O reconhecimento de parentes é importante para a evolução de comportamentos como o altruísmo e a cooperação. As lagartas recém-eclodidas de Heliconius erato phyllis podem ser canibais e reconhecer ovos irmãos, canibalizando preferencialmente não-parentes quando há a opção de canibalizar um ou outro. A presente Dissertação compreende três artigos relacionados, especificados a seguir. O primeiro enfoque foi buscar responder se o reconhecimento de parentesco observado nessa espécie (demonstrado em artigo publicado em 2011 pela autora) é compatível com o modelo de evolução por seleção de parentesco, o qual postula que o comportamento altruísta teria vantagens sob determinadas condições. Foram feitas estimativas de custos e benefícios do comportamento canibal (egoísta) e não-canibal (altruísta). Para isso, foram utilizados alguns parâmetros da ontogenia, como peso e volume do ovo, duração de cada ínstar e pupa, dias totais da eclosão até a emergência do adulto, taxa de crescimento, peso da pupa, área das asas, mortalidade de imaturos e sobrevivência sem alimento. Também se verificou o número de irmãos que chegam à fase adulta de canibais e não-canibais. Os resultados mostraram que houve diferenças significantes para volume e peso do ovo (ovos de não-canibais foram menores do que de canibais), e para duração do primeiro ínstar, duração do estágio pupal e total de dias da eclosão até a fase adulta (canibais se desenvolveram mais rápido do que não-canibais). A mortalidade entre canibais e não-canibais não diferiu, mas a sobrevivência sem alimento dos canibais foi significativamente maior. Assim, alguns parâmetros da ontogenia indicaram algumas vantagens do comportamento canibal. No entanto, não-canibais deixaram aproximadamente o dobro de irmãos que chegaram à fase adulta, sendo que irmãos de canibais e de não-canibais tiveram um desenvolvimento igual. Duas modificações da regra de Hamilton foram feitas, a partir das quais se pode concluir que o reconhecimento de parentesco observado nessa espécie pode ter evoluído por seleção de parentesco. Não-canibais tiveram o benefício de deixar mais irmãos, mas sofreram o custo de ter o desenvolvimento um pouco mais lento, embora esses 7 custos tenham se restringido aos estágios imaturos. A segunda abordagem deste estudo, também uma consequência do trabalho de 2011, foi detectar onde está o sinal de reconhecimento no ovo, se no córion e/ou no embrião. Primeiramente, foram realizados testes de canibalismo lagarta-ovo entre meio-irmãos onde o pai era comum (não foi possível produzir meio-irmãos quando a mãe era comum porque em Heliconius erato phyllis, a fêmea é monândrica). A frequência de canibalismo foi comparada com trabalho anterior já referido, onde foi de 53% para ovos irmãos e de 83% para não-parentes. A frequência total de canibalismo observada neste experimento (83,7%) não diferiu da esperada para não-parentes, mas diferiu da frequência de canibalismo esperada para irmãos, sugerindo que lagartas meio-irmãs não reconhecem os ovos restantes como parentes. Este resultado, por si só, reforça a ideia de que a informação sobre o parentesco está no córion do ovo. Realizaram-se também testes de canibalismo entre lagartas para verificar se a informação sobre o parentesco estaria na cutícula que recobre as mesmas, ou em outras estruturas. Em testes de canibalismo entre lagartas de primeiro ínstar, irmãs e não-parentes, a frequência de canibalismo não diferiu significativamente, logo neste primeiro teste não houve evidência de que a fonte do reconhecimento estivesse na lagarta. Já em testes entre lagartas de diferentes ínstares foi possível categorizar diferentes comportamentos, os quais foram denominados de indiferença, fuga, hostilidade, ataque e canibalismo. Também não houve diferença estatisticamente significativa entre lagartas irmãs e nãoirmãs, para as categorias comportamentais analisadas. Esses resultados sugerem que o sinal avaliado para o reconhecimento de parentesco está no córion do ovo e não na lagarta. O terceiro enfoque desse estudo foi fazer inferências sobre o modo de herança do reconhecimento de parentesco (e canibalismo) nesta espécie, através de cruzamentos, entre canibais irmãos (r = 0,5) e não-parentes (r = 0), e entre não-canibais irmãos e não-parentes. A prole destes cruzamentos foi analisada quanto ao comportamento canibal e não-canibal. A ontogenia das lagartas canibais e não-canibais resultantes dos cruzamentos, bem como dos ovos restantes, foi acompanhada, a fim de verificar se existem diferenças no desenvolvimento entre indivíduos com diferentes coeficientes de endocruzamento. As variáveis analisadas foram peso e volume do ovo, duração 8 dos ínstares e pupa, tempo total da eclosão até o adulto, taxa de crescimento, peso da pupa, área das asas e mortalidade de imaturos. Independentemente do comportamento parental, para F = 0,25, houve uma frequência elevada de nãocanibais (> 70%). Já para F = 0, a frequência de lagartas canibais foi alta (> 50%). Houve diferenças estatisticamente significativas entre o grupo não-endocruzado e endocruzado para peso da pupa e área das asas (endocruzados menores que não-endocruzados) e para mortalidade de imaturos (maior para endocruzados). Os resultados sugerem que o reconhecimento de parentesco tem um forte componente genético, enquanto que o canibalismo parece ser principalmente devido à ausência ou a poucos genes para reconhecimento, podendo ter importante influência ambiental. Por outro lado, o endocruzamento produziu efeitos no sentido de expressar a depressão pelo endocruzamento. Neste sentido, embora o presente trabalho utilizasse diferentes variáveis, ele confirmou os efeitos deletérios do endocruzamento, já publicados em artigo anterior, com a mesma espécie. / Kin recognition is important for the evolution of behaviors such as altruism and cooperation. Newly hatched caterpillars of Heliconius erato phyllis may be cannibals and recognize sibling eggs, preferentially cannibalizing non-kin when there is an option to cannibalize one or other. The present Dissertation comprises three related articles, specified below. The first approach was to try answering whether kin recognition observed in this species (demonstrated in an paper published in 2011 by the author), is compatible with the model of evolution by kin selection, which postulates that altruistic behavior is advantageous under given conditions. Costs and benefits of cannibalistic (selfish) and non-cannibalistic (altruist) behaviors were estimated. For this, a few parameters of ontogeny were used, such as egg weight and volume, duration of each instar and pupa, total days from hatching to adult emergence, growth rate, weight of the pupa, wings area, mortality of immatures and survival under starvation. The number of siblings of cannibals and non-cannibals that reach adulthood was also verified. The results showed that there were significant differences for egg volume and weight (noncannibal eggs are smaller than cannibal ones), and for duration of the first instar during the pupal stage, and total number of days from hatching to the adult stage (cannibals develop faster than non-cannibals).There was no difference in mortality between cannibals and non-cannibals, but cannibal survival without food was significantly higher. Thus, a few parameters of ontogeny indicate a few advantages of cannibal behavior. However, non-cannibals leave approximately double the number of siblings that reach adulthood, and siblings of cannibals and non-cannibals have the same development. Two modifications of Hamilton’s rule were made, from which it can be concluded that kin recognition observed in this species may have evolved by kin selection. Non-cannibals have the benefit of leaving more siblings, but suffer the cost of developing slightly slower, although these costs are limited to the immature stages. The second approach of this study, also a consequence of the 2011 work, was to detect where the recognition signal of the egg is, if in the chorion and/or in the embryo. First, cannibalism tests were 10 performed among half-siblings with the same father (it was not possible to produce half-siblings with the same mother, because in Heliconius erato phyllis, the female is monandric). The frequency of cannibalism was compared to the previous, aforementioned work, where it was 53% for sibling eggs and 83% for non-kin. The total frequency of cannibalism observed in this experiment (83.7%) is not different from that expected for non-kin, but different from the frequency of cannibalism expected for siblings, suggesting that half-sibling caterpillars do not recognize the remaining eggs as kin. This result in itself supports the idea that information about kinship is in the chorion of the egg. Cannibalism tests were also performed among caterpillars to verify whether the information about kinship could be in the cuticle that covers them, or in other structures. In cannibalism tests among first instar caterpillars that are siblings and non-kin, the frequency of cannibalism was not significantly different, thus, in this first test there was no evidence that the source of recognition was in the caterpillar. On the other hand, in tests among caterpillars from different instars, different behaviors could be categorized, and they were called indifference, flight, hostility, attack and cannibalism. There was also no statistically significant difference between sibling and non-sibling caterpillars, for the behavior categories analyzed. These results suggest that the signal evaluated for kin recognition is in the chorion of the egg, not in the caterpillar. The third approach of this study was to make inferences about the mode of inheritance of kin recognition (and cannibalism) in this species, by crosses, between sibling (r = 0.5) and non-kin (r = 0) cannibals, and between sibling and non-kin noncannibals. The offspring of these crosses was analyzed regarding cannibal and non-cannibal behavior. The ontogeny of cannibal and non-cannibal caterpillars resulting from the crosses, as well as of the remaining eggs, was followed to find whether there were differences in the development among individuals with different coefficients of inbreeding. The variables analyzed were egg weight and volume, duration of instars and pupa, total time from hatching to adulthood, growth rate, weight of pupa, area of wings and immature mortality. Independently of the parental behavior, for F = 0.25 there was a high frequency of non-cannibals (> 70%). On the other hand, for F = 0, there was a high frequency of cannibal caterpillars (> 50%). There were statistically significant differences among the non11 inbred and the inbred group for weight of the pupa and wing area (inbred smaller than non-inbred), and for mortality of the immatures (greater for inbred). The results suggest that kin recognition has a strong genetic component, while cannibalism appears to be due mainly to the absence or to few genes for recognition, and may have suffered major environmental influence. On the other hand, inbreeding produced effects, in the sense of expressing inbreeding depression. In this sense, although the present study used different variables, it confirms the deleterious effects of inbreeding, already published in a previous article on the same species.

O reconhecimento de parentesco foi documentado em várias espécies de animais, plantas e bactérias. Ele é fundamental nas interações altruísticas, nas quais o agente altruísta sacrifica algo de sua aptidão individual para beneficiar o receptor e indiretamente aumentar a sua aptidão inclusiva, desde que o receptor seja um parente biológico. Reconhecimento de parentesco foi observado em Heliconius erato phyllis (Lepidoptera; Nymphalidae), cujas lagartas recém-eclodidas podem canibalizar ovos, sendo a frequência de canibalismo de ovos irmãos significativamente inferior a de ovos não-relacionados. Os objetivos desse trabalho foram: elucidar a herança do reconhecimento de parentesco (não-canibalismo), e estimar sua herdabilidade; avaliar a natureza molecular da informação coriônica, ou o perfil químico do córion, bem como o perfil de lagartas recém-eclodidas; associar marcadores moleculares com fenótipos comportamentais relacionados ao reconhecimento de parentesco e, finalmente, avaliar efeitos do endocruzamento, buscando compreender possíveis efeitos que o reconhecimento de parentesco pode ter nas populações. Observou-se que o reconhecimento de parentesco, avaliado pelo não-canibalismo de ovos irmãos, parece ter um componente herdável. Sugere-se que a herança do reconhecimento de parentesco seja quantitativa, com limiar de manifestação, dependendo assim de muitos genes, além de fatores ambientais. O perfil químico de lagartas recém-eclodidas e de ovos difere quantitativamente para vários compostos, embora qualitativamente seja bastante semelhante. Além disso, observaram-se diferenças estatisticamente significativas entre famílias para vários compostos, tanto em córions como em lagartas recém-eclodidas. Alguns compostos diferiram entre famílias apenas nas amostras de córion, outros apenas nas amostras de lagartas, e outros compostos diferiram para ambos os materiais. Foram encontradas algumas associações entre marcadores moleculares AFLP e SSR e os fenótipos comportamentais relacionados ao reconhecimento de parentesco, nos dois delineamentos experimentais adotados. Além disso, observou-se depressão endogâmica apenas para algumas características relacionadas à história de vida. Os resultados obtidos ajudam a compreender o processo de reconhecimento de parentesco e altruísmo em uma espécie que não é social, e que também é um modelo para vários estudos evolutivos. / Kin recognition has been documented in various species of animals, plants, and bacteria. It is essential in altruistic interactions, in which an altruistic agent sacrifices some of its individual fitness to benefit the receiver, and indirectly increases its inclusive fitness, given that the receiver be a biological relative. Kin recognition is observed in Heliconius erato phyllis (Lepidoptera, Nymphalidae), whose newly hatched larvae can cannibalize eggs, and the cannibalism frequency of sibling eggs is significantly lower than that of non-related eggs. The objectives of this study were to elucidate the inheritance of kin recognition (non-cannibalism), and estimate its heritability; to evaluate the molecular nature of chorionic information, or chemical profile of the chorion, and of the newly hatched larvae profile; to associate molecular markers with behavioral phenotypes related to kin recognition; and, finally, to evaluate the effects of inbreeding, seeking to understand the possible effects of kin recognition on populations. It was observed that the recognition of relatedness, as revealed by non-cannibalism of sibling eggs, seems to have a heritable component. It is suggested that the inheritance of kin recognition is quantitative, with threshold manifestation, depending on many genes, as well as environmental factors. The chemical profile of newly hatched larvae and eggs differs quantitatively for various compounds, although qualitatively it is quite similar. In addition, there were statistically significant differences between families for various compounds, including both chorions and newly hatched larvae. Some compounds differ among families only with respect to the chorion samples, others only to larval samples, and other compounds differ for both materials. We have found some associations between the molecular markers AFLP and SSR and behavioral phenotypes related to kin recognition, in both experimental designs adopted. Moreover, inbreeding depression was observed only for some features related to life history. These results help to understand the kin recognition process and altruism in a species that is not social, and which also serve as a model for many evolutionary studies.

Os padrões de desenvolvimento são fundamentais para compreender a origem da diversidade fenotípica. Aqui, descrevemos pela primeira vez, a embriogênese de uma espécie de Heliconius. A análise do padrão embrionário de Heliconius erato phyllis, a partir da formação da blastoderme ao período pré-eclosão, revelou um padrão consistente com embriões de banda germinal longa, o que está filogeneticamente de acordo com a tendência evolutiva de Lepidoptera. O segundo objetivo desta tese consistiu em analisar o desenvolvimento do padrão de coloração das asas de H. erato phyllis. Descrevemos a ontogenia da pigmentação, a microestrutura, a morfogênese e as taxas de maturação das escamas pretas, amarelas, vermelhas, prateadas e marrons - ênfase foi dada às escamas prateadas e marrons, que até então não haviam sido consideradas na literatura. Enquanto as escamas de cor preta, amarela e vermelha apresentaram, cada uma, um único tipo de microestrutura, as escamas prateadas e marrons apresentaram diferentes tipos microestruturais. Isso é inconsistente com o modelo genético para o desenvolvimento da coloração em Heliconius, o qual assume uma correlação restrita entre microestrutura e pigmentação. Possivelmente, diferentes genes estão envolvidos em combinações alternativas entre microestrutura e pigmentação. Nosso terceiro objetivo consistiu em analisar, através de microscopia eletrônica de transmissão, a ultraestrutura dos discos imaginais das asas em lagartas de quinto instar. Verificamos que a formação da bicamada epitelial das asas, bem como a diferenciação das células precursoras das escamas, são pré-estabelecidas no estágio larval. Além disso, revelamos que a membrana peripodial, a qual reveste o disco larval da asa, desempenha um importante papel funcional no desenvolvimento das asas, o que muda a ideia de que o epitélio peripodial atua apenas como um simples revestimento. A análise ultraestrutural das asas de H. erato phyllis revelou importantes aspectos envolvidos na arquitetura desenvolvimental dos padrões de coloração em Heliconius. / The patterns of development are key to understanding the origin of phenotypic diversity. Here, we described, for the first time, the embryogenesis of a Heliconius species. In Heliconius erato phyllis, the analysis of the embryonic pattern, from the blastoderm formation to the pre-hatching larva, was consistent with the long germ band embryos; which agrees with the phylogenetic trend of Lepidoptera. The second purpose of this thesis was to analyze the development of the color pattern in H. erato phyllis wings. We described the ontogeny of pigmentation, the microstructure, morphogenesis and maturation rates of the black, yellow, red, silvery and brownish scales - emphasis was given to the silvery and brownish scales, which were never taken into account in the literature. As for the black, yellow and red scales, they showed each a unique type of microstructure, while the silvery and brownish scales showed different microstructural types. This is inconsistent with the genetic model for the development of color patterns in Heliconius, which assumes a correlation between microstructure and pigmentation. Possibly, different genes are involved in alternative combinations between microstructure and pigmentation. Our third goal was to examine, by transmission electron microscopy, the ultrastructure of the fifth-instar larval wing discs. We showed that the formation of the epithelial bilayer of the wings, as well as the differentiation of the scale precursor cells occur already in the larval stage. Further, we reveal that the peripodial membrane plays an important functional role in the wing development, which challenges the traditional view of the peripodial epithelium as a simple surrounding membrane. The ultrastructural analysis of H. erato phyllis wings revealed important aspects involved in the developmental architecture of color patterns in Heliconius.

O reconhecimento de parentes é importante para a evolução de comportamentos como o altruísmo e a cooperação. As lagartas recém-eclodidas de Heliconius erato phyllis podem ser canibais e reconhecer ovos irmãos, canibalizando preferencialmente não-parentes quando há a opção de canibalizar um ou outro. A presente Dissertação compreende três artigos relacionados, especificados a seguir. O primeiro enfoque foi buscar responder se o reconhecimento de parentesco observado nessa espécie (demonstrado em artigo publicado em 2011 pela autora) é compatível com o modelo de evolução por seleção de parentesco, o qual postula que o comportamento altruísta teria vantagens sob determinadas condições. Foram feitas estimativas de custos e benefícios do comportamento canibal (egoísta) e não-canibal (altruísta). Para isso, foram utilizados alguns parâmetros da ontogenia, como peso e volume do ovo, duração de cada ínstar e pupa, dias totais da eclosão até a emergência do adulto, taxa de crescimento, peso da pupa, área das asas, mortalidade de imaturos e sobrevivência sem alimento. Também se verificou o número de irmãos que chegam à fase adulta de canibais e não-canibais. Os resultados mostraram que houve diferenças significantes para volume e peso do ovo (ovos de não-canibais foram menores do que de canibais), e para duração do primeiro ínstar, duração do estágio pupal e total de dias da eclosão até a fase adulta (canibais se desenvolveram mais rápido do que não-canibais). A mortalidade entre canibais e não-canibais não diferiu, mas a sobrevivência sem alimento dos canibais foi significativamente maior. Assim, alguns parâmetros da ontogenia indicaram algumas vantagens do comportamento canibal. No entanto, não-canibais deixaram aproximadamente o dobro de irmãos que chegaram à fase adulta, sendo que irmãos de canibais e de não-canibais tiveram um desenvolvimento igual. Duas modificações da regra de Hamilton foram feitas, a partir das quais se pode concluir que o reconhecimento de parentesco observado nessa espécie pode ter evoluído por seleção de parentesco. Não-canibais tiveram o benefício de deixar mais irmãos, mas sofreram o custo de ter o desenvolvimento um pouco mais lento, embora esses 7 custos tenham se restringido aos estágios imaturos. A segunda abordagem deste estudo, também uma consequência do trabalho de 2011, foi detectar onde está o sinal de reconhecimento no ovo, se no córion e/ou no embrião. Primeiramente, foram realizados testes de canibalismo lagarta-ovo entre meio-irmãos onde o pai era comum (não foi possível produzir meio-irmãos quando a mãe era comum porque em Heliconius erato phyllis, a fêmea é monândrica). A frequência de canibalismo foi comparada com trabalho anterior já referido, onde foi de 53% para ovos irmãos e de 83% para não-parentes. A frequência total de canibalismo observada neste experimento (83,7%) não diferiu da esperada para não-parentes, mas diferiu da frequência de canibalismo esperada para irmãos, sugerindo que lagartas meio-irmãs não reconhecem os ovos restantes como parentes. Este resultado, por si só, reforça a ideia de que a informação sobre o parentesco está no córion do ovo. Realizaram-se também testes de canibalismo entre lagartas para verificar se a informação sobre o parentesco estaria na cutícula que recobre as mesmas, ou em outras estruturas. Em testes de canibalismo entre lagartas de primeiro ínstar, irmãs e não-parentes, a frequência de canibalismo não diferiu significativamente, logo neste primeiro teste não houve evidência de que a fonte do reconhecimento estivesse na lagarta. Já em testes entre lagartas de diferentes ínstares foi possível categorizar diferentes comportamentos, os quais foram denominados de indiferença, fuga, hostilidade, ataque e canibalismo. Também não houve diferença estatisticamente significativa entre lagartas irmãs e nãoirmãs, para as categorias comportamentais analisadas. Esses resultados sugerem que o sinal avaliado para o reconhecimento de parentesco está no córion do ovo e não na lagarta. O terceiro enfoque desse estudo foi fazer inferências sobre o modo de herança do reconhecimento de parentesco (e canibalismo) nesta espécie, através de cruzamentos, entre canibais irmãos (r = 0,5) e não-parentes (r = 0), e entre não-canibais irmãos e não-parentes. A prole destes cruzamentos foi analisada quanto ao comportamento canibal e não-canibal. A ontogenia das lagartas canibais e não-canibais resultantes dos cruzamentos, bem como dos ovos restantes, foi acompanhada, a fim de verificar se existem diferenças no desenvolvimento entre indivíduos com diferentes coeficientes de endocruzamento. As variáveis analisadas foram peso e volume do ovo, duração 8 dos ínstares e pupa, tempo total da eclosão até o adulto, taxa de crescimento, peso da pupa, área das asas e mortalidade de imaturos. Independentemente do comportamento parental, para F = 0,25, houve uma frequência elevada de nãocanibais (> 70%). Já para F = 0, a frequência de lagartas canibais foi alta (> 50%). Houve diferenças estatisticamente significativas entre o grupo não-endocruzado e endocruzado para peso da pupa e área das asas (endocruzados menores que não-endocruzados) e para mortalidade de imaturos (maior para endocruzados). Os resultados sugerem que o reconhecimento de parentesco tem um forte componente genético, enquanto que o canibalismo parece ser principalmente devido à ausência ou a poucos genes para reconhecimento, podendo ter importante influência ambiental. Por outro lado, o endocruzamento produziu efeitos no sentido de expressar a depressão pelo endocruzamento. Neste sentido, embora o presente trabalho utilizasse diferentes variáveis, ele confirmou os efeitos deletérios do endocruzamento, já publicados em artigo anterior, com a mesma espécie. / Kin recognition is important for the evolution of behaviors such as altruism and cooperation. Newly hatched caterpillars of Heliconius erato phyllis may be cannibals and recognize sibling eggs, preferentially cannibalizing non-kin when there is an option to cannibalize one or other. The present Dissertation comprises three related articles, specified below. The first approach was to try answering whether kin recognition observed in this species (demonstrated in an paper published in 2011 by the author), is compatible with the model of evolution by kin selection, which postulates that altruistic behavior is advantageous under given conditions. Costs and benefits of cannibalistic (selfish) and non-cannibalistic (altruist) behaviors were estimated. For this, a few parameters of ontogeny were used, such as egg weight and volume, duration of each instar and pupa, total days from hatching to adult emergence, growth rate, weight of the pupa, wings area, mortality of immatures and survival under starvation. The number of siblings of cannibals and non-cannibals that reach adulthood was also verified. The results showed that there were significant differences for egg volume and weight (noncannibal eggs are smaller than cannibal ones), and for duration of the first instar during the pupal stage, and total number of days from hatching to the adult stage (cannibals develop faster than non-cannibals).There was no difference in mortality between cannibals and non-cannibals, but cannibal survival without food was significantly higher. Thus, a few parameters of ontogeny indicate a few advantages of cannibal behavior. However, non-cannibals leave approximately double the number of siblings that reach adulthood, and siblings of cannibals and non-cannibals have the same development. Two modifications of Hamilton’s rule were made, from which it can be concluded that kin recognition observed in this species may have evolved by kin selection. Non-cannibals have the benefit of leaving more siblings, but suffer the cost of developing slightly slower, although these costs are limited to the immature stages. The second approach of this study, also a consequence of the 2011 work, was to detect where the recognition signal of the egg is, if in the chorion and/or in the embryo. First, cannibalism tests were 10 performed among half-siblings with the same father (it was not possible to produce half-siblings with the same mother, because in Heliconius erato phyllis, the female is monandric). The frequency of cannibalism was compared to the previous, aforementioned work, where it was 53% for sibling eggs and 83% for non-kin. The total frequency of cannibalism observed in this experiment (83.7%) is not different from that expected for non-kin, but different from the frequency of cannibalism expected for siblings, suggesting that half-sibling caterpillars do not recognize the remaining eggs as kin. This result in itself supports the idea that information about kinship is in the chorion of the egg. Cannibalism tests were also performed among caterpillars to verify whether the information about kinship could be in the cuticle that covers them, or in other structures. In cannibalism tests among first instar caterpillars that are siblings and non-kin, the frequency of cannibalism was not significantly different, thus, in this first test there was no evidence that the source of recognition was in the caterpillar. On the other hand, in tests among caterpillars from different instars, different behaviors could be categorized, and they were called indifference, flight, hostility, attack and cannibalism. There was also no statistically significant difference between sibling and non-sibling caterpillars, for the behavior categories analyzed. These results suggest that the signal evaluated for kin recognition is in the chorion of the egg, not in the caterpillar. The third approach of this study was to make inferences about the mode of inheritance of kin recognition (and cannibalism) in this species, by crosses, between sibling (r = 0.5) and non-kin (r = 0) cannibals, and between sibling and non-kin noncannibals. The offspring of these crosses was analyzed regarding cannibal and non-cannibal behavior. The ontogeny of cannibal and non-cannibal caterpillars resulting from the crosses, as well as of the remaining eggs, was followed to find whether there were differences in the development among individuals with different coefficients of inbreeding. The variables analyzed were egg weight and volume, duration of instars and pupa, total time from hatching to adulthood, growth rate, weight of pupa, area of wings and immature mortality. Independently of the parental behavior, for F = 0.25 there was a high frequency of non-cannibals (> 70%). On the other hand, for F = 0, there was a high frequency of cannibal caterpillars (> 50%). There were statistically significant differences among the non11 inbred and the inbred group for weight of the pupa and wing area (inbred smaller than non-inbred), and for mortality of the immatures (greater for inbred). The results suggest that kin recognition has a strong genetic component, while cannibalism appears to be due mainly to the absence or to few genes for recognition, and may have suffered major environmental influence. On the other hand, inbreeding produced effects, in the sense of expressing inbreeding depression. In this sense, although the present study used different variables, it confirms the deleterious effects of inbreeding, already published in a previous article on the same species.

O reconhecimento de parentesco foi documentado em várias espécies de animais, plantas e bactérias. Ele é fundamental nas interações altruísticas, nas quais o agente altruísta sacrifica algo de sua aptidão individual para beneficiar o receptor e indiretamente aumentar a sua aptidão inclusiva, desde que o receptor seja um parente biológico. Reconhecimento de parentesco foi observado em Heliconius erato phyllis (Lepidoptera; Nymphalidae), cujas lagartas recém-eclodidas podem canibalizar ovos, sendo a frequência de canibalismo de ovos irmãos significativamente inferior a de ovos não-relacionados. Os objetivos desse trabalho foram: elucidar a herança do reconhecimento de parentesco (não-canibalismo), e estimar sua herdabilidade; avaliar a natureza molecular da informação coriônica, ou o perfil químico do córion, bem como o perfil de lagartas recém-eclodidas; associar marcadores moleculares com fenótipos comportamentais relacionados ao reconhecimento de parentesco e, finalmente, avaliar efeitos do endocruzamento, buscando compreender possíveis efeitos que o reconhecimento de parentesco pode ter nas populações. Observou-se que o reconhecimento de parentesco, avaliado pelo não-canibalismo de ovos irmãos, parece ter um componente herdável. Sugere-se que a herança do reconhecimento de parentesco seja quantitativa, com limiar de manifestação, dependendo assim de muitos genes, além de fatores ambientais. O perfil químico de lagartas recém-eclodidas e de ovos difere quantitativamente para vários compostos, embora qualitativamente seja bastante semelhante. Além disso, observaram-se diferenças estatisticamente significativas entre famílias para vários compostos, tanto em córions como em lagartas recém-eclodidas. Alguns compostos diferiram entre famílias apenas nas amostras de córion, outros apenas nas amostras de lagartas, e outros compostos diferiram para ambos os materiais. Foram encontradas algumas associações entre marcadores moleculares AFLP e SSR e os fenótipos comportamentais relacionados ao reconhecimento de parentesco, nos dois delineamentos experimentais adotados. Além disso, observou-se depressão endogâmica apenas para algumas características relacionadas à história de vida. Os resultados obtidos ajudam a compreender o processo de reconhecimento de parentesco e altruísmo em uma espécie que não é social, e que também é um modelo para vários estudos evolutivos. / Kin recognition has been documented in various species of animals, plants, and bacteria. It is essential in altruistic interactions, in which an altruistic agent sacrifices some of its individual fitness to benefit the receiver, and indirectly increases its inclusive fitness, given that the receiver be a biological relative. Kin recognition is observed in Heliconius erato phyllis (Lepidoptera, Nymphalidae), whose newly hatched larvae can cannibalize eggs, and the cannibalism frequency of sibling eggs is significantly lower than that of non-related eggs. The objectives of this study were to elucidate the inheritance of kin recognition (non-cannibalism), and estimate its heritability; to evaluate the molecular nature of chorionic information, or chemical profile of the chorion, and of the newly hatched larvae profile; to associate molecular markers with behavioral phenotypes related to kin recognition; and, finally, to evaluate the effects of inbreeding, seeking to understand the possible effects of kin recognition on populations. It was observed that the recognition of relatedness, as revealed by non-cannibalism of sibling eggs, seems to have a heritable component. It is suggested that the inheritance of kin recognition is quantitative, with threshold manifestation, depending on many genes, as well as environmental factors. The chemical profile of newly hatched larvae and eggs differs quantitatively for various compounds, although qualitatively it is quite similar. In addition, there were statistically significant differences between families for various compounds, including both chorions and newly hatched larvae. Some compounds differ among families only with respect to the chorion samples, others only to larval samples, and other compounds differ for both materials. We have found some associations between the molecular markers AFLP and SSR and behavioral phenotypes related to kin recognition, in both experimental designs adopted. Moreover, inbreeding depression was observed only for some features related to life history. These results help to understand the kin recognition process and altruism in a species that is not social, and which also serve as a model for many evolutionary studies.

Os padrões de desenvolvimento são fundamentais para compreender a origem da diversidade fenotípica. Aqui, descrevemos pela primeira vez, a embriogênese de uma espécie de Heliconius. A análise do padrão embrionário de Heliconius erato phyllis, a partir da formação da blastoderme ao período pré-eclosão, revelou um padrão consistente com embriões de banda germinal longa, o que está filogeneticamente de acordo com a tendência evolutiva de Lepidoptera. O segundo objetivo desta tese consistiu em analisar o desenvolvimento do padrão de coloração das asas de H. erato phyllis. Descrevemos a ontogenia da pigmentação, a microestrutura, a morfogênese e as taxas de maturação das escamas pretas, amarelas, vermelhas, prateadas e marrons - ênfase foi dada às escamas prateadas e marrons, que até então não haviam sido consideradas na literatura. Enquanto as escamas de cor preta, amarela e vermelha apresentaram, cada uma, um único tipo de microestrutura, as escamas prateadas e marrons apresentaram diferentes tipos microestruturais. Isso é inconsistente com o modelo genético para o desenvolvimento da coloração em Heliconius, o qual assume uma correlação restrita entre microestrutura e pigmentação. Possivelmente, diferentes genes estão envolvidos em combinações alternativas entre microestrutura e pigmentação. Nosso terceiro objetivo consistiu em analisar, através de microscopia eletrônica de transmissão, a ultraestrutura dos discos imaginais das asas em lagartas de quinto instar. Verificamos que a formação da bicamada epitelial das asas, bem como a diferenciação das células precursoras das escamas, são pré-estabelecidas no estágio larval. Além disso, revelamos que a membrana peripodial, a qual reveste o disco larval da asa, desempenha um importante papel funcional no desenvolvimento das asas, o que muda a ideia de que o epitélio peripodial atua apenas como um simples revestimento. A análise ultraestrutural das asas de H. erato phyllis revelou importantes aspectos envolvidos na arquitetura desenvolvimental dos padrões de coloração em Heliconius. / The patterns of development are key to understanding the origin of phenotypic diversity. Here, we described, for the first time, the embryogenesis of a Heliconius species. In Heliconius erato phyllis, the analysis of the embryonic pattern, from the blastoderm formation to the pre-hatching larva, was consistent with the long germ band embryos; which agrees with the phylogenetic trend of Lepidoptera. The second purpose of this thesis was to analyze the development of the color pattern in H. erato phyllis wings. We described the ontogeny of pigmentation, the microstructure, morphogenesis and maturation rates of the black, yellow, red, silvery and brownish scales - emphasis was given to the silvery and brownish scales, which were never taken into account in the literature. As for the black, yellow and red scales, they showed each a unique type of microstructure, while the silvery and brownish scales showed different microstructural types. This is inconsistent with the genetic model for the development of color patterns in Heliconius, which assumes a correlation between microstructure and pigmentation. Possibly, different genes are involved in alternative combinations between microstructure and pigmentation. Our third goal was to examine, by transmission electron microscopy, the ultrastructure of the fifth-instar larval wing discs. We showed that the formation of the epithelial bilayer of the wings, as well as the differentiation of the scale precursor cells occur already in the larval stage. Further, we reveal that the peripodial membrane plays an important functional role in the wing development, which challenges the traditional view of the peripodial epithelium as a simple surrounding membrane. The ultrastructural analysis of H. erato phyllis wings revealed important aspects involved in the developmental architecture of color patterns in Heliconius.

O reconhecimento de parentes é importante para a evolução de comportamentos como o altruísmo e a cooperação. As lagartas recém-eclodidas de Heliconius erato phyllis podem ser canibais e reconhecer ovos irmãos, canibalizando preferencialmente não-parentes quando há a opção de canibalizar um ou outro. A presente Dissertação compreende três artigos relacionados, especificados a seguir. O primeiro enfoque foi buscar responder se o reconhecimento de parentesco observado nessa espécie (demonstrado em artigo publicado em 2011 pela autora) é compatível com o modelo de evolução por seleção de parentesco, o qual postula que o comportamento altruísta teria vantagens sob determinadas condições. Foram feitas estimativas de custos e benefícios do comportamento canibal (egoísta) e não-canibal (altruísta). Para isso, foram utilizados alguns parâmetros da ontogenia, como peso e volume do ovo, duração de cada ínstar e pupa, dias totais da eclosão até a emergência do adulto, taxa de crescimento, peso da pupa, área das asas, mortalidade de imaturos e sobrevivência sem alimento. Também se verificou o número de irmãos que chegam à fase adulta de canibais e não-canibais. Os resultados mostraram que houve diferenças significantes para volume e peso do ovo (ovos de não-canibais foram menores do que de canibais), e para duração do primeiro ínstar, duração do estágio pupal e total de dias da eclosão até a fase adulta (canibais se desenvolveram mais rápido do que não-canibais). A mortalidade entre canibais e não-canibais não diferiu, mas a sobrevivência sem alimento dos canibais foi significativamente maior. Assim, alguns parâmetros da ontogenia indicaram algumas vantagens do comportamento canibal. No entanto, não-canibais deixaram aproximadamente o dobro de irmãos que chegaram à fase adulta, sendo que irmãos de canibais e de não-canibais tiveram um desenvolvimento igual. Duas modificações da regra de Hamilton foram feitas, a partir das quais se pode concluir que o reconhecimento de parentesco observado nessa espécie pode ter evoluído por seleção de parentesco. Não-canibais tiveram o benefício de deixar mais irmãos, mas sofreram o custo de ter o desenvolvimento um pouco mais lento, embora esses 7 custos tenham se restringido aos estágios imaturos. A segunda abordagem deste estudo, também uma consequência do trabalho de 2011, foi detectar onde está o sinal de reconhecimento no ovo, se no córion e/ou no embrião. Primeiramente, foram realizados testes de canibalismo lagarta-ovo entre meio-irmãos onde o pai era comum (não foi possível produzir meio-irmãos quando a mãe era comum porque em Heliconius erato phyllis, a fêmea é monândrica). A frequência de canibalismo foi comparada com trabalho anterior já referido, onde foi de 53% para ovos irmãos e de 83% para não-parentes. A frequência total de canibalismo observada neste experimento (83,7%) não diferiu da esperada para não-parentes, mas diferiu da frequência de canibalismo esperada para irmãos, sugerindo que lagartas meio-irmãs não reconhecem os ovos restantes como parentes. Este resultado, por si só, reforça a ideia de que a informação sobre o parentesco está no córion do ovo. Realizaram-se também testes de canibalismo entre lagartas para verificar se a informação sobre o parentesco estaria na cutícula que recobre as mesmas, ou em outras estruturas. Em testes de canibalismo entre lagartas de primeiro ínstar, irmãs e não-parentes, a frequência de canibalismo não diferiu significativamente, logo neste primeiro teste não houve evidência de que a fonte do reconhecimento estivesse na lagarta. Já em testes entre lagartas de diferentes ínstares foi possível categorizar diferentes comportamentos, os quais foram denominados de indiferença, fuga, hostilidade, ataque e canibalismo. Também não houve diferença estatisticamente significativa entre lagartas irmãs e nãoirmãs, para as categorias comportamentais analisadas. Esses resultados sugerem que o sinal avaliado para o reconhecimento de parentesco está no córion do ovo e não na lagarta. O terceiro enfoque desse estudo foi fazer inferências sobre o modo de herança do reconhecimento de parentesco (e canibalismo) nesta espécie, através de cruzamentos, entre canibais irmãos (r = 0,5) e não-parentes (r = 0), e entre não-canibais irmãos e não-parentes. A prole destes cruzamentos foi analisada quanto ao comportamento canibal e não-canibal. A ontogenia das lagartas canibais e não-canibais resultantes dos cruzamentos, bem como dos ovos restantes, foi acompanhada, a fim de verificar se existem diferenças no desenvolvimento entre indivíduos com diferentes coeficientes de endocruzamento. As variáveis analisadas foram peso e volume do ovo, duração 8 dos ínstares e pupa, tempo total da eclosão até o adulto, taxa de crescimento, peso da pupa, área das asas e mortalidade de imaturos. Independentemente do comportamento parental, para F = 0,25, houve uma frequência elevada de nãocanibais (> 70%). Já para F = 0, a frequência de lagartas canibais foi alta (> 50%). Houve diferenças estatisticamente significativas entre o grupo não-endocruzado e endocruzado para peso da pupa e área das asas (endocruzados menores que não-endocruzados) e para mortalidade de imaturos (maior para endocruzados). Os resultados sugerem que o reconhecimento de parentesco tem um forte componente genético, enquanto que o canibalismo parece ser principalmente devido à ausência ou a poucos genes para reconhecimento, podendo ter importante influência ambiental. Por outro lado, o endocruzamento produziu efeitos no sentido de expressar a depressão pelo endocruzamento. Neste sentido, embora o presente trabalho utilizasse diferentes variáveis, ele confirmou os efeitos deletérios do endocruzamento, já publicados em artigo anterior, com a mesma espécie. / Kin recognition is important for the evolution of behaviors such as altruism and cooperation. Newly hatched caterpillars of Heliconius erato phyllis may be cannibals and recognize sibling eggs, preferentially cannibalizing non-kin when there is an option to cannibalize one or other. The present Dissertation comprises three related articles, specified below. The first approach was to try answering whether kin recognition observed in this species (demonstrated in an paper published in 2011 by the author), is compatible with the model of evolution by kin selection, which postulates that altruistic behavior is advantageous under given conditions. Costs and benefits of cannibalistic (selfish) and non-cannibalistic (altruist) behaviors were estimated. For this, a few parameters of ontogeny were used, such as egg weight and volume, duration of each instar and pupa, total days from hatching to adult emergence, growth rate, weight of the pupa, wings area, mortality of immatures and survival under starvation. The number of siblings of cannibals and non-cannibals that reach adulthood was also verified. The results showed that there were significant differences for egg volume and weight (noncannibal eggs are smaller than cannibal ones), and for duration of the first instar during the pupal stage, and total number of days from hatching to the adult stage (cannibals develop faster than non-cannibals).There was no difference in mortality between cannibals and non-cannibals, but cannibal survival without food was significantly higher. Thus, a few parameters of ontogeny indicate a few advantages of cannibal behavior. However, non-cannibals leave approximately double the number of siblings that reach adulthood, and siblings of cannibals and non-cannibals have the same development. Two modifications of Hamilton’s rule were made, from which it can be concluded that kin recognition observed in this species may have evolved by kin selection. Non-cannibals have the benefit of leaving more siblings, but suffer the cost of developing slightly slower, although these costs are limited to the immature stages. The second approach of this study, also a consequence of the 2011 work, was to detect where the recognition signal of the egg is, if in the chorion and/or in the embryo. First, cannibalism tests were 10 performed among half-siblings with the same father (it was not possible to produce half-siblings with the same mother, because in Heliconius erato phyllis, the female is monandric). The frequency of cannibalism was compared to the previous, aforementioned work, where it was 53% for sibling eggs and 83% for non-kin. The total frequency of cannibalism observed in this experiment (83.7%) is not different from that expected for non-kin, but different from the frequency of cannibalism expected for siblings, suggesting that half-sibling caterpillars do not recognize the remaining eggs as kin. This result in itself supports the idea that information about kinship is in the chorion of the egg. Cannibalism tests were also performed among caterpillars to verify whether the information about kinship could be in the cuticle that covers them, or in other structures. In cannibalism tests among first instar caterpillars that are siblings and non-kin, the frequency of cannibalism was not significantly different, thus, in this first test there was no evidence that the source of recognition was in the caterpillar. On the other hand, in tests among caterpillars from different instars, different behaviors could be categorized, and they were called indifference, flight, hostility, attack and cannibalism. There was also no statistically significant difference between sibling and non-sibling caterpillars, for the behavior categories analyzed. These results suggest that the signal evaluated for kin recognition is in the chorion of the egg, not in the caterpillar. The third approach of this study was to make inferences about the mode of inheritance of kin recognition (and cannibalism) in this species, by crosses, between sibling (r = 0.5) and non-kin (r = 0) cannibals, and between sibling and non-kin noncannibals. The offspring of these crosses was analyzed regarding cannibal and non-cannibal behavior. The ontogeny of cannibal and non-cannibal caterpillars resulting from the crosses, as well as of the remaining eggs, was followed to find whether there were differences in the development among individuals with different coefficients of inbreeding. The variables analyzed were egg weight and volume, duration of instars and pupa, total time from hatching to adulthood, growth rate, weight of pupa, area of wings and immature mortality. Independently of the parental behavior, for F = 0.25 there was a high frequency of non-cannibals (> 70%). On the other hand, for F = 0, there was a high frequency of cannibal caterpillars (> 50%). There were statistically significant differences among the non11 inbred and the inbred group for weight of the pupa and wing area (inbred smaller than non-inbred), and for mortality of the immatures (greater for inbred). The results suggest that kin recognition has a strong genetic component, while cannibalism appears to be due mainly to the absence or to few genes for recognition, and may have suffered major environmental influence. On the other hand, inbreeding produced effects, in the sense of expressing inbreeding depression. In this sense, although the present study used different variables, it confirms the deleterious effects of inbreeding, already published in a previous article on the same species.

O reconhecimento de parentesco foi documentado em várias espécies de animais, plantas e bactérias. Ele é fundamental nas interações altruísticas, nas quais o agente altruísta sacrifica algo de sua aptidão individual para beneficiar o receptor e indiretamente aumentar a sua aptidão inclusiva, desde que o receptor seja um parente biológico. Reconhecimento de parentesco foi observado em Heliconius erato phyllis (Lepidoptera; Nymphalidae), cujas lagartas recém-eclodidas podem canibalizar ovos, sendo a frequência de canibalismo de ovos irmãos significativamente inferior a de ovos não-relacionados. Os objetivos desse trabalho foram: elucidar a herança do reconhecimento de parentesco (não-canibalismo), e estimar sua herdabilidade; avaliar a natureza molecular da informação coriônica, ou o perfil químico do córion, bem como o perfil de lagartas recém-eclodidas; associar marcadores moleculares com fenótipos comportamentais relacionados ao reconhecimento de parentesco e, finalmente, avaliar efeitos do endocruzamento, buscando compreender possíveis efeitos que o reconhecimento de parentesco pode ter nas populações. Observou-se que o reconhecimento de parentesco, avaliado pelo não-canibalismo de ovos irmãos, parece ter um componente herdável. Sugere-se que a herança do reconhecimento de parentesco seja quantitativa, com limiar de manifestação, dependendo assim de muitos genes, além de fatores ambientais. O perfil químico de lagartas recém-eclodidas e de ovos difere quantitativamente para vários compostos, embora qualitativamente seja bastante semelhante. Além disso, observaram-se diferenças estatisticamente significativas entre famílias para vários compostos, tanto em córions como em lagartas recém-eclodidas. Alguns compostos diferiram entre famílias apenas nas amostras de córion, outros apenas nas amostras de lagartas, e outros compostos diferiram para ambos os materiais. Foram encontradas algumas associações entre marcadores moleculares AFLP e SSR e os fenótipos comportamentais relacionados ao reconhecimento de parentesco, nos dois delineamentos experimentais adotados. Além disso, observou-se depressão endogâmica apenas para algumas características relacionadas à história de vida. Os resultados obtidos ajudam a compreender o processo de reconhecimento de parentesco e altruísmo em uma espécie que não é social, e que também é um modelo para vários estudos evolutivos. / Kin recognition has been documented in various species of animals, plants, and bacteria. It is essential in altruistic interactions, in which an altruistic agent sacrifices some of its individual fitness to benefit the receiver, and indirectly increases its inclusive fitness, given that the receiver be a biological relative. Kin recognition is observed in Heliconius erato phyllis (Lepidoptera, Nymphalidae), whose newly hatched larvae can cannibalize eggs, and the cannibalism frequency of sibling eggs is significantly lower than that of non-related eggs. The objectives of this study were to elucidate the inheritance of kin recognition (non-cannibalism), and estimate its heritability; to evaluate the molecular nature of chorionic information, or chemical profile of the chorion, and of the newly hatched larvae profile; to associate molecular markers with behavioral phenotypes related to kin recognition; and, finally, to evaluate the effects of inbreeding, seeking to understand the possible effects of kin recognition on populations. It was observed that the recognition of relatedness, as revealed by non-cannibalism of sibling eggs, seems to have a heritable component. It is suggested that the inheritance of kin recognition is quantitative, with threshold manifestation, depending on many genes, as well as environmental factors. The chemical profile of newly hatched larvae and eggs differs quantitatively for various compounds, although qualitatively it is quite similar. In addition, there were statistically significant differences between families for various compounds, including both chorions and newly hatched larvae. Some compounds differ among families only with respect to the chorion samples, others only to larval samples, and other compounds differ for both materials. We have found some associations between the molecular markers AFLP and SSR and behavioral phenotypes related to kin recognition, in both experimental designs adopted. Moreover, inbreeding depression was observed only for some features related to life history. These results help to understand the kin recognition process and altruism in a species that is not social, and which also serve as a model for many evolutionary studies.

Os padrões de desenvolvimento são fundamentais para compreender a origem da diversidade fenotípica. Aqui, descrevemos pela primeira vez, a embriogênese de uma espécie de Heliconius. A análise do padrão embrionário de Heliconius erato phyllis, a partir da formação da blastoderme ao período pré-eclosão, revelou um padrão consistente com embriões de banda germinal longa, o que está filogeneticamente de acordo com a tendência evolutiva de Lepidoptera. O segundo objetivo desta tese consistiu em analisar o desenvolvimento do padrão de coloração das asas de H. erato phyllis. Descrevemos a ontogenia da pigmentação, a microestrutura, a morfogênese e as taxas de maturação das escamas pretas, amarelas, vermelhas, prateadas e marrons - ênfase foi dada às escamas prateadas e marrons, que até então não haviam sido consideradas na literatura. Enquanto as escamas de cor preta, amarela e vermelha apresentaram, cada uma, um único tipo de microestrutura, as escamas prateadas e marrons apresentaram diferentes tipos microestruturais. Isso é inconsistente com o modelo genético para o desenvolvimento da coloração em Heliconius, o qual assume uma correlação restrita entre microestrutura e pigmentação. Possivelmente, diferentes genes estão envolvidos em combinações alternativas entre microestrutura e pigmentação. Nosso terceiro objetivo consistiu em analisar, através de microscopia eletrônica de transmissão, a ultraestrutura dos discos imaginais das asas em lagartas de quinto instar. Verificamos que a formação da bicamada epitelial das asas, bem como a diferenciação das células precursoras das escamas, são pré-estabelecidas no estágio larval. Além disso, revelamos que a membrana peripodial, a qual reveste o disco larval da asa, desempenha um importante papel funcional no desenvolvimento das asas, o que muda a ideia de que o epitélio peripodial atua apenas como um simples revestimento. A análise ultraestrutural das asas de H. erato phyllis revelou importantes aspectos envolvidos na arquitetura desenvolvimental dos padrões de coloração em Heliconius. / The patterns of development are key to understanding the origin of phenotypic diversity. Here, we described, for the first time, the embryogenesis of a Heliconius species. In Heliconius erato phyllis, the analysis of the embryonic pattern, from the blastoderm formation to the pre-hatching larva, was consistent with the long germ band embryos; which agrees with the phylogenetic trend of Lepidoptera. The second purpose of this thesis was to analyze the development of the color pattern in H. erato phyllis wings. We described the ontogeny of pigmentation, the microstructure, morphogenesis and maturation rates of the black, yellow, red, silvery and brownish scales - emphasis was given to the silvery and brownish scales, which were never taken into account in the literature. As for the black, yellow and red scales, they showed each a unique type of microstructure, while the silvery and brownish scales showed different microstructural types. This is inconsistent with the genetic model for the development of color patterns in Heliconius, which assumes a correlation between microstructure and pigmentation. Possibly, different genes are involved in alternative combinations between microstructure and pigmentation. Our third goal was to examine, by transmission electron microscopy, the ultrastructure of the fifth-instar larval wing discs. We showed that the formation of the epithelial bilayer of the wings, as well as the differentiation of the scale precursor cells occur already in the larval stage. Further, we reveal that the peripodial membrane plays an important functional role in the wing development, which challenges the traditional view of the peripodial epithelium as a simple surrounding membrane. The ultrastructural analysis of H. erato phyllis wings revealed important aspects involved in the developmental architecture of color patterns in Heliconius.

Heliconius erato phyllis (Lepidoptera, Nymphalidae) faz parte do grupo de borboletas Neotropicais aposemáticas impalatáveis do gênero Heliconius. Essa espécie apresenta assincronia no amadurecimento sexual entre machos e fêmeas. Enquanto as fêmeas já estão aptas a copular após emergirem, os machos não apresentam habilidade para copular antes de 6 a 7 dias. O objetivo do estudo foi investigar as causas dessa assincronia no amadurecimento sexual entre machos e fêmeas utilizando uma abordagem fisiológica. Foram analisadas as diferenças sexuais, por métodos de espectrofotometria, as variáveis metabólicas glicogênio, lipídios totais, triglicerídeos, proteínas totais, ácido úrico, lactato, lipo peroxidação e a atividade enzimática da catalase e glutationa s-transferase durante a metamorfose e na vida adulta antes e depois da reprodução. Durante a metamorfose o glicogênio parece ser o principal substrato utilizado no desenvolvimento. As enzimas antioxidantes se mantiveram mais altas nas pupas do que nos adultos indicando que possuem um papel importante durante a metamorfose. Encontrou-se diferenças sexuais, principalmente nos adultos, quanto a mobilização dos recursos energéticos. Machos mantem os níveis de lipidios mais altos do que as em fêmeas durante a vida adulta e de glicogênio nos primeiros dias. Esses resultados sugerem que talvez a assincronia sexual em termos do início de reprodução, em H. erato phyllis, seja uma questão de necessidade energética para os machos. / The buttefly Heliconius erato phyllis is part of the group of Neotropical butterflies which are unpalatable and aposematic. This species has an asynchrony in sexual maturity between males and females. While females are already able to copulate after emerging, males have no ability to copulate before 6 to 7 days. The objective of this study was to investigate the causes of this asynchrony in sexual maturity between males and females using a physiological approach. We analyzed, by spectrophotometry methods, the metabolic variables glycogen, total lipids, triglycerides, total proteins, uric acid, lactate, lipo peroxidation and enzymatic activity of catalase and glutathione s-transferase in both sexes during metamorphosis and adult life before and after copulation. During metamorphosis glycogen appears to be the main substrate used in the development. Antioxidant enzymes remained higher in pupae than in adults indicating that they play an important role during metamorphosis. We found sexual differences, especially in adults, on the mobilization of energy resources. Males maintain lipid levels higher than in females during adulthood and glycogen in the early days. These results suggest that perhaps the sexual asynchrony H. erato phyllis is a matter of energetic capacity for males.