Redes tróficas de lagartas de lepidoptera e plantas hospedeiras no cerrado do Distrito Federal

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2013.As comunidades biológicas possuem estrutura complexa e difícil de ser avaliada. Entretanto, uma forma comumente usada na caracterização de uma comunidade é estudar a diversidade por índices, que incorporam tanto a riqueza de espécies quanto o padrão de abundância ou biomassa. Entretanto, a manutenção da diversidade depende das múltiplas interações entre espécies e indivíduos. As interações existentes entre organismos consumidores e seus recursos são denominadas redes ecológicas tróficas. As cadeias alimentares inseto-planta em ambientes tropicais são particularmente difíceis de amostrar porque há grande riqueza de espécies raras participando de um grande número de interações. Para este trabalho realizado com redes tróficas de interações entre lagartas e plantas hospedeiras, foram realizadas 275 parcelas temporárias de 10m de diâmetro em seis diferentes áreas de cerrado sensu stricto no Distrito Federal, no período de março de 2010 a março de 2011. Para cada parcela, foi anotada a data da vistoria e as coordenadas geográficas; foram identificadas e contadas todas as espécies de plantas presentes; todas as lagartas encontradas foram criadas no laboratório em potes individuais e os adultos que emergiram no laboratório foram identificados. Os objetivos foram: comparar os métodos usuais de estudar a diversidade da comunidade com as métricas utilizadas nos estudos de redes de interações para lagartas e plantas hospedeiras do cerrado sensu stricto do Distrito Federal; avaliar a contribuição da abundância relativa, da similaridade filogenética e da sobreposição espacial e temporal como fatores determinantes da estrutura das interações entre lagartas e plantas; analisar as diferenças entre as interações entre as lagartas e suas plantas hospedeiras no cerrado na escala temporal e investigar o padrão de utilização das espécies de plantas pela comunidade de lagartas entre as duas estações climáticas, seca e chuvosa, e o grau de especialização desses herbívoros. Nas 275 parcelas foram vistoriadas 60.341 plantas de 649 espécies, em 1.824 plantas tinham lagartas com média de 6,6 ± 5,2 plantas com lagartas por parcela vistoriada. Considerando o número total de parcelas vistoriadas, foram coletadas 3.751 lagartas (13,6 ± 17,1 lagartas por parcela) sendo que 2.003 adultos de 257 espécies pertencentes a 30 famílias de Lepidoptera emergiram no laboratório. A relação entre a abundância relativa de lagartas e abundância relativa de plantas hospedeiras explicou apenas 2% desta variação (F=6,62; p=0,01). A riqueza de plantas hospedeiras explicou 70% da variação total no número de espécies de lagartas (F=420,466 e P<0,001). A riqueza de espécies de lagartas (F=1,6331 e P=0,20275) não foi influenciada pela abundância relativa de plantas hospedeiras, que explicou apenas 8% da variação da riqueza de espécies de lagartas. A variação da riqueza de interações foi explicada pela abundância relativa de plantas hospedeiras (em apenas 3%) (F=8,56; P=0,004); a riqueza de plantas hospedeiras explicou 12% (F=33,80930 e P<0,001); a abundância relativa de lagartas explicou 15% (F=36,43983 e P<0,001); e a riqueza de espécies de lagartas explicou apenas 3% (F=6,42706 e P=0,01). A riqueza de interações entre lagartas e plantas hospedeiras não variou entre as estações seca e chuvosa (F = 1,270; P = 0,233), porém houve variação na abundância de interações (F = 2,426; P < 0,001). A diversidade de interações por meio da curva de rarefação das estações seca chuvosa mostra um aumento da diversidade de interações na estação seca. Com relação a estrutura das redes de interações, na conectância, número de ligações existentes entre uma determinada espécie de lagarta e suas plantas hospedeiras, a combinação dos fatores sobreposição espacial e temporal, foram os mais eficientes para descrever a estrutura das redes de interações que realmente ocorrem (bons preditores), já para o aninhamento, vários fatores foram considerados bons preditores da estrutura de uma rede de interações real: sobreposição espacial, sobreposição temporal, similaridade filogenética, abundância relativa. Com relação à β-diversidade entre redes de interações em escala temporal foi verificado que a dissimilaridade foi provocada pela presença de espécies compartilhadas que passaram a interagir de maneira diferente, pois este componente foi o que mais contribuiu para a substituição total entre as redes de interação comparadas. Para a análise do efeito da sazonalidade climática na amplitude de dieta da comunidade de lagartas, considerando as espécies de lagartas pertencentes às famílias com representantes nas estações seca e chuvosa, não foi verificada diferença no número de espécies de plantas hospedeiras consumidas entre as estações (GL = 1; F = 0,411; P = 0,525) efeito interespecífico, porém ao se analisar a variação intraespecífica na amplitude de dieta, houve um aumento de espécies de lagartas que usam de forma mais completa o conjunto de espécies de plantas hospedeiras disponíveis na estação seca, com um aumento de 30% no conjunto de plantas hospedeiras utilizadas em relação à estação chuvosa (t = 2,5087; GL = 6; P = 0,046; dif. média = 0,3291). _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTBiological communities are complex and their structure is difficult to assess. Usually, they are characterized by using diversity indices, which incorporate both the species richness and, the relative abundance pattern or biomass. The interactions between organisms and their resources are called ecological trophic networks. The insect-plant food webs in tropical environments are particularly difficult to sample because there is a high richness of rare species participating in a large number of interactions. The present work was conducted in six areas of cerrado sensu stricto in the Distrito Federal, Brasil, from March 2010 to March 2011. The samples were performed in 275 temporary plots of 10m in diameter, to analyse the networks of trophic interactions between caterpillars and their host plants. For each plot it was recorded the sample date, the geographical coordinates; the number and identification of all species of plants present, the number and morphospecies of all caterpillars found. Caterpillars were reared in the laboratory in individual plastic pots until adult emergence. . The objectives of this work were to compare the usual methods of studying the diversity of the community with the metrics used in studies of interaction networks for caterpillars and host plants; evaluate the contribution of the relative abundance of phylogenetic similarity and overlap spatial and temporal factors as determinants of the structure of interactions between plants and caterpillars; analyze the differences between the interactions between caterpillars and their host plants in the cerrado in the timescale; investigate the pattern of use of plant species by caterpillar community between the dry and rainy seasons,. A total of 60,341 plants of 649 species were inspected, and on 1,824 plants caterpillars were found, with an average of 6.6 ± 5.2 plants with caterpillars per plot. A total of 3,751 caterpillars were found (13.6 ± 17.1 caterpillars per plot), of which 2,003 adults from 257 species belonging to 30 families of Lepidoptera emerged in the laboratory. The relationship between the relative abundance of caterpillars and relative abundance of host plants accounted for only 2 % of this variation (F = 6.62, p = 0.01). The host plant species richness explained 70 % of the total variation in the number of species of caterpillars (F = 420.466, P < 0.001). The caterpillar species richness (F = 1.6331 and P = 0.20275) was not affected by the relative abundance of host plants, which accounted for only 8 % of the variation in caterpillar species richness. The variation of the interaction richness was explained by the following variables: the relative abundance of caterpillars explained 15 % (F = 36.43983, P < 0.001); host plants species richness explained 12 % (F = 33.80930, P < 0.001); the relative abundance of host plants (only 3%) (F = 8.56, P = 0.004), and the, and the species richness of caterpillars explained only 3 % (F = 6.42706 and P = 0.01). The interactions richness between caterpillars and their host plants were similar between dry and rainy seasons (F = 1.270 , P = 0.233). However, there was variation in the abundance of interactions (F = 2.426 , P < 0.001). The diversity of interactions by rarefaction curve of dry and rainy seasons shows an increase in the diversity of interactions in the dry season. Regarding the structure of interaction networks in connectance, number of links between a particular species of caterpillar and its host plant, the combination of spatial overlap and temporal factors, were the most efficient for describing the structure of networks of observed interactions. Several factors were considered good predictors to explain the structure of a network of observed interactions: spatial overlap, temporal overlap, phylogenetic similarity, relative abundance. With respect to β - diversity among networks of interactions timescale, the dissimilarity was caused by the presence of shared species which have changed their behavior. No caterpillar community pattern (interespecific) was found in relation to the number of host plant species consumed between seasons (GL = 1 , F = 0.411 , P = 0.525 ). However, there was an intraspecific pattern. The species varied their diet breadth, increasing the number of host plant used in the dry season. There was a 30% increase in the number of host plants used in relation to the rainy season (t = 2,5087; GL = 6; P = 0,046; dif. average = 0,3291)