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

ABSTRACT

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

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.