frugivores. Ants often cleaned the seeds from fruit matter, what increased seed germination. The seeds of Erythroxylum pelleterianum (Erythroxylaceae), Xylopia aromatica (Annonaceae) and Miconia rubiginosa (Melastomataceae) are primarily dispersed by birds, but most fruits fall to the ground under the parent tree. Ants removed a considerable number of fallen diaspores of these plants, and provided directed dispersal to nutrient-enriched microsites where seedling survival was increased, as shown for E. pelleterianum. However, this benefit sometimes is attained at the cost of significant seed loss to granivorous ants, as in the case of Xylopia aromatica. Birds are likely responsible for long-distance dispersal and colonization of new patches, while ants reshape the seed shadow at a finer scale, delivering seeds to specific sites where seedling survival is more likely. Although most ant taxa were generalist in relation to diaspore traits, leaf-cutter ants showed a preference pattern for some diaspores, particularly carbohydrate-rich ones. We suggest that such preference may be driven by the chemically-protected plant leaves of the cerrado, which would constrain leaf-cutter ants to rely on fleshy fruits for fungus culturing inside their nests. Finally, we showed that ant-diaspore interactions are susceptible to edge effects, which decrease benefits obtained by plants secondarily dispersed by ants. This information is particularly relevant, since the cerrado is currently being converted to cropland at an alarming rate, and so far edge effects had not been recognized in the cerradoDoutoradoEcologiaDoutor em Ecologi

Eficácia de medidas de similaridade para a classificação de séries temporais associadas ao comportamento fenológico de plantas

Orientadores: Luiz Camolesi Júnior, Ricardo da Silva TorresDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de TecnologiaResumo: Fenologia é o estudo de fenômenos naturais periódicos e sua relação com o clima. Nos últimos anos, tem se apresentado relevante como o indicador mais simples e confiável dos efeitos das mudanças climáticas em plantas e animais. É nesse contexto que se destaca o e-phenology, um projeto multidisciplinar envolvendo pesquisas na área de computação e fenologia. Suas principais características são: o uso de novas tecnologias de monitoramento ambiental, o fornecimento de modelos, métodos e algoritmos para apoiar o gerenciamento, a integração e a análise remota de dados de fenologia, além da criação de um protocolo para um programa de monitoramento de fenologia. Do ponto de vista da computação, as pesquisas científicas buscam modelos, ferramentas e técnicas baseadas em processamento de imagem, extraindo e indexando características de imagens associadas a diferentes tipos de vegetação, além de se concentrar no gerenciamento e mineração de dados e no processamento de séries temporais. Diante desse cenário, esse trabalho especificamente, tem como objetivo investigar a eficácia de medidas de similaridade para a classificação de séries temporais sobre fenômenos fenológicos caracterizados por vetores de características extraídos de imagens de vegetação. Os cálculos foram realizados considerando regiões de imagens de vegetação e foram considerados diferentes critérios de avaliação: espécies de planta, hora do dia e canais de cor. Os resultados obtidos oferecem algumas possibilidades de análise, porém na visão geral, a medida de distância Edit Distance with Real Penalty (ERP) apresentou o índice de acerto mais alto com 29,90%. Adicionalmente, resultados obtidos mostram que as primeiras horas do dia e no final da tarde, provavelmente devido à luminosidade, apresentam os índices de acerto mais altos para todas as visões de análiseAbstract: Phenology is the study of periodic natural phenomena and their relationship to climate. In recent years, it has gained importance as the more simple and reliable indicator of effects of climate changes on plants and animals. In this context, we emphasizes the e-phenology, a multidisciplinary research project in computer science and phenology. Its main characteristics are: The use of new technologies for environmental monitoring, providing models, methods and algorithms to support management, integration and remote analysis of data on phenology, and the creation a protocol for a program to monitoring phenology. From the computer science point of view, the e-phenology project has been dedicated to creating models, tools and techniques based on image processing algorithms, extracting and indexing image features associated with different types of vegetation, and implementing data mining algorithms for processing time series. This project has as main goal to investigate the effectiveness of similarity measures for the classification of time series associated with phenological phenomena characterized by feature vectors extracted from images. Conducted experiments considered different regions containing individuals of different species and considering different criteria such as: plant species, time of day and color channels. Obtained results show that the Edit Distance with Real Penalty (ERP) distance measure yields the highest accuracy. Additionally, the analyzes show that in the early morning and late afternoon, probably due to light conditions, it can be observed the highest accuracy rates for all views analysisMestradoTecnologia e InovaçãoMestre em Tecnologi

Avian foraging behavior on Miconia rubiginosa (Melastomataceae) in Cerrado fragment, São Paulo

Birds of 11 species were observed feeding on fruits of Miconia rubiginosa (Bonpl.)DL between February and March 1985 in Itirapina cerrado, State of São Paulo, Brazil. The feeding strategies of birds with regards to fruit use, and the role of the fruits as food resources for the birds in cerrado are analyzed.9710

Leaf life span, nitrogenous and phenolic compunds in trees and lianas from a Cerrado fragment in the Itirapina experimental station in São Paulo

Orientador: Claudia Regina Baptista HaddadTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Árvores e lianas possuem diferentes estratégias de alocação de recursos durante o ciclo fenológico. As lianas são componentes florísticos importantes e parte significativa das espécies de florestas tropicais, mas ainda pouco estudadas no Bioma Cerrado. A duração do ciclo de vida foliar de diferentes espécies reflete sua adaptação ao habitat, bem como as concentrações de certos compostos orgânicos nitrogenados, que influenciados por fatores ambientais estão relacionados com o crescimento vegetativo. Entre os elementos minerais o nitrogênio é um dos mais limitantes em plantas e sua conservação é dependente da sua disponibilidade no ambiente. O reaproveitamento do nitrogênio é mensurado pela eficiência de reaproveitamento do nitrogênio, pela eficiência no uso do nitrogênio e pela proficiência de reaproveitamento de nitrogênio. A baixa disponibilidade do nitrogênio no solo é determinante para sua conservação, mas muitas espécies vegetais conservam esse nutriente apresentando folhas com alta longevidade. Embora as lianas e árvores do presente trabalho ocorram no mesmo ambiente, presume-se que os índices relativos à conservação do nitrogênio sejam menores nas lianas, quando comparados aos das espécies arbóreas, já que alguns autores verificaram que lianas possuem um sistema vascular e radicular mais eficiente que os das árvores, o que pode possibilitar uma aquisição mais eficiente de nutrientes minerais. Além disso, as lianas ocorrem com freqüência em áreas florestais perturbadas, onde árvores são derrubadas, onde há abundância da quantidade de luz e serrapilheira (fonte de N disponível no solo). Compostos fenólicos normalmente são encontrados em maiores concentrações em espécies com folhas longevas. Esses compostos exercem papel de defesa contra herbívoros e patógenos. A concentração desses compostos é influenciada pelo balanço carbono/nutriente nos tecidos vegetais, bem como por fatores climáticos. A hipótese que norteia a presente pesquisa é a existência de diferentes estratégias fisiológicas apresentadas por árvores e lianas no que diz respeito aos índices de conservação do nitrogênio, investimento em estruturas vegetativas (longevidade foliar, massa foliar por área, e diâmetro basal do fuste) e concentrações de compostos fenólicos e nitrogenados. Os objetivos deste trabalho foram: 1- Relacionar os índices de conservação do nitrogênio a aferições biométricas (longevidade foliar, massa foliar por área e diâmetro do fuste à altura de 30 cm) e concentração foliar de compostos fenólicos e nitrogenados nas espécies de árvores e lianas; 2- Verificar se há diferenças entre as árvores e lianas quanto aos aspectos acima mencionados e 3- Investigar o efeito da estacionalidade sobre as concentrações de compostos fenólicos e nitrogenados em folhas desses dois grupos de plantas. O trabalho foi conduzido em duas épocas distintas (seca e chuvosa) em um fragmento de cerrado denso, conhecido como Valério, na Estação Experimental de Itirapina, no estado de São Paulo. O diâmetro basal dos caules das espécies estudadas correlacionou-se negativamente com a massa foliar por área. Comparando-se os diâmetros basais de lianas e árvores verificou-se que as primeiras apresentaram caules mais finos, o que poderia indicar um maior investimento de compostos orgânicos na parte aérea dessas plantas. Apresentaram também uma menor massa foliar por área, provavelmente indicando a existência de sistemas radiculares e de transporte mais eficientes do que nas árvores, ou estratégias diferentes de distribuição de matéria orgânica nos dois grupos funcionais, ou, ainda, maior síntese de compostos estruturais de carbono nas espécies arbóreas, o que explicaria a maior concentração de compostos nitrogenados nas folhas de lianas. As lianas apresentaram o menor desempenho na conservação do nitrogênio. Esse desempenho das lianas pode estar relacionado à maior concentração desse elemento nas folhas maduras dessas plantas. Quando se compara as duas épocas analisadas, verifica-se que os compostos nitrogenados aumentaram na época chuvosa, paralelamente ao aumento de fenóis totais. Como a época chuvosa é também a época mais quente na região estudada, a combinação de maior disponibilidade de água e temperaturas mais altas pode ter propiciado um aumento no sistema de absorção e transporte de nitrato na planta, que se refletiu na maior concentração de aminoácidos. É possível que tenha havido aumento suficiente na concentração de aminoácidos precursores para sustentar os aumentos nas sínteses de proteínas e fenóis nesse período. O aumento da concentração de taninos condensados na época seca pode estar relacionado com efeitos da amplitude térmica diária sobre o metabolismo desses compostos ou com aumento de herbivoria no período seco, resultando na maior produção de taninos pelas plantasAbstract: Trees and lianas present different strategies for allocating resources during the phonological cycle. Whereas Lianas are important floristic components and account for a significant number of rainforest species, few studies have been conducted in the Cerrado (a savanna like vegetation) biome. The duration of the leaf life span in different species reflects both its adaptation to the habitat, and the concentrations of certain organic nitrogen-containing compounds, which are influenced by environmental factors and are related to vegetative growth. Nitrogen is one of the most limiting mineral elements in plants, and its conservation depends on its availability in the environment. Nitrogen resorption is measured by nitrogen resorption efficiency, nitrogen use efficiency, and by nitrogen resorption proficiency. The low availability of nitrogen in the soil is a determining factor for its conservation, but many plant species preserve this nutrient with leaves that present a long life span. Although the lianas and trees from this research work share the same environment, it is assumed that the parameters related to nitrogen conservation are lower in the lianas when compared to those of the woody species, as some authors have verified that lianas present a more efficient vascular and root system than that of trees, which might provide them with a more efficient absorption of mineral nutrients. Moreover, lianas frequently occur in disturbed forest areas where trees are torn down, and there is an abundance of light and litterfall (a N source available on the soil). Larger concentrations of phenolic compounds are normally found in species whose leaves present a long life span. Such compounds protect these species against herbivores and pathogens. The concentration of these compounds is influenced by the carbon-nitrogen balance in plant tissues, as well as by climatic factors. The hypothesis that guides this research work is the existence of different physiological strategies presented by both trees and lianas regarding nitrogen conservation mechanisms, investment in vegetative structure (leaf life span, leaf life ratio, and basal diameter of the stem), and concentrations of phenolic and nitrogencontaining compounds. This research work aimed at: 1- Relating nitrogen conservation mechanisms to biometric measurements (leaf life span, leaf life ratio, and basal diameter of the stem at 30 cm high), and to the leaf concentration of phenolic and organic nitrogen-containing compounds in tree and liana species; 2- Establish differences between trees and lianas regarding the aforementioned aspects, and; 3- Investigate the effect of seasonal changes on the concentrations of phenolic and organic nitrogen-containing compounds in the leaves of both kinds of plants. This research work was conducted in two different seasons (dry and rainy) in a fraction of a dense cerrado area known as Valério, at the Itirapina Experimental Station, in the state of São Paulo, Brazil. The researched species presented a negative correlation between the basal diameter of the stems and the leaf mass area. Comparison of the basal diameters of both lianas and trees showed that lianas have thinner stems and a lower leaf mass area, indicating a more efficient vascular and root system than that of trees, or different strategies for distribution of organic compounds in both kinds of plants, or a higher synthesis of structural carbon compounds in the tree species, which could explain the greater concentration of nitrogen-containing compounds in liana leaves. Lianas presented lower performance in nitrogen conservation. Such a performance may be related to the greater concentration of nitrogen in mature liana leaves. Comparison of the two analyzed seasons shows that in the rainy season there was an increase in the concentration of nitrogenous compounds, as well as an increase in the contents of phenolic compounds. Since the rainy season is also the hottest in the research area, the combination of larger availability of water and higher temperatures may have caused an increase in the absorption and transportation system of nitrate in the plants, which reflected in a greater concentration of amino acids. There may have been a sufficient increase in the concentration of precursor amino acids to sustain the increase in protein and phenol synthesis during this period. The increase in the concentration of condensed tannins in the dry season may be related to the effects of the daily temperature range on the metabolism of these compounds, or to the increase in herbivory during the dry seasonDoutoradoDoutor em Biologia Vegeta

Estudo comparativo de técnicas de screening para avaliação da atividade anti-bacteriana de extratos brutos de espécies vegetais e de substâncias puras

In this work, the effectiveness of four screening techniques (three techniques of the diffusion method and one microdilution broth method) were compared. Evaluated were the ethanolic and dichloromethanic extracts of Miconia rubiginosa (Melastomataceae) against six standard bacteria (ATCC). The results showed statistical disagreement among the three diffusion techniques. Among the diffusion techniques, the well technique displayed the best result. However the microdilution broth method demonstrated to be the most adequate method to evaluate the antibacterial activity of plant crude extracts and pure compounds when compared to the other methodologies

Estrutura etária das principais populações arbóreas em uma área de cerradão na Fazenda Canchim, São Carlos, SP

Foi analisada, na área de Cerradão da Fazenda Canchim (EMBRAPA/UEPAE),São Carlos, SP, a estrutura etária das principais espécies arbóreas. Xylopia aromatica(Lam.) Mart., Pterodon emarginatus Vog., Vochysia tucanorum (Spreng.) Mart., Ocoteapulchella Mart., Virola sebifera Aubl. e Miconia rubiginosa (Aubl.) DC. apresentaramtendência ao crescimento de forma a atingir um novo estado de equilíbrio dentro da comunidade.Anadenanthera falcata Spreng. apresenta di…culdade de regeneração. A populaçãode Qualea grandi‡ora Mart. se encontra em declínio, o que foi evidenciado pelo não estabelecimentode indivíduos jovens

Spatio-Temporal Vegetation Pixel Classification by Using Convolutional Networks

Plant phenology studies rely on long-term monitoring of life cycles of plants. High-resolution unmanned aerial vehicles (UAVs) and near-surface technologies have been used for plant monitoring, demanding the creation of methods capable of locating, and identifying plant species through time and space. However, this is a challenging task given the high volume of data, the constant data missing from temporal dataset, the heterogeneity of temporal profiles, the variety of plant visual patterns, and the unclear definition of individuals' boundaries in plant communities. In this letter, we propose a novel method, suitable for phenological monitoring, based on convolutional networks (ConvNets) to perform spatio-temporal vegetation pixel classification on high-resolution images. We conducted a systematic evaluation using high-resolution vegetation image datasets associated with the Brazilian Cerrado biome. Experimental results show that the proposed approach is effective, overcoming other spatio-temporal pixel-classification strategies

Miconia rubiginosa var. cinerea Cogn.

Las Marias, in sylvis ad TabonucoFil: Ariza Espinar. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal; Argentin

Miconia rubiginosa var. glabrior Cogn.

Las Marias, in sylvis ad TabonucoFil: Ariza Espinar. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal; Argentin