Effects of forest conversion into agricultural areas on fish assemblages in the headwaters of the Xingu River

A expansão da fronteira agrícola amazônica representa possivelmente a mais extensa e profunda mudança no uso da terra do mundo contemporâneo. Estima-se que a Bacia Amazônica já teve 20% de sua área desmatada e seus ecossistemas aquáticos, que abrigam a maior diversidade de peixes de água doce do planeta, também vem enfrentando inúmeras outras pressões, entre elas a construção de barragens. O desmatamento e a construção de barragens causam profundas alterações nas características bióticas e abióticas dos ecossistemas lóticos, incluindo o aquecimento da água e mudanças na composição e estrutura das assembleias de peixes. Existem inúmeras evidências de que o aumento da temperatura afeta negativamente o tamanho corporal dos organismos, e aquecimentos provocados por mudanças climáticas já foram relacionados com reduções no tamanho corporal de peixes. Contudo, faltam estudos que demonstrem que processos locais e regionais de grande relevância como as mudanças no uso da terra, também podem causar o mesmo resultado. Com foco geográfico no arco do desmatamento amazônico nas cabeceiras do Rio Xingu, os objetivos desta tese foram, (i) investigar os efeitos do desmatamento e da construção de barragens sobre características ambientais, e sobre a composição e estrutura das assembleias de peixes em riachos de primeira ordem; e (ii) testar as hipóteses de que a conversão de florestas em áreas agrícolas está associada a um aquecimento dos riachos e a uma redução no tamanho corporal dos peixes, e que esta redução no tamanho corporal é resultado de alterações na crescimento dos peixes, seja por mecanismos de adaptação e/ou por plasticidade fenotípica, promovidas pelo aquecimento do ambiente. No primeiro capítulo desta tese, demonstramos que o desmatamento e a construção de barragens provocam alterações em características ambientais dos riachos de primeira ordem que afetam a disponibilidade de hábitat para os peixes. Isto resultou em alterações na composição e estrutura das assembleias, de forma que riachos de área agrícola apresentaram maior abundância e biomassa de peixes que riachos de floresta. Trechos represados apresentaram menor riqueza de espécies que trechos lóticos tanto em ambientes florestados como desmatados, sugerindo que a construção de barragens constitui uma ameaça significativa para a conservação da biodiversidade de peixes. No segundo capítulo, combinamos amostragem em campo e experimentos em laboratório e campo para demonstrar que a conversão de florestas em áreas agrícolas aqueceos riachos de cabeceira e reduz o tamanho corporal dos peixes através de alterações nas taxas de crescimento individual Os aquecimentos e reduções de tamanho que observamos foram consideravelmente maiores que os reportados na literatura para os efeitos observados e previstos do aquecimento global. Este é o primeiro estudo, até onde nós sabemos, que investigou os efeitos do aquecimento provocado pelo desmatamento no tamanho corporal de peixes. É possível que reduções no tamanho corporal de peixes mediadas pelo aquecimento estejam ocorrendo ao longo de todo o arco do desmatamento, onde riachos de primeira ordem coletivamente contribuem com grande fração da biodiversidade de espécies amazônicas, muitas delas endêmicas.The expansion of the Amazonian agricultural frontier possibly represents the most extensive and profound land use change in the contemporary world. Deforestation, dam construction, and numerous other pressures have serious impacts on its aquatic ecosystems, that collectively hold the greatest diversity of freshwater fish on the planet. Deforestation and dam construction cause profound changes in biotic and abiotic characteristics of stream ecosystems, including water heating and changes in the composition and structure of fish assemblages. There are many evidences that the increase in temperature negatively affect organisms body size, and warming caused by climate changes have already been associated with reductions in fish body size. However, there are no studies showing that local and regional processes of major relevance, such land use changes, can also cause the same result. With a geographic focus on the Amazonian arc of deforestation in the headwaters of the Xingu River, the objectives of this thesis were: (i) to investigate the effects of deforestation and dam construction on environmental characteristics, and on the composition and structure of fish assemblages in first order streams; and (ii) to test the hypothesis that the conversion of forests into agricultural areas is associated with stream warming and reductions in fish body size, and that this reduction in body size is a result of changes in individual growth caused by adaptation and/or phenotypic plasticity, promoted by environmental warming. In the first chapter of this thesis, we show that deforestation and the construction of dams cause changes in environmental characteristics of first-order streams that affect the habitat availability for fish. This resulted in changes in the composition and structure of assemblages, so that agricultural area streams showed higher abundance and biomass of fish that forest streams. Reservoirs had lower species richness than lotic stretches both in forested and deforested streams, suggesting that the construction of dams poses a significant threat to the conservation of fish biodiversity. In the second chapter, we combine field sampling and laboratory and field experiments to demonstrate that the conversion of forests into agricultural areas warms headwater streams and reduces fish body size through changes in individual growth rates. Warming and size reductions we observed were considerably higher than those reported in the literature for the observed and predicted effects of global warming. This is the first study as far as we know, that investigated the effects of warming caused by deforestation in fish body size. It is possible that a broad scale fish body size reduction due to warming is occurring throughout the arc of deforestation, in streams that collectively account for a large fraction of Amazonian fish biodiversity