The emergence of collective patterns from repeated local interactions between individuals is a common feature to most living systems, spanning a variety of scales from cells to animals and humans. Subjects of this thesis are two aspects of emergent complexity in living systems: collective movement and transport network formation. For collective movement, this thesis studies the role of movement-mediated information transfer in fish decision-making. The second project on collective movement takes inspiration from granular media and soft mode analysis and develops a new approach to describe the emergence of collective phenomena from physical interactions in extremely dense crowds. As regards transport networks, this thesis proposes a model of network growth to extract simple, biologically plausible rules that reproduce topological properties of empirical ant trail networks.  In the second project on transport networks, this thesis starts from the simple rule of “connecting each new node to the closest one”, that describes ants building behavior, to study how balancing local building costs and global maintenance costs influences the growth and topological properties of transport networks. These projects are addressed through a modeling approach and with the aim of identifying minimal sets of basic mechanisms that are most likely responsible of large-scale complex patterns. Mathematical models are always based on empirical observations and are, when possible, compared to experimental data.

Sexual conflict occurs when the fitness interests of males and females do not align with one another. The resolution of sexual conflict often depends on the level of control each sex has on the behavior in conflict. In Pogonomyrmex harvester ants with a genetically determined caste system, two separate lineages interbreed with one another during summer mating swarms. Diploid offspring sired by a single lineage develop into reproductive queens, while offspring sired by opposite-lineage parents develop into sterile workers. This results in sexual conflict, as males which mate with opposite lineage queens will produce only workers, resulting in no fitness benefit, while queens must mate with opposite-lineage males in order to obtain workers and survive. Despite these fitness differences, males do not discriminate between lineages prior to mating. One possible reason for the lack of male discrimination is that queens "mask" their identity cues, making discrimination difficult for males. In eusocial insects, identity cues are encoded by cuticular hydrocarbons (CHC’s) found on the exoskeleton of the insects. These cues contain information on the insect's reproductive status, sex, species, state, and nest membership. In addition to their communication functions, CHC’s also serve as desiccation-resistance molecules, preventing water from freely passing out of the cuticle. However, molecules that are best-suited for communication functions are poor desiccation resistance molecules, and molecules that are best-suited for waterproofing lack the diversity needed for communication; therefore, a tradeoff between these two functions is expected. In this dissertation, I explore sexual conflict in these ants and the chemical recognition cues that likely play a role in this conflict. To test for cryptic strategies in harvester ant mating swarms, I experimentally paired males and females from two interbreeding lineages of harvester ant with different fitness outcomes based on pairing, and measured the propensity to initiate copulation, pre-copulatory time, time in copula, and rate and amount of sperm transferred in each mating. Although females controlled copulation duration, males altered sperm transfer rates, resulting in no quantitative difference in total sperm transfer between lineages. To test for thermal constraints on the diversity and composition of cuticular hydrocarbon profiles, and changes in CHC profiles that occur in workers isolated from the queen, I surveyed the cuticular hydrocarbon profiles of a species complex of harvester ants. The CHC profiles of ants from more xeric environments showed evidence of constraints, while isolated workers differentiated from their queen-raised sisters, although not in queen-specific molecules. To test for queen identity masking and lack of discrimination ability in mating swarms, I tested for convergence in the CHC profiles of reproductives in two hybridizing lineages in response to the sexual conflict playing out in this species. Differences in CHC profiles were lost during the mating swarm, likely limiting male ability to discriminate between mates, limiting discrimination ability in mating swarms. To study the genetic regions that control CHC production, I created a physical linkage map of two of the interbreeding populations, and used that map to perform quantitative trait loci analysis on the cuticular hydrocarbon profile of recombinant males. One significant region associated with 13-methylnonacosane contained numerous odorant receptor genes, suggesting a link between that CHC production and the receptors that detect it, while a second region associated with n-pentacosane contained numerous genes that control expression levels. Overall, the genetic caste determination system in these ants leads to antagonistic coevolution between species. This coevolution is likely reinforced by the thermal constraints and exchange of recognition cues between species, lowering the ability of useful discrimination between lineages during mating swarms.

<ul><li>As the human population expands, agricultural expansion and intensification will exert an increasing pressure on remaining habitats, especially in the tropics. Oil palm is one of the most rapidly expanding crops in these regions, and identifying management strategies that conserve biodiversity and ecosystem services in these landscapes is therefore a priority. I assess whether riparian forest fragments (riparian reserves) conserve species and the functions they support within oil palm landscapes. Riparian forests are legally required for their beneficial impact on hydrological dynamics and their potential to contribute to the conservation of terrestrial species is poorly documented. I focussed on two ecologically important indicator groups (ants and dung beetles) and the ecosystem processes that they support. Whilst protecting primary forest will remain the most important strategy for biodiversity conservation, I found that riparian reserves do support species of ants and dung beetles that would not otherwise persist in oil palm landscapes. However, the extent to which riparian reserves maintained key ecological functions differed between these two taxa. The amount of nutrient distribution carried out by ants in riparian reserves was similar to logged forest areas, and higher than in oil palm. In contrast, dung removal functions did not vary between these land uses. I also investigated how the vegetation structure and landscape context of riparian reserves affects the dung beetle communities they support. Increasing reserve width and proximity to other forest fragments had a positive impact on the species richness and diversity of dung beetles in riparian reserves. There was little evidence that riparian reserves enhance the provision of dung removal or pest control services in adjacent areas of oil palm. >The results provide evidence to support the introduction and/or enforcement of legislation to protect riparian forest reserves in order to conserve biodiversity and ecological processes in oil palm landscapes.

Orientador: José Eduardo Corá / Coorientador: Ana Yoshi Harada / Banca: Ivan Barbosa Machado Sampaio / Banca: Adolfo Valente Marcelo / Banca: Célia Regina Paes Bueno / Banca: Maria Helena Moraes / Resumo: As formigas ocupam dosséis de árvores e arbustos, com muitas espécies utilizando a interface solo/serapilheira para forrageamento e outras com hábito residente nos solos. Nesse trabalho se propôs identificar espécies de formigas em um domínio de Cerrado à Nordeste do Estado do Maranhão e correlacionar a ocorrência das formigas com atributos dos solos, da vegetação, da umidade e temperatura ao nível do solo. O trabalho foi realizado no município de Chapadinha - MA em seis ambientes: A1 e A2 LATOSSOLO AMARELO Distrófico típico, A3 NEOSSOLO FLÚVICO Distrófico típico, A4 LATOSSOLO AMARELO Distrófico petroplíntico, A5 ARGISSOLO ACINZENTADO Distrófico arênico e A6 PLINTOSSOLO PÉTRICO Litoplíntico êndico. A caracterização da cobertura vegetal foi realizada a partir levantamento fitossociológico em parcelas de 40 x 40 m. Nessas parcelas foram coletadas amostras de solo deformadas e com estrutura preservada nas camadas 0,0 - 0,1 m, 0,1 - 0,2 m e 0,2 - 0,3 m para caracterização física e química. As formigas foram coletadas em cada ambiente com auxílio de iscas proteicas e carboidráticas (sardinha e mel). Nove conjuntos de iscas foram distribuídas em uma malha amostral quadrada (40 x 40 m) e a distância entre as iscas foi de dez metros uma da outra. Cada isca foi monitorada individualmente, por um período de 1 hora, entre 08:00 às 11:00 horas. As formigas que acessaram as iscas foram acompanhadas e coletadas diretamente na entrada dos respectivos formigueiros. A biomassa seca de serapilheira foi obtida em parcelas de 1 m2 distribuídas aleatoriamente nas parcelas de 40 x 40 m. As medidas de umidade e temperatura foram obtidas com auxílio de termohigrômetro posicionado diretamente na superfície do solo dos ambientes de amostragem. Os atributos físicos e químicos do solo receberam tratamento estatístico descritivo e foram usados nas correlações multivariadas, utilizando análise de componentes ... / Abstract: Ants live in tree tops and shrubs, with many species using the soil/litter interface for foraging and other are resident in the soils. In this study proposes to identify species of ants in an area of the Cerrado Northeastern State of Maranhao and correlate the occurrence of ants with attributes of soils, vegetation, moisture and temperature at ground level. The study was conducted in the municipality of Chapadinha-MA in six environments: E1 and E2 Typical Dystrophic Oxisol, E3 Entisol Typical Dystrophic, E4 Petroplíntico Dystrophic Oxisol, E5 Paludalf Dystrophic Ultisol and E6 Plinthosol Petrico Êndico Litoplíntico. The characterization of the vegetation was carried out by phytosociological survey in 40 x 40 m plots. To evaluate the physical and chemical properties of the soils we collected disturbed soil samples and preserved structure in 0,0 - 0,1 m, 0,1 - 0,2 m and 0,2 - 0.3 m layers. The ants were collected with protein and a carbohydrate baits (sardines and honey) using nine pairs of baits distributed in the 40 x 40 m plots from six environments. To collect the ants in each plot the baits were observed individually for one hour (08:00 and 11:00 am) and the ants who accessed the baits were monitored and collected directly at the entrance of their nests. The dry biomass of litter was obtained in 1 m2 plots randomly distributed in 40 x 40 m plots. Humidity and temperature were obtained with hygrometer placed directly on the soil surface from the sampling environments. Descriptive statistical analysis and Principal Component Analysis (PCA) was carried out in the physical and chemical soil attributes. Ten ant species with higher importance value (HIV) were used in the PCA analysis. These species were correlated with soil attributes, litter biomass, basal area, humidity and temperature at ground level. Forty eight species from 7 subfamilies and 24 genera have been found. Nine species were restricted to records environments: E1 and ... / Doutor

Muitas trilhas de formigas entre o ninho e a área de forrageamento são, obrigatoriamente, consideradas estradas de mão dupla, devido ao caminho marcado por feromônios. Nesses caminhos pelos quais fazem a sua viagem, a única maneira de uma formiga voltar ao ninho, depois de pegar um pouco de comida, é seguir a rota quimicamente marcada. Essas trilhas são um paradigma biológico na teoria da auto-organização quanto aos feitos coletivos dos animais. Uma maneira de testar a suficiência dos modelos atuais é perturbar os arranjos naturais em que as regras de interação deram origem aos padrões auto-organizados. Nós desenvolvemos um método que impede as formigas de forragearem em trilhas de mão-dupla. A única maneira de forragear dá-se através de duas rotas separadas, de forma que elas não podem voltar pelo mesmo caminho que fizeram para chegar à comida ou ao ninho. De maneira contrária ao que a teoria atual poderia antecipar, operárias de formigas cortadeiras Atta sexdens rubropilosa podem resolver esse problema. Nós sugerimos que essa habilidade é uma conseqüência evolutiva da necessidade de lidar com irregularidades ambientais que não 75 poderiam ser resolvidas através de comportamentos excessivamente estereotipados, e que isso é um exemplo de um fenômeno abrangente. Nós também indicamos que esse método pode ser usado para estudo com outros animais invertebrados e vertebrados para estudos de orientação, memória, percepção, aprendizado e comunicação. / Many ant trails between nest and foraging ground are considered compulsory two-way roads because of the pheromone-marked path on which the workers travel. The only way to get back home, after grasping a food load, is to take the chemically marked route. As such trails are the biological paragon of Self-organization Theory regarding the collective achievements of animals, a way to test the sufficiency of current models is to disrupt the natural arrangements in which the rules of interaction give origin to the self-organized pattern. We have developed a method to stop foraging ants from shuttling on two-way trails. The only way to forage is to take two separate roads, as they cannot go back on their steps after arriving at the food or at the nest. Contrary to what present theory would anticipate, workers of the leaf-cutting ant Atta sexdens rubropilosa can solve the problem. We suggest that their ability is an evolutionary consequence of the need to deal with environmental irregularities that cannot be negotiated by means of excessively stereotyped behavior, and that it is but an example of a widespread phenomenon. We also suggest that our method can be adapted to other species, invertebrate and vertebrate, in the study of orientation, memory, perception, learning and communication.

Heteroponerinae Bolton (2003) compreende três gêneros de formigas: Acanthoponera Mayr, Aulacopone Arnol\'di e Heteroponera Mayr. Acanthoponera é exclusivamente Neotropical, enquanto Heteroponera mostra uma distribuição disjunta nas Américas e Oceania. O gênero Aulacopone, de posição incerta na subfamília, é conhecido por uma única espécie representada por um par de rainhas coletadas por volta da década de 1930 em duas localidades no sudoeste da Ásia (Azerbaijão). O presente estudo representa a primeira revisão taxonômica global de Heteroponerinae em nível específico e a primeira tentativa de se analisar as relações filogenéticas internas da subfamília com base em caracteres morfológicos externos de todos os táxons nela incluídos. O estudo dos terminais utilizados na análise filogenética resultou em uma matriz com 101 caracteres, sendo 50 destes empregados pela primeira vez em uma análise cladística envolvendo formigas. A análise filogenética demonstra a monofilia de Heteroponerinae, com pelo menos quatro sinapomorfias sustentando esta hipótese. Os gêneros Acanthoponera e Heteroponera também são monofiléticos em todas as topologias aqui encontradas. As relações internas apontam para uma posição basal do gênero paleártico Aulacopone, que figura como grupo-irmão do clado Acanthoponera + Heteroponera. Ainda assim, devido à falta de caracteres que ofereçam maior suporte à inclusão de Aulacopone em Heteroponerinae, este gênero é mantido como incertae sedis na subfamília. A relativa falta de resolução nas relações internas em Acanthoponera e nos ramos mais apicais de Heteroponera não impede o reconhecimento de algumas linhagens como evolutivamente independentes. A presença destas linhagens em pelo menos duas regiões biogeográficas e a proximidade filogenética encontrada entre grupos neotropicais e australianos revelam um interessante cenário biogeográfico a ser investigado. Após o exame de 33 dos 36 espécimes-tipo designados para as espécies e subespécies de Heteroponerinae, seis espécies são reconhecidas para o gênero Acanthoponera, das quais duas são descritas como novas. Heteroponera apresenta 21 espécies (seis delas descritas aqui pela primeira vez), sete das quais restritas à Região Australiana (três novas) e 14 exclusivamente neotropicais (três novas). Heteroponera flava Kempf é sinonimizada sob H. panamensis (Forel) e H. georgesi Perrault passa a ser sinônimo júnior de H. microps Borgmeier. Indivíduos de castas e sexos ainda não registrados (incluindo machos, gines e operárias) são aqui descritos pela primeira vez para diferentes espécies de Heteroponerinae. Novos registros de localidades expandem significativamente a distribuição conhecida para a maior parte das espécies. Observações de campo aliadas a dados de rótulo de espécimes de museus fornecem importantes informações adicionais acerca da história natural do grupo. Larvas de Heteroponerinae são predominantemente predadoras, alimentando-se de pequenos artrópodes coletados pelas operárias. Ocasionalmente, adultos podem se alimentar dos líquidos (hemolinfa) resultantes das feridas provocadas no tegumento das presas caçadas por operárias e de exudatos vegetais no caso de espécies arborícolas. Os ninhos de Heteroponera são encontrados no solo ou na vegetação e podem abrigar colônias com algumas dezenas a poucas centenas de indivíduos, sendo que as operárias forrageiam preferencialmente no solo. Acanthoponera nidifica e forrageia exclusivamente em árvores. Com relação à estratégia reprodutiva, algumas espécies de Heteroponera podem apresentar gines ergatóides dividindo a função reprodutiva com as gines aladas na mesma colônia, enquanto em outras espécies as gines aladas foram completamente substituídas por ergatóides. Como uma próxima etapa para a compreensão da história evolutiva deste grupo sugere-se uma análise das relações internas dos gêneros através de ferramentas moleculares e um estudo dos padrões biogeográficos de Heteroponerinae. / Heteroponerinae Bolton (2003) comprises three ant genera: Acanthoponera Mayr, Aulacopone Arnol\'di and Heteroponera Mayr. Acanthoponera is exclusively Neotropical, while Heteroponera shows a disjunct distribution in the Americas and Australia. The position of Aulacopone within the subfamily is uncertain as it is known by a single species represented by two gynes collected around the 1930s in two localities in Southeast Asia (Azerbaijan). This study represents the first comprehensive taxonomic revision of Heteroponerinae at specific level and the first attempt to analyze the internal phylogenetic relationships of the subfamily based on the external morphology of all heteroponerine taxa. The study of the species used in the phylogenetic analysis resulted in a matrix with 101 characters, of which 50 are used for the first time in a cladistic analysis involving ants. The phylogenetic analysis demonstrates the monophyly of Heteroponerinae with at least four synapomorphies supporting this hypothesis. The genera Acanthoponera and Heteroponera are also monophyletic in all topologies found here. The internal relationships indicate a basal position of the paleartic genus Aulacopone, which appears as sister group to the clade Acanthoponera + Heteroponera. Due to the lack of characters to provide robust support to the inclusion of Aulacopone within Heteroponerinae, this genus is considered as incertae sedis in the subfamily. The relative low resolution of the internal relationships in Acanthoponera and in the apical branches of Heteroponera does not prevent the recognition of evolutionarily independent lineages. The presence of these lineages in at least two biogeographic regions and the phylogenetic proximity found between Neotropical and Australian groups reveal an interesting biogeographic scenario to be investigated. After examining 33 out of the 36 type specimens designated for the species and subspecies of Heteroponerinae, six species are recognized in the genus Acanthoponera, two of which are here described as new. Heteroponera comprises 21 species, of which six are described as new; seven are restricted to the Australian Region (three newly described) and 14 are exclusively Neotropical (also three newly described). Heteroponera flava Kempf is synonymized under H. panamensis (Forel) and H. georgesi Perrault becomes a junior synonym of H. microps Borgmeier. Individuals yet not registered of castes and sexes (including males, gynes and workers) are here described for the first time for different species of Heteroponerinae. New records greatly expand the known distribution for most species. Field observations allied to label data from museum specimens provide important additional information about the natural history of the group. Larvae of Heteroponerinae are predominantly predators, and workers are occasionally observed feeding on plant exudates. Nests can support colonies with a some dozens to a few hundred of individuals. Heteroponera can nest in soil and vegetation, but preferably forage in the soil, while Acanthoponera is exclusively arboreal. With respect to the reproductive strategy, some species of Heteroponera may present ergatoid gynes sharing the reproductive function with dealate gynes, while in other species the winged gynes were completely replaced by ergatoids. As a next step to understand the evolutionary history of this group it is suggested an analysis of the internal relations within the heteroponerine genera using molecular tools and a study on the subfamily biogeographic patterns.

Com o objetivo de investigar a influência da elevação topográfica na distribuição da fauna mirmecológica da serapilheira e de verificar se há um padrão de riqueza para o gradiente investigado, estudei a distribuição das formigas ao longo de um gradiente elevacional no Núcleo Picinguaba do Parque Estadual da Serra do Mar, Ubatuba, SP. Para isso, adotei seis faixas elevacionais (50, 200, 400, 600, 800 e 1000 metros) na costa leste dos Morros do Corisco e do Cuscuzeiro, coletando 20 amostras de 1 m2 de serapilheira em cada uma delas ao longo de dois transectos de 225 m cada e medindo a espessura de cada amostra. As 120 amostras foram submetidas ao extrator mini-Winkler para retirada das formigas. A riqueza observada em todo o gradiente foi de 176 espécies e a estimada (N= 206, dp= 5,17) foi calculada utilizando os índices mais indicados pela literatura, relacionando a riqueza observada à variação elevacional e à espessura da serapilheira através de modelos regressivos. O padrão de riqueza observado apresentou um pico na faixa intermediária do gradiente (cota de 400 metros), com 103 espécies, sendo testada a hipótese do domínio médio para explicar sua distribuição. Através deste teste pude constatar que a distribuição é influenciada por processos estocásticos e fatores bióticos e/ou abióticos. Para verificar se houve variação da fauna ao longo do gradiente apliquei índices de dissimilaridade adequados para o tipo de dados, correlacionando os resultados obtidos com a variação elevacional através do teste de Mantel. Além disso, utilizei a análise de correspondência destendenciada (DCA) para entender como a comunidade mirmecológica em questão está estruturada. As análises de dissimilaridade e o teste de Mantel mostraram que a fauna variou significativamente ao longo do gradiente. Por sua vez, a análise de DCA indicou que a substituição acontece de forma gradual ao longo do gradiente elevacional com a distinção de duas assembléias, uma nas áreas baixas e a outra nas áreas altas, ligadas por um continuum entre elas. Além disso, verifiquei o comportamento da riqueza de espécies exclusivas de cada faixa elevacional para entender a dinâmica da comunidade, utilizando um modelo de regressão. A riqueza dessas espécies foi maior nas extremidades do gradiente, principalmente, na cota de 1000 metros, onde a área é menor, e menor nas faixas intermediárias (200 e 400 metros), onde as estimativas de riqueza foram maiores. Considerando os resultados obtidos, sugiro que os fatores bióticos têm papel preponderante na distribuição das espécies e na definição do padrão de riqueza. Entretanto, a influência de tais fatores só poderá ser avaliada com o estudo da estrutura de guildas de formigas ao longo do gradiente elevacional. / Aiming to investigate the influence of the elevation in topography on the myrmecological leaf litter fauna and to verify if there is a richness pattern for the investigated gradient, I studied the distribution of these ants along an elevational gradient in the Núcleo Picinguaba of the Serra do Mar State Park, Ubatuba, SP. For this, I adopted six elevational bands (50, 200, 400, 600, 800 and 1000 meters) at the Eastern coast of the Corisco and Cuzcuzeiro mountains, where I collected 20 1 m2 leaf litter samples at each band along two transect of 225 m each and measured the leaf litter depth of each sample. The 120 samples were submitted to mini-Winkler extractors to remove of the ants. The observed richness in the whole gradient was 176 species and the estimated richness (N = 206; sd = 5,17) was calculated with the best index according the literature, relating observed richness to the elevational variation and to the leaf litter depth using regressive models. The observed richness pattern revealed a peak at the mid-elevational band of the gradient (400 meters quota) with 103 species; the mid-domain effect theory being tested to explain the species distribution. The results indicate that the distribution is influenced by stochastic processes and/or biotic or abiotic factors. To verify if there is variation on the ant fauna along the gradient, I applied the appropriate dissimilarity index for the data types, correlating the obtained results with the elevational variation using the Mantel test. Moreover, I used a detrended correspondence analysis (DCA) to understand how the myrmecological community in question is structured. The dissimilarity analysis and the Mantel test showed that the fauna changed significantly along the gradient. However, the DCA indicated a gradual substitution along the elevational gradient with two distinct assemblages, one in the lower zone and other in the upper zone, with a continuum between them. Furthermore, I verified the presence of exclusive species at each elevational band to understand the dynamics of the community, using a regressive model. The richness of these exclusive species was greatest at the extremities of the gradient, mainly at the 1000 meters quota, where the area is smaller; and it was smallest at the mid-elevations (200 and 400 meters), where the richness estimatives were greater. Considering the obtained results, I suggest that the biotic factors have a preponderant role in the species distribution and in the definition of the richness pattern. However, the influence of these factors may be only evaluated with the study of the ant guilds structure along the elevational gradient.

As formigas cortadeiras coletam material vegetal para cultivar um fungo simbionte utilizado como fonte de alimento. Colônias de formigas agricultoras podem ser atacadas por micro-organismos invasores e, para proteção do ninho, as formigas se associaram com bactérias produtoras de antibióticos. O objetivo desse trabalho foi estudar os produtos naturais produzidos por micro-organismos associados aos ninhos da formiga cortadeira Atta sexdens rubropilosa. Formigas e amostras dos jardins foram lavadas com solução aquosa estéril e bactérias dos gêneros Serratia, Pseudonocardia e Burkholderia foram isoladas em meio ágar ISP-2 e quitina. A bactéria Serratia marcescens 3B2 produz as substâncias 3-etil-2,5-dimetil-pirazina e 2,5-dimetil-pirazina, que são componentes do feromônio de trilha das formigas Atta sexdens rubropilosa, e ácido indol-3-acético e ácido fenilacético, que são encontrados nas glândulas metapleurais dessas formigas. O genoma dessa bactéria foi sequenciado e os antibióticos andrimide, oocidina e serratamolide foram identificados por genome mining e desreplicação dos extratos. Os estudos biossintéticos da 3-etil-2,5-dimetil-pirazina e 2,5-dimetil-pirazina utilizando precursores isotopicamente marcados revelaram que o aminoácido L-treonina é precursor biossintético dessas substâncias. Bactérias Pseudonocardia spp., isoladas das formigas e jardins do fungo simbionte, inibiram o crescimento do fungo Escovopsis sp., que é parasita dos jardins cultivados pelas formigas. O extrato em acetato de etila da bactéria Pseudonocardia sp. 1B7 foi submetido ao isolamento monitorado pela atividade antifúngica, o que levou a identificação do ácido indol-3-acético como responsável pela inibição observada. O ácido indol-3-acético inibiu seletivamente o crescimento de esporos de cinco linhagens de Escovopsis spp. e não foi ativo contra o fungo cultivado como alimento pelas formigas, Leucoagaricus gongylophorus. O genoma da bactéria Pseudonocardia sp. 1B7 foi sequenciado e a biossíntese do ácido indol-3-acético foi determinada como dependente do aminoácido L-triptofano. A bactéria Burkholderia sp. JB2, isolada do jardim fúngico, produz o antibiótico tropolone, que apresenta elevada atividade inibitória frente ao fungo Escovopsis sp. devido a privação de ferro. Análises de microscopia eletrônica de varredura revelaram que os jardins do fungo simbionte estão encobertos por uma camada resistente a água, que aparenta estar relacionada com a proteção dos jardins. O fungo entomopatogênico Aspergillus nomius ASR3 foi isolado de uma rainha morta de Atta sexdens rubropilosa e as aflatoxinas B1 e G1 foram produzidas por esse fungo em condições laboratoriais e na formiga de onde foi isolado. Os resultados obtidos destacam a importância de metabólitos produzidos pela microbiota bacteriana para a defesa e comunicação das formigas. O conhecimento gerado pode servir de inspiração no desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas e formas de controle das formigas cortadeiras que sejam menos prejudiciais ao meio ambiente / Leaf-cutter ants collect plant material to cultivate their food source, a symbiotic fungus. Their colonies can be attacked by invading microorganisms and the ants have associated with protective antibiotic-producing bacteria. This work aimed to study the natural products produced by microorganisms associated with nests of the leaf-cutter ant Atta sexdens rubropilosa. Ants and fungal garden samples were washed with sterile aqueous solution and bacteria of the genera Serratia, Pseudonocardia and Burkholderia were isolated using ISP-2 and chitin agar plates. Serratia marcescens 3B2 produces 3-ethyl-2,5-dimethyl-pyrazine and 2,5-dimethyl-pyrazine, which are components of the ant trail pheromone, and the components of the metapleural glands secretions indole-3-acetic acid and phenylacetic acid were also produced by this strain. Serratia marcescens 3B2 genome was sequenced and the production of the antibiotics andrimid, oocydin A and serratamolide were identified by genome mining and dereplication of the crude extracts. Isotope labeling experiments have revealed that the amino acid L-threonine is the biossyntetic precursor of 2,5-dimethylpyrazine and 3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine. Pseudonocardia spp., isolated from the ants and fungal garden, inhibited the growth of the fungus Escovopsis sp., a specialized fungal garden parasite. A bioassay-guided isolation of the Pseudonocardia sp. 1B7 ethyl acetate extract revealed indole-3-acetic acid as the active compound. This natural product selectively inhibited the spores growth of five Escovopsis spp. strains and it was not active against the fungal cultivar Leucoagaricus gongylophorus. Isotope feeding experiments and whole-genome sequencing of Pseudonocardia sp. 1B7 indicated that indole-3-acetic acid is biosynthesized by L-tryptophan dependent pathway. Burkholderia sp. JB2 was isolated from the fungal garden and it produces the antibiotic tropolone, which inhibits the Escovopsis sp. growth by iron privation. The fungal gardens produce a water-resistant layer that seems to be related to the garden protection, as evidenced by scanning electron microscopy analysis. The entomopathogenic fungus Aspergillus nomius ASR3 was isolated from a dead Atta sexdens rubropilosa queen and the aflatoxins B1 and G1 were produced by this fungus in laboratory and natural conditions. The results highlight the importance of bacterial microbiota for the defense and communication of Atta sexdens rubropilosa. These results could contribute for future development of new therapeutic strategies and environmentally friendly techniques to control leaf-cutter ants

O presente trabalho investiga três aspectos da estrutura de comunidades de formigas do bioma Cerrado: interações interespecíficas, riqueza e diversidade de espécies e guildas. Primeiramente, investiguei a influência dos comportamentos agressivos observados em interações interespecíficas nos levantamentos faunísticos que empregam iscas, verificando a existência de hierarquias de dominância dentro das comunidades de formigas e tentando responder se essa eventual dominância comportamental da fonte alimentar poderia alterar os resultados de freqüência relativa das espécies obtidos em levantamentos. Utilizei como modelo iscas de sardinha que mimetizam fontes de proteína. Registrei os atos comportamentais de formigas visitando 60 iscas oferecidas por 90 minutos sobre o solo de duas localidades de Cerrado. Setenta e duas espécies foram registradas realizando 682 atos comportamentais interativos, dos quais 352 foram agressivos, resultando na morte de 29 indivíduos. A maioria das espécies observadas monitora constantemente o habitat à procura de alimentos, sobrepondo as áreas de forrageamento das colônias que estão próximas, resultando assim na competição freqüentemente observada. A maioria das iscas (85%) foi visitada nos primeiros cinco minutos de exposição e em média 4,8 espécies (1-8) visitaram cada isca durante os 90 minutos. O comportamento mais comum registrado foi a visita oportunista das formigas nas iscas; nesta situação a operária encontra solitariamente a isca, coleta uma porção da sardinha e retorna ao ninho. Muitas vezes operárias foram observadas obstruindo o acesso das outras que visitavam as mesmas iscas, por utilizarem químicos repelentes, recrutamento de massa ou por serem agressivas. Minhas observações indicam que, embora a dominância da isca por determinadas espécies possa ocorrer, resultando na exclusão das espécies subordinadas, a ordem na hierarquia de dominância pode se inverter em outra ocasião, possivelmente como resultado da distância da fonte ao ninho, da composição de espécies interagindo na mesma isca e das diferentes estratégias de recrutamento empregadas em cada situação. Na segunda etapa do trabalho, realizei um levantamento da fauna de formigas em 7 localidades de Cerrado, utilizando métodos quantitativos e qualitativos. Para as coletas quantitativas, uma área de 1ha de Cerrado sensu stricto foi escolhida em cada localidade e 25 pontos foram sorteados de um total de 121 pontos demarcados em uma grade de coleta, formada por 11 transectos, separados 10m entre si, com 11 pontos separados, também 10m um do outro. Em cada localidade as iscas foram oferecidas por 90 minutos no solo e na vegetação nos períodos diurno e noturno. Um total de 4.400 iscas foram oferecidas em todas as 7 localidades, com o objetivo de comparar a similaridade faunística entre as áreas amostradas. Utilizei ainda, em cinco localidades, 500 iscas dispostas em Matas Ciliares (100 por localidade), no solo e na vegetação, apenas no período diurno, em transectos cobrindo 250m lineares. Para as amostragens qualitativas utilizei: coletas com pinça, frasco aspirador, escavação de cupinzeiros, o revirar de pedras, a abertura de troncos, galhos e gravetos caídos, amostras de serapilheira submetidas a funil de Berlese-Tüllgren e extrator de Winkler, a instalação de armadilhas do tipo pit-fall, bandejas com água e para a captura de alados Malaise e armadilha luminosa. Um total de 331 espécies foi registrado, somando todas as espécies de formigas amostradas nos levantamentos qualitativos e quantitativos nas 7 localidades de Cerrado. Neste levantamento foram registradas as subfamílias Formicinae, Myrmecinae, Dilichoderinae, Ecitoninae, Ponerinae, Pseudomyrmecinae e Cerapachyinae. Os gêneros Camponotus, Pheidole, Crematogaster e Solenopsis foram os mais ricos em número de espécies. Pseudomyrmex mostrou uma grande diversidade de espécies (29), incluindo espécies ainda não descritas. Muitas espécies foram registradas pela primeira vez nesta latitude como Blepharidatta conops, Gigantiops destructor, Paraponera clavata, Megalomyrmex acauna e Tingimyrmex mirabilis. Como última etapa do trabalho, analisei a comunidade amostrada no Cerrado, tentando revelar as guildas de formigas existentes, baseando-me na taxonomia, na preferência trófica, nos hábitos de nidificação, nas estratégias de forrageamento, no padrão de comportamento observado em interações interespecíficas, no tamanho das operárias, na agilidade relativa das espécies e no tamanho da população das colônias maduras. Selecionei para análise os táxons associados com os dados de observações de campo, considerando para este propósito um total de 110 espécies. Uma análise de agrupamento com distância Euclidiana e ligação completa orientou a formação de 12 guildas: predadoras grandes, patrulheiras, oportunistas, espécies crípticas, desfolheadoras, cultivadoras de fungos sobre carcaças, mirmicíneas generalistas, dolichoderíneas de recrutamento massivo, nômades, especialistas mínimas, cefalotíneas e dolichoderíneas coletoras de néctar. Por fim, eu comparo a estrutura da comunidade de uma localidade no “core" do Cerrado, com uma localidade “ilha" de Cerrado, utilizando o modelo de classificação das guildas, demonstrando que existe uma substituição de espécies dentro dos grupos e que as comunidades são funcionalmente semelhantes. / The present work investigates three aspects of ant community structure in the tropical dry forest of the Brazilian Central Plateau (Cerrado): interespecific interactions, richness and diversity of species and guilds. Firstly, I investigated the influence of aggressive behaviors in interspecific interactions on ant faunistic surveys that employ baits, assessing if the eventual behavioral dominance hierarchy on the food source influences the relative frequencies observed in surveys. I used as model sardine baits that mimic sources of protein, recording the behavioral acts of ants visiting 60 baits, offered for 90 minutes, on the soil of two Cerrado localities. Seventy-two ant species were registered performing 682 interactive behavioral acts, of which 352 were aggressive, resulting in the death of 29 individuals. Of the observed species, most constantly monitor the habitat searching for food, resulting in niche overlapping, and hence interespecific competition was quite frequent. Most baits (85%) were visited in the first five minutes after exposition, and in average 4,8 (1-8) species visited each bait during the 90 min. The most common behavior registered was the opportunistic visit of ants to baits, in which individuals find the bait alone, take some of it and leave the spot. Nevertheless some species were observed obstructing the access of others visiting the same bait, either by releasing irritating sprays, employing massive recruitment, or by agonistic behaviors. My observations indicate that although dominance may occur resulting in the exclusion of subordinate species, the order in dominance hierarchies may change, possibly as a result of the different distances from the nest to the food source, of the species composition interacting at a given bait, and of the different recruiting strategies employed by them in each situation. Secondly, I check the ant fauna through qualitative and quantitative surveys in seven Cerrado localities. For this purpose the samples include all species collected by different techniques. To perform the quantitative surveys, one area (1ha) of Cerrado sensu stricto was chosen before collecting events in each locality, and 25 points were randomly chosen among 121 points in a grid made by 11 transects, separated 10m either, with 11 points, also separated 10m from each other. At each locality sardine baits were offered for 90 minutes, over the soil and on the vegetation, at day and night periods. A total of 4400 baits in all seven localities were offered in order to compare the ant species composition in each surveyed area. I summed to this total 500 baits set in Forests bordering rivers, on transects covering 250m, in five localities. For the qualitative surveys, a set of general procedures was applied including general collecting using forceps and aspirator, excavations on termites nests, the turn of rocks and opening of rotting wood, tearing up logs and stumps, submitting litter samples to Berlese-Tüllgren funnels and Winkler extractors, the setting of pit-fall traps and yellow water trays, and Malaises and light-traps to capture winged forms. Summing all ants collected in qualitative and quantitative surveys I registered 331 species. In this survey I registered the subfamilies: Formicinae, Myrmicinae, Dolichoderinae, Ecitoninae, Ponerinae, Pseudomyrmecinae, and Cerapachyinae. The genera Camponotus, Pheidole, Crematogaster, and Solenopsis were the most rich in number of species. Pseudomyrmex showed a great diversity (29 species), including undescribed ones. Several species had their first record in this latitude as Blepharidatta conops, Gigantiops destructor, Paraponera clavata, Megalomyrmex acauna, and Tingimyrmex mirabilis. Finally, I analyzed the Cerrado ant community trying to classify the species in guilds based on taxonomy, throphic preference, nidification habits, foraging and recruitment strategies, behavioral patterns observed on interespecific interactions, size of workers, “readiness of movement" and estimated mature colony population. I selected for this analysis those taxa associated with field observation data, considering for this purposes a total of 110 species. A cluster analysis, with Euclidean distance, and with complete linkage oriented the formation of 12 guilds: big predators, patrollers, opportunistic, cryptic, leaf cuttings, fungus growers over carcass, generalist myrmicines, aggressive arboreal, nomads, minimal specialist, cephalotines, and nectars feed dolichoderines. After that I compared two Cerrado localities, utilizing the guild model, revealing as well which species substitute others in different localities, and that the communities are functionally similar.

O gênero de formigas Octostruma Forel 1912 (Formicidae: Myrmicinae) está restrito à região Neotropical; suas espécies ocorrem do México até a Argentina, são predadoras de pequenos artrópodes e podem nidificar no solo, serapilheira e em epífitas. No presente trabalho, a taxonomia do gênero é revista com base no exame de cerca de 4.000 exemplares. Reconheço 43 espécies de Octostruma, 34 espécies previamente conhecidas são consideradas válidas e redescritas e, portanto, nove são reconhecidas como novas. Além disso, indivíduos de castas e sexos ainda não registrados (machos, gines e ergatóides) são aqui descritos pela primeira vez para diferentes espécies. Novos registros de localidades expandem a distribuição geográfica conhecida para parte das espécies e informações sobre a biologia das espécies a partir de dados de rótulo e observações de campo, somados às poucas informações encontradas na literatura são compiladas neste trabalho. Uma chave de identificação para as operárias de todas as espécies do gênero é fornecida. / The ant genus Octostruma Forel 1912 (Myrmicinae: Attini) is restricted to the Neotropics; their species occur from Mexico to Argentina, are predators of small arthropods and may nest in the soil, leaf litter and epiphytes. In the present work, the taxonomy of the genus is reviewed based in the examination of about 4.000 specimens. Recognize 43 Octostruma species, 34 species previously known are considered valid and redescribed and nine are recognized as new. Moreover, castes and sex of individuals not yet recorded (males, gynes and ergatoids) are described here for the first time for different species. New records expand the distribution known for most species and information about the biology of the species from label data and field observations, added to the little information in the literature are compiled in this work. A key to the worker of all species of the genus is provided.