Formigas em bromélias : efeitos em cascata sobre a diversidade de artrópodes, ciclagem de nutrientes e ecofisiologia das plantas hospedeiras

Orientadores: Gustavo Quevedo Romero, Paulo Sérgio Moreira Carvalho de OliveiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: O efeito top-down mais comumente associado no delineamento de comunidades e de redes tróficas é a predação. Predadores podem consumir suas presas, mas também sua presença no ambiente pode alterar a morfologia, o comportamento e o uso do habitat pelas presas. Estudos ecológicos têm considerado a identidade dos predadores e seu tamanho corporal como relevantes na determinação das suas funções nos ecossistemas. Uma vez que mais de 80% dos animais tem ciclos de vida em mais de um ecossistema, predadores que se alimentam destes organismos podem causar cascatas tróficas inter-ecossistemas. Plantas da família Bromeliaceae estão entre as mais utilizadas como abrigo para formigas na região Neotropical e, possuindo tanque, essas plantas são ocupadas por inúmeros organismos terrestres e aquáticos, muitos dos quais possuem ciclos de vida complexos e fazem conexões inter-ecossistemas. Uma vez que a formiga Odontomachus hastatus estabelece seus ninhos nas raízes das bromélias Vriesea procera e Quesnelia arvensis, enquanto as formigas Gnamptogenys moelleri e Camponotus crassus estabelecem seus ninhos nas folhas dessas bromélias-tanque, estas espécies de formigas podem alterar a diversidade de metazoários nos ecossistemas terrestre e aquático das bromélias por meio da predação. Como consequência, essas formigas podem causar cascatas tróficas inter-ecossistemas e interferir em processos ecossistêmicos nas bromélias (e.g., ciclagem de nutrientes e sua disponibilidade para as plantas). No presente estudo, fizemos coletas em campo e desenvolvemos experimentos em casa de vegetação e em campo utilizando métodos isotópicos e fisiológicos para averiguar, no primeiro capítulo, como a identidade de cada uma das espécies de formigas contribuiu para a nutrição e desenvolvimento de suas plantas hospedeiras por meio dos rejeitos dos ninhos. No segundo capítulo, investigamos o efeito da formiga O. hastatus sobre a diversidade de metazoários aquáticos e terrestres presentes nas bromélias V. procera em três diferentes localidades da Mata Atlântica. No terceiro capítulo, investigamos o efeito das três espécies de formiga sobre a diversidade aquática de metazoários, sobre o processamento dos detritos no tanque das bromélias e a ciclagem de nutrientes dos detritos para as bromélias. Nossos resultados demostram que as formigas, especialmente O. hastatus, afetam a diversidade de metazoários aquáticos, e alteraram apenas a composição de metazoários terrestres. Odontomachus hastatus foi a espécie que mais contribuiu para a nutrição e desenvolvimento das bromélias por meio dos detritos dos ninhos presentes nas raízes, enquanto C. crassus favoreceu o processamento da matéria orgânica e o fluxo de nitrogênio dos detritos para as bromélias via tanqueAbstract: The most commonly top-down effect associated in designing communities and food webs is predation. Predators can consume their prey, but their presence in the environment can alter the morphology, behavior and habitat use by prey. Ecological studies have considered the identity of predators and their body size in determining their roles in ecosystems. Since more than 80% of animals have complex life cycles in more than one ecosystem, predators that feed on these organisms can cause cross-ecosystem cascade effects. Bromeliaceae are among the most common plants used as a shelter for ants in the Neotropics and also are occupied by numerous terrestrial and aquatic metazoans, which many of them have complex life cycles. Since Odontomachus hastatus, Gnamptogenys moelleri and Camponotus crassus establish their nests in Vriesea procera and Quesnelia arvensis, they may change the diversity of species in terrestrial and aquatic bromeliad ecosystems through predation. As a result, these ants can cause cross-ecosystem effects and may change ecosystem processes in bromeliads (e.g., nutrient cycling and nutrient availability for plants). In this study, we surveyed in the field and developed greenhouse and field experiments using isotopic and physiological methods to investigate, in the first chapter, how each ant species contributes to the nutrition and development of its host plant through nest debris. In the second chapter, we investigated the effect of O. hastatus on the terrestrial and aquatic diversity of metazoans in V. procera bromeliads at three different localities of the Atlantic Forest. In the third chapter, we investigated the effect of the three ant species on the aquatic diversity of metazoans, on the detritus processing and nutrient cycling from detritus to bromeliads. Our results demonstrate that ants, especially O. hastatus, affected the diversity of aquatic metazoans, and O. hastatus contributed more to the nutrition and development its host bromeliads (Vriesea procera and Quesnelia arvensis) through nest debris. On the other hand, C. crassus favored the processing of organic matter and nitrogen flow from detritus to Q. arvensis bromeliads through the tankDoutoradoEcologiaDoutor em Ecologia2011/10137-88377/12-0FAPESPCAPESCNP

Contribution of animals to the nutritional ecology of bromeliads : stable isotopes 'ANTPOT.15 N' and physiological responses

Orientador: Gustavo Quevedo RomeroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Inúmeros organismos vivem associados a plantas da família Bromeliaceae e rejeitos derivados desses organismos (e.g., fezes e detritos vegetais) podem contribuir para a nutrição das bromélias. A aranha Psecas chapoda (Salticidae) habita Bromelia balansae, Ananas comosus e Aechmea distichantha (Bromelioideae) em uma grande extensão geográfica. Dependendo da estrutura da roseta e dos tricomas absorventes, estas bromélias podem absorver mais ou menos nitrogênio derivado da aranha. A obtenção de nitrogênio pode variar de acordo com o período do ano (e.g., seco vs. chuvoso) e também devido à presença de microorganismos associados às folhas das bromélias. No presente estudo utilizamos métodos isotópicos e fisiológicos para responder as seguintes questões: (1) a aranha contribui para a nutrição e crescimento de B. balansae, An. comosus e Ae. distichantha? (2) quais respostas fisiológicas (i.e., concentrações de clorofilas, carotenóides e proteínas solúveis) as plantas apresentam por ganharem nitrogênio derivado da aranha? (3) existe variação sazonal na absorção de nitrogênio proveniente das aranhas? (4) as bactérias associadas à filosfera de B. balansae facilitam a absorção de nutrientes por estas plantas? Nossos resultados mostraram que P. chapoda favorece nutricionalmente suas três bromélias hospedeiras. Entretanto, nossos resultados indicam que o mutualismo entre aranhas e bromélias é sazonalmente restrito gerando resultados condicionais. A variação interespecífica na obtenção de nitrogênio ocorreu provavelmente devido às diferentes performances e rotas fotossintéticas de cada espécie. Enquanto B. balansae parece utilizar nitrogênio para crescimento, Ae. distichantha aparentemente acumula nitrogênio para condições de estresse nutricional. Adicionalmente, mostramos que plantas com densidade natural de bactérias acumularam 57% mais proteínas solúveis e cresceram 13% mais do que as bromélias que tiveram a abundância de bactérias reduzidas com antibióticos. Estes resultados sugerem pela primeira vez que bactérias aceleram a ciclagem de nutrientes na filosfera e podem favorecer nutricionalmente estas plantasAbstract: Many organisms live associated with Bromeliaceae plants and materials derived from these organisms (e.g., faeces and plant debris) may contribute to bromeliad nutrition. The spider Psecas chapoda (Salticidae) lives in Bromelia balansae, Ananas comosus and Aechmea distichantha (Bromelioideae) in a large geographic extent. Depending on the structure of the rosette and trichomes, these bromeliads may absorb more or less nitrogen derived from spiders. The acquisition of nitrogen may vary according to the seasons (e.g., dry vs. wet) and also due to the presence of microorganisms associated with bromeliad leaves. In this study we used physiological and isotopic methods to answer the following questions: (1) Do spiders contribute to the nutrition and growth of B. balansae, An. comosus and Ae. distichantha? (2) Which physiological responses (i.e., chlorophylls, carotenoids and soluble protein concentrations) the plants have by receiving nitrogen from spiders? (3) Is there seasonal variation in the absorption of nitrogen from spiders? (4) Do bacteria associated with B. balansae phyllosphere facilitate nutrient absorption by these plants? Our results showed that P. chapoda nutritionally improve their three host plants. However, our results indicate that this mutualism is seasonally restricted generating conditional outcomes. The interespecific variation in nitrogen acquisition occurred probably due to different performances and photosynthetic routes of each plant species. While B. balansae appear to use nitrogen for growth, Ae. distichantha apparently accumulate nitrogen for nutritional stress conditions. Additionally, we showed that plants with natural density of bacteria accumulated 57% more soluble proteins and grew 13% more than bromeliads that had their abundance of bacteria reduced with antibiotics. These results suggest for the first time that bacteria accelerate nutrient cycling in the phyllosphere and may nutritionally favor these plantsMestradoEcologiaMestre em Ecologi

Spider-fed bromeliads: seasonal and interspecific variation in plant performance

Background and Aims Several animals that live on bromeliads can contribute to plant nutrition through nitrogen provisioning (digestive mutualism). The bromeliad-living spider Psecas chapoda (Salticidae) inhabits and breeds on Bromelia balansae in regions of South America, but in specific regions can also appear on Ananas comosus (pineapple) plantations and Aechmea distichantha. Methods Using isotopic and physiological methods in greenhouse experiments, the role of labelled ((15)N) spider faeces and Drosophila melanogaster flies in the nutrition and growth of each host plant was evaluated, as well as seasonal variation in the importance of this digestive mutualism. Key Results Spiders contributed 0.6 +/- 0.2% (mean +/- s.e.; dry season) to 2.7 +/- 1% (wet season) to the total nitrogen in B. balansae, 2.4 +/- 0.4% (dry) to 4.1 +/- 0.3% (wet) in An. comosus and 3.8 +/- 0.4% (dry) to 5 +/- 1% (wet) in Ae. distichantha. In contrast, flies did not contribute to the nutrition of these bromeliads. Chlorophylls and carotenoid concentrations did not differ among treatments. Plants that received faeces had higher soluble protein concentrations and leaf growth (RGR) only during the wet season. Conclusions These results indicate that the mutualism between spiders and bromeliads is seasonally restricted, generating a conditional outcome. There was interspecific variation in nutrient uptake, probably related to each species` performance and photosynthetic pathways. Whereas B. balansae seems to use nitrogen for growth, Ae. distichantha apparently stores nitrogen for stressful nutritional conditions. Bromeliads absorbed more nitrogen coming from spider faeces than from flies, reinforcing the beneficial role played by predators in these digestive mutualisms.Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[07/57300-5]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[04/13658-5]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[05/51421-0]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP