Esta investigação tece relações comparativas entre padrões de crescimento de redes vasculares e argumenta que no conceito de morfogênese, analogamente à biologia, há evoluções e agrupamentos gerativos em sistemas estruturais ramificados. Para a compreensão deste agrupamento gerativo, são utilizados conceitos adjacentes à geometria fractal - estudo de estruturas rugosas, porosas ou fragmentadas, que mantém sua irregularidade em grau similar para todas as escalas. Embora os fractais sejam mais conhecidos como objetos resultantes de algoritmos matemáticos em iterações sucessivas no campo das ciências computacionais, nesta pesquisa as estruturas naturais que se aproximam de modelos de geometria fractal irregular, isto é, classificadas como fractais estatísticos, e que são encontradas em vários sistemas orgânicos e minerais, têm predominância. Pesquisam-se e coletam-se in loco imagens de padrões ramificados para início de produção de trabalhos práticos. Elas são em sua maioria fotografias de seres biológicos naturais com algum grau de ramificação, mas incluem-se também estruturas estatisticamente fractais análogas a sistemas biológicos. Esses estudos de casos de ramificações são então categorizados de acordo com padrões superficiais, colorações, estruturação corporal, funcionalidade no sistema em que atuam e interação com os demais sistemas ou seres vivos presentes num dado ecossistema. A partir de seleção de alguns organismos de acordo com sua estrutura corporal e seus movimentos característicos, são produzidas arte-instalações onde estruturas biomiméticas híbridas são criadas para responder cinética e sensorialmente a estímulos humanos, ambientais e climáticos. / This survey weaves comparative relationships among growth patterns of vascular networks and argues that, in the concept of morphogenesis, in analogy to biology, there are generative clustering and evolutions in branched structural systems. To understand this generative clustering, adjacent concepts to fractal geometry are used - the study of rough, porous or fragmented structures that keep their irregularity to a similar degree at all scales. Although fractals are better known as resulting objects of mathematical algorithms in successive iterations in the field of computer science, in this research the natural structures that approximate to models of irregular fractals, i.e., classified as statistical, and that are found in various minerals and organic systems are predominant. Images of branched patterns are researched and collected in loco for a first production of practical work. They are mostly photographs of natural biological beings with some branching level, but they also include statistical fractal structures analogous to biological systems. These branching study cases are then categorized according to surface patterns, colors, body structure, functionality in the system in which they operate and interaction with other systems or living organisms present in a given ecosystem. From the selection of a few organisms according to their characteristic movements and body structure, installation artworks are experimentally designed where hybrid biomimetic structures are created to sensory and kinetically respond to human, environmental and climate stimuli.

As abundâncias e identidades das espécies de qualquer comunidade biológica mudam tanto ao longo do espaço quanto do tempo. Não obstante, aspectos espaciais da biodiversidade têm sido muito mais explorados do que os temporais. Um dos motivos pelos quais padrões temporais têm recebido menos atenção é a escassez de estudos de longo prazo, especialmente na região neotropical, uma das mais biodiversas e ameaçadas do planeta. Estudar a dinâmica de populações e comunidades ao longo do tempo pode revelar processos ecológicos fundamentais, bem como descrever como pressões naturais e humanas afetam a biodiversidade. Entender a dinâmica das populações e comunidades envolve entender as histórias de vida dos organismos, como eles interagem com o ambiente, o papel de interações entre espécies, o papel de processos demográficos estocásticos, dentre outros fatores. Nesta tese investigamos a dinâmica temporal de populações e comunidades de borboletas e aves, e ao longo dos capítulos avaliamos o papel de diferentes processos na regulação dessas dinâmicas. No Capítulo 1 investigamos se um comportamento sazonal observado em borboletas Ithomiini (Nymphalidae, Danainae), supostamente adaptativo à seca - os \"bolsões de Ithomiini\"- seria uma simples resposta reativa à falta de chuvas ou se mecanismos endógenos (\"relógios biológicos\") estariam envolvidos. No Capítulo 2 realizamos um estudo de dinâmica populacional comparada de borboletas miméticas da tribo Ithomiini. Algumas evidências têm sugerido que além de convergir na morfologia, espécies co-miméticas tenderiam a convergir também no comportamento, no uso de microhabitats e possivelmente em suas dinâmicas populacionais. Testamos as hipóteses de que 1) pares de espécies co-miméticas (i.e., com a morfologia convergente) ou 2) pares de espécies mais próximas filogeneticamente teriam suas dinâmicas populacionais mais correlacionadas do que pares de espécies agrupados ao acaso. No Capítulo 3 descrevemos como a composição de espécies de assembleias de aves e borboletas de nove localidades tropicais e subtropicais na América do Sul e do Norte variou ao longo do tempo (anos a décadas), e se diferenças demográficas entre espécies (nicho) seriam importantes para explicar os padrões observados. No Capítulo 1 encontramos evidências de que a agregações seriam um comportamento endógeno sincronizado com o fotoperíodo, com plasticidade limitada para lidar com as alterações no regime de chuvas previstas para a região e para o continente. No Capítulo 2 encontramos que as dinâmicas populacionais de pares de espécies de Ithomiini de um mesmo anel mimético ou mais próximas filogeneticamente não tenderam a ser mais correlacionadas do que pares reunidos ao acaso, e que as espécies, anéis miméticos e subtribos estudadas tiveram suas dinâmicas temporais mais correlacionados do que seria esperado por acaso. Estes resultados e os do Capítulo 1 sugerem que na dinâmica desse sistema as pressões seletivas exercidas por fatores ambientais seriam mais importantes do que interações entre espécies. No Capítulo 3 mostramos que a composição de espécies de assembleias de aves na Amazônia, Cerrado, Mata Atlântica e Flórida se alterou ao longo dos anos, mesmo em assembleias de áreas bem preservadas. Sobreposta a essa rotatividade (turnover) interanual também encontramos rotatividade sazonal, previsível, na composição de espécies de assembleias de aves da Amazônia e da Mata Atlântica e na assembleia de borboletas Ithomiini. Padrões de rotatividade sazonal na composição de espécies podem ser mais comuns em comunidades neotropicais do que se imagina. As estratégias temporais dos organismos neotropicais, as quais parecem ser a base dos padrões sazonais observados nas comunidades, podem ser largamente determinadas por ritmos (\"relógios\") endógenos. Estudos sobre a regulação dos ritmos e estratégias temporais dos organismos, e dos efeitos das mudanças climáticas e do uso do solo sobre eles, são essenciais. Um importante passo nesse sentido é a disseminação de estudos de longo-prazo de populações e comunidades, contínuos, sistemáticos e com resolução para detectar padrões sazonais. Além disso, a interação das perspectivas, bases teóricas e abordagens da biologia molecular, fisiologia, cronobiologia e ecologia pode avançar nosso entendimento sobre os processos que moldam a dinâmica da biodiversidade e sobre as consequências das perturbações humanas sobre os ecossistemas / The species abundances and identities of any biological community change both over space and time. Nevertheless, Spatial biodiversity dimensions have been much more exploited than temporal ones. One of the reasons for which temporal patterns have received less attention is a scarcity of long-term studies, especially in the neotropical region, one of the most biodiverse and endangered on the planet. Studying the dynamics of populations and communities over time can reveal key ecological processes as well as describe how natural and human pressures affect biodiversity. Understanding the dynamics of populations and communities involves understanding organisms life histories, how they interact with the environment, the role of interactions among species, the role of stochastic demographic processes, and other factors. In this dissertation we investigated the temporal dynamics of butterflies and birds populations and assemblages, and throughout its chapters we evaluate the role of different processes in the regulation of dynamics. In Chapter 1 we investigated whether a seasonal behavior observed in butterflies Ithomiini (Nymphalidae, Danainae), supposedly adaptive to dissecation - the \"Ithomiini pockets \" - is a simple reactive response to drought or there is internal time-keeping mechanisms involved. In Chapter 2, we performed a comparative population dynamics study of mimetic butterflies of the Ithomiini tribe. Some evidence has suggested that besides the convergence in morphology, co-mimetic species would tend to converge also in behavior, in the use of microhabitats and possibly in their population dynamics. We hypothesized that (1) pairs of co-mimetic species or (2) pairs of species more phylogenetically related would have their population dynamics more correlated than pairs of species grouped at random. In Chapter 3 we described how species composition of bird and butterfly assemblages from nine tropical and subtropical locations in South and North America varied over time (years and decades), and if demographic differences between species (niche) are needed to explain observed patterns. In Chapter 1 we found evidence that Ithomiini pockets are regulated by internal time-keeping mechanisms synchronized to photoperiod, and that mechanism has limited plasticity to cope with rainfall regime changes predicted for the study region and for the continent as a whole. In Chapter 2 we found that the population dynamics of Ithomiini species pairs more phylogenetically related or belonging to the same mimetic ring did not tend to be more correlated than pairs assembled at random, and that the species, mimetic rings and subtribes had their temporal dynamics more correlated than would be expected By chance These results and those of Chapter 1 suggest that this system dynamics is more influenced by selective pressures exerted by environmental factors than by species interactions. In Chapter 3 we show that the composition of bird assemblages in the Amazon, Cerrado, Atlantic Rainforest, and Florida has changed over the years, even in assemblies of well-preserved areas. Superimposed to this interannual turnover we also found seasonal, predictable turnover in species composition of bird assemblages of the Amazon and Atlantic Forest and in the Ithomiini butterflies assembly. Patterns of seasonal turnover in species composition may be more common in neotropical communities than is imagined. The temporal strategies of neotropical organisms, which appear to be the basis of the seasonal patterns observed in communities, can be largely determined by endogenous rhythms (\"biological clocks\"). Studies on the regulation of organisms\' temporal rhythms and strategies, and the effects of climate change and land use on them, are essential. An important step in this direction is the dissemination of continuous, systematic, population and community long-term studies, with sampling resolution to detect seasonal patterns. In addition, the interaction of perspectives, theoretical basis, and approaches of molecular biology, physiology, chronobiology, and ecology can advance our understanding of the processes that shape biodiversity dynamics and the consequences of human disturbances on ecosystems

O mimetismo é uma adaptação onde duas ou mais espécies, que podem pertencer a grupos taxonômicos distintos, assemelham-se no padrão geral de cor e/ou forma e que devido a isso são confundidas por um outro organismo. Os tipos clássicos de mimetismo, Batesiano e Mülleriano, nem sempre se ajustam a estudos com flores; esta limitação, todavia, não afeta o chamado Sistema Tripartido. O Sistema Tripartido foi proposto originalmente por Wolfgang Wickler (1968) e aperfeiçoado por Richard I. Vane Right (1976); o sistema é formado por três elementos constantes: modelo (S1), o mímico (S2) e operador (O – o qual Wickler originalmente representou como R – receptor de sinal). O presente estudo concentra-se em três plantas que coexistem na restinga do Parque Estadual de Itapeva, Torres, as quais mostram um padrão convergente na coloração de suas flores. As espécies são Asclepias curassavica (Apocynaceae [Asclepiadoideae]), Lantana camara (Verbenaceae), ambas produtoras de néctar, e Epidendrum fulgens (Orchidaceae [Epidendroideae]), aparentemente não produtora de néctar e considerado o suposto mímico do sistema. O trabalho de campo foi realizado entre a primavera de 2004 e verão de 2006. Para tanto, foram avaliados aspectos concernentes ao número e identificação dos polinizadores potenciais (especialmente borboletas – excepcionalmente, uma ou duas espécies de mariposas foram encontradas, porém mostrando baixa contribuição); às fenofases de floração e frutificação das três espécies. Também foram realizados experimentos de cruzamento em E. fulgens (autopolinização espontânea e induzida, geitonogamia, xenogamia); remoção de polinários de E. fulgens em relação à distância da fonte de néctar (L. camara), bem como uma descrição da anatomia do nectário de E. fulgens para verificar a existência de tecido produtor de néctar. Dentre as 28 espécies de lepidópteros diurnos que foram registradas, destacam-se Agraulis vanillae maculosa, Dryas iulia alcionea, Heliconius erato phyllis, Tegosa claudina (Nymphalidae) e Urbanus simplicius (Hesperiidae), as quais visitam as três espécies de plantas. Não houve sincronia de floração entre as fenofases, ou seja, não houve diferença estatística entre A. curassavica, Epidendrum fulgens e Lantana camara. Os experimentos de cruzamento mostraram que E. fulgens é polinizador-dependente. A remoção de polinários de E. fulgens foi baixa, talvez porque a oferta de flores seja alta. Os testes sobre a anatomia do nectário de E. fulgens sugerem que não há produção de néctar (Anexo 2). Estes resultados sugerem que A. curassavica, Epidendrum fulgens e Lantana camara, no cenário ecológico do Parque Estadual de Itapeva, não constituem um complexo mimético. Porém, isto não invalida a possibilidade de que estas plantas realmente constituam um sistema mimético, considerando-se que o presente estudo foi realizado dentro de um curto espaço de tempo, enquanto que estudos a respeito de processos evolutivos requerem maior tempo de observações. / Mimicry is an adaptation where two or more species which can belong to different taxonomic groups, are similar in color pattern and/or behavior, and that for this reason are not discriminated by a third species. Classical Batesian and Müllerian mimicry are not generally useful to describe examples of plant mimicry; however, the so-called tripartite mimicry system does not suffer this restriction. The Tripartite System was first envisaged by Wolfgang Wickler (1968) and latter elaborated and expanded by Richard I. Vane-Wright (1976); the system is based in three constant elements, the model (S1), the mimic (S2) and the operator (O – which Wickler originally represented as R – signal receiver). The present study concentrates on three plants that coexist at Parque Estadual de Itapeva, Torres, RS, and that show a convergence in the pattern of flower color. The species are Asclepias curassavica (Apocynaceae [Asclepiadoideae]), Lantana camara (Verbenaceae), both nectar producers and Epidendrum fulgens (Orchidaceae [Epidendroideae]) which does not produce nectar and that is considered the mimic in the system. Field work has been done between the spring of 2004 and the summer of 2006. The variables studied were the number and the identity of the potential pollinators (specifically butterflies – exceptionally one or two moths were found but with little contribution), flower and fruit phenology in the three species. Experiments in the field were conducted in E. fulgens to ascertain the mating system of this plant (spontaneous and induced self-pollination, geitonogamy and xenogamy). Moreover, to complement the test of hypothesis of mimicry of E. fulgens in relation to L. camara, the frequency of removal of pollinaria in the orchid were estimated according to the distance from the nectar source. A description of the anatomy of the floral nectary of E. fulgens was also made, to test for nectar production. In the whole, 28 species of diurnal Lepidoptera were observed visiting the flowers of at least two of the three species of plants; among them, Agraulis vanillae maculosa, Dryas iulia alcionea, Heliconius erato phyllis, Tegosa claudina (Nymphalidae), and Urbanus simplicius (Hesperiidae) did so for the three species of plants. As for the synchrony in flower phenology, there was no statistical significance for any combination of plants. The experiments for mating system of E. fulgens showed that this orchid is pollinator-dependent. Pollinaria removal was very low, which can be related to the extremely large number of inflorescences available in the area. The study of the anatomy of the nectary in E. fulgens suggested that the orchid does not produce nectar in detectable proportions (Appendix 2). Given all the results here reported, there is no indication that at the ecological scenario of the Parque Estadual de Itapeva, L. camara, E. fulgens and A. curassavica are members of a mimetic system. This does not invalidate the possibility that they really are a mimetic system, since the time spent in the study was short and that the evolution of adaptations demand a larger amount of time to be detected.