Como usar menos tempo e dinheiro em trabalhos de bioindicação com resultados claros e confiáveis em áreas de mineração e reabilitação?

por Ananza M. Rabello, Antonio C. M. Queiroz, Chaim J. Lasmar, Rafael G. Cuissi, Ernesto O. Canedo-Jr, Fernando A. Schmidt e Carla R. Ribas

Algumas regiões tropicais apresentam uma marcada variação nas condições e disponibilidade dos recursos ao longo do ano, através de períodos chuvosos e secos bem definidos (Neves et al. 2013). Tal fato afeta direta e indiretamente os organismos sensíveis a alterações no habitat, como os insetos, que em regiões tropicais apresentam um pico de atividade durante o período chuvoso. Os insetos são diretamente afetados por mudanças na temperatura e umidade, onde alta temperatura e baixa umidade podem causar dessecamento, e em baixa temperatura a diminuição do metabolismo. Dentre os insetos, as formigas são conhecidas por responderem a esta variação com alterações em seu metabolismo e desenvolvimento levando a mudanças na abundancia, frequência, número e composição de espécies.

Assim, diferentes períodos, como as estações do ano, também influenciam o desempenho de funções ecológicas por formigas alterando seu resultado final. Algumas dessas funções são consideradas chaves para o ecossistema, tais como: formação física do solo, favorecimento do processo de ciclagem de nutrientes e decomposição, e dispersão de sementes (mirmecocoria). Em especial, a mirmecocoria tem papel crucial para o bom funcionamento do ecossistema por ser responsável pelo recrutamento, distribuição espacial e viabilidade de determinadas espécies de plantas. Com isso, abordar a diversidade de formigas juntamente com função ecológica é essencial para conhecermos a magnitude dos impactos antrópicos e suas consequências.

Embora muitos estudos tenham reportado sobre mudanças na assembleia de formigas frente a diferentes impactos, nenhum deles avaliou se a resposta das formigas, ao mesmo tipo de impacto, muda em diferentes períodos do ano. Com este intuito, avaliamos se diferentes períodos de amostragem (chuvoso e seco) podem influenciar os resultados da resposta da diversidade de formigas e remoção de sementes frente as avaliações do impacto da mineração e da reabilitação pós-mineração. Nosso trabalho foi realizado em três minas da Companhia Vale S.A. (Figura 1), em períodos de chuva (Fevereiro e Março) e seca (Julho).

collage

Figura 1. Cava (a) e limite (b) da área de extração de minério de ferro na Mina do Tamanduá em Nova Lima, Minas Gerais, Brasil. Mata ciliar (c) e área de recuperação sobre pilha estéril (d) na Mina da Mutuca em Nova Lima, Minas Gerais, Brasil.

Os resultados mostraram quatro padrões. No cenário do impacto da mineração, a resposta da riqueza das formigas epigeicas não é afetada pelo período de amostragem (Figura 2a), embora a composição sim. Para a reabilitação pós-mineração, as respostas da riqueza e composição das formigas epigeicas, hipogeicas e removedoras de sementes não se alteram com o período de amostragem. Em ambos cenários a riqueza das formigas epigeicas e arborícolas foi maior no período chuvoso (Figura 2a,b). Por fim, o período de amostragem não afeta a resposta da taxa de remoção de sementes no cenário da reabilitação.

divepi

Figura 2. Riqueza de espécies de formigas em áreas não impactadas (NI) e impactadas (I) em diferentes períodos de amostragem (Chuvoso e Seco). Há maior riqueza de formigas epigeicas em NI no período chuvoso e seco (a); E a riqueza de formigas arborícolas é maior no período chuvoso (b).

Concluímos que na maioria dos casos a resposta das formigas é a mesma, independente do período de amostragem. Assim a capacidade de detectar o efeito do impacto e da reabilitação pós-mineração não sofre interferência. Porém, como a riqueza de espécies aumenta em todas as áreas durante o período chuvoso, coletar nesse período contribui para a obtenção de um diagnóstico mais preciso do impacto da mineração e do processo de reabilitação utilizando formigas nos programas de avaliação e monitoramento. Além disso, avaliar a composição a partir de amostragem no período chuvoso fornece dados mais robustos da assembleia de formigas (Schmidt et al. 2013).

Contudo, aconselhamos que a assembleia de formigas epigeicas é suficiente para avaliar o impacto da mineração, mas que o estrato arborícola deve ser amostrado para avaliação em áreas em reabilitação pós-mineração. O microhabitat epigeico é o que melhor representa a comunidade de formigas no cenário do impacto da mineração, já que no estrato hipogeico coletamos apenas uma espécie em áreas impactadas, impossibilitando a avaliação nesse estrato.

Os resultados e as conclusões apresentados nesse estudo certamente contribuirão para reduzir o tempo e os custos de trabalhos de campo, sem perder a qualidade da informação para programas de monitoramento ambiental. Além disso, tais programas precisam de respostas rápidas e confiáveis sobre as condições ambientais, o que pode ser alcançado com nossas sugestões.

Artigo

Rabello, A.M.; Queiroz, A.C.M; Lasmar, C.J.; Cuissi, R. G.; Canedo-Jr, E.O.; Schmidt, F.A.; Ribas, C.R. When is the best period to sample ants in tropical areas impacted by mining and in rehabilitation process? Insectes Sociaux 62: 227-236. http://link.springer.com/article/10.1007/s00040-015-0398-2

Referências

Neves, F.S; Queiroz-Dantas, K.S.; DaRocha, W.D.; Delabie, J.H.C. (2013). Ants and three adjacent habitats of a transition region between the Cerrado and Caatinga biomes: the effects of heterogeneity and variation in canopy cover. Neotropical Entomology 42: 258–268. http://link.springer.com/article/10.1007/s13744-013-0123-7

Schmidt, F.A., Ribas, C.R., Schoereder, J.H. (2013). How predictable is the response of ant assemblages to natural forest recovery? Ecological Indicators 24: 158–166. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X12002300

Os autores

Ananza M. Rabello1; Antonio C. M. Queiroz1; Chaim J. Lasmar1; Rafael G. Cuissi1; Ernesto O. Canedo-Jr2; Fernando A. Schmidt3; Carla R. Ribas4

1Estudante de doutorado no Programa de Pós-Graduação em Ecologia Aplicada na Universidade Federal de Lavras, Brasil – Ananza M. Rabello ananzamr@gmail.com

2Estudante de Pós-Graduação em Entomologia pela Universidade Federal de Lavras, Brasil

3Professor da Universidade Federal do Acre, Brasil

4Professora da Universidade Federal de Lavras, Brasil

Graph theory applied to the study of ecological dynamics in ant-plant interactions

by Wesley Dáttilo, Thiago Junqueira Izzo and Víctor Rico-Gray

Many plant species, mostly in the tropics, have extrafloral nectaries (EFN-bearing plants) that usually secrete a nutritious liquid. This liquid attracts ants that, in exchange for food, protect their host plants against potential herbivores. Within a natural environment different ant and plant species can interact with each other and generate complex interaction networks. In these networks, ant and plant species are represented as objects called nodes and their interactions are represented by links (Figure 1). In our recent studies we have used tools derived from graph theory to investigate the organization of these ant-plant networks in different ecosystems around the world.

wd01fig02

Figure 1. Ecological network involving EFN-bearing plants (squares) and ants (circles). Each node represents one plant or ant species, and lines represent ant–plant interactions. Plants and ants with red nodes are those species present in the generalist core of the network, and all other species represent the periphery of the network. This network is ordered according to the nested pattern (see text for more information).

One of the main characteristics of ant-plant interaction networks involving EFN-bearing plants is that there is a central core of highly interacting species formed by both ants and plants that interact more strongly with each other compared to other peripheral species (those with fewer interactions). Once this central core is virtually connected with all species in an environment, these species have the capacity to influence the ecological and evolutionary dynamics of the whole system. However, what are the factors that could generate differences in the number of interactions among species within an environment? In other words: why are some species associated to the generalist core and others to the periphery of the networks?

Several factors have been proposed to explain the origin of structural patterns in ecological networks. A key factor that describes the heterogeneity of interactions in a system is based only on the difference in the relative species abundance (neutral models). In this case, abundant species should interact most frequently with each other and with less abundant species, forming a core of highly connected species. In contrast, less abundant species will rarely interact among themselves.

Studying ants associated to EFN-bearing plants in the Brazilian Amazon we (Dáttilo et al. 2014a) show that the central core of ants and plants interact with each other more than expected by neutral models based only on the species abundance in an environment. In addition, central ant species within the generalist core were those with eco-physiological adaptations to feed on liquid food, mainly species of the genera Azteca, Brachymyrmex, Camponotus, Crematogaster, and Dolichoderus. In another study (Dáttilo et al. 2013), we also demonstrated that even though the ant and plant composition of networks changed over space, the central core of generalist species and the network structure remained unaltered on a geographic distance of up to 5 km. This finding indicates that independent of variation in local and landscape environmental factors, the nonrandom pattern organization of these interacting assemblages does not change and all coevolutionary pressure exerted by the core species are stable at a regional scale.

Additionally, other studies published by the same research group show that the central core of highly interacting ant species is stable over long time scales or even after the perturbations generated by tropical hurricanes. So, why is this central core of ant species so stable? Motivated by this question we studied the interactions between ants and EFN-bearing plants in a tropical coastal environment on the Gulf of Mexico (Dáttilo et al. 2014b). In this study, we investigated the role of ant dominance hierarchy in structuring the nested pattern of ant-plant. This pattern of interaction predicts that interactions are organized such that specialist ants interact with subsets of the plant species with whom generalist ants interact. (Figure 1). We found that within a nested ant–plant network, ant species found in the central core of highly interacting species were competitively superior, showing massive recruitment and resource domination, compared with peripheral species with fewer interactions (Figure 2). Since the number of ants on the host plant is associated with effectiveness in defense against herbivores, it is possible that most plant species found within ant–plant networks could be better protected against herbivory by these dominant ant species. In short, these results highlight the importance of competition and monopolization in the resource use by ants in the maintenance of the topological structure of ant–plant mutualistic networks.

wd01fig01

Figure 2. Correlation between the number of interactions and the dominance hierarchy in an ant community associated to EFN-bearing plants in a tropical coastal environment of the Gulf of Mexico (Adapted from Dáttilo et al. 2014b).

References

Dáttilo, W.; Guimarães, P.R.; Izzo, T.J. (2013). Spatial structure of ant-plant mutualistic networks. Oikos 122: 1643-1648. http://dx.doi.org/10.1111/j.1600-0706.2013.00562.x

Dáttilo, W.; Marquitti, F.M.D.; Guimarães, P.R.; Izzo, T.J. (2014a). The structure of ant-plant ecological networks: is abundance enough?. Ecology 95: 475-485. http://dx.doi.org/10.1890/12-1647.1

Dáttilo, W.; Díaz-Castelazo, C.; Rico-Gray, V. (2014b). Ant dominance hierarchy determines the nested pattern in ant-plant networks. Biological Journal of the Linnean Society 113: 405-414. http://dx.doi.org/10.1111/bij.12350

The authors

Wesley Dáttilo1; Thiago Junqueira Izzo2; Víctor Rico-Gray3

1PhD. Student in Animal Behavior at Universidad Veracruzana, Mexico – wdattilo@hotmail.com / www.wdattilo.bio.br

2Professor at Universidade Federal de Mato Grosso, Brazil – izzothiago@gmail.com

3Researcher at Universidad Veracruzana, Mexico – vrico@uv.mx