Nome do Projeto
Ecologia de comunidades e interações ecológicas: abordagem integral no estudo de formigas neotropicais na vegetação
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
10/06/2022 - 31/08/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Biológicas
Resumo
Formigas são organismos dominantes na vegetação de ecossistemas tropicais e intervém em muitas das interações e processos ecossistêmicos. As formigas associadas à vegetação são um fator importante na evolução e biogeógrafa de diversos grupos animais e vegetais. Por estes motivos, estes organismos são excelentes modelos para entender os padrões da diversidade biológica em ecossistemas tropicais, porém menos é conhecido sobre como agem em sistemas subtropicais da América do Sul. Por outro lado, a ecologia moderna reconhece a necessidade de adicionar dimensões sobre a história de vida, características funcionais ou história evolutiva dos organismos para entender os processos, definindo os padrões de diversidade biológica. As atividades humanas, e entre elas a agricultura em grande escala, têm um grande papel na degradação e destruição de habitats nos ecossistemas das paisagens atuais. Práticas agroecológicas podem ter um efeito muito benéfico na conservação e manutenção da diversidade e serviços ecossistêmicos, mas as respostas especificas de muitos dos grupos de organismos e as mudanças funcionais na comunidade ainda não é conhecida. Dentro deste contexto, o presente projeto pretende criar as bases solidas para consolidação de um grupo de estudo em formigas subtropicais. O fortalecimento deste grupo permitirá contribuir ao entendimento dos padrões de diversidade de formigas, a traves de levantamentos, estudos detalhados de espécies e observações sistemáticas de curto e longo prazo das interações ecológicas que envolvem formigas na vegetação. Três grandes perguntas serão abordadas nos diferentes subprojetos a serem desenvolvidos: 1) Quais são os padrões de variação espacial e temporal das comunidades de formigas arborícolas dentro do Pampa? 2) Quais são as caraterísticas ecológicas que definem as interações formigas-plantas e qual é o papel adaptativo destas interações em algumas espécies representativas? 3) Qual é o efeito relativo de práticas agrícolas de diferente intensidade na estrutura de comunidades de formigas e suas interações? A diversidade de formigas será estudada de forma comparativa ao longo de gradientes naturais e de origem antrópica tanto nas suas variações ao longo do espaço como ao longo do tempo. Este projeto prevê a realização de três tipos de estudos, 1) estudos autoecológicos focados em espécies de plantas representativas, 2) variação da estrutura e interações de formigas ao longo de gradientes ambientais e 3) efeitos de práticas agroecológicas na estrutura de comunidade e interações que envolvem formigas. Os métodos incluem desde manipulações experimentais e experimentos observacionais, até levantamentos padronizados analisados com técnicas modernas do estudo da diversidade taxonômica e funcional das comunidades de formigas. Os produtos das diferentes pesquisas desenvolvidas fornecerão dados muito importantes sobre aspectos pouco estudados da biodiversidade especialmente dentro do bioma pampa. Isto não só garantira a produção de publicações cientificas de qualidade, mas também criará o contexto para contribuir na formação de alta qualidade dos alunos envolvidos nas pesquisas.

Objetivo Geral

Contribuir ao conhecimento dos padrões de diversidade, interações e as caraterísticas ecológicas das espécies de formigas na vegetação subtropical, com ênfase com sistemas biológicos encontrados dentro do Bioma Pampa.

Justificativa

A diversidade biológica é comumente abordada em termos do número e a abundância relativa das espécies numa área (diversidade taxonômica). O estudo dos padrões que a diversidade apresenta na natureza é um assunto muito importantes e altamente utilizado em estudos e estratégias de conservação, planos de manejo e como ferramentas para a criação e gestão de políticas públicas (Burgman, 2005). Entretanto, o entendimento da diversidade baseado unicamente na diversidade taxonômica pode limitar a quantidade de informação disponível para as entidades ou pessoas tomadoras de decisão. Por exemplo, esta medida indica pouco sobre os processos responsáveis da geração de serviços ecossistêmicos. A ecologia de comunidades moderna reconhece a necessidade de conectar os estudos no nível de espécies com as características funcionais, a história evolutiva dos organismos e considerar o efeito de fatores regionais (gradientes ambientais, dinâmicas de metacomunidades, etc.). É conhecido que boa parte das características funcionais das espécies podem ser explicadas pela forma como estas se relacionam com outros organismos e com o ambiente ao longo do tempo evolutivo (Thompson, 2005). Todos os organismos estabelecem interações ao longo do seu desenvolvimento e estas são fundamentais para delimitar o espaço multidimensional do nicho ecológico que ocupam. Apesar de que existem muitos estudos sobre os gradientes de diversidade, pouco se sabe sobre como as interações entre espécies mudam ao longo do espaço (Trojelsgaard et al., 2015). Por estes motivos, reconhecer as interações ente organismos e a história evolutiva dos caracteres biológicos mediando estas interações é um tema altamente relevante na ecologia de comunidades. Além disso, o entendimento e conservação dos ecossistemas de forma sustentável é impossível sem considerar as funções e interações dos organismos que o compõem, o qual tem sido amplamente omitido em estudos de conservação e manejo de ecossistemas.
A biodiversidade é um dos recursos mais importante no patrimônio brasileiro a as ameaças a sua conservação são alarmantes (Mittermeier et al., 2005). Dentro da grande diversidade biológica no país, os sistemas encontrados dentro do bioma pampa são especialmente pouco conhecidos (Overbeck et al., 2009). Considerando que são sistemas altamente ameaçados pela atividade antrópica, avançar no conhecimento da diversidade biológica processos subjacentes é uma atividade prioritária. Dentro deste cenário, e considerando o grande número de funções ecológicas em que as formigas estão envolvidas, o entendimento dos padrões subjacentes da sua diversidade e suas interações pode contribuir de forma decisiva.

Metodologia

O estudo que apresentamos está dividido em 3 grandes escalas mutuamente complementarias dentro das quais serão propostos subprojetos associados aos diferentes alunos e colaboradores. A ideia de propor estas linhas é a de poder consolidar um grupo de trabalho no qual os diferentes integrantes se complementem e permitam tratar as perguntas centrais de forma integral. A primeira escala permite focar em organismos modelos (plantas representativas) nos quais iremos estudar a comunidade de formigas e sua estrutura. As duas seguintes escalas focam respectivamente na variação espacial e sazonal da comunidade de formigas e suas interações segundo gradientes naturais e antrópicos (e.g., produção agrícola).

1.1. Área de estudo
A maior parte das coletas e observações aqui propostas serão desenvolvidas em regiões de Pampa no Rio Grande do Sul, tentando abranger diferentes formações vegetais e tipos de ecossistemas associados. Será dada ênfase à região do extremo sul e sudoeste, central, incluindo regiões dentro do Pampa que estão seriamente ameaçadas pela fragmentação devido à agropecuária extensiva e, principalmente, à substituição de suas áreas nativas pelo cultivo de soja. Os locais específicos serão escolhidos a partir das limitações logísticas e as necessidades particulares de cada pergunta de pesquisa.
Uma parte das amostragens e observações dos sistemas focais serão feitas em áreas pertencentes Universidade Federal de Pelotas ou ao Embrapa (Estação experimental Terras Baixas). Paralelamente, outra parte das perguntas de pesquisa ocorrerão em propriedades rurais nos municípios de Pelotas, Canguçu e Morro Redondo, no extremo sul do Rio Grande do Sul.

1.2. Estudos autoecológicos em plantas representativas do Pampa
Em esta parte do projeto serão desenvolvidos estudos de interações formiga-planta focando nas características autoecológicas e multitróficas de sistemas biológicos desconhecidos, raros ou de alto interesse. Inicialmente serão desenvolvidas pesquisas aprofundando no conhecimento de sistemas de interação multitrófica formiga-planta-herbívoro dos quais já tem dados e informações disponíveis, mas também está prevista a inclusão de estudos de novos sistemas dentro do bioma pampa. Inicialmente iremos estudar como modelo plantas do gênero Eryngium (Apiaceae), as quais têm uma alta importância ecológica e econômica na região onde suas espécies são popularmente conhecidas como “gravatás” (Correa & Pirani 2005). As estruturas complexas desses gravatás assim como de outros representantes do gênero Eryngium spp. atuam como importantes fontes de abrigo e alimento para diversos artrópodes entre eles formigas. Desta forma, nesta parte do projeto estudaremos a travez de observações de campo e experimentos manipulativos como a comunidades de formigas associadas a estas plantas afeta a planta do ponto de vista de interações diretas e indiretas mediadas pelas relações com outros organismos associados ao sistema (e.g., herbívoros, predadores generalistas).

1.3. Padrões de variação na diversidade e nas interações formigas-planta no Bioma Pampa
Esta parte do projeto está focada no estudo de padrões de diversidade e estrutura de comunidades de formigas arborícolas (formigas especializadas em forrageio na folhagem de pequenas árvores, arbustos ou plantas herbáceas) em ecossistemas não florestais nos Pampas e restingas abertas. Por apresentarem vegetação baixa, estes ambientes também facilitam não só a amostragem das formigas em cada tipo de planta, mas também a localização específica dos ninhos e a observação de comportamentos e diferentes interações em que estão envolvidas. Nesta linha serão aplicadas técnicas tradicionais e modernas no estudo de ecologia de comunidades para entender a variação de comunidades de formigas ao longo de gradientes ambientais. Estes dados serão acompanhados da obtenção de registros locais das condições climáticas (e.g., Temperatura, precipitação) e das caraterísticas fenológicas e estruturais da vegetação. Alguns dos pontos específicos de interesse são gradientes de complexidade de vegetação, e gradientes de intervenção antrópica (e.g., fragmentação exploração pecuária) e mudanças temporais ao longo das estações.

1.4.Variação das comunidades de formigas: efeitos de práticas agroecológicas
Serão escolhidas pelo menos 10 propriedades rurais de produção agrícola nas áreas de Canguçu e Morro Redondo, sendo que cinco delas apliquem práticas agroecológicas (segundo declaradas pelos seus proprietários) com sistema orgânico e apresentam pelo menos alguma parte da propriedade em sistemas agroflorestal. As outras cinco áreas serão escolhidas por apresentarem tamanhos similares às propriedades agroecológicas, mas que apliquem a agricultura intensiva convencional. O tamanho total de cada área será de acordo com o tipo de distribuição da terra predominante na região, ao redor de 10ha. O projeto será desenvolvido considerando o estabelecimento de parcerias com os proprietários locais, para facilitar uma abordagem de pesquisa participativa, visando a coprodução de conhecimento entre os pesquisadores e os proprietários. Salientamos que várias destas parcerias já estão bem estabelecidas e os contatos com outros produtores da região estão em andamento. Esta parte do projeto será feita em associação ao projeto já aprovado e financiado pela Fapergs intitulado “Avaliação e monitoramento de bioindicadores em sistemas agrícolas na Serra do Sudeste, Bioma Pampa” sob coordenação do Prof. Dr. Leandro da Silva Duarte na modalidade PqG.

Indicadores, Metas e Resultados

O projeto de pesquisa aqui apresentado está pensado para conseguir diferentes produtos a curto e longo prazo. A curto prazo se espera consolidar a formação do “Grupo de estudo em ecologia de formigas subtropicais” com a colaboração contínua com pesquisadores de diversas áreas, mas também a participação integral de alunos de graduação e de pós-graduação. O estabelecimento deste grupo será o suporte para a produção contínua de publicações científicas de alta qualidade, que envolvam diretamente os alunos e contribuam ativamente na sua formação.
Adicionalmente, os produtos das diferentes pesquisas desenvolvidas fornecerão dados muito importantes sobre aspectos pouco estudados da biodiversidade especialmente dentro do Bioma Pampa. Apesar de que existem muitos estudos sobre padrões de diversidade de insetos, pouco se sabe sobre as interações das diferentes espécies mudam ao longo do espaço (Trojelsgaard et al., 2015). Em curto e mediano prazo, se espera contribuir ao entendimento dos padrões de distribuição da diversidade da biota dentro de Rio Grande do Sul numa perspectiva moderna que vá além da diversidade taxonômica e inclua componentes funcionais e efeitos nas interações. De igual forma, permitirá avaliar a importância da perturbação antrópica através do estudo sistemático das comunidades de formigas ao longo de gradiente ambientais.
Já que várias das pesquisas contempladas implicam levantamentos de diversidade, este projeto irá contribuir na elaboração de listados regionais de espécies assim como abre a porta para a elaboração e manutenção de uma coleção de referência de formigas do Pampa. A alta importância ecológica das formigas nos ecossistemas tropicais (assim como em sistemas com alta influência antrópica) faz com que os dados aqui gerados possam ser facilmente utilizados como suporte de planos e estratégias de conservação e manejo de áreas degradadas. A longo prazo, os dados levantados sobre as diferentes espécies nos estudos autoecológicos e nas análises de comunidades serão consolidados em uma base dados sobre as caraterísticas funcionais das formigas do bioma que podem ser fundamentais como base de pesquisas futuras. Aprofundamentos teóricos nos dados gerados em este projeto serão fundamentais em médio e longo prazo como base de pesquisas futuras que detalhem mais os processos ocorrendo dentro das comunidades, especificamente através de análises como diversidade filogenética, ecologia funcional e redes de interação ecológica.
A biodiversidade é um dos recursos mais importante no patrimônio brasileiro e as ameaças a sua conservação são alarmantes (Mittermeier et al., 2005). A agricultura intensiva convencional e de grande escala tem causado grandes impactos ambientais na degradação e destruição de ambientes naturais, limitando os serviços ecossistêmicos prestados (Butler et al., 2007). No Brasil, um terço do território nacional é destinado à agricultura, atividade responsável pela maior parte da degradação na Floresta Amazônica, Mata Atlântica, e Cerrado, afetando diretamente a biodiversidade local nas extensas áreas de cultivo (Martinelli et al., 2010). Neste contexto, o desenvolvimento e aplicação de práticas agroecológicos alternativos que permitam um balanço entre as necessidades produtivas humanas, a saúde e bem-estar humana, a manutenção das interações ecológicas e dos serviços ecossistêmicos envolvidos (e.g., polinização, manutenção da estrutura do solo, controle natural de pragas, otimização do ciclo de nutrientes) e a conservação das espécies é um assunto prioritário. O presente projeto irá contribuir a entender quais são as vantagens deste tipo de práticas agroecológicas em termos do impacto na biodiversidade, na estrutura e funcionamento das comunidades naturais, e na sustentabilidade da agricultura familiar no Brasil.
Finalmente, estas pesquisas abrirão a porta para o estabelecimento de colaborações de longa duração com pesquisadores de diversas áreas (e.g., especialistas em taxonomia, em desenvolvimento de modelos matemáticos e estatísticos, modelagem de comunidades, métodos filogenéticos de estudo de comunidades) que serão adicionados continuamente ao projeto. A natureza multidisciplinar implícita nas perguntas de pesquisa (e as colaborações subsequentes), garantirá uma grande diversidade e qualidade das publicações produzidas tanto em periódicos nacionais como internacionais. Adicionalmente, permitirá enriquecer grandemente a formação dos alunos e fortalecer a longo prazo o funcionamento do grupo de estudo. Desta forma, será possível, por um lado, oferecer treinamento aos alunos não só na taxonomia, nas técnicas de coleta e montagem de insetos, e no uso e manutenção de coleções entomológicas, além de estabelecer uma coleção de referência de formigas arborícolas do bioma Pampa. Por outro lado, o grupo de estudo permitirá o treinamento em técnicas e métodos ecológicos modernos como por exemplos métodos para experimentação ecológica, técnicas modernas de estudo da diversidade, modelos biológicos e estatísticos etc.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
CRISTIANO AGRA ISERHARD1
DANIEL ANDRÉ DE CARVALHO
JESSYCA SIEMIONKO DE ANTONI
JULIA DURO BRAGA
SEBASTIAN FELIPE SENDOYA ECHEVERRY6
VIVIAN DE SOUZA CENTENO

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