A demanda da população humana por alimentos, fibras e biocombustíveis impõe crescimento pronunciado na agricultura intensiva e, com ela, no consumo de fertilizantes. Este manejo de fertilizantes leva a alterações dramáticas nas quantidades e proporções de nutrientes em agroecossistemas que, por sua vez, podem influenciar comunidades biológicas por meio de alterações na biomassa, qualidade nutricional e composição de produtores. Uma tendência no cenário produtivo brasileiro recente é a expansão das culturas de biocombustíveis, notadamente da cana-de-açúcar (etanol) e da soja (biodiesel), sobre ambientes de cerrado. Estas culturas, que juntas cobrem nada menos que 30 milhões de hectares do território brasileiro, demandam padrões contrastantes de fertilização. A cana-de-açúcar exige altas proporções de nitrogênio relativo a fósforo, enquanto que a soja exige altas proporções de fósforo relativo a nitrogênio. Esta dissertação teve como objetivo testar os efeitos diretos e indiretos que as alterações nas quantidades e proporções de N e P que se seguem à conversão de ambientes nativos para o cultivo de cana-de-açúcar e soja têm sobre comunidades biológicas. Estes objetivos foram testados por meio de dois experimentos em mesocosmos aquáticos manipulando nutrientes, algas, girinos e ninfas de libélulas. O primeiro experimento seguiu um delineamento fatorial completo cruzando três concentrações de N (Nreferência, Nsoja, Ncana) e três concentrações de P (Preferência, Psoja, Pcana), e dois níveis tróficos (algas e girinos de Physalaemus cuvieri). Níveis de nutrientes manipulados simularam condições medidas em corpos d´água de cerrado, ou padrões de fertilização conhecidos para culturas de cana-de-açúcar e de soja. No segundo experimento pareamos essas concentrações (Nreferência Preferência, Nsoja, Psoja, Ncana Pcana) de forma a reduzir a dimensionalidade do experimento e assim permitir a inclusão de um terceiro nível trófico (algas, girinos de Hypsiboas faber e ninfas de libélulas). Incluímos ainda um tratamento no qual as ninfas de libélulas estiveram engaioladas para separar os efeitos da predação de girinos, dos efeitos da alteração nos seus atributos. As principais variáveis de resposta em ambos experimentos foram concentração de clorofila a como indicadora de biomassa de fitoplâncton, e mortalidade, massa final e estágio de desenvolvimento final de girinos como indicadores de rendimento de consumidores. Uma comparação na concentração de clorofila antes e depois da introdução de girinos procurou testar o efeito da adição de consumidores na biomassa de produtores. Conforme esperado, NT e PT medidos responderam expressivamente à manipulação de N e P. Nas semanas que antecederam a introdução de girinos, a biomassa algal cresceu em resposta ao aumento na concentração do nitrogênio, mas não do fósforo; esta tendência se manteve ao longo dos experimentos. Isso provavelmente ocorreu porque concentrações medidas de NT variaram da oligotrofia à hipertrofia; por sua vez, concentrações medidas de PT estiveram consistentemente em valores considerados hipertróficos. A introdução de girinos não exerceu efeitos evidentes sobre a concentração de clorofila a, possivelmente indicando que o alimento era abundante o suficiente para não ocorrer competição entre consumidores. O rendimento de consumidores foi significativamente influenciado pela manipulação de nutrientes. Tratamentos ricos em P levaram a uma redução no crescimento de Physalaemus cuvieri, e uma tendência à redução no seu desenvolvimento e sobrevivência. De forma similar, o cenário de fertilização de soja - portanto rico em P - levou a uma redução significativa na sobrevivência de H. faber. Por sua vez, o cenário de fertilização de cana-de-açúcar levou a um ganho de massa de H. faber 30% superior ao controle. Formulamos a hipótese que esta diminuição no crescimento e sobrevivência de girinos em cenários de fertilização ricos em P teria sido causada pela proliferação de cianobactérias, frequentemente impalatáveis ou mesmo tóxicas, e que tendem a ser favorecidas em ambientes de baixa proporção N:P. Ao contrário do que esperávamos, ninfas de libélulas não foram capazes de promover redução direta ou indireta no crescimento ou sobrevivência de girinos, ou influenciar a biomassa de fitoplâncton. Concluímos que as alterações nos níveis de nutrientes que acompanham a conversão de ambientes nativos para paisagens agrícolas tem efeitos importantes sobre cadeias alimentares aquáticas (controle \'bottom-up\'), e que estes efeitos são muito mais fortes do que aqueles mediados pela presença de predadores (controle \'top-down\'). No entanto, estes efeitos não são necessariamente intuitivos, uma vez que determinados padrões de fertilização influenciam negativamente o rendimento de elos intermediários da cadeia e, portanto, a transmissão da biomassa para níveis tróficos superiores. / The human demand for food, fibers and biofuels imposes a pronounced growth in intensive agriculture and, with it, in the consumption of fertilizers. Fertilizer management promotes dramatic changes in the quantities and proportions of nutrients in agroecosystems which, in turn, influence biological communities through changes in the biomass, nutritional quality, and composition of producers. A recent trend in the Brazilian productive scenario is the expansion of biofuel crops - notably sugarcane (ethanol) and soybean (biodiesel) - over the cerrados. These crops, covering no less than 30 million hectares in the country, demand contrasting fertilization patterns: sugarcane requires high proportions of nitrogen relative to phosphorus, whereas soybean requires high proportions of phosphorus relative to nitrogen. The objective of this thesis was to test the direct and indirect effects that changes in the quantities and proportions of N and P that follow conversion of native habitats to sugarcane and soybean fields have on biological communities. These objectives were achieved by means of two mesocosm experiments manipulating nutrients, algae, tadpoles and dragonfly naiads. The first experiment followed a full factorial design crossing three concentrations of N (Nreference, Nsoy, Ncane) and three concentrations of P (Preference, Psoy, Pcane), as well as two trophic levels (algae and Physalaemus cuvieri larvae). Nutrient levels simulated conditions measured in water bodies of the cerrado, or patterns of fertilization known for sugarcane or soybean crops. In the second experiment we paired these concentrations (Nreference Preference, Nsoy Psoy, Ncane Pcane) so as to reduce dimensionality and as such to permit inclusion of a third trophic level (algae, Hypsiboas faber larvae, dragonfly naiads). We included an additional treament with caged naiads to separate the effects of actual tadpole predation from those of changes in tadpole traits. The main response variables in both experiments were cholophyll a concentrations as na indicator of phytoplankton biomass, and tadpole mortality, final mass and final developmental stage as indicators of consumer performance. A comparison in the concentration of chlorophyll a before and after the introduction of tadpoles tested the effect of consumers on producer biomass. As expected, measured TN and TP responded strongly to N and P manipulations. In the weeks preceding the introduction of tadpoles, algal biomass increased in response to the concentration of N, but not to the concentration of P; this trend was maintained throughout the experiment. This probably happened because measured TN varied from oligotrophic to hypertrophic conditions; in contrast, measured TP consistenly corresponded to hypertrophic conditions. Tadpole introduction had no evident effects on chlorophyll concentrations, possibly indicating that food was abundant and competition among tadpoles, if present, was weak. Consumer performance was significantly influenced by nutrient manipulations. P-rich treatments led to a reduction in growth, and to a reduction trend in development and survivorship, of Physalaemus cuvieri. Similarly, the scenario of soybean fertilization - therefore P-rich - led to a significant reduction in Hypsiboas faber survivorship. The scenario of sugarcane fertilization led to a 30% increase in mass gain in Hypsiboas faber. We hypothesized that this reduction in tadpole growth and survivorship in P-rich environments was caused by a proliferation of unpalatable or even toxic cyanobacteria, which are favored in low N:P ratio environments. Contrary to our expectations, dragonfly naiads did not cause a direct or indirect reduction in tadpole growth or survivorship, nor influence phytoplankton biomass. We conclude that changes in nutrient levels that accompany the conversion of native habitats to agricultural fields can have strong effects on freshwater food chains (\'bottom-up\' control), and that these effects are much stronger than those mediated by predator presence (\'top-down\' control). However, bottom-up effects are not necessarily intuitive as certain fertilization patterns negatively influence the performance of intermediate consumers and, as such, the transmission of biomass to higher trophic levels.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-09-20T20:25:38Z No. of bitstreams: 1 DissBLG.pdf: 2379490 bytes, checksum: 67fda0f4c79652eac1e6aeb1d1cc9785 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-20T20:33:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBLG.pdf: 2379490 bytes, checksum: 67fda0f4c79652eac1e6aeb1d1cc9785 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-20T20:40:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBLG.pdf: 2379490 bytes, checksum: 67fda0f4c79652eac1e6aeb1d1cc9785 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T20:40:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBLG.pdf: 2379490 bytes, checksum: 67fda0f4c79652eac1e6aeb1d1cc9785 (MD5) Previous issue date: 2015-06-02 / Não recebi financiamento / Birds contribute to many kinds of environmental services, such as predation on arthropods, which results in their population control, and reduced folivory and higher growth rates of plants. In addition, insectivorous birds are sensitive to environmental disturbances, requiring protected areas for conservation and being indicators of environmental quality. In this research, we sampled the insectivorous birds and tested whether they affect the abundance of arthropods and folivory rates. We compared three areas of different successional stages and management, and seasonality in a protected area of Atlantic Forest in southeastern Brazil. The areas selected were anthropic area (“sede”), early and advanced stages of succession. We carried out samplings of birds through 12 fixed points for 13 months and classified species in guilds, grouping the consumers of arthropods between strict and facultative insectivorous. We also proceed a twice bird exclusion experiment (rainy and dry season), comparing arthropod abundance and foliar damage in covered vs. non-covered branches. A total of 186 species of birds have been recorded, with 142 consumers of arthropods. The composition of birds was affected by spatial variation, as the temporal variation presented a diffuse influence. The advanced stage area hosts a higher species richness of specialists, threatened, endemic and with a high degree of environmental sensitivity. The “sede” adds generalist and low degree of sensitivity species. The exclusion of birds resulted in a significant increase in abundance (z=24,682, p = 0) and diversity (z=12,825, p = 0) of arthropods, but this was not reflected in differences in folivory; thus which may be driven by other factors such as the bottom-up effect. The abundance of arthropods showed an inverse relationship with the abundance of strict and facultative insectivorous birds and this control through predation occurred in all areas, suggesting the importance of omnivorous species. The spatial variation of insectivorous birds highlights the potential of each sampled area for maintenance of the functional role of these birds, and this might be considered for management practices. / As aves contribuem para diversos tipos de serviços ambientais, como a predação de artrópodes, que resulta em seu controle populacional, redução na folivoria e maiores taxas de crescimento das plantas. Além disso, aves insetívoras são sensíveis às perturbações ambientais, necessitando de áreas protegidas para sua conservação e sendo indicadores de qualidade ambiental. Neste trabalho nós caracterizamos a avifauna insetívora e testamos o efeito desta sobre a abundância de artrópodes e taxas de folivoria, comparando três áreas de estágios sucessionais, usos e zoneamento distintos e períodos do ano em uma área protegida de Mata Atlântica no sudeste do Brasil. As áreas selecionadas foram: área antropizada (sede), estágio inicial e estágio avançado de sucessão. Para isso, realizamos a amostragem da avifauna por meio de 12 pontos fixos durante 13 meses, classificamos as aves em guildas e agrupamos os consumidores de artrópodes entre insetívoras estritas e facultativas. Também fizemos um experimento de exclusão de aves aplicado duas vezes (estação chuvosa e seca). Analisamos a abundância de artrópodes coletados e o dano foliar ocorrido durante o experimento em ramos com rede de exclusão e controle. 186 espécies de aves foram registradas, sendo 142 consumidoras de artrópodes. A composição de aves foi afetada pela variação espacial, já a variação temporal apresentou uma influência difusa. A área de estágio avançado abriga maior riqueza de espécies especialistas, ameaçadas, endêmicas e com alto grau de sensibilidade ambiental, mas estas também estão presentes nas outras áreas. A sede adiciona espécies generalista e de baixo grau de sensibilidade à área estudada. A remoção das aves resultou em um aumento significativo da abundância (z=24,682, p=0) e diversidade (z=12,825, p=0) de artrópodes, porém isso não refletiu em diferenças na folivoria e esta pode estar sendo controlada por outros fatores como o efeito bottom-up. A abundância de artrópodes apresentou relação inversa com a abundância de aves insetívoras estritas e facultativas e este controle por meio da predação ocorreu em todas as áreas, indicando a importância de espécies onívoras. Nossos resultados mostram que a variação espacial da avifauna insetívora evidencia as potencialidades de cada área, sendo que todas apresentam a manutenção do papel funcional destas aves. É importante que estes pontos sejam considerados no manejo de cada zona para ações efetivas na conservação.

A demanda da população humana por alimentos, fibras e biocombustíveis impõe crescimento pronunciado na agricultura intensiva e, com ela, no consumo de fertilizantes. Este manejo de fertilizantes leva a alterações dramáticas nas quantidades e proporções de nutrientes em agroecossistemas que, por sua vez, podem influenciar comunidades biológicas por meio de alterações na biomassa, qualidade nutricional e composição de produtores. Uma tendência no cenário produtivo brasileiro recente é a expansão das culturas de biocombustíveis, notadamente da cana-de-açúcar (etanol) e da soja (biodiesel), sobre ambientes de cerrado. Estas culturas, que juntas cobrem nada menos que 30 milhões de hectares do território brasileiro, demandam padrões contrastantes de fertilização. A cana-de-açúcar exige altas proporções de nitrogênio relativo a fósforo, enquanto que a soja exige altas proporções de fósforo relativo a nitrogênio. Esta dissertação teve como objetivo testar os efeitos diretos e indiretos que as alterações nas quantidades e proporções de N e P que se seguem à conversão de ambientes nativos para o cultivo de cana-de-açúcar e soja têm sobre comunidades biológicas. Estes objetivos foram testados por meio de dois experimentos em mesocosmos aquáticos manipulando nutrientes, algas, girinos e ninfas de libélulas. O primeiro experimento seguiu um delineamento fatorial completo cruzando três concentrações de N (Nreferência, Nsoja, Ncana) e três concentrações de P (Preferência, Psoja, Pcana), e dois níveis tróficos (algas e girinos de Physalaemus cuvieri). Níveis de nutrientes manipulados simularam condições medidas em corpos d´água de cerrado, ou padrões de fertilização conhecidos para culturas de cana-de-açúcar e de soja. No segundo experimento pareamos essas concentrações (Nreferência Preferência, Nsoja, Psoja, Ncana Pcana) de forma a reduzir a dimensionalidade do experimento e assim permitir a inclusão de um terceiro nível trófico (algas, girinos de Hypsiboas faber e ninfas de libélulas). Incluímos ainda um tratamento no qual as ninfas de libélulas estiveram engaioladas para separar os efeitos da predação de girinos, dos efeitos da alteração nos seus atributos. As principais variáveis de resposta em ambos experimentos foram concentração de clorofila a como indicadora de biomassa de fitoplâncton, e mortalidade, massa final e estágio de desenvolvimento final de girinos como indicadores de rendimento de consumidores. Uma comparação na concentração de clorofila antes e depois da introdução de girinos procurou testar o efeito da adição de consumidores na biomassa de produtores. Conforme esperado, NT e PT medidos responderam expressivamente à manipulação de N e P. Nas semanas que antecederam a introdução de girinos, a biomassa algal cresceu em resposta ao aumento na concentração do nitrogênio, mas não do fósforo; esta tendência se manteve ao longo dos experimentos. Isso provavelmente ocorreu porque concentrações medidas de NT variaram da oligotrofia à hipertrofia; por sua vez, concentrações medidas de PT estiveram consistentemente em valores considerados hipertróficos. A introdução de girinos não exerceu efeitos evidentes sobre a concentração de clorofila a, possivelmente indicando que o alimento era abundante o suficiente para não ocorrer competição entre consumidores. O rendimento de consumidores foi significativamente influenciado pela manipulação de nutrientes. Tratamentos ricos em P levaram a uma redução no crescimento de Physalaemus cuvieri, e uma tendência à redução no seu desenvolvimento e sobrevivência. De forma similar, o cenário de fertilização de soja - portanto rico em P - levou a uma redução significativa na sobrevivência de H. faber. Por sua vez, o cenário de fertilização de cana-de-açúcar levou a um ganho de massa de H. faber 30% superior ao controle. Formulamos a hipótese que esta diminuição no crescimento e sobrevivência de girinos em cenários de fertilização ricos em P teria sido causada pela proliferação de cianobactérias, frequentemente impalatáveis ou mesmo tóxicas, e que tendem a ser favorecidas em ambientes de baixa proporção N:P. Ao contrário do que esperávamos, ninfas de libélulas não foram capazes de promover redução direta ou indireta no crescimento ou sobrevivência de girinos, ou influenciar a biomassa de fitoplâncton. Concluímos que as alterações nos níveis de nutrientes que acompanham a conversão de ambientes nativos para paisagens agrícolas tem efeitos importantes sobre cadeias alimentares aquáticas (controle \'bottom-up\'), e que estes efeitos são muito mais fortes do que aqueles mediados pela presença de predadores (controle \'top-down\'). No entanto, estes efeitos não são necessariamente intuitivos, uma vez que determinados padrões de fertilização influenciam negativamente o rendimento de elos intermediários da cadeia e, portanto, a transmissão da biomassa para níveis tróficos superiores. / The human demand for food, fibers and biofuels imposes a pronounced growth in intensive agriculture and, with it, in the consumption of fertilizers. Fertilizer management promotes dramatic changes in the quantities and proportions of nutrients in agroecosystems which, in turn, influence biological communities through changes in the biomass, nutritional quality, and composition of producers. A recent trend in the Brazilian productive scenario is the expansion of biofuel crops - notably sugarcane (ethanol) and soybean (biodiesel) - over the cerrados. These crops, covering no less than 30 million hectares in the country, demand contrasting fertilization patterns: sugarcane requires high proportions of nitrogen relative to phosphorus, whereas soybean requires high proportions of phosphorus relative to nitrogen. The objective of this thesis was to test the direct and indirect effects that changes in the quantities and proportions of N and P that follow conversion of native habitats to sugarcane and soybean fields have on biological communities. These objectives were achieved by means of two mesocosm experiments manipulating nutrients, algae, tadpoles and dragonfly naiads. The first experiment followed a full factorial design crossing three concentrations of N (Nreference, Nsoy, Ncane) and three concentrations of P (Preference, Psoy, Pcane), as well as two trophic levels (algae and Physalaemus cuvieri larvae). Nutrient levels simulated conditions measured in water bodies of the cerrado, or patterns of fertilization known for sugarcane or soybean crops. In the second experiment we paired these concentrations (Nreference Preference, Nsoy Psoy, Ncane Pcane) so as to reduce dimensionality and as such to permit inclusion of a third trophic level (algae, Hypsiboas faber larvae, dragonfly naiads). We included an additional treament with caged naiads to separate the effects of actual tadpole predation from those of changes in tadpole traits. The main response variables in both experiments were cholophyll a concentrations as na indicator of phytoplankton biomass, and tadpole mortality, final mass and final developmental stage as indicators of consumer performance. A comparison in the concentration of chlorophyll a before and after the introduction of tadpoles tested the effect of consumers on producer biomass. As expected, measured TN and TP responded strongly to N and P manipulations. In the weeks preceding the introduction of tadpoles, algal biomass increased in response to the concentration of N, but not to the concentration of P; this trend was maintained throughout the experiment. This probably happened because measured TN varied from oligotrophic to hypertrophic conditions; in contrast, measured TP consistenly corresponded to hypertrophic conditions. Tadpole introduction had no evident effects on chlorophyll concentrations, possibly indicating that food was abundant and competition among tadpoles, if present, was weak. Consumer performance was significantly influenced by nutrient manipulations. P-rich treatments led to a reduction in growth, and to a reduction trend in development and survivorship, of Physalaemus cuvieri. Similarly, the scenario of soybean fertilization - therefore P-rich - led to a significant reduction in Hypsiboas faber survivorship. The scenario of sugarcane fertilization led to a 30% increase in mass gain in Hypsiboas faber. We hypothesized that this reduction in tadpole growth and survivorship in P-rich environments was caused by a proliferation of unpalatable or even toxic cyanobacteria, which are favored in low N:P ratio environments. Contrary to our expectations, dragonfly naiads did not cause a direct or indirect reduction in tadpole growth or survivorship, nor influence phytoplankton biomass. We conclude that changes in nutrient levels that accompany the conversion of native habitats to agricultural fields can have strong effects on freshwater food chains (\'bottom-up\' control), and that these effects are much stronger than those mediated by predator presence (\'top-down\' control). However, bottom-up effects are not necessarily intuitive as certain fertilization patterns negatively influence the performance of intermediate consumers and, as such, the transmission of biomass to higher trophic levels.

La perte de biodiversité induite par les humains touche plus particulièrement les espèces de grande taille corporelle et génère des pressions de sélection contre les grands individus. Un nombre croissant d’études montrent que la diminution des abondances de ces espèces s’accompagne d’une évolution rapide vers des tailles corporelles réduites. La problématique générale de la thèse était d’étudier expérimentalement, de manière intégrée, « des gènes à l’écosystème », les implications évolutives et écologiques de la perte rapide de biodiversité.À l’aide d’une expérience de sélection artificielle sur la taille corporelle de médaka (Oryzias latipes) pendant 6 générations, j’ai montré que (1) un ensemble de traits d’histoire de vie corrélé génétiquement à la taille (e.g. croissance somatique, âge et taille à maturité sexuelle, fécondité) pouvaient évoluer rapidement, (2) la réponse des traits des médakas dépend de la direction de sélection, et que (3) les changements phénotypiques peuvent être reliés à des changements d’expressions d’hormones hypophysaires impliqués dans la régulation de la croissance (i.e. hormone de croissance) et la reproduction (i.e. hormone de croissance et gonadotropines). Ces résultats suggèrent que les mécanismes d’adaptations des populations aux pressions anthropiques pourraient fortement modifier des traits clés pour leur maintien dans les écosystèmes. Par ailleurs, dans une autre expérience, j’ai montré que les variations phénotypiques (taille et de forme d’un médaka), peuvent avoir autant d’importance sur l’intensité de la cascade trophique qu’elles génèrent, que les variations démographiques (présence-absence du médaka). Ce résultat révèle l’importance des traits des organismes dans l’écosystème et suggère que des changements micro-évolutifs pourraient se répercuter dans les réseaux d’interactions biotiques. Cette thèse souligne la nécessité de mieux comprendre les mécanismes adaptatifs afin d’appréhender au mieux les conséquences écologiques des pressions de sélection d’origine anthropique qui s’exercent sur les populations naturelles. Elle ouvre des perspectives sur la compréhension jointe des mécanismes évolutifs et écologiques qui peuvent agir en retour l’un sur l’autre dans des boucles de rétrocontrôle éco-évolutives. / Biodiversity loss induced by humans particularly affects species which large body size and generates selection pressures against large individuals. A growing number of studies show that the decline in abundance of these species is accompanied by a rapid shift towards smaller body sizes. The aim of the thesis was to study experimentally, in an integrative approach, "from genes to ecosystem," the evolutionary and ecological implications of the rapid loss of biodiversity. I applied an artificial selection on body size of medaka (Oryzias latipes) during 6 generations, and I showed that (1) a set of life history traits genetically correlated to the size (e.g. somatic growth, age and size at sexual maturity, fecundity) could evolve rapidly, (2) the response of medaka traits depend on the selection direction, and (3) the phenotypic changes can be related to changes of pituitary hormones expressions involved in the regulation of growth (i.e. growth hormone) and reproduction (i.e. growth hormone and gonadotropins). These results suggest that the adaptation mechanisms of populations to anthropogenic pressures could significantly alter key features for keeping them in ecosystems. Furthermore, in another experiment, I showed that phenotypic variations (size and shape of a medaka), may have as much importance on the intensity of the trophic cascade they generate, as demographic variations (presence-absence of medaka). This result shows the importance of the traits of organisms

Mounting evidence suggests that large carnivores regulate the abundance and diversity of species at multiple trophic levels through cascading top-down effects. The fear large carnivores inspire in their prey may be a critical component of these top-down effects, buffering lower trophic levels from overconsumption by suppressing large herbivore and mesopredator foraging. However, the evidence that the fear of large carnivores cascades through food webs has been repeatedly challenged because it remains experimentally untested. My collaborators and I exploited a natural experiment – the presence or absence of mesopredator raccoons (Procyon lotor) on islands in the Gulf Islands of British Columbia, Canada – to examine the breadth of mesopredator impacts in a system from which all native large carnivores have been extirpated. By comparing prey abundance on islands with and without raccoons, we found significant negative effects of raccoon presence on terrestrial (songbirds and corvids), intertidal (crabs and fish) and shallow subtidal (red rock crabs Cancer productus) prey, demonstrating that, in the absence of native large carnivores, mesopredator impacts on islands can extend across ecosystem boundaries to affect both terrestrial and marine communities. To test whether fear of large carnivores can mitigate these community-level impacts of mesopredators, we experimentally manipulated fear in free-living raccoon populations using month-long playbacks of large carnivore vocalizations and monitored the effects on raccoon behaviour and the intertidal community. Fear of large carnivores reduced raccoon foraging to the benefit of the raccoon’s prey, which in turn affected a competitor and prey of the raccoon’s prey. By experimentally restoring the fear of large carnivores in our study system, we succeeded in reversing the impacts of raccoons, reinforcing the need to protect large carnivores given the conservation benefits the fear of them provides. Our experimental work demonstrated that fine-scale behavioural changes in prey in response to predation risk can have community-level effects relevant to biodiversity conservation. However, experimentally testing animal responses to predators and other sources of risk in free-living wildlife presents considerable logistical challenges. To address these challenges, my collaborators and I developed an Automated Behavioural Response system, which integrates playback experiments into camera trap studies, allowing researchers to collect experimental data from wildlife populations without requiring the presence of an observer. Here I describe tests of this system in Uganda, Canada and the USA, and discuss novel research opportunities in ecology and conservation biology made available by this new technology. / Graduate

Inúmeros estudos experimentais contribuíram para o desenvolvimento da teoria das redes tróficas lacustres, revelando o importante papel dos peixes, ignorados no campo da limnologia durante décadas. A maioria dos estudos foi desenvolvida na Europa e Estados Unidos e a generalidade da teoria ainda não foi amplamente testada em ambientes subtropicais e tropicais. Apesar das controversas, as hipóteses de cascata trófica e de bottom-up : top-down são os modelos conceituais mais utilizados. Neste contexto, este trabalho baseia-se na hipótese de que as relações tróficas em cascata, relacionadas aos efeitos bottom-up e top-down, podem ser encontradas no Reservatório de Itaipu, inserido em região subtropical. Com base em dados disponibilizados pela Itaipu Binacional, para o período de 1999 a 2004. Análises de Covariância (ANCOVAs) foram realizadas para determinar as relações das variáveis dependentes clorofila-a, cianobactéria e transparência da água sobre as demais variáveis limnológicas. Análises de correlações também foram realizadas para verificar a existência de algum tipo de efeito na cascata trófica. Os resultados obtidos caracterizam o reservatório como mesotrófico, com situações de oligotrofia na zona lacustre. Efeito negativo foi verificado para transparência da água em relação aos sólidos suspensos totais e turbidez. A clorofila apresentou relação positiva com nitrogênio total, mas não para fósforo total. Os peixes onívoros, detritívoros e insetívoros exerceram efeito negativo (controle) na densidade das cianobactérias e na concentração de clorofila. A estimativa da produção de peixes no reservatório foi melhor relacionada com as cianobactérias do reservatório, gerando um modelo estatístico através desta análise. Os efeitos top-down e bottom-up foram confirmados, sendo que as forças top-down foram encontradas apenas no primeiro nível trófico e as demais apresentaram efeito bottom-up. / Many experimental studies contributed for the development of the theory of the lacustrine food web, disclosing the important paper of the fish, for decades ignored by the limnology. These studies, in its majority, had been developed in Europe and North America and the generality of the hypotheses supporting the theory was not tested yet in subtropical and tropical environments. Although controversial, the trophic cascade and bottom-up: top-down hypotheses are the two main conceptual models presently used. This work is based on the hypothesis of the trophic cascade relations, particularly related to bottom-up and top-down effect can be detected in Itaipu Reservoir, a subtropical system. Using the made data available by Itaipu Binacional, from 1999 to 2004. Analyses of Covariance (ANCOVAs) were accomplished to determine the relationships of the dependent variable on the chlorophyll-a, cyanobacterias and transparency of the water (independent variables) and between the other limnologycal variables. Analyses of correlations were also accomplished to verify the existence of some effect type in the trophic cascade. The results show that the reservoir presented mesotrophic, and oligotrophic and characteristics in the lacustrine area. A negative effect was verified between the water transparency in relation to suspended solids and turbid. The chlorophyll presented positive relationship with total nitrogen, but didn\'t present any relationship with the total phosphorus. The omnivorous, and detritivorous and insectivorous fishes presented a negative effect (control) in the cyanobacteria concentrations and chlorophyll. The estimate of the production of fish in the reservoir was better related with the concentrations of cyanobacterias of the reservoir, generating a statistical model through this analysis. The top-down and bottom-up effect had been confirmed, the forces top-down had been found only in the first trophic level, and the others presented bottom-up effect.

<p>An influence at one trophic level can result in dynamic impacts also on other components of a food web. These dynamics are known as trophic cascades, and can be both top-down and bottom-up. After a near-collapse of the Baltic cod <i>Gadus morhua</i> stock in the 1980s, its main prey sprat <i>Sprattus sprattus</i> increased dramatically. The main food of sprat, marine copepods, decreased during the same time period, likely a combined effect of increased predation pressure from sprat and decreasing salinities. This shortage of food for sprat resulted in decreasing quality of sprat as a food source for common guillemots <i>Uria aalge</i>. However, a recent increase in fishing for sprat has again resulted in better feeding conditions for guillemots.</p><p>Human impacts on this simple food web can be complex. In the early 20th century, marine mammals were abundant and nutrient levels were low in the Baltic Sea. This thesis illustrate that this situation corresponded to lower fish biomass. A reduction of seals early in the century led to reduced top-down control, which resulted in increasing fish stocks. Later, in the 1950s, the largest inflow of salt water during the century mobilized accumulated phosphorus from the deep sediments, which stimulated nitrogen fixation. Combined with increasing anthropogenic nutrient loads, this led to increased primary production and a rapid change from an oligotrophic to a eutrophicated state. This change can be termed a regime shift, which also stimulated fish production. Subsequent over-fishing of cod likely caused a second regime shift, from a cod- to a clupeid- dominated state, which led to the described effects on the common guillemots.</p><p>Several factors affect the life-history of this long-lived seabird. Bycatches in gillnet fisheries is one factor directly affecting guillemot survival, and the proportion of bycatches increased during a period of increasing fishing effort. Surprisingly, avian cholera, a previously undocumented disease in common guillemots, was found at times to cause considerable adult mortality. Common guillemot life-history information can communicate the diversity of factors influencing marine ecosystems – hopefully this can increase our understanding of how complex even "simple" food webs are.</p>

An influence at one trophic level can result in dynamic impacts also on other components of a food web. These dynamics are known as trophic cascades, and can be both top-down and bottom-up. After a near-collapse of the Baltic cod Gadus morhua stock in the 1980s, its main prey sprat Sprattus sprattus increased dramatically. The main food of sprat, marine copepods, decreased during the same time period, likely a combined effect of increased predation pressure from sprat and decreasing salinities. This shortage of food for sprat resulted in decreasing quality of sprat as a food source for common guillemots Uria aalge. However, a recent increase in fishing for sprat has again resulted in better feeding conditions for guillemots. Human impacts on this simple food web can be complex. In the early 20th century, marine mammals were abundant and nutrient levels were low in the Baltic Sea. This thesis illustrate that this situation corresponded to lower fish biomass. A reduction of seals early in the century led to reduced top-down control, which resulted in increasing fish stocks. Later, in the 1950s, the largest inflow of salt water during the century mobilized accumulated phosphorus from the deep sediments, which stimulated nitrogen fixation. Combined with increasing anthropogenic nutrient loads, this led to increased primary production and a rapid change from an oligotrophic to a eutrophicated state. This change can be termed a regime shift, which also stimulated fish production. Subsequent over-fishing of cod likely caused a second regime shift, from a cod- to a clupeid- dominated state, which led to the described effects on the common guillemots. Several factors affect the life-history of this long-lived seabird. Bycatches in gillnet fisheries is one factor directly affecting guillemot survival, and the proportion of bycatches increased during a period of increasing fishing effort. Surprisingly, avian cholera, a previously undocumented disease in common guillemots, was found at times to cause considerable adult mortality. Common guillemot life-history information can communicate the diversity of factors influencing marine ecosystems – hopefully this can increase our understanding of how complex even "simple" food webs are.

O presente estudo analisou o conteúdo digestório de 221 indivíduos de seis espécies de peixes, do reservatório de Ribeirão das Lajes (Piraí-RJ), sendo 44 exemplares da espécie Loricariichthys castaneus, 56 de Parauchenipterus striatulus, 46 de Metynnis maculatus, 40 de Astyanax bimaculatus, 31 de Astyanax parahybae e 4 de Rhamdia quelen. O intuito foi o de estabelecer suas dietas, através do emprego do índice de importância alimentar (IAi), verificar a existência de diferenças na alimentação entre épocas seca e chuvosa e ainda as suas relações tróficas no ambiente aquático em questão. Não foram observadas grandes alterações da dieta das espécies estudadas entre épocas do ano. Foi evidenciada uma utilização de recursos alimentares semelhantes entre as espécies, que puderam ser divididas em dois grupos: um composto por espécies de hábitos onívoros com tendência a insetivoria e que empregaram recursos alóctones em suas dietas, formado por A. bimaculatus, A. parahybae e P. striatulus e outro contendo L. castaneus, R. quelen e M. maculatus que apresentaram uma maior amplitude de itens ingeridos, sendo muitos itens associados ao substrato e alguns a coluna dágua. Existiu uma sobreposição alimentar entre as espécies onívoras, todavia a ampla disponibilidade de recursos alimentares passíveis de serem explorados pelos peixes no reservatório faz com que esta sobreposição não se converta em possível competição por alimentos. Além disso, as espécies exploraram secundariamente itens alimentares diferenciados em suas dietas. / The present study analyzed the digestive contents of 221 individuals of six fish species, from Ribeirão das Lajes reservoir (Piraí-RJ). There were 44 specimens of Loricariichthys castaneus, 56 Parauchenipterus striatulus, 46 Metynnis maculatus, 40 Astyanax bimaculatus, 31 Astyanax parahybae and 4 Rhamdia quelen. The aim was to establish their diets, through the use of alimentary importance index (IAi), to verify the existence of differences in their feeding between different seasons of the year, and their trophic relationships to their environment. There were no great alterations to the diets of the analyzed species between the seasons of the year. All species used similar food resources, which could be divided into two groups: one composed of species with omnivorous habits with tendencies to insectivory and which apply allochthonous resources in their diets, formed by A. bimaculatus, A. parahybae e P. striatulus and another one with L. castaneus, R. quelen e M. maculatus that presented larger amplitudes of ingested items, which many items were associated with the substratum and a few to the water column. There is an alimentary overlap between the omnivorous species, however the great availability of food resources, capable of being exploited by the fishes in this reservoir, probably diminishes competition for food. Moreover the species also exploited different kinds of secondary food items.

O presente estudo analisou o conteúdo digestório de 221 indivíduos de seis espécies de peixes, do reservatório de Ribeirão das Lajes (Piraí-RJ), sendo 44 exemplares da espécie Loricariichthys castaneus, 56 de Parauchenipterus striatulus, 46 de Metynnis maculatus, 40 de Astyanax bimaculatus, 31 de Astyanax parahybae e 4 de Rhamdia quelen. O intuito foi o de estabelecer suas dietas, através do emprego do índice de importância alimentar (IAi), verificar a existência de diferenças na alimentação entre épocas seca e chuvosa e ainda as suas relações tróficas no ambiente aquático em questão. Não foram observadas grandes alterações da dieta das espécies estudadas entre épocas do ano. Foi evidenciada uma utilização de recursos alimentares semelhantes entre as espécies, que puderam ser divididas em dois grupos: um composto por espécies de hábitos onívoros com tendência a insetivoria e que empregaram recursos alóctones em suas dietas, formado por A. bimaculatus, A. parahybae e P. striatulus e outro contendo L. castaneus, R. quelen e M. maculatus que apresentaram uma maior amplitude de itens ingeridos, sendo muitos itens associados ao substrato e alguns a coluna dágua. Existiu uma sobreposição alimentar entre as espécies onívoras, todavia a ampla disponibilidade de recursos alimentares passíveis de serem explorados pelos peixes no reservatório faz com que esta sobreposição não se converta em possível competição por alimentos. Além disso, as espécies exploraram secundariamente itens alimentares diferenciados em suas dietas. / The present study analyzed the digestive contents of 221 individuals of six fish species, from Ribeirão das Lajes reservoir (Piraí-RJ). There were 44 specimens of Loricariichthys castaneus, 56 Parauchenipterus striatulus, 46 Metynnis maculatus, 40 Astyanax bimaculatus, 31 Astyanax parahybae and 4 Rhamdia quelen. The aim was to establish their diets, through the use of alimentary importance index (IAi), to verify the existence of differences in their feeding between different seasons of the year, and their trophic relationships to their environment. There were no great alterations to the diets of the analyzed species between the seasons of the year. All species used similar food resources, which could be divided into two groups: one composed of species with omnivorous habits with tendencies to insectivory and which apply allochthonous resources in their diets, formed by A. bimaculatus, A. parahybae e P. striatulus and another one with L. castaneus, R. quelen e M. maculatus that presented larger amplitudes of ingested items, which many items were associated with the substratum and a few to the water column. There is an alimentary overlap between the omnivorous species, however the great availability of food resources, capable of being exploited by the fishes in this reservoir, probably diminishes competition for food. Moreover the species also exploited different kinds of secondary food items.