Orientador: Elza Maria Guimarães Santos / Resumo: Estudamos diferentes aspectos relacionados à biologia reprodutiva de Piper, tendo como plano de fundo o parentesco filogenético entre espécies coocorrentes e utilizando diferentes níveis de amostragem, desde a taxocenose até a flor. No capítulo 1, avaliamos a fenologia reprodutiva de 17 espécies de Piper em uma floresta estacional semidecídua para verificar se o clima e o parentesco filogenético estão associados às respostas fenológicas dessas espécies coocorrentes. Apenas a floração apresentou sinal filogenético e foi estacional. A frutificação foi influenciada por fatores abióticos, enquanto a floração teve uma influência compartilhada de fatores abióticos e das restrições filogenéticas. Assim, verificamos que mesmo em ambientes estacionais, pode haver influência da filogenia nos eventos reprodutivos. No capítulo 2, avaliamos o sistema de polinização e testamos se os caracteres florais e dos polinizadores estão correlacionados para verificar se os polinizadores podem ter mediado a diversificação floral em espécies fenotipicamente generalistas. As espécies são entomófilas e foram visitadas por 46 espécies de abelhas, besouros, mirídeos e moscas. Portanto, são ecológica e funcionalmente generalistas. Não houve correlação entre os caracteres florais e os dos visitantes florais, o que sugere que os caracteres analisados não representam adaptações aos polinizadores. Outros fatores, p. ex. ambientes-chave, devem estar relacionados com a diversificação do gênero. No capítulo 3, de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: We studied different aspects related to the reproductive biology of Piper, having as background the phylogenetic relationship among the species and using different levels of sampling, from the taxocoenosis to the flower. In chapter 1, we evaluated the reproductive phenology of 17 Piper species in a semideciduous seasonal forest to verify whether climate and phylogenetic relationshipare associated with the phenological responses of these co-occurring species. Only flowering showed phylogenetic signal and was seasonal. Fruiting was influenced by abiotic factors, whereas flowering had a shared influence of abiotic factors and phylogenetic constraints. Thus, even in seasonal environments, there may be an influence of phylogeny on reproductive events. In chapter 2, we evaluated the pollination system and tested whether floral and pollinator characters are correlated to verify whether pollinators may have mediated floral diversification in phenotypically generalist species. The species are entomophilous and were visited by 46 species of bees, beetles, mirids and flies. So they are ecologically and functionally generalist. There was no correlation between floral characters and floral visitors’ characters, which suggests that the analyzed characters do not represent adaptations to the pollinators. Other factors, e.g. key environments, should be related to diversification of this genus. In chapter 3, we determined the sexual expression of species, focusing on the functionality of flow... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-07-07T17:00:54Z No. of bitstreams: 2 Tese - Leonardo Lima Bergamini - 2017.pdf: 3505106 bytes, checksum: 536ed882cdb2712abf63490a466f1a9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-07-10T14:40:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Leonardo Lima Bergamini - 2017.pdf: 3505106 bytes, checksum: 536ed882cdb2712abf63490a466f1a9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-10T14:40:03Z (GMT). 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In the first chapter, my coauthors and I explore the correlation between phylogenetic similarity and the similarity between counterpart sets of plants and herbivores in a regional Asteraceae-flowerhead endophages. By using different measures of counterpart similarity and different subsets defined by herbivore lineages I tried to detect how the evolutionary history of plants and herbivores is reflected in their interactions, both at the specific level as at the modular structure of the network. We show that, beyond the compositional similarity previously reported, closely related species also share a greater proportion of the phylogenetic history of their partners, both for resources and consumers. The comparison between patterns found in the entire network with those found in the subsets provides evidence that resource sharing happens mainly at deeper phylogenetic levels, so that phylogenetic sinal is detectable even among closely related consumers. Asymmetry in signal strength between trophic levels is more evident in the way how network modules reflect host plant phylogeny, both in the entire network and the sub-networks. Taken together, these results show that evolutionary processes, such as phylogenetic conservatism and independent colonization history may be the main forces behind phylogenetic structure observed in this particular plant-herbivore system. In the second chapter, I test with more detail the relative contributions of different ecological processes and the evolutionary history in the formation of the Asteraceae-Tephritidae interaction network. By uniting a previously used approach with a coevolutionary analysis method and some new methods proposed in this work I have shown the striking effect of phylogeny in this system and discuss how the patterns in this antagonistic network differ from other systems. In the third chapter I used a data set compiled from the cophylogeny literature to test the generality of the phylogenetic conservatism observed in other systems. I used a meta-analytical approach to estimate overall effect sizes for the correlations between phylogeny and interactions, as well as the asymmetry in signal strength. I have found a general pattern of phylogenetic conservatism in interaction patterns for both trophic levels along with considerable between-study heterogeneity. On the other hand, the asymmetry in signal strength was consistently small and non-significant in each individual study, with a positive albeit small overall effect size. My results provide compelling evidence that phylogenetic consevatism of ecological interactions is common in nature, togheter with a quantitave picture of its heterogeneity and of the asymmetry between trophic levels. Taken togheter, the results from the three chapters highlight the important role of specialization in structuring antagonistic interactions and the striking presence of phylogenetic constraints in the establishment of this interactions. I hope that the contributions presented here, the questions they raise, and the new approaches I have used help to improve our understanding of the processes that mediate the formation of ecological networks. / Esta tese é composta de três capítulos apresentados em formato de artigos científicos, e aborda a conservação filogenética de interações ecológicas sob diferentes aspectos. Os três capítulos são apresentados em formato de artigos científicos. Citações e referências bibliográficas em todo o texto estão formatados de acordo as normas da revista Oikos, na qual uma versão do primeiro capítulo já se encontra publicado. Os materiais suplementares referidos nos textos de cada um dos capítulos se encontram nos anexos ao final da tese. Começo com o texto de meu exame de qualificação, que faz uma breve apresentação sobre filogenética de comunidades. Ao abordar este tema mais geral esta introdução fornece uma visão complementar à literatura específica apresentada em cada um dos capítulos. No primeiro capítulo, meus coautores e eu exploramos a correlação entre similaridade filogenética e similaridade no conjunto de antagonistas nas plantas e nos herbívoros em uma rede regional Asteraceae endófagos de capítulos. Usando diferentes medidas para similaridade de antagonistas e diferentes recortes definidos por linhagens de herbívoros tentei detectar como a história evolutiva das espécies de plantas e espécies se reflete em suas interações tanto ao nível específico quanto nos módulos da rede. Nós mostramos que, além da similaridade composicional previamente reportada em outros estudos, espécies aparentadas também compartilham uma maior proporção da história filogenética de seus pares, tanto para as espécies recurso quanto para seus consumidores. A comparação entre os padrões encontrados para a rede como um todo com aqueles encontrados em sub-redes compostas de grupos mais filogeneticamente restritos de herbívoros fornece evidência de que a partição de recursos ocorre em maior parte em níveis filogenéticos mais profundos, de modo que um sinal filogenético positivo na similaridade de hospedeiras é detectável mesmo entre consumidores muito próximos em sub-redes monofiléticas. A assimetria na força do sinal entre níveis tróficos é mais aparente na maneira com que os módulos da rede refletem a filogenia das espécies hospedeiras, tanto para a rede como um todo quanto para as sub-redes. Tomados em conjunto, estes resultados sugerem que processos evolutivos, como conservantismo filogenético e a história de colonizações independentes dos diferentes grupos de insetos devem ser as principais forças gerando a estrutura filogenética observada neste sistema planta-herbívoro em particular. No segundo capítulo testo mais detalhadamente as contribuições relativas de diferentes processos ecológicos e da história evolutiva na formação da rede de interações Asteraceae-Tephritidae. Unindo uma abordagem estatística previamente utilizada na literatura de redes mutualísticas, um método de análise coevolutiva e alguns novos métodos propostos neste trabalho mostrei o efeito marcante da filogenia neste sistema e discuti como os padrões desta rede de antagonistas diferem de outros sistemas. No terceiro capítulo utilizei um conjunto de dados compilado da bibliografia sobre cofilogenia para testar a generalidade do padrão de conservação filogenética e da assimetria na força dessa conservação observados em outros sistemas. Usei uma abordagem meta-analítica para estimar tamanhos de efeito gerais para as correlações entre filogenia e interações e também para as assimetrias nessas correlações. Encontrei um padrão geral de conservação filogenética nos padrões de interação para ambos níveis tróficos com uma considerável heterogeneidade entre estudos. Por outro lado, a assimetria na força do sinal foi consistentemente pequena e não significativa em cada estudo individual, com um efeito geral positivo mas também pequenoMeus resultados fornecem evidências convincentes de que a conservação de interações ecológicas é comum na natureza, juntamente com uma representação quantitativa de sua heterogeneidade e da assimetria entre níveis tróficos. Tomados em conjunto, os resultados dos três trabalhos ressaltam a importância da especialização para a estrutura das interações antagonistas e a presença marcante de restrições filogenéticas no estabelecimento destas interações. Espero que as contribuições apresentadas aqui, as questões que elas levantam, e as novas abordagens que utilizei ajudem a melhorar nossa compreensão dos processos que modulam a formação de redes ecológicas.

Este trabalho focou nos aspectos evolutivos e ecológicos dos tricomas em espécies da tribo Bignonieae (Bignoniaceae), e no potencial papel defensivo dessas estruturas no aumento da resistência das plantas frente aos herbívoros. Esta tese caracterizou quatro morfotipos de tricomas encontrados nas partes vegetativas das plantas da tribo Bignonieae morfologicamente, estudou os padrões macro-evolutivos destes tricomas e o papel funcional dos tricomas pateliformes secretores de néctar em diferentes escalas de tempo e espaço. O primeiro capítulo descreveu os quatro tipos de tricomas micro e macro-morfologicamente, e sua relação com a história filogenética das espécies da tribo Bignonieae. Quatro tipos de tricomas distintos foram reconhecidos: tricomas não glandulares (ng), tricomas glandulares peltados (gp), tricomas glandulares estipitados (ge), e tricomas glandulares pateliformes/cupulares (P/C). Três destes tricomas provavelmente já estavam presentes no ancestral da tribo Bignonieae (i.e., não glandulares, glandulares peltados e glandulares pateliformes/cupulares) enquanto os tricomas glandulares estipitados surgiram mais recentemente e múltiplas vezes dentro da tribo. Além disso, realizamos uma revisão das terminologias aplicadas a esses tricomas bem como sugerimos uma padronização dos tipos de tricomas para o grupo de forma a diminuir a divergência entre os trabalhos já publicados. O segundo capítulo testou a eficiência dos tricomas pateliformes secretores de néctar (nectários extraflorais) em duas espécies de Anemopaegma das savanas brasileiras. Essas duas espécies atraíram mais formigas que plantas vizinhas, com os indivíduos de Anemopaegma com maiores quantidades de nectários sendo visitados por um número maior de formigas que as plantas com um número menor de nectários (variação intra-populacional). No entanto, não foi possível observar um efeito dos nectários e formigas sobre a herbivoria e o desempenho das plantas como esperado pela hipótese de defesa mediada por essas estruturas. Hipóteses alternativas foram utilizadas para discutir os resultados, incluindo uma discussão sobre o possível custo/benefício de tais estruturas em diferentes ambientes (florestas e savanas) relacionados com a história filogenética do grupo, além da variação das interações esperada entre populações segundo a hipótese de mosaico geográfico. O terceiro capítulo testou o papel defensivo do sistema planta-formiga mediado pelos nectários extraflorais no contexto filogenético da tribo Bignonieae. Espécies de plantas com um número maior de nectários foram visitadas por um número maior de formigas (teste controlado pelas relações de parentesco entre as espécies). Além disso, espécies mais proximamente relacionadas apresentaram uma diferença na abundância de nectários extraflorais maior do que o esperado pelo modelo neutro de evolução, gerando um padrão de convergência dessas estruturas na tribo Bignonieae. Esse desvio no padrão evolutivo esperado pode ter sido causado por forças direcionais de seleção e momentos de contra-seleção, dado o balanço entre custo-benefício dos nectários extraflorais para as plantas. Neste contexto, dois fatores foram testados para explicar o desvio na evolução da abundância de nectários na tribo Bignonieae: (1) mudança de habitat das florestas para as savannas (fatores extrínsecos); (2) surgimento de novos caracteres morfológicos como outros tipos de tricomas na superfície das plantas (fatores intrínsecos). Ambos fatores podem ter interferido nas interações formiga-planta e no padrão de evolução dos nectários. Dessa forma, a ocupação das savanas levou a uma diminuição do número de nectários (provável contra-seleção dessas estruturas), enquanto o surgimento de tricomas glandulares adesivos teve o mesmo efeito sobre os nectários. Ambos resultados são discutidos considerando a condicionalidade das interações em função da variação biótica (formigas e herbívoros) entre habitats, e também do \"trade-off\" entre os caracteres de defesa. O quarto capítulo testou a teoria de coevolução em mosaico geográfico no sistema planta-formiga-herbívoro em 10 populações da espécie de savana Anemopaegma álbum. Não foram encontradas correlações entre os nectários (e variáveis descritoras do néctar), a abundância de formigas visitantes, a herbivoria ou as variáveis de performance das plantas entre as populações. Esse padrão esteve associado principalmente a variação na assembléia de formigas, a qual foi dominada por formigas do gênero Crematogaster em uma das populações, mas dominadas por formigas do gênero Camponotus na grande maioria das outras populações. No entanto, 3 das 10 populações estudadas apresentaram um alto número de plantas sem formigas, diminuindo muito as chances dessas populações serem defendidas frente aos herbívoros pelos nectários. A abundância de formigas esteve relacionada negativamente com a herbivoria, e positivamente com as variáveis de performance das plantas entre as populações. Das 10 populações amostradas, 5 delas tiveram os nectários acoplados (do inglês, \"matched\") com as formigas visitantes, embora o tipo de acoplamento tenha variado entre elas. Dessas 5 populações, somente 3 tiveram uma produção positiva de folhas e baixa herbivoria, no qual duas delas tiveram alta abundância de nectários nas folhas e foram dominadas por formigas do gênero Camponotus (maiores em tamanho, mas com baixa capacidade de recrutamento). Já a terceira população teve em média a menor abundância de nectários nas folhas, e a mesma apresentou o maior número de formigas por planta (e maior freqüência), em geral formigas do gênero Crematogaster (menores em tamanho mas com grande capacidade de recrutamento). Por serem menores em tamanho, tais formigas utilizaram a secreção dos nectários quase que individualmente. Nem a abundância de nectários, nem as formigas ou mesmo a herbivoria estiveram estruturados espacialmente, corroborando, a hipótese de mosaico geográfico para as interações formiga-planta-herbívoro em A.album. Neste contexto, as três populações com as interações formiga-planta \"mached\" foram consideradas \"hot-spots\" das interações, nas quais as populações atingiram os valores mais altos das variáveis de performance das plantas, enquanto as demais foram consideradas \"cold-spots\". A maioria das populações \"cold-spots\" foi explicada pela falta de formigas suficientes para que as interações com as plantas pudessem se tornar efetivas na defesa frente aos herbívoros, mas outros processos também foram considerados para discutir os resultados apresentados neste trabalho. / This thesis focused on the evolutionary-ecology of trichomes in the tribe Bignonieae (Bignoniaceae), and in the potential defensive role of these structures against herbivores. More specifically, we characterized four trichome morphotypes found in vegetative plant parts of representatives of the Bignonieae, as well as studied the macro-evolutionary patterns of these trichomes, and the functional role of patelliforme nectar secreting trichomes in different scales of time and space. The first chapter describes four different trichome types micro and macromorphologically, as well as investigates their evolutionary patterns during the history of Bignonieae. The four different trichome types recognized are: non-glandular trichomes (ng), glandular peltate trichomes (gp), glandular stipitate trichomes (gst), and glandular patteliform/cupular trichomes (P/Cgt). Our analyses indicated that three of these trichomes were likely already present in the most recent common ancestor of the tribe Bignonieae (i.e., non glandular, glandular peltate, and glandular patteliform/cupular), while the glandular stipitate trichomes evolved more recently and multiple times during the history of the tribe. Results from this study were combined with a literature review in order to revise the trichome terminology and propose standardized names for the various trichome types currently found in the group. The second chapter tested the efficiency of patelliform nectar-secreting trichomes (extrafloral nectaries, EFNs) in two species of Anemopaegma of the Brazilian savannas. These two species attracted more ants than neighboring plants, with individuals that presented higher amounts of EFNs being visited by a higher number of ants than plants with lower amounts of EFNs (intra-population variation). Nonetheless, no effect of EFNs and ants was observed on herbivory nor on the performance of the studied plants, contradicting the expectations of the mediated EFNs defense hypothesis. Alternative hypotheses were also considered including the cost/benefits model to understand the outcomes of ant-plant interaction: (1) phylogenetic inertia hypothesis that connect EFNs-ant interactions with the plant transitions between different environments (forests to savannas); and (2) geographic mosaic hypothesis that predict differences in the outcomes of ant-plant interactions across populations. The third chapter tested the defensive role of extrafloral nectaries in the context of the phylogenetic history of Bignonieae. Species of plants with a higher number of EFNs were visited by a higher number of ants (test controlled by phylogeny). In addition, closely related species presented a higher difference in the abundance of EFNs than expected under the neutral model of evolution. Such deviation may have resulted by directional forces of slection and moments of counter-selection, given the costs and benefits of the extrafloral nectaries for the plants. Two specific factors were considered as the major possible determinants of the evolutionary patterns of the EFNs: (1) change of habitat from forests to savannas (extrinsic factors); and (2) emergence of new morphological characters such as other trichome types over the plant\'s surface (intrinsic factors). Both factors might have altered the ant-plant interactions and the evolution of nectaries. The occupation of the savannas was associated with a decrease in the number of nectaries (likely due to counter-selection of these structures), while the evolution of adhesive glandular trichomes presenting the same effect on the nectaries. Both results are discussed in the light of the biotic variation (ants and herbivores) encountered between habitats, as well as in the light of the trade-off among defensive characters. The fourth chapter tested the geographic mosaic theory of coevolution in 10 populations of the savanna species Anemopaegma álbum. No correlations were found among extrafloral nectaries (and nectar variables), the abundance of visiting ants, herbivory, and plant performance among populations. This pattern was mainly associated with the variation in the assembly of ants encountered in the various populations. Most populations of A. álbum were dominated by assemblages of Camponotus ants, except for one that was dominated by Crematogaster ants. However, 3 of 10 populations studied presented a high number of plants without ants, decreasing the chances of defense against herbivores by EFNs. The abundance of ants was negatively associated with herbivory, and positively associated with plant performance variables among populations. Out of the 10 populations sampled, five presented an abundance of EFNs that matched the functional traits of ants. Out of these five populations, only three presented positive leaf production and low herbivory. From these three populations, two presented high abundances of EFNs on the leaves and were dominated by Camponotus ants (i.e., bigger in size, but with a low recruiting capacity). The third population presented on average the smallest abundance of EFNs on the leaves; it also presented the highest number of ants per plant (and the highest frequency), which generally were Crematogaster ants (smaller in size but with greater recruiting capacity). Because these ants are smaller in size, they used nearly all isolated EFNs encountered over the plant\'s surface. Neither the abundance of EFNs, the abundance of ants, and the assemblage of herbivores were structured spatially, corroborating the geographic mosaic hypothesis for the ant-plant-herbivore interactions in A. album. In this context, the three populations with \"matched\" ant-plant interactions were considered \'hot-spots\' of interactions, in which the populations reached the highest values of plant performance, while the others were considered \'cold-spots\'. The majority of \'cold spot\' populations were explained by a lack of sufficient ants to protect the plants effectively

Explicar os padrões de diversidade de espécies e entender os processos que geram e mantêm essa diversidade na natureza é um dos grandes objetivos da Ecologia. A teoria clássica de competição prevê que duas espécies só podem coexistir quando há divergência no uso de recursos. Portanto, há um limite de similaridade imposto pela competição entre as espécies, que leva à co-ocorrência de espécies com estratégias ecológicas mais diferentes entre si. Por outro lado, o ambiente físico pode impor restrições às possíveis estratégias ecológicas das espécies. Ambientes com limitações de recursos ou condições desfavoráveis permitem apenas a sobrevivência de espécies com estratégias mais similares, um processo conhecido como filtro ambiental. Dois processos podem então gerar padrões antagônicos na estrutura das comunidades, selecionando estratégias ecológicas mais parecidas ou mais diferentes entre si. Há ainda a possibilidade de que os dois processos ou mesmo nenhum dos dois seja importante na estruturação das comunidades, levando a um padrão aleatório ou neutro. Utilizando-se das contribuições proporcionais (elasticidades) das três taxas vitais demográficas - sobrevivência, crescimento e fecundidade - para a taxa de crescimento populacional para inferir as estratégias ecológicas das espécies de árvores de uma comunidade, nos propusemos a responder a pergunta: \"Qual processo é responsável pela estruturação de comunidades de árvores tropicais?\". O trabalho foi realizado em uma parcela permanente de 10,24 hectares na Restinga da Ilha do Cardoso, São Paulo. Todos os indivíduos com mais de 15cm de perímetro à altura do peito foram marcados, identificados e tiveram seus diâmetros à altura do peito registrados para dois censos. As elasticidades das três taxas vitais para 89 espécies de árvores foram obtidas por meio de um modelo de projeção integral (IPMs). Os IPMs são ferramentas modernas mais robustas que os clássicos modelos matriciais, comumente utilizados em estudos demográficos. Definimos um espaço ecológico no triângulo onde as estratégias ecológicas das espécies são classificadas de acordo com as elasticidades das três taxas demográficas. Construímos também uma filogenia molecular específica para a comunidade baseada nos marcadores cloroplásticos rbcL e matK, com a qual obtivemos as distâncias entre todos os pares de espécies. Calculamos o sinal filogenético das estratégias ecológicas por meio da correlação entre a distância entre as espécies no espaço ecológico e suas distâncias filogenéticas. Aceitamos a premissa de conservação das estratégias ecológicas na filogenia. As espécies puderam ser classificadas em quatro grupos demográficos distintos no espaço ecológico, distribuídos principalmente no eixo crescimento-sobrevivência, o que é esperado para árvores. Não há sinal filogenético para as estratégias ecológicas, o que indica que ambos os processos ou nenhum dos dois processos é importante na estruturação dessa comunidade. Nosso trabalho traz uma nova abordagem metodológica e resultados que contradizem a literatura recente, em que a importância dos filtros ecológicos na estruturação de comunidades tropicais é repetidamente encontrada. A confirmação deste padrão para outras comunidades poderá colaborar para o melhor entendimento dos processos estruturadores das comunidades tropicais. / One of Ecology\'s biggest goals is to explain the patterns of species\' diversity and to understand the processes that generate and maintain this diversity in natural communities. Classical competition theory predicts that two species will be able to coexist only when there is divergence in the use of resources, i.e., competition imposes a limiting similarity among species that allows co-occurrence of species with divergent ecological strategies. On the other hand, the physical environment may impose restrictions to the range of possible ecological strategies of species. Environments with limited resources or adverse conditions will allow the survival of species with more specific strategies, a process known as environmental filtering. These two processes will generate opposite effects on the structure of communities, as more similar or more different ecological strategies will be selected. There is still the possibility that both processes are occurring simultaneously, or neither are important for the community. In both cases, a neutral or random pattern is expected. Using the proportional contribution (elasticities) of the three demographic vital rates - survival, growth and fecundity - to the finite rate of increase of population as a mean of inferring the ecological strategy of trees in a community, we intended to answer the question: \"What process is responsible for the structuring of tropical tree communities?\". Data was collected in a Restinga forest 10.24 ha permanent plot. All individuals with more than 15cm of perimeter at breast height were marked, identified and had their diameters at breast height registered for two censes. Elasticities of the three vital rates for 89 tree species were obtained with an Integral Projection Model (IPM). IPMs are modern tools more robust than classical matrix models, commonly used in demographic studies. We defined an ecological space in the triangle where ecological strategies are plotted according to elasticities of the three vital rates. We also generated a molecular phylogeny based on rbcL and matK chloroplast markers, and used it to obtain the phylogenetic distance between all pairs of species. We calculated the phylogenetic signal of ecological strategies using the correlation between ecological distances in the ecological space and phylogenetic distances. We assumed ecological strategies to be conserved in the phylogeny. Species could be classified into four demographic groups in ecological space, distributed mainly in a growth-survival axis. This is expected for trees. No phylogenetic signal was found for the ecological strategies. This can mean that either both processes are structuring this community, or neither is important. Our study uses a new methodological approach and presents new results that contradict recent literature, on which environmental filtering is repeatedly accounted as the main process structuring tropical communities. Confirmation of this pattern for other communities may bring further understanding of structuring of tropical communities.

Explicar os padrões de diversidade de espécies e entender os processos que geram e mantêm essa diversidade na natureza é um dos grandes objetivos da Ecologia. A teoria clássica de competição prevê que duas espécies só podem coexistir quando há divergência no uso de recursos. Portanto, há um limite de similaridade imposto pela competição entre as espécies, que leva à co-ocorrência de espécies com estratégias ecológicas mais diferentes entre si. Por outro lado, o ambiente físico pode impor restrições às possíveis estratégias ecológicas das espécies. Ambientes com limitações de recursos ou condições desfavoráveis permitem apenas a sobrevivência de espécies com estratégias mais similares, um processo conhecido como filtro ambiental. Dois processos podem então gerar padrões antagônicos na estrutura das comunidades, selecionando estratégias ecológicas mais parecidas ou mais diferentes entre si. Há ainda a possibilidade de que os dois processos ou mesmo nenhum dos dois seja importante na estruturação das comunidades, levando a um padrão aleatório ou neutro. Utilizando-se das contribuições proporcionais (elasticidades) das três taxas vitais demográficas - sobrevivência, crescimento e fecundidade - para a taxa de crescimento populacional para inferir as estratégias ecológicas das espécies de árvores de uma comunidade, nos propusemos a responder a pergunta: \"Qual processo é responsável pela estruturação de comunidades de árvores tropicais?\". O trabalho foi realizado em uma parcela permanente de 10,24 hectares na Restinga da Ilha do Cardoso, São Paulo. Todos os indivíduos com mais de 15cm de perímetro à altura do peito foram marcados, identificados e tiveram seus diâmetros à altura do peito registrados para dois censos. As elasticidades das três taxas vitais para 89 espécies de árvores foram obtidas por meio de um modelo de projeção integral (IPMs). Os IPMs são ferramentas modernas mais robustas que os clássicos modelos matriciais, comumente utilizados em estudos demográficos. Definimos um espaço ecológico no triângulo onde as estratégias ecológicas das espécies são classificadas de acordo com as elasticidades das três taxas demográficas. Construímos também uma filogenia molecular específica para a comunidade baseada nos marcadores cloroplásticos rbcL e matK, com a qual obtivemos as distâncias entre todos os pares de espécies. Calculamos o sinal filogenético das estratégias ecológicas por meio da correlação entre a distância entre as espécies no espaço ecológico e suas distâncias filogenéticas. Aceitamos a premissa de conservação das estratégias ecológicas na filogenia. As espécies puderam ser classificadas em quatro grupos demográficos distintos no espaço ecológico, distribuídos principalmente no eixo crescimento-sobrevivência, o que é esperado para árvores. Não há sinal filogenético para as estratégias ecológicas, o que indica que ambos os processos ou nenhum dos dois processos é importante na estruturação dessa comunidade. Nosso trabalho traz uma nova abordagem metodológica e resultados que contradizem a literatura recente, em que a importância dos filtros ecológicos na estruturação de comunidades tropicais é repetidamente encontrada. A confirmação deste padrão para outras comunidades poderá colaborar para o melhor entendimento dos processos estruturadores das comunidades tropicais. / One of Ecology\'s biggest goals is to explain the patterns of species\' diversity and to understand the processes that generate and maintain this diversity in natural communities. Classical competition theory predicts that two species will be able to coexist only when there is divergence in the use of resources, i.e., competition imposes a limiting similarity among species that allows co-occurrence of species with divergent ecological strategies. On the other hand, the physical environment may impose restrictions to the range of possible ecological strategies of species. Environments with limited resources or adverse conditions will allow the survival of species with more specific strategies, a process known as environmental filtering. These two processes will generate opposite effects on the structure of communities, as more similar or more different ecological strategies will be selected. There is still the possibility that both processes are occurring simultaneously, or neither are important for the community. In both cases, a neutral or random pattern is expected. Using the proportional contribution (elasticities) of the three demographic vital rates - survival, growth and fecundity - to the finite rate of increase of population as a mean of inferring the ecological strategy of trees in a community, we intended to answer the question: \"What process is responsible for the structuring of tropical tree communities?\". Data was collected in a Restinga forest 10.24 ha permanent plot. All individuals with more than 15cm of perimeter at breast height were marked, identified and had their diameters at breast height registered for two censes. Elasticities of the three vital rates for 89 tree species were obtained with an Integral Projection Model (IPM). IPMs are modern tools more robust than classical matrix models, commonly used in demographic studies. We defined an ecological space in the triangle where ecological strategies are plotted according to elasticities of the three vital rates. We also generated a molecular phylogeny based on rbcL and matK chloroplast markers, and used it to obtain the phylogenetic distance between all pairs of species. We calculated the phylogenetic signal of ecological strategies using the correlation between ecological distances in the ecological space and phylogenetic distances. We assumed ecological strategies to be conserved in the phylogeny. Species could be classified into four demographic groups in ecological space, distributed mainly in a growth-survival axis. This is expected for trees. No phylogenetic signal was found for the ecological strategies. This can mean that either both processes are structuring this community, or neither is important. Our study uses a new methodological approach and presents new results that contradict recent literature, on which environmental filtering is repeatedly accounted as the main process structuring tropical communities. Confirmation of this pattern for other communities may bring further understanding of structuring of tropical communities.

Este trabalho focou nos aspectos evolutivos e ecológicos dos tricomas em espécies da tribo Bignonieae (Bignoniaceae), e no potencial papel defensivo dessas estruturas no aumento da resistência das plantas frente aos herbívoros. Esta tese caracterizou quatro morfotipos de tricomas encontrados nas partes vegetativas das plantas da tribo Bignonieae morfologicamente, estudou os padrões macro-evolutivos destes tricomas e o papel funcional dos tricomas pateliformes secretores de néctar em diferentes escalas de tempo e espaço. O primeiro capítulo descreveu os quatro tipos de tricomas micro e macro-morfologicamente, e sua relação com a história filogenética das espécies da tribo Bignonieae. Quatro tipos de tricomas distintos foram reconhecidos: tricomas não glandulares (ng), tricomas glandulares peltados (gp), tricomas glandulares estipitados (ge), e tricomas glandulares pateliformes/cupulares (P/C). Três destes tricomas provavelmente já estavam presentes no ancestral da tribo Bignonieae (i.e., não glandulares, glandulares peltados e glandulares pateliformes/cupulares) enquanto os tricomas glandulares estipitados surgiram mais recentemente e múltiplas vezes dentro da tribo. Além disso, realizamos uma revisão das terminologias aplicadas a esses tricomas bem como sugerimos uma padronização dos tipos de tricomas para o grupo de forma a diminuir a divergência entre os trabalhos já publicados. O segundo capítulo testou a eficiência dos tricomas pateliformes secretores de néctar (nectários extraflorais) em duas espécies de Anemopaegma das savanas brasileiras. Essas duas espécies atraíram mais formigas que plantas vizinhas, com os indivíduos de Anemopaegma com maiores quantidades de nectários sendo visitados por um número maior de formigas que as plantas com um número menor de nectários (variação intra-populacional). No entanto, não foi possível observar um efeito dos nectários e formigas sobre a herbivoria e o desempenho das plantas como esperado pela hipótese de defesa mediada por essas estruturas. Hipóteses alternativas foram utilizadas para discutir os resultados, incluindo uma discussão sobre o possível custo/benefício de tais estruturas em diferentes ambientes (florestas e savanas) relacionados com a história filogenética do grupo, além da variação das interações esperada entre populações segundo a hipótese de mosaico geográfico. O terceiro capítulo testou o papel defensivo do sistema planta-formiga mediado pelos nectários extraflorais no contexto filogenético da tribo Bignonieae. Espécies de plantas com um número maior de nectários foram visitadas por um número maior de formigas (teste controlado pelas relações de parentesco entre as espécies). Além disso, espécies mais proximamente relacionadas apresentaram uma diferença na abundância de nectários extraflorais maior do que o esperado pelo modelo neutro de evolução, gerando um padrão de convergência dessas estruturas na tribo Bignonieae. Esse desvio no padrão evolutivo esperado pode ter sido causado por forças direcionais de seleção e momentos de contra-seleção, dado o balanço entre custo-benefício dos nectários extraflorais para as plantas. Neste contexto, dois fatores foram testados para explicar o desvio na evolução da abundância de nectários na tribo Bignonieae: (1) mudança de habitat das florestas para as savannas (fatores extrínsecos); (2) surgimento de novos caracteres morfológicos como outros tipos de tricomas na superfície das plantas (fatores intrínsecos). Ambos fatores podem ter interferido nas interações formiga-planta e no padrão de evolução dos nectários. Dessa forma, a ocupação das savanas levou a uma diminuição do número de nectários (provável contra-seleção dessas estruturas), enquanto o surgimento de tricomas glandulares adesivos teve o mesmo efeito sobre os nectários. Ambos resultados são discutidos considerando a condicionalidade das interações em função da variação biótica (formigas e herbívoros) entre habitats, e também do \"trade-off\" entre os caracteres de defesa. O quarto capítulo testou a teoria de coevolução em mosaico geográfico no sistema planta-formiga-herbívoro em 10 populações da espécie de savana Anemopaegma álbum. Não foram encontradas correlações entre os nectários (e variáveis descritoras do néctar), a abundância de formigas visitantes, a herbivoria ou as variáveis de performance das plantas entre as populações. Esse padrão esteve associado principalmente a variação na assembléia de formigas, a qual foi dominada por formigas do gênero Crematogaster em uma das populações, mas dominadas por formigas do gênero Camponotus na grande maioria das outras populações. No entanto, 3 das 10 populações estudadas apresentaram um alto número de plantas sem formigas, diminuindo muito as chances dessas populações serem defendidas frente aos herbívoros pelos nectários. A abundância de formigas esteve relacionada negativamente com a herbivoria, e positivamente com as variáveis de performance das plantas entre as populações. Das 10 populações amostradas, 5 delas tiveram os nectários acoplados (do inglês, \"matched\") com as formigas visitantes, embora o tipo de acoplamento tenha variado entre elas. Dessas 5 populações, somente 3 tiveram uma produção positiva de folhas e baixa herbivoria, no qual duas delas tiveram alta abundância de nectários nas folhas e foram dominadas por formigas do gênero Camponotus (maiores em tamanho, mas com baixa capacidade de recrutamento). Já a terceira população teve em média a menor abundância de nectários nas folhas, e a mesma apresentou o maior número de formigas por planta (e maior freqüência), em geral formigas do gênero Crematogaster (menores em tamanho mas com grande capacidade de recrutamento). Por serem menores em tamanho, tais formigas utilizaram a secreção dos nectários quase que individualmente. Nem a abundância de nectários, nem as formigas ou mesmo a herbivoria estiveram estruturados espacialmente, corroborando, a hipótese de mosaico geográfico para as interações formiga-planta-herbívoro em A.album. Neste contexto, as três populações com as interações formiga-planta \"mached\" foram consideradas \"hot-spots\" das interações, nas quais as populações atingiram os valores mais altos das variáveis de performance das plantas, enquanto as demais foram consideradas \"cold-spots\". A maioria das populações \"cold-spots\" foi explicada pela falta de formigas suficientes para que as interações com as plantas pudessem se tornar efetivas na defesa frente aos herbívoros, mas outros processos também foram considerados para discutir os resultados apresentados neste trabalho. / This thesis focused on the evolutionary-ecology of trichomes in the tribe Bignonieae (Bignoniaceae), and in the potential defensive role of these structures against herbivores. More specifically, we characterized four trichome morphotypes found in vegetative plant parts of representatives of the Bignonieae, as well as studied the macro-evolutionary patterns of these trichomes, and the functional role of patelliforme nectar secreting trichomes in different scales of time and space. The first chapter describes four different trichome types micro and macromorphologically, as well as investigates their evolutionary patterns during the history of Bignonieae. The four different trichome types recognized are: non-glandular trichomes (ng), glandular peltate trichomes (gp), glandular stipitate trichomes (gst), and glandular patteliform/cupular trichomes (P/Cgt). Our analyses indicated that three of these trichomes were likely already present in the most recent common ancestor of the tribe Bignonieae (i.e., non glandular, glandular peltate, and glandular patteliform/cupular), while the glandular stipitate trichomes evolved more recently and multiple times during the history of the tribe. Results from this study were combined with a literature review in order to revise the trichome terminology and propose standardized names for the various trichome types currently found in the group. The second chapter tested the efficiency of patelliform nectar-secreting trichomes (extrafloral nectaries, EFNs) in two species of Anemopaegma of the Brazilian savannas. These two species attracted more ants than neighboring plants, with individuals that presented higher amounts of EFNs being visited by a higher number of ants than plants with lower amounts of EFNs (intra-population variation). Nonetheless, no effect of EFNs and ants was observed on herbivory nor on the performance of the studied plants, contradicting the expectations of the mediated EFNs defense hypothesis. Alternative hypotheses were also considered including the cost/benefits model to understand the outcomes of ant-plant interaction: (1) phylogenetic inertia hypothesis that connect EFNs-ant interactions with the plant transitions between different environments (forests to savannas); and (2) geographic mosaic hypothesis that predict differences in the outcomes of ant-plant interactions across populations. The third chapter tested the defensive role of extrafloral nectaries in the context of the phylogenetic history of Bignonieae. Species of plants with a higher number of EFNs were visited by a higher number of ants (test controlled by phylogeny). In addition, closely related species presented a higher difference in the abundance of EFNs than expected under the neutral model of evolution. Such deviation may have resulted by directional forces of slection and moments of counter-selection, given the costs and benefits of the extrafloral nectaries for the plants. Two specific factors were considered as the major possible determinants of the evolutionary patterns of the EFNs: (1) change of habitat from forests to savannas (extrinsic factors); and (2) emergence of new morphological characters such as other trichome types over the plant\'s surface (intrinsic factors). Both factors might have altered the ant-plant interactions and the evolution of nectaries. The occupation of the savannas was associated with a decrease in the number of nectaries (likely due to counter-selection of these structures), while the evolution of adhesive glandular trichomes presenting the same effect on the nectaries. Both results are discussed in the light of the biotic variation (ants and herbivores) encountered between habitats, as well as in the light of the trade-off among defensive characters. The fourth chapter tested the geographic mosaic theory of coevolution in 10 populations of the savanna species Anemopaegma álbum. No correlations were found among extrafloral nectaries (and nectar variables), the abundance of visiting ants, herbivory, and plant performance among populations. This pattern was mainly associated with the variation in the assembly of ants encountered in the various populations. Most populations of A. álbum were dominated by assemblages of Camponotus ants, except for one that was dominated by Crematogaster ants. However, 3 of 10 populations studied presented a high number of plants without ants, decreasing the chances of defense against herbivores by EFNs. The abundance of ants was negatively associated with herbivory, and positively associated with plant performance variables among populations. Out of the 10 populations sampled, five presented an abundance of EFNs that matched the functional traits of ants. Out of these five populations, only three presented positive leaf production and low herbivory. From these three populations, two presented high abundances of EFNs on the leaves and were dominated by Camponotus ants (i.e., bigger in size, but with a low recruiting capacity). The third population presented on average the smallest abundance of EFNs on the leaves; it also presented the highest number of ants per plant (and the highest frequency), which generally were Crematogaster ants (smaller in size but with greater recruiting capacity). Because these ants are smaller in size, they used nearly all isolated EFNs encountered over the plant\'s surface. Neither the abundance of EFNs, the abundance of ants, and the assemblage of herbivores were structured spatially, corroborating the geographic mosaic hypothesis for the ant-plant-herbivore interactions in A. album. In this context, the three populations with \"matched\" ant-plant interactions were considered \'hot-spots\' of interactions, in which the populations reached the highest values of plant performance, while the others were considered \'cold-spots\'. The majority of \'cold spot\' populations were explained by a lack of sufficient ants to protect the plants effectively