Pesquisa

Abordagem de estudo

A incrível diversidade das florestas tropicais resulta tanto da alta diversidade local (diversidade alfa) quanto das mudanças notáveis na composição das espécies em curtas distâncias e gradientes ambientais (diversidade beta). Até o momento, a pesquisa enfocou como e por que a composição das espécies varia ao longo de gradientes climáticos e de uso da terra. No entanto, a natureza está interconectada, de modo que os padrões de diversidade em um único nível trófico são influenciados pela diversidade de seus parceiros de interação.

Em face do ritmo alarmante das recentes mudanças ambientais no planeta Terra, não existem ferramentas para prever precisamente como as interações bióticas, que são essenciais para a persistência das espécies e dos serviços ecossistêmicos (por exemplo, polinização), irão responder. Desenvolver uma ciência preditiva das interações entre espécies requer a integração de mecanismos evolutivos, biogeográficos e ecológicos que atuam em diferentes escalas espaciais e temporais. Nesse projeto é utilizada uma abordagem hierárquica em multiplas escalas, que combina filogeografia, ecologia de redes, modelagem estatística e experimentos, com o intuito de desemaranhar os mecanismos que governam a riqueza de espécies e as interações mutualísticas em beija-flores tropicais e suas plantas fonte de recurso (Figura 1).

Os processos macroevolutivos e biogeográficos geram distintos pools regionais de espécies (diversidade gama). Portanto, o projeto tem equipes trabalhando em três regiões tropicais montanhosas com histórias biogeográficas distintas e grupos de beija-flores dominantes: os planaltos da Costa Rica têm alta representação de espécies das linhagens Abelhase Gemas-da-montanha que se diversificaram recentemente; as linhagens Brilhantes e Coquetes diversificaram nos Andes equatorianos; enquanto os clados mais antigos, incluindo os Mangos e os Ermitões, são comuns e mais prevalentes na Floresta Atlântica brasileira. Além disso, as montanhas tropicais têm uma heterogeneidade extraordinária, fortes gradientes ambientais e enorme diversidade beta, permitindo substituições espaço-temporais que podem fornecer uma visão de como a estrutura e a diversidade da rede serão influenciadas pelo atual aquecimento do clima. Ao avaliar essas regiões distintas, podemos determinar o surgimento de padrões gerais e potenciais processos.

Figura 1. Estrutura conceitual do Projeto EPHI. As cores representam os grupos de clados. WP representa os pacotes de trabalho onde WP2 aborda questões relacionadas com a diversidade beta de espécies; WP3 questões relacionadas com redes de intrações locais; WP4 questões relacionadas com a diversidade beta das interações; e WP5 desenvolve um modelo preditivo de interações em todo o gradiente e regiões.

Estamos coletando uma extensa e única base de dados sobre as interações de beija-flor-planta nessas três regiões (WP1; Figura 2). Focamos nas interações beija-flor-planta porque elas fornecem uma oportunidade única de estudo da relação entre a partição e a sobreposição entre nicho de recursos e atributos morfológicas que podem afetar a diversidade tropical. Usando esses dados, estamos avaliando a influência dos filtros ambientais nos padrões de espécies, a β-diversidade funcional e a partição de nicho em gradientes de elevação (WP2). Em seguida, focaremos  em determinar os fatores que influenciam as interações locais (WP3). Combinando esses dois aspectos, avaliaremos se a β-diversidade das interações que é derivada de mudanças na diversidade β das espécies e na estrutura local da rede (WP4). Finalmente, estamos gerando um modelo preditivo de interações que será testado com validação cruzada e experimentos (WP5).

Abordar esse conjunto de objetivos de maneira integrada produzirá uma nova perspectiva sobre uma das questões mais fundamentais da ecologia e da evolução; isto é, quais mecanismos impulsionam a diversidade de espécies e suas interações.

Figura 2. Distribuição dos locais de amostragem de campo ao longo dos gradientes de elevação nos três sistemas montanhosos da Costa Rica (canto superior esquerdo), Brasil (canto superior direito) e Equador (canto inferior esquerdo).

Para monitorar os padrões de abundância de flores, sua fenologia e visitação dos beija-flores, usamos uma combinação de câmeras e transectos. Transectos de 1,5 km são amostrados uma vez por mês em cada um dos 9 a 12 locais em cada um dos três países durante dois anos. Cinco tipos de dados são obtidos em cada transecto: contagens de beija-flores, observações de interação, recursos florais, morfologia floral e concentração de néctar (quando possível). A utilização de câmera pré-definida com intervalos de tempo foi desenvolvida pelo Dr. Ben Weinstein (colaborador do projeto) trabalhando no mesmo sistema (Weinstein 2015) e aumentou drasticamente nossa capacidade de coletar dados. Câmeras com intervalos de tempo pré-definidos, que tiram uma foto a cada segundo, são colocadas em flores individuais ao longo dos transectos descritos acima para registrar a visitação de espécies de beija-flores. As imagens resultantes são processadas de forma eficiente usando o DeepMeerkat, um software que detecta automaticamente as fotos com visitas dos beijas-flores (http://benweinstein.weebly.com/deepmeerkat.html).

Além disso, estamos coletando os atributos funcionais dos beija-flores que influenciam seu papel dos na comunidade e com quais plantas eles interagem. Por exemplo, o comprimento do bico pode influenciar quais flores um beija-flor pode utilizar, com base na combinação entre a corola das flores e o bico do pássaro; o comprimento do tarso é um indicador da habilidade de empoleirar-se onde mais aves territoriais empoleiram-se e têm tarso longo; e a carga das asas influencia a habilidade de vôo e se uma ave defende um território ou voa entre aglomerados de flores espacialmente distintos, um comportamento chamado de rota de visitas.

Coletas botânicas, armazenamento e morfologia floral

Medimos atributos das plantas focando nas características que podem influenciar a visitação pelos beija-flores. Três aspectos foram considerados:

 

  • Características de visibilidade aquelas que chamam a atenção dos polinizadores, incluindo: cor das flores, brácteas, folhas e até caules, uma vez que para as espécies visitadas por beija-flores as flores podem ser agrupadas para aumentar o impacto visual.
  • Características de acesso estratégias que facilitam ou restringem o acesso dos polinizadores aos recursos alimentares. A forma e as dimensões da flor incluem a presença ou ausência de tubo floral, origem do mesmo, sua abertura medida nas duas direções do plano cartesiano, o comprimento do tubo floral e sua curvatura.
  • As características reprodutivas referem-se aos sistemas sexuais: flores dióicas masculinas e femininas são produzidas em indivíduos diferentes; flores monóicas, masculinas e femininas na mesma planta; e hermafroditas. Além disso, as estruturas florais masculinas e femininas podem amadurecer ao mesmo tempo (homogamia) ou em tempos diferentes (dicogamia). O arranjo das anteras e do estigma em relação a um eixo central também foi analisado e as medidas dos órgãos reprodutivos masculinos e femininos foram tomadas.