From insect-plant interactions to ecological networks / Das interações inseto-planta às redes ecológicas

Abstract Since its inception, biodiversity has largely been understood as species diversity and assessed as such. Interactions among species or functional groups are gradually becoming part of an expanded concept of biodiversity. As a case study of the development of a research program in biodiversity, we summarize our multi-decade studies on interactions of Asteraceae and flowerhead-feeding insects in Brazil. Initially, host species were treated as independent replicates in order to assess the local and turnover components of their herbivore diversity. Research then expanded into sampling entire interactive communities of host plants and their associated herbivores in different localities and regions, enabling new research lines to be pursued. Interaction diversity could be assessed and factored into spatial and among-host components, suggesting a new field of interaction geography. Second, host specialization, a key component of interaction diversity, was reframed considering simultaneously relatedness and local availability of plant hosts. Third, with the influence of complex network theory, community-wide species interactions were probed for topological patterns. Having identified the modular structure of these plant-herbivore systems, later we demonstrated that they fit a compound hierarchical topology, in which interactions are nested within large-scale modules. In a brief survey of research funded by Fapesp, especially within the Biota-Fapesp program, we highlight several lines of internationally recognized research on interaction diversity, notably on plant-frugivore and plant-pollinator interactions, together with new theoretical models. The interplay of field studies with new theoretical and analytical approaches has established interaction diversity as an essential component for monitoring, conserving and restoring biodiversity in its broader sense.

Resumo Desde seu início, a biodiversidade geralmente tem sido entendida e avaliada principalmente como diversidade de espécies. Interações entre espécies ou grupos funcionais vêm sendo incorporadas em um conceito expandido de biodiversidade. Como um estudo de caso da evolução de um programa de pesquisa em biodiversidade, resumimos aqui nossos estudos das interações de Asteráceas com insetos endófagos em capítulos no Brasil, desenvolvidos por várias décadas. Inicialmente a diversidade de herbívoros foi estimada em diferentes espécies hospedeiras, tratando-as como réplicas independentes para estimar os componentes locais e de substituição da diversidade dos insetos associados. Posteriormente, passamos a amostrar comunidades interativas de plantas e insetos associados em diferentes localidades e regiões, o que abriu novas linhas de investigação. A diversidade de interações, agora fatorada em componentes espaciais e inter-hospedeiras, sugere um novo campo, a geografia de interações. Em segundo lugar, um componente essencial da diversidade de interações, a especialização trófica, foi redefinida como função da contiguidade filogenética bem como da disponibilidade local de plantas hospedeiras. Terceiro, sob influência da teoria de redes complexas, foram investigados padrões topológicos de comunidades interativas. Identificamos a estrutura modular dessas comunidades de plantas e herbívoros; posteriormente, demonstramos a topologia hierárquica dessas interações, composta por módulos internamente aninhados. Numa revisão sucinta de pesquisas sustentadas pela Fapesp, especialmente no programa Biota-Fapesp, destacamos diversas linhas de pesquisa sobre diversidade de interações que alcançaram reconhecimento internacional, tais como interações de plantas e frugívoros ou polinizadores, além de novos modelos teóricos. A conjugação de estudos de campo com novas abordagens teóricas e analíticas firmou a diversidade de interações como um componente essencial para monitorar, conservar e restaurar a biodiversidade em seu sentido mais amplo.

New host-plant records for neotropical agromyzids (Diptera: Agromyzidae) from Asteraceae flower heads

Agromyzidae is a large and cosmopolitan fly family with approximately 2,500 known species. Here we present 22 new records of agromyzid-host plant associations. Plants were sampled from 2002 to 2005 in São Paulo state, Brazil. A total of eight agromyzid species were reared from 18 Asteraceae host species. The genus Melanagromyza Hendel was the commonest. This is the first detailed study reporting associations between non-leafmining Agromyzidae and their host plants in Brazil.

A família Agromyzidae contém aproximadamente 2.500 espécies fitófagas conhecidas. Aqui são apresentados 22 novos registros de associação entre agromizídeos e suas plantas hospedeiras. Foram realizadas coletas entre 2002 e 2005 em remanescentes de cerrado no estado de São Paulo. As oito espécies de agromizídeos registradas pertencem ao gênero Melanagromyza Hendel e foram coletadas em 18 espécies de Asteraceae. Este é o primeiro estudo detalhado sobre associações entre agromizídeos não-minadores e suas plantas hospedeiras no Brasil.

Assemblages of endophagous insects on Asteraceae in São Paulo Cerrados

A survey of the endophagous insects fauna associated to Asteraceae capitula was carried out from 2000 to 2002 in eight cerrado sensu stricto sites located in the Brazilian state of São Paulo. Sixty-four endophagous species of Diptera and Lepidoptera were recorded from 49 asteracean host plants. Approximately half of the species were obtained from a single locality, with a large proportion emerging from a single sample (unicates). Thirty percent of the species were singletons (i.e. only one individual was recorded). The large proportion of rare species suggests a high species turnover among localities. Lepidopteran species were recorded on more host species than dipterans, confirming their more polyphagous food habit, also observed in other Brazilian biomes and in Europe. We conclude that the studied cerrado localities, all within São Paulo State, are isolated with its invertebrate fauna composed of many rare and exclusive species. We suggest that the maintenance of Asteraceae biodiversity and their endophagous insects depend on the conservation of all cerrado remnants in the state.

No presente estudo foi realizado um levantamento da fauna de insetos endófagos de capítulos de Asteraceae (Compostas), de 2000 a 2002, em oito localidades de cerrados sensu stricto no estado de São Paulo. Foram obtidas 64 espécies de endófagos (dípteros e lepidópteros) de 49 espécies de hospedeiras. Aproximadamente metade das espécies foi obtida de apenas uma área, e destas uma grande proporção ocorreu em apenas uma amostra (unicatas). Trinta por cento das espécies foram consideradas "singletons" (apenas um indivíduo foi obtido). A grande quantidade de espécies raras sugere uma forte troca de espécies entre diferentes áreas. Lepidópteros foram registrados em mais espécies hospedeiras que dípteros, confirmando o já observado para o mesmo sistema de insetos e plantas em outros ambientes no Brasil e Europa. As áreas de cerrado sensu stricto estudadas no estado de São Paulo encontram-se isoladas, com uma grande parte da fauna de invertebrados composta por muitas espécies raras e exclusivas. Diante deste quadro, sugere-se que a manutenção da biodiversidade de Asteraceae e seus endófagos em seus níveis atuais depende da conservação de todo o conjunto de remanescentes de cerrado do estado.

Diversidade e ocorrência de Asteraceae em cerrados de São Paulo

De abril a maio de 2000 a 2002 oito localidades com remanescentes de cerrados sensu stricto no estado de São Paulo foram amostradas para o levantamento das espécies de asteráceas, uma das famílias mais representativas da flora herbáceo-arbustiva nestas formações. Foram feitas 23 amostragens e cada área de estudo foi amostrada em média uma vez por ano durante o pico de floração das plantas. Ao todo foram obtidas 399 amostras, nas quais foram reconhecidas 89 morfoespécies (74 foram identificadas como espécies conhecidas). Quarenta por cento das espécies foram registradas uma única vez (unicatas), indicando um grande número de espécies raras. Apenas 10 por cento das espécies que ocorreram em mais de uma amostra foram obtidas de uma mesma área (sobreposição espacial) ou de um mesmo ano de estudo (sobreposição temporal). A riqueza de espécies em cada área foi estimada por meio de transeções e depois comparada à riqueza total observada em cada área de estudo, sendo esta na maioria das vezes mais alta que a estimada com base nas transeções. A lista de espécies obtida para os cerrados amostrados foi comparada a outras 24 listas publicadas para cerrados no Brasil. Embora a maioria das espécies mais comuns tenha coincidido, oito espécies (11 por cento das espécies identificadas) não constam das listas publicadas. Concluímos que as áreas de cerrado sensu stricto estudadas no estado de São Paulo encontram-se isoladas, com uma grande parte da flora herbáceo-arbustiva composta por várias espécies raras e exclusivas. Diante deste quadro, sugerimos que a manutenção da biodiversidade de Asteraceae depende da conservação de todo o conjunto de remanescentes de cerrado do estado de São Paulo.