Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2007. / Vita. Includes bibliographical references.

Leafcutter ants (Atta spp.) are Neotropical herbivores that play important ecological roles, but are also notorious pests, causing millions of dollars in annual damage to agriculture across their range. Three species, A. cephalotes, A. sexdens, and A. laevigata, stand out as the most widespread and economically important. Two studies were conducted using these three species to better understand their biogeography and evolutionary history. First, using a maximum entropy niche-based modeling approach, locality information for these three species was used to (1) accurately describe the current geographic range of each species, (2) determine what factors limit their respective ranges, and (3) identify areas where each species is capable of becoming established. By comparing the model's predictions with published records and targeted surveys, a more accurate picture of the current ranges of each species was obtained. Areas in which a species does not currently occur, but that are predicted to be suitable, may reveal the ecological factors limiting the spread of these species. Such areas may also represent potential sites for invasion by these ants, with potentially devastating results. Second, these species were used to test the leading biogeographic hypotheses on the origins of high Amazonian diversity, an issue that remains unresolved despite much research. The hypotheses are the riverine barrier, Pleistocene refugia, and marine incursion hypotheses, each of which has been tested almost exclusively on vertebrates. A comparative, molecular phylogeographic approach was combined for the first time with paleodistribution modeling for the last glacial maximum to test these hypotheses on an insect. All analyses rejected the predictions of the riverine barrier hypothesis for each species. Tests of gene tree topology could not reject the refugia hypothesis for A. sexdens, while population-genetic and historical demography analyses failed to reject both the refugia and marine incursion hypotheses for all three species. However, coalescent-based estimates of population divergences for each species suggest that current population structure formed recently, suggesting that Miocene marine incursions have not promoted diversification in these species. Therefore, of the hypotheses examined, only the Pleistocene refugia hypothesis can explain the current population structure of Amazonian leafcutter ants.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:04:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6290_1.pdf: 1029280 bytes, checksum: 30f66adca744f6cdb95c80517f48c77e (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As formigas cortadeiras são consideradas importantes herbívoros em florestas tropicais primárias porque promovem a heterogeneidade espacial e temporal de recursos, como luz, nutrientes e solo. Porém, a distribuição destas formigas em florestas em estágios sucessionais iniciais e o seu papel na regeneração florestal têm sido pobremente estudados. Esta tese foi desenvolvida em trechos de florestas secundárias de um remanescente de floresta Atlântica Nordestina (8º30 S, 35º50 O) e teve como objetivos: (1) investigar a densidade e o tamanho da área de forrageamento das formigas cortadeiras, Atta cephalotes, ao longo de uma cronoseqüência sucessional (trechos entre 25 e 47,5 anos), e (2) avaliar a influência destas formigas sobre o estabelecimento de plântulas. Na primeira parte da tese, a densidade de colônias em 14 trechos de florestas foi quantificada e o tamanho das áreas de forrageamento de 12 colônias foi acompanhado durante um ano. Para a segunda parte, foi analisada a diversidade e composição de plântulas em 12 quadrantes (1m2) distribuídos aleatoriamente em cada uma das áreas de forrageamento de 15 colônias e outros 12, nas respectivas áreas controle (sem formigas). Além disso, também foram investigadas a germinação de sementes e a mortalidade de plântulas de três espécies (Tapirira guianensis - Anacardiaceae; Pouteria sp. - Sapotaceae; Simarouba amara - Simaroubaceae), a 3, 6, 9, 12 e 15 metros de distância das colônias. De acordo com nossos resultados, a densidade de colônias diminuiu e o tamanho das áreas de forrageamento aumentou com o avanço na cronoseqüência sucessional. Do mesmo modo, o tamanho das áreas de forrageamento também aumentou com o acréscimo na riqueza de espécies. Segundo nossas estimativas nos trechos com menos de 30 anos, onde foram encontradas 19 de um total de 26 colônias, as formigas cortadeiras podem explorar mais de 89% (11,15 de 12,51 ha) de toda área florestal. Com relação à comunidade de plântulas, a diversidade foi menor nas áreas de forrageamento (diversidade média para o índice de Shannon-Wiener, H = 0,27 ± DP 0,23 bits/indivíduo) do que nas áreas controle (H`= 0,44 ± 0,61 bits/indivíduo), onde algumas espécies ocorreram exclusivamente, indicando uma segregação taxonômica. Quanto à germinação de sementes, apenas a espécie T. guianensis apresentou variações significativas com relação aos fatores analisados; houve uma tendência a uma maior germinação a 15 m de distância das colônias e nos trechos entre 30-40 anos de regeneração. As três espécies apresentaram uma diferença significante apenas para a causa de morte. Enquanto a principal causa de morte das plântulas de T. guianensis foi associada à ação de outros herbívoros, provavelmente, insetos galhadores; as plântulas das outras duas espécies foram encontradas primeiramente secas, apresentando também grande mortalidade devida ao corte pelas formigas cortadeiras. Inclusive, para Pouteria sp., a mortalidade associada ao corte por saúvas tende a reduzir com a distância das colônias. Nossos resultados sugerem que em florestas secundárias, principalmente aquelas com menos de 30 anos de regeneração, deve-se esperar um aumento na herbivoria por formigas cortadeiras devido à conjunção de dois fatores: uma maior densidade de colônias aliada a uma redução das áreas de forrageamento. As formigas podem também influenciar a germinação de sementes e limitar o estabelecimento de novas plântulas, o que não apenas comprometeria a regeneração da floresta, mas também reduziria a diversidade de espécies, como foi observado neste estudo. Assim, as formigas cortadeiras estariam, em florestas secundárias, ampliando os efeitos negativos da fragmentação sobre a comunidade vegetal

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Para determinar tais efeitos, ninhos e vegetação associada (em um raio de até 10 m dos ninhos) estabelecidos em áreas de 150 ha da floresta de transição, foram mapeados e monitorados. Tais áreas subdivididas em parcelas de 50 ha com diferentes tratamentos: incêndios tri-anuais; incêndios anuais e proteção do fogo (controle) fazem parte do Projeto “Savanização” sob a coordenação do Instituto de Pesquisas Ambiental da Amazônia, IPAM. Os experimentos sobre os efeitos dos ninhos na nutrição e crescimento da vegetação indicaram que plantas estabelecidas próximas aos ninhos têm a absorção de nutriente facilitada e por isso apresentaram uma maior concentração foliar de Fósforo. Como conseqüência, foi registrado um maior crescimento em diâmetro do caule para estas plantas quando comparadas com aquelas distantes dos ninhos. Os ninhos funcionaram como aceiros (devido ao acúmulo de terra sobre os murundus resultante das escavações das saúvas) reduzindo a área total queimada em seu entorno, principalmente nos locais de bordas (local de maior incidência de ninhos) e protegendo a vegetação circundante da mortalidade pelo fogo. Em oposição a estes benefícios, foi constatado maior herbivoria de plântulas e remoção de sementes por saúvas nas áreas de alta densidade de colônias ativas, um resultado que compromete os estágios iniciais de sucessão florestal pós-fogo. Este estudo revela a importância das saúvas na redistribuição e reciclagem de nutrientes, e revela, pela primeira vez, a proteção da vegetação contra o fogo, por seus ninhos. Por outro lado, também mostra que perturbações antrópicas, como o fogo, aumentam as populações de saúva, o que pode tornar-se uma barreira ao sucesso da regeneração florestal pós-fogo. Com base nesse estudo, pode-se prever que ambientes naturais podem ter o crescimento da vegetação acelerado pela presença dos ninhos de saúva, mas em ambientes sob perturbação, a ação das saúvas pode ser a principal ameaça a regeneração da vegetação original. Desta forma, pode-se concluir que os efeitos (benéficos ou deletérios) das saúvas dependem do nível de perturbação ou maturidade do bioma no qual seus ninhos se estabelecem. / The leaf-cutting ant nests are important natural disturbances which may create mosaics of certain types of vegetation and affect the structure and composition of Neotropical ecosystems. So, this study evaluated the effects of leaf-cutting ant nests (Atta spp.) on dynamic of vegetation growth in a Amazon-Cerrado transitional forest submitted to subsequent fire events, in south Amazon basin, Mato Grosso State, Brazil. Specifically, it was evaluated the effects of the nests on: (1) vegetation growth and nutrition; (2) vegetation protection against fire and (3) the forest regeneration pos-fire. The nests and associated vegetation (within a 10-meter radius of the nests) established in 150-hectare areas of transitional forest were mapped and monitored in order to determine such effects. These areas subdivided in 50-ha parts with different treatments: triannual fires, annual fires and fire protection (control) take part in the project “Savannization” coordinated by Amazon Environmental Research Institute – IPAM. The experiments about the effects of the nests on vegetation growth and nutrition indicated that plants next the nests have a facilitated nutrient absorption and therefore they present a higher foliar concentration of Phosphorus. Consequently, it was registered a higher growth in diameter of stem to these plants when compared to those far from the nests. The nests worked as active firebreaks (due to accumulation of land on mound resulting from leaf-cutting ants diggings) reducing the total burned area around them, mainly in areas with high number of nests and protecting the surrounding vegetation from the mortality by fire. In opposition to these benefits, it was verified higher herbivory of seedlings and the removal of seeds by leaf-cutting ants in areas with high density of active colonies, a result which compromise the early stages of pos-fire forest succession. This study shows the importance of leaf-cut ants in the redistribution and nutrient recycling and demonstrates, for the first time, the vegetation protection against fire, by their nests. On the other hand, it also shows that anthropic disturbances, such as fire, increase the leaf-cut ant population. This can stop the pos-fire forest regeneration. Considering this study, it can predict that natural environments may have the vegetation growth accelerated due to the presence of leaf-cut ant nests, but in disturbed environments the action of leaf-cut ants may be the main threat to the original vegetation regeneration. So, it can conclude that the effects (beneficial or harmful) of the leaf-cut ants depend on the level of disturbance or maturity of biome in which their nests are established.