Evolução das abelhas coletoras de óleos florais Centris e Epicharis : inferências a partir da filogenia molecular datada da subfamilia Apinae e das plantas produtoras de óleo floral da Região Neotropical

Orientador : Prof. Dr. Gabriel Rodrigues de MeloCo-orientadora : Profª. Drª. Susanne S. RennerTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Entomologia). Defesa: Curitiba, 15/07/2014Inclui referênciasÁrea de concentração : EntomologiaResumo: As abelhas são insetos dependentes das angiospermas, com as quais compartilham uma história de cerca de 120 Ma. Desde sua origem, a relação entre abelhas e flores evoluiu em uma mistura de interações obrigatórias e facultativas, que resultaram em adaptações fantásticas em ambas as partes. Pólen e néctar são as recompensas comumente ofertadas pelas plantas a polinizadores. Porém, cerca de 2000 espécies de angiospermas produzem óleo em suas flores, que é coletado por cerca de 450 espécies de abelhas especializadas e dependentes deste recurso para alimentação de suas larvas e nidificação. Na Região Neotropical, esse intrigante mutualismo é protagonizado pela diversa família Malpighiaceae e pelas cerca de 250 espécies de abelhas dos gêneros Centris e Epicharis. Estas abelhas são formalmente classificadas em uma tribo, Centridini, agrupamento corroborado pelas filogenias morfológicas devido ao suporte dado pelos caracteres relacionados à coleta do óleo floral. Centris e Epicharis se destacam na fauna de abelhas Neotropical devido a riqueza de espécies, ao tamanho de seus indivíduos, ampla distribuição e interações com diversas espécies de plantas, incluindo algumas de importância socioeconômica. A recente contribuição das filogenias moleculares indicou a parafilia de Centridini, porém com baixa amostragem nestes dois gêneros. Na presente tese a monofilia de Centridini foi investigada, bem como suas relações internas, através de uma robusta filogenia molecular baseada em 2/3 de suas espécies e uma ampla amostragem de grupo-externo, totalizando 174 espécies de Apinae e mais de 4000 nucleotídeos alinhados (Capítulos 1 e 2). A datação através de relógio molecular baseou-se em dois pontos fósseis de calibração, Apis lithohermea, do Mioceno do Japão e Kelneriapis eocenica, do âmbar do Báltico. Além disso o presente trabalho procurou elucidar a evolução de Centris e Epicharis em associação com plantas produtoras de óleo floral da Região Neotropical (Capítulos 3 e 4). Para tanto também foram produzidas filogenias moleculares datadas, baseadas em dados inéditos ou provenientes do GenBank, para as plantas que são fontes de óleo floral destas abelhas: Calceolariaceae, Krameriaceae, Iridoidea (Iridaceae) e Nierembergia (Solanaceae). A segunda fonte de óleo mais importante para Centris depois de Malpighiaceae, a tribo Angelonieae (Plantaginaceae), foi pela primeira vez aqui investigada sob uma perspectiva filogenética, associada a datação e biogeografia, para entender a evolução da associação com Centris (Capítulo 4). A filogenia da subfamília Apinae corroborou a parafilia de Centridini, sendo Centris grupo-irmão das abelhas corbiculadas e Epicharis irmão de ambos, formando a linhagem Apine. Esta linhagem provavelmente originou-se no Novo Mundo, no Cretáceo Inferior, há 91 Ma. A coleta de óleo floral é ancestral neste grupo, foi perdida nas abelhas corbiculadas e em algumas linhagens de Centris. A filogenia de Centris e Epicharis rejeita parcialmente a atual classificação taxonômica, sendo aqui propostos alguns rearranjos, principalmente para as espécies atualmente classificadas em Centris (Paracentris). As futuras proposições de uma nova classificação baseadas na presente filogenia molecular, entretanto, requerem ainda um estudo de caracteres morfológicos que facilitem o reconhecimento dos novos táxons propostos. Enquanto a literatura indica que Malpighiaceae se originou no Cretáceo, iniciando o mutualismo com as abelhas coletoras de óleo, os demais grupos aqui datados, começaram a se originar apenas durante o Eoceno, com Krameriaceae e Angelonieae (Plantaginaceae). E no Mioceno, outras origens da produção de óleo floral ocorreram em Iridaceae, Solanaceae e Calceolariaceae. Enquanto Epicharis permaneceu associado exclusivamente com Mapighiaceae, Centris diversificouse em áreas mais secas da América do Sul e do Norte e se associou com novas fontes de óleo, principalmente Calceolaria, Angelonieae e Krameriaceae. Ao menos quatro perdas do hábito coletor de óleo ocorreu em Centris em áreas xéricas, onde as fontes de óleo floral são escassas. No capítulo 4, observamos que estas áreas secas também foram importantes na evolução de Angeloniae, local onde provavelmente originaram-se no Eoceno Médio, simultaneamente com seus principais polinizadores do gênero Centris. A produção de óleo no grupo originou-se quatro ou cinco vezes nos últimos 25 Ma. Os resultados deste quarto capítulo são peças-chave no entendimento do nicho evolutivo das abelhas coletoras de óleo, mas também revela importantes informações sobre a sistemática e biogeografia das Plantaginaceae neotropicais.Abstract: Bees are insects that feed on angiosperms and share with these plants a 120 Ma history of evolution. Since its origin, the relationship between bees and flowers evolved through a mix of obligatory and facultative dependencies, which originated amazing adaptations in both partners. Pollen and nectar are the most common reward offered by plants to pollinators. However, about 2000 species of angiosperms produce floral oils, collected by circa 450 species of specialized bees, which rely on this resource for larval feeding and nest construction. In the Neotropical Region, the diverse family Malpighiaceae and about 250 species in the bee genera Centris and Epicharis are protagonists in this intriguing mutualism. Those bees, Centris and Epicharis, are formally classified in one tribe, Centridini, grouping corroborated by morphological phylogenies due to the support given by the characters adapted to the oil collecting. Centris and Epicharis are important components of Neotropical bee fauna due to the richness, big individual size, wide distribution and interactions with several species of plants, including some of socioeconomic importance. The recent contribution of molecular phylogenies indicated the paraphyly of Centridini, however, with a very low sampling. In the present thesis, the monophyly of Centridini and its inner relationships were investigated through a robust molecular phylogeny based on two thirds of the Centridini species and a wide sampling of outgroups, totalizing 174 species in Apinae and more than 4000 aligned nucleotides (Chapters 1 and 2). The molecular clock dated phylogeny was based in two fossil calibration points, Apis lithohermea, from the Miocene of Japan, and Kelneriapis eocenica, from the Baltic amber. Besides, the present study addressed the evolution of Centris and Epicharis in association with the Neotropical oil producing plants (Chapters 3 and 4). Therefore molecular-clock dated phylogeny were produced, based on newly produced or GenBank data, for all oil host plants of these bees: Calceolariaceae, Krameriaceae, Iridoidea (Iridaceae) and Nierembergia (Solanaceae). The second most important oil source for Centris after Malpighiaceae, the tribe Angelonieae (Plantaginaceae), was for the first time investigated on a phylogenetic approach, associated with dating and biogeography, for understanding the evolution with Centris (Chapter 4). The phylogeny of the subfamily Apinae corroborated the paraphyly of Centridini, being Centris sister-group of corbiculate bees and Epicharis sister to both, forming the Apine line. This lineage probably originated in the New World, in the Early Creataceous, 91 Ma ago. The floral oil collecting is ancestral in this group and it was lost in the corbiculate bees and in some lineages of Centris. The phylogeny of Centris and Epicharis partially rejects the present taxonomic classification, thus some taxonomic rearrangements are here proposed, mainly for the species classified in Centris (Paracentris). The future propositions of a new classification based on the molecular phylogeny, however, require the deeper study of morphological characters for the recognition of newly proposed taxons. The literature indicates a cretaceous origin of Malpighiaceae and probable start of mutualism with oil collecting bees, however the remaining oil producing groups here dated began to originate only in the Eocene, being Krameriaceae and Angeloniae (Plantaginaceae) the first. In the Miocene, other origins of floral oil production occurred in Iridaceae, Solanaceae e Calceolariaceae. While Epicharis remains exclusively associated to Malpighiaceae flowers, Centris diversified in the driest parts of South and North America and associated with new oil sources, mainly Calceolaria, Angelonieae and Krameriaceae. At least four losses of oil collecting behavior occurred in Centris in xeric regions, where the oil sources are scarce. In the Chapter 4, we observe the importance of those dry areas in the evolution of Angelonieae, where they probably originated in the Middle Eocene, simultaneously with their main Centris poll inators. The floral oil production originated four or five times in the last 25 Ma in Angelonieae. The results of the fourth chapter are key to understand the evolutionary niche of these oil-collecting bees, but also reveal important information on the systematics and biogeography of Neotropical Plantaginaceae