Tree-Dwelling Ants: Contrasting Two Brazilian Cerrado Plant Species without Extrafloral Nectaries

Ants dominate vegetation stratum, exploiting resources like extrafloral nectaries (EFNs) and insect honeydew. These interactions are frequent in Brazilian cerrado and are well known, but few studies compare ant fauna and explored resources between plant species. We surveyed two cerrado plants without EFNs, Roupala montana (found on preserved environments of our study area) and Solanum lycocarpum (disturbed ones). Ants were collected and identified, and resources on each plant noted. Ant frequency and richness were higher on R. montana (67%; 35 spp) than S. lycocarpum (52%; 26), the occurrence of the common ant species varied between them, and similarity was low. Resources were explored mainly by Camponotus crassus and consisted of scale insects, aphids, and floral nectaries on R. montana and two treehopper species on S. lycocarpum. Ants have a high diversity on cerrado plants, exploring liquid and prey-based resources that vary in time and space and affect their presence on plants

The butterflies (Lepidoptera, Papilionoidea) of the University Campus Darcy Ribeiro (Distrito Federal, Brasil)

O cerrado brasileiro, considerado o segundo maior bioma do país em extensão territorial, encontra-se atualmente constituído apenas por fragmentos de vegetação que em conjunto representam menos de 20% de sua vegetação original. Neste trabalho nós investigamos a fauna remanescente de borboletas em fragmentos de cerrado sensu stricto e mata ciliar do campus universitário Darcy Ribeiro. No total foram encontradas 128 espécies correspondendo a aproximadamente 25% da fauna de borboletas do Distrito Federal. Alguns fatores que afetam a riqueza de espécies de borboletas nas áreas de estudo são também discutidos.The Brazilian cerrado, the second largest bioma in this country, is now constituted only by fragments of vegetation that together correspond to less than 20% of its original vegetation. This study investigates the butterfly fauna found in fragments of cerrado sensu stricto and gallery forest of the University Campus Darcy Ribeiro. A list containing 128 butterfly species, corresponding to approximately 25% of all Papilionoidea found in the Distrito Federal is presented. Some factors affecting the species richness of butterflies in the study sites are also discussed

Effects of different fire regimes in the Cerrado ant community

Disturbance has been increasingly recognized as a structuring force in nature. Fire is an important feature of many xeric and seasonal ecosystems, where it maintains habitat structure and allows the persistence of local populations. The Cerrado is a Neotropical savanna characterized by frequent burning, but changes in the fire regime threaten the conservation of this biome. Exclusion of fire causes a shift in vegetation, benefitting trees and eventually resulting in a forest. Intensification of fires benefits grasses, and can be detrimental to Cerrado organisms adapted to the natural fire regime. The development of appropriate fire management strategies is essential, but this task is hindered by the lack of scientific information on the effects of fire on Cerrado organisms. Ants are ubiquitous in tropical ecosystems and are responsive to changes in the habitat, thus ideal for studying disturbance impacts. We assessed how the ant community changed between fire regimes in a Cerrado of Central Brazil. Fire treatments were maintained for 15 years over 150 ha of typical cerrado vegetation. Fire frequency effects were tested comparing plots subjected to fire suppression (C0) or mid-season fires every four (M4) or two years (M2). The latter was also compared to early-season (E2) and late-season (L2) plots, assessing the effects of the burning period. We used baited pitfall traps to collect ants from the soil (epigaeic) and vegetation (arboreal) in four blocks containing all five regime treatments. We evaluated changes in species richness and composition of the ant community and made parallels with changes in vegetation structure. Also, we compared the number of ant species among potential management strategies with varying levels of fire regime diversity and evaluated the contribution of fire diversity in overall ant diversity with additive partitioning. We collected a total of 165 ant species from 4,480 records. There was significantly less ant species in fire-suppressed sites, but among fire-treated sites, no difference was detected irrespective of frequency or period of burning. Meanwhile, community composition changed sharply between treatments, especially at fire frequency comparison, where both arboreal and epigaeic species composition changed between C0, M4 and M2 plots. Comparing period levels, though, there was a significant separation between E2, M2 and L2 plots only for epigaeic species. Contrasting potential management strategies, we found significantly more species when dissimilar fire regimes were combined, highlighting the importance of fire regime diversity in maximizing biological diversity. The results of the additive partition reinforce this idea, as 42% of the total diversity was due to turnover between fire treatments. Fire-suppressed sites support less ant species, nevertheless they are important to forest-associated species. High frequency fires, like M2 or L2, maintain the savanna structure and allow the persistence of open-habitat species. In this sense, we advocate for the use of prescribed burning in Cerrado preserved areas. Furthermore, an appropriate fire management should have some level of regime diversity in order to maintain habitat variability and maximize conservation of species.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoMestre em Ecologia e Conservação de Recursos NaturaisDistúrbios têm recebido crescente reconhecimento como importantes fatores estruturantes da natureza. O fogo é importante em ambientes xéricos e sazonais, mantendo a estrutura do habitat e as populações locais. O Cerrado é uma savana Neotropical sujeita a queimadas freqüentes, porém mudanças no regime de fogo ameaçam a conservação deste bioma. A exclusão do fogo beneficia árvores e eventualmente transforma a vegetação numa floresta. Por outro lado, a intensificação das queimadas beneficia gramíneas e pode ser danoso a espécies adaptadas a regimes mais brandos. Portanto é fundamental desenvolver estratégias apropriadas de manejo do fogo, porém a falta de informação sobre os efeitos do fogo são um empecilho. Formigas são importantes em ambientes tropicais e respondem a mudanças no habitat, ideais para o estudo de impactos ambientais. Nós registramos mudanças na comunidade de formigas entre áreas de Cerrado submetidas a diferentes regimes de fogo. Os efeitos da freqüência de queimadas foram testados entre parcelas protegidas do fogo (C0) e parcelas queimadas no meio da estação seca a cada quatro (M4) ou dois (M2) anos. Este último foi também comparado com parcelas bianuais queimadas no início (E2) ou fim da estação seca (L2), testando os efeitos do período de queima. Nós utilizamos armadilhas de queda com isca para coletar formigas no solo (epigéicas) ou na vegetação (arbórea) em quatro blocos cada um com os cinco tratamentos de fogo. Nós testamos mudanças na riqueza e composição de espécies de formigas entre os tratamentos, com paralelos às mudanças na estrutura da vegetação. Também avaliamos o número de espécies de formigas resultantes de estratégias potenciais de manejo com grau variado de dissimilaridade de regimes de fogo. Com partição aditiva da diversidade avaliamos a contribuição da diversidade de regimes à diversidade total de formigas. Coletamos 165 espécies de formigas num total de 4.480 registros. Áreas não queimadas tiveram riqueza de espécies significativamente menor que áreas queimadas, porém nenhuma diferença foi observada entre os tratamentos de fogo, independente da freqüência ou período. Já a composição da comunidade diferiu marcadamente entre diferentes freqüências, já que tanto o estrato epigéico quanto o arbóreo mostraram separação na composição. Já entre diferentes períodos de queima, houve separação significativa somente para o estrato epigéico, com alta sobreposição de espécies arbóreas entre E2, M2 e L2. Contrastando estratégias potenciais de manejo encontramos mais espécies quando regimes mais dissimilares eram combinados, ressaltando a importância da diversidade de histórico de fogo para a diversidade biológica. Os resultados da partição reforçam esta idéia, já que a troca de espécies entre regimes de fogo contribuiu com 42% da diversidade total de formigas. Áreas protegidas do fogo continham menos espécies de formigas, porém são importantes para espécies florestais. Regimes de alta freqüência de fogo, como M2 ou L2, mantém a estrutura savânica do habitat e permitem a persistência de espécies de ambientes abertos. Assim, o uso de queimadas controladas em áreas preservadas de Cerrado deve ser estimulado, porém estratégias apropriadas de manejo devem ter algum nível de diversidade de histórico de fogo, mantendo ambientes variados e maximizando a conservação de espécies

Ground-dwelling ant diversity in the Cerrado: hierarchical drivers across spatial scales

To understand why certain regions differ in the number and identity of occurring species is one of the major goals in ecology and biogeography, representing both a theoretical challenge and an urgent conservation need. This thesis aims at studying the patterns of diversity (alpha) and dissimilarity (beta) of ground-dwelling ants in the Cerrado savannas. These patterns were analyzed at different spatial scales, since the assembly of communities depend on ecological and evolutionary factors that operate at hierarchical spatial and temporal scales. In the first chapter of this thesis the species density and diversity (abundance-independent) were calculated at four spatial scales and then modelled by factors related to one of four general hypotheses: i) species-energy; ii) heterogeneity; iii) geographical/historical factors; and iv) local factors. The results show that localities with higher net primary productivity (species-energy hypothesis) are associated to higher diversity of species, since favorable climate lead to lower rates of local extinctions and, thus, more species in the regional banco. On the other hand, the species in the banco are filtered by edaphic characteristics (local factors hypothesis) that control ant abundances. In the second chapter the patterns of compositional dissimilarity (beta diversity) and its components of turnover (species replacement) and nestedness (dissimilarity due to richness differences) were analyzed across five spatial scales that vary in terms of spatial grain (spatial resolution of the sampling unit) and extent (spatial dispersion of samples). The patterns found were then related, in each scale, to five environmental factors: i) species banco sizes; ii) heterogeneity in topography; iii) heterogeneity in the structure of the vegetation; iv) presence of closed habitat vegetation; and v) sand content in the soil. As expected, beta diversity was highest at the smallest spatial scale and decreased with increasing scale, showing a further increase at the largest spatial scale. More species in the regional banco resulted in lower nestedness and higher turnover, the latter being also negatively affected by the amount of sand in the soil. The influence of these factors, however, reduced with increasing scale, being accompanied by an increase in the importance of heterogeneity in vegetation structure. This point to a greater importance of species sorting processes at larger spatial scales. The studies of the present thesis demonstrate the importance of incorporating spatial scale in the analysis of biodiversity patterns, since scale determine the relative importance of the ecological and evolutionary factors that generate these patterns. Understanding how these factors interact is, thus, fundamental to appropriately design conservation strategies that counter the effects of the global biodiversity crisis.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoUFU - Universidade Federal de UberlândiaTese (Doutorado)Compreender por que determinadas regiões diferem em número e identidade de espécies é um dos principais objetivos da ecologia e biogeografia, representando tanto um desafio teórico como uma urgente necessidade na biologia da conservação. Esta tese tem por objetivo estudar os padrões de diversidade (alfa) e de dissimilaridade (beta) de formigas de solo no Cerrado. Estes padrões foram analisados em diferentes escalas espaciais, pois a montagem de comunidades depende de fatores ecológicos e evolutivos que operam em escalas espaço-temporais hierárquicas. No primeiro capítulo desta tese a densidade de espécies e a diversidade (independente da abundância) foram calculadas em quatro escalas espaciais, sendo então modeladas por fatores que remetem a uma dentre quatro hipóteses: i) espécies-energia; ii) heterogeneidade; iii) fatores históricos e geográficos; e iv) fatores locais. Os resultados mostram que locais com maior produtividade primária (hipótese de espécies-energia) estão associados a uma maior diversidade de espécies, pois climas favoráveis levam a menores taxas de extinção e, logo, a um maior banco regional. Os resultados indicam ainda que as espécies do banco são possivelmente filtradas por características do solo (hipótese de fatores locais), por meio de um controle da abundância de formigas. No segundo capítulo foi analisada a dissimilaridade composicional (beta diversidade) e seus componentes de troca (substituição de espécies entre amostras) e aninhamento (mudança composicional devido a diferenças de riqueza). Estas métricas foram calculadas em cinco escalas que variam em termos de grão (resolução da unidade amostral) e extensão (dispersão espacial das amostras). Os padrões encontrados foram relacionados, em cada escala, a cinco fatores: i) diferenças no banco de espécies; ii) heterogeneidade topográfica; iii) heterogeneidade da estrutura da vegetação; iv) presença de vegetação densa; e v) quantidade de areia no solo. Conforme esperado a beta diversidade (e seus componentes) foi maior em escalas espaciais menores, diminuindo em escalas intermediárias; inesperadamente, porém, os valores aumentaram novamente na maior escala. Maiores bancos de espécies resultaram em menor aninhamento e maior troca, esta também sendo negativamente afetada pela quantidade de areia no solo. A influência do banco de espécie de formigas de solo, no entanto, diminuiu com o aumento da escala, e a heterogeneidade da vegetação foi o principal determinante dos padrões de troca e aninhamento em maiores escalas, indicando uma maior importância de processos de alocação de espécies. Os estudos que compõem esta tese mostram a importância de considerar a escala espacial ao analisar padrões de biodiversidade, já que ela determina a importância relativa dos fatores ecológicos e evolutivos que geram esses padrões. Compreender como diferentes fatores interagem através de escalas é, portanto, fundamental para que medidas eficazes de conservação sejam aplicadas para remediar a crise global de biodiversidade

Alta diversidade de formigas em cerrado com perturbação intermediária de fogo (High ant diversity in cerrado with intermediate fire disturbance)

<p>We sampled epigaeic ants with pitfall traps in five areas with different fire regime histories. The richness of ants did not vary between treatments, but the density of species (number of species per pitfalltrap) was significantly different between treatmens when rare species (singletons) were excluded. We found a humpback fashion with the relation between ant richness along the disturbance gradient, with few species density in control and high intensity burning plots, while in low-intensity fire plots had greater ant diversity.</p

Data from: Revisiting the pyrodiversity-biodiversity hypothesis: long-term fire regimes and the structure of ant communities in Neotropical savannas

1. The idea that variable fire regimes (pyrodiversity) may increase habitat heterogeneity and, consequently, increase biodiversity at the landscape level is a relatively old one. However, this idea has been recently challenged by studies showing that the biota of fire-prone ecosystems is so resilient to fire that variation in fire regime has little ecological consequences. 2. We evaluated how communities of ants – a dominant faunal group – differ with variation in the frequency and seasonal timing of fire in Brazilian Cerrado (savanna), a global biodiversity hotspot. We compared the number and composition of ant species foraging on the ground and in trees among experimental treatments with three fire frequencies (unburned for 37 years and burned every 2 or 4 years for the past 16 years) and three seasonal timings (early, mid and late dry season) of fire with a biennial frequency. 3. There were no significant differences in ant species richness in trees, and there were no significant differences in the richness of ground-dwelling ants among plots burned at different times of the dry season. However, unburned plots had fewer ground-dwelling ant species than those burned at 2 or 4 year intervals. We detected marked differences in species composition across regimes varying in both the frequency and the timing of fire, which were related to fire-induced changes in vegetation structure. Over 40% of the overall ant species richness recorded in our study site was attributed to differences in species composition among fire treatments. 4. Synthesis and applications. Our study shows that Cerrado ant diversity at the landscape scale is promoted by a diversity of fire regimes, and therefore supports the validity of the pyrodiversity–biodiversity hypothesis for the Cerrado biome. Our findings suggest that the current policy of fire suppression in Cerrado protected areas has a negative effect on overall biodiversity and therefore should be reconsidered

Tree_Ants_Cerrado_Fire_2014

Matrix of absolute frequency of each tree-dwelling ant species collected in 20 experimental fire plots

Ground_Ants_Cerrado_Fire_2014

Matrix of absolute frequency of each ground-dwelling ant species collected in 20 experimental fire plots