Efeito do uso do solo na diversidade e na morfometria de besouros escarabeíneos

Abstract

A heterogeneidade do hábitat está associada a uma maior oferta de recursos e condições, o que permite a expansão do nicho das espécies, promovendo a coexistência e acarretando em comunidades mais ricas e em uma maior complexidade ecossistêmica e ecológica. Quando esse padrão heterogêneo é alterado, e.g. conversão em monocultivos, ocorre uma simplificação do ecossistema e as espécies com nichos mais estreitos são localmente extintas. A Mata Atlântica do sul do Brasil (Floresta Ombrófila Mista) é caracterizada por essa heterogeneidade e é considerada um dos principais hotspots de diversidade e, devido principalmente à expansão agrícola, resta atualmente menos de 10% de sua cobertura original. Além de alterar drasticamente o ambiente, podem ser utilizados cultivos de organismos geneticamente modificados (OGM) e pouco se sabe sobre o efeito destes OGMs nas comunidades. Os besouros escarabeíneos (Coleoptera: Scarabaeinae) são amplamente utilizados como indicadores ecológicos por responderem rapidamente às mudanças provocadas pelo uso da terra. Além disso, também desempenham importantes funções ecossistêmicas (e.g. ciclagem de nutrientes) devido ao hábito alimentar copronecrófago e ao comportamento de enterrar o alimento no solo. A tese está dividida em quatro capítulos com amostragens realizadas na região de São Miguel do Oeste (26°43'31''S, 53°31'05''O), estado de Santa Catarina, sul do Brasil, no verão de 2015. O primeiro capítulo relata os possíveis impactos de três tipos de variedades de milho - convencional, crioulo e transgênico - sobre as assembleias de escarabeíneos que habitam os próprios cultivos e também as florestas adjacentes. No total, foram coletados 2126 indivíduos de 38 espécies, e foram encontradas diferenças na estruturação das assembleias que foram afetadas pelos diferentes tipos de milho. As comunidades das matas adjacentes aos cultivos transgênicos apresentaram menor riqueza em relação às matas adjacentes aos cultivos crioulos. Isso mostra que a intensificação do uso de transgênicos pode afetar negativamente as comunidades, levando à perda de espécies, e consequentemente à perda das funções ecossistêmicas exercidas pelos escarabeíneos. No segundo capítulo trabalhamos com a hipótese de que o milho transgênico pode afetar a aptidão (fitness) das espécies. Assim, escolhemos a espécie Canthon quinquemaculatus por apresentar um amplo nicho, refletindo em sua ampla distribuição espacial, com indivíduos tanto nas áreas florestais quanto nos cultivos de milho. Seis populações foram amostradas: três de cada tipo de milho e três de cada mata adjacente e a forma do corpo foi extraída com a utilização de métodos morfométricos através do uso de 15 marcos anatômicos. Os indivíduos que habitam os cultivos transgênicos apresentaram diferenças morfométricas em relação aos da mata adjacente. Indivíduos do milho transgênico são levemente mais ovais e possuem uma retração na região abdominal. Esta modificação morfométrica pode ser um possível efeito subletal do milho transgênico nessa espécie, podendo ter implicações para o fitness da mesma, interferindo em sua sobrevivência, reprodução, e nos serviços ecossistêmicos de remoção de matéria orgânica. No terceiro capítulo propusemos observar as comunidades através das lentes da diversidade morfométrica, com cada espécie ocupando um determinado espaço de forma dentro de um universo morfométrico. Consideramos a diversidade morfométrica como o tamanho do hipervolume morfométrico ocupado por uma comunidade. Além de quantificar o hipervolume, também calculamos os buracos remanescentes nesse hipervolume, que são regiões vazias e que, em termos matemáticos, poderiam estar ocupadas. Observamos que a diversidade morfométrica está positivamente correlacionada com a diversidade taxonômica e negativamente com o tamanho dos buracos. As comunidades das áreas florestais apresentaram maiores valores de diversidade morfométrica e menores buracos em relação às comunidades dos cultivos de milho. Assim, o aumento dos buracos nas comunidades dos cultivos indica a perda de espaços de forma nessas áreas, que é um reflexo da extinção local de espécies. No quarto capítulo trabalhamos com a hipótese de que distintas espécies de Canthon teriam respostas espectrofotométricas diferentes dependo do habitat que se encontram ao longo da paisagem. Selecionamos duas espécies que habitam preferencialmente as áreas agrícolas (cultivos de milho): C. chalybaeus e C. tetraodon, duas de mata nativa: C. angularis e C. lividus lividus e uma espécie que habita ambas as áreas: C. quinquemaculatus. Todas as espécies apresentaram um padrão semelhante: as radiações de maiores comprimentos de onda e menores frequências são transmitidas para dentro do corpo, já as radiações de menores comprimentos de onda e maiores frequências (e.g. ultravioleta) são absorvidas. No entanto, a espécie C. quinquemaculatus apresentou maiores taxas de transmitância na radiação visível e infravermelha, e essa maior permeabilidade térmica de C. quinquemaculatus pode estar associada com o amplo nicho da espécie, estabelecendo populações tanto nas áreas abertas quanto nas áreas florestais.

Abstract : The habitat heterogeneity provides more resources, allowing the species niche expansion, promoting coexistence and culminating in richer communities and greater ecosystemic and ecological complexity. When this heterogeneous pattern is modified, e.g. conversion to monocultures, ecosystem simplification occurs and species with narrower niches are locally extinct. The Atlantic Forest of southern Brazil is characterized by this heterogeneity and is considered one of the main diversity hotspots and, due mainly to agricultural expansion, there is currently less than 10% of its original cover. In addition to altering the environment, crops of genetically modified organisms (GMO) may be used, and little is known about the effect of these GMOs on communities. Dung beetles (Coleoptera: Scarabaeinae) are widely used as ecological indicators because they respond to land use changes, and also are importants in ecosystem functions (e.g. nutrient cycling) due its behavior of removing and burying organic matter. The thesis was divided into four chapters made in the region of São Miguel do Oeste (26°43'31''S, 53°31'05''W), Santa Catarina state, southern Brazil, in the summer of 2015. The first chapter reports the potential impact of three types of maize varieties - conventional, creole and transgenic - on the dung beetles assemblages that inhabit the crops and also in adjacent forests. A total of 2126 individuals were collected from 38 species, and differences were found in the assemblages that were affected by different types of maize. The forest communities adjacent to the transgenic crops presented lower richness than the forests adjacent to the creole crops. This shows that the transgenic maize use may be negatively affect the communities, leading to diversity loss and therefore the ecosystemic functions provided by dung beetles may have been lost. In the second chapter we work with the hypothesis that transgenic maize can affect the species fitness. Thus, we chose the species Canthon quinquemaculatus because it has a broad niche, reflecting in its wide spatial distribution, with individuals both in the forest areas and in the corn crops. Six populations were sampled: three maize crop populations each under a different seed type, and three populations of adjacent forests. The individuals that inhabit the transgenic crops presented morphometric differences in relation to the adjacent forest. Insects in transgenic maize are more oval and have a retraction in the abdominal region, this result shows the possible effect of transgenic crops on non-target species. This may have implications for the ecosystem service of organic matter removal, carried out by these organisms. In the third chapter we proposed to evaluate the communities through the lenses of morphometric diversity, with each species occupying a body shape space within a morphometric universe. We consider morphometric diversity as the size of the morphometric hypervolume occupied by a community, in addition to quantifying hypervolume, we also calculate the remaining holes in this hypervolume, which are empty areas with no species. We found that the taxonomic diversity positively correlates with the morphometric diversity, and negatively correlates with the size of the holes. We verified that forest communities have higher values of morphometric diversity and smaller holes in the hypervolume than the maize cultivation communities, demonstrating that species extinction reduces community body shape spaces. In the fourth chapter we work with the hypothesis that different Canthon species would have different spectrophotometric patterns depending on their habitat. We selected two species that preferentially inhabit forest areas (Canthon angularis and Canthon lividus lividus), two species preferentially inhabit open areas (Canthon chalybaeus and Canthon tetraodon) including agricultural crops, and one species does not present a clear habitat preference and can be found in both habitats (Canthon quinquemaculatus). All the species show a similar pattern in which the light from shorter wavelengths and higher frequencies is almost entirely absorbed by the elytra, while radiation from longer wavelengths and lower frequencies can mostly pass through the elytra. However, C. quinquemaculatus seems to have significantly higher rates of reflectance and transmittance in the visible and near-infrared spectrum. This different pattern found in C. quinquemaculatus may be associated with its capacity to establish populations both in agricultural and forest areas.