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Previous issue date: 2001-08-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo geral da tese foi responder por que insetos herbívoros apresentam tendências populacionais cíclicas previsíveis. Os três primeiros capítulos tratam dos mecanismos responsáveis por ciclos de colonização/ extinção de pequena escala local, acontecendo em manchas temporárias de recursos, como cultivos agrícolas de plantas efêmeras. O quarto capítulo indica causas de variação populacional cíclica sazonal, ocorrendo na mesma época do ano e provavelmente em escala regional. Performance alimentar e preferência de oviposição são aspectos da história de vida do indivíduo fundamentais para explicar padrões populacionais em insetos herbívoros. Nós testamos, em laboratório, se o desenvolvimento ontogenético da planta efêmera afeta negativamente a performance do inseto folívoro oligófago P lutella xylostella (Lepidoptera). A despeito da planta hospedeira ( B rassica oleraceae var.capitata) produzir folhas novas ao longo de toda a vida, seu amadurecimento aumentou a mortalidade pré-imaginal do herbívoro. Houve ainda redução na velocidade de desenvolvimento das larvas, no peso das pupas e na fecundidade. Portanto, o desenvolvimento da planta foi acompanhado de uma queda na sua qualidade, de modo que o inseto teve sua performance alimentar diminuída (expressa como taxa reprodutiva líquida (R o) ou como potencial de crescimento populacional (r)). Se não houver outras pressões seletivas mais fortes modulando o comportamento das fêmeas adultas, o resultado da seleção natural poderá ser a preferência de oviposição covariando com a performance ali-mentar das larvas durante o desenvolvimento da planta. Nós sugerimos que insetos oligófagos, que utilizam plantas efêmeras, devem atacar com mais intensidade as fases jovens e tenras do vegetal, embora elas possam conter mais compostos que são tóxicos para outras espécies. Em insetos herbívoros, ciclos populacionais de colonização e extinção em manchas temporárias de plantas são dependentes da migração. A migração geralmente requer mais que uma decisão comportamental e envolve também mudanças morfológicas e fisiológicas no indivíduo. No segundo capítulo, nós testamos se insetos usam diretamente o processo de envelhecimento da planta hospedeira para modular sua atividade migratória entre as manchas de recursos. P . xylostella foi criada em laboratório com plantas de repolho de diferentes idades. Adultos que passaram a fase larval nas plantas tenras de menor idade foram inibidos em sua capacidade migratória. Por outro lado, plantas maduras, especialmente suas folhas novas, estimularam o desenvolvimento de características morfológicas e fisiológicas no adulto que geralmente ocorrem em formas migrantes de insetos. Mudanças químicas ontogenéticas e previsíveis na planta poderiam ser usadas como pistas para o herbívoro prever seu futuro ambiente reprodutivo e modular sua atividade migratória ainda durante a fase larval. No terceiro capítulo, nós investigamos se, em pequenas manchas temporárias de recursos: 1) padrões temporais na abundância local de insetos herbívoros são definidos de baixo para cima na cadeia alimentar, por efeito de mudanças ontogenéticas no tamanho e na qualidade nutricional das plantas; 2) folívoros oligófagos apresentam tendências temporais distintas dos polífagos. Durante o desenvolvimento das plantas hospedeiras (manchas cultiva- das de B. oleraceae var. capitata), larvas da oligófaga P . xylostella e da polífaga T richoplusia ni (Lepidoptera) tiveram tendências paralelas de variação na sua abundância local. Os ciclos paralelos de crescimento e declínio nas populações foram explicados, de modo altamente significativo, pelo crescimento das plantas hospedeiras, pela diminuição na sua qualidade nutricional e pela interação das duas variáveis. A preferência de oviposição das mariposas covariou temporalmente com a performance alimentar das larvas e determinou o paralelismo nas flutuações populacionais das duas espécies. Nós discutimos que, durante o desenvolvi- mento das plantas efêmeras, insetos folívoros monófagos, oligófagos e polífagos devem apre- sentar uma tendência de flutuação populacional comum, generalizada entre eles. Na mancha temporária de plantas, populações locais de predadores e parasitóides provavelmente acompanham a mesma tendência observada no nível trófico abaixo. No quarto capítulo, nós perguntamos se ciclos sazonais, e provavelmente regionais, em populações tropicais da cosmopolita P . xylostella têm relação com a variação sazonal na disponibilidade de recursos. Também foi investigado se fluxos imigratórios previsíveis são a causa proximal do início dos ciclos de crescimento populacional. Durante três anos, plantas preferidas do inseto foram cultivadas continuamente e irrigadas de modo a sempre haver recurso em abundância. Mesmo assim, houve uma tendência populacional sazonal e a hipótese da disponibilidade de recursos não explica o padrão observado. No começo dos ciclos sazonais, o aumento na densidade de adultos precedeu significativamente o aumento na densidade de imaturos. Parece que P . xylostella não sofre diapausa, de modo que fluxos imigratórios foram a causa da fase previsível de crescimento da população. A infestação artificial da área com pupas, durante o outono, quando a população encontrava-se extinta, provocou um ciclo populacional precoce. Portanto, nós assumimos que a época do início dos ciclos é explicada por fatores externos e não necessariamente devida a uma melhoria das condições locais durante o inverno. Hipóteses testáveis também foram sugeridas para explicar por que cada população sazonal foi incapaz de persistir até um novo fluxo imigratório do ano seguinte. / The aim of this thesis was to answer why do herbivorous insects show predictable cycles in their populations. In the first three chapters, we dealt with mechanisms behind small- scale cycles in oligophagous and poliphagous species occurring in ephemeral patches of resource, such as agricultural crops. These small-scale cycles of colonization and extinction must be inserted in larger-scale ones. Therefore, in the fourth chapter, we also tried to identify causes of seasonal cycles that occur at roughly the same time of the year and probably in regional scale. Performance and preference are fundamental life history traits to explain patterns in populations of herbivorous insects. Firstly, we asked whether the alimentary performance of the oligophagous P lutella xylostella (Lepidoptera) is negatively affected by the ontogenetic development of its ephemeral host plant ( Brassica oleraceae var. capitata ). Although plants produced new leaves along its life, the pre-imaginal survival of the insect was smaller, and its development was slower in mature than younger plants. The aging of the host plant also reduced the pupal weight and the realized fecundity. As the plant aged, individuals had their alimentary performance decreased (measured as net reproductive rate (R o) or intrinsic rate of increase ( r)). If stronger adaptive pressures do not exist, the result of natural selection should be oviposition preference co-varying with alimentary performance during the plant aging. We expect that monophagous and oligophagous insects would attack mainly younger and tender developmental phases of their ephemeral host plants, even though they can have more compounds that are toxic to others species. Regular cycles of colonization and extinction in ephemeral patches of resource cannot be explained independently of migratory processes. In the second chapter, we tested if insects use the host plant aging to modulate their migratory activity between temporary patches of resources. P xylostella was reared with cabbage of different ages, and adults fed in their larval phase with younger and tender plants seem to be inhibited in their migratory ability. On the other hand, mature plants, especially their new leaves, favored the development of phenotypic traits that are correlated with the migratory activity of insects in general. The low quality and the short persistence of ephemeral mature plant, insufficient for one additional insect generation, should act as a selective pressure favoring migratory ability. Insects would track ontogenetic chemical changes of the host plant to predict their future reproductive environment and to modulate their migratory ability during the pre-imaginal development. Individuals reared on mature plants will be prepared to migrate as soon as they have emerged from the pupa, without losing their short reproductive lifetime searching through the deteriorated resource patch. In the third chapter, we investigated whether in small patches of resources: 1) herbivorous insects have temporal population trends defined by bottom-up forces, related to aging of the host plants; 2) oligophagous and poliphagous herbivores have different population trends. Poliphagous larvae of T richoplusia ni (Lepidoptera) and oligophagous larvae of P . xylostella had parallel population cycles during the development of the plants in cabbage patches. Oviposition had the same decreasing temporal trend that larval performance. Moths were able to detect ontogenetic differences in plant traits, and the selective oviposition behavior shared by the species determined the parallelism in population trends. However, because young plants are smaller and support fewer individuals than mature ones, populations showed cyclic trends, not decreasing. Populations peaked at medium age plants. In fact, cycle trends in both species were fully explained by the plant growth (increase in size or biomass), by its decreasing quality (measured as insect performance or intrinsic rate of increase (r)), and by the interaction between explanatory variables. We discussed that abundance of monophagous, oligophagous and poliphagous insects show a generalized temporal trend during the deve-lopment of their ephemeral host plants. In the plant patch, insect parasitoids and predators probably follow the same temporal pattern than their hosts or preys. In the fourth chapter, we asked if seasonal, and probably also regional, cycles in tropical populations of the cosmopolite P . xylostella have causal relationship with seasonal resource availability. We also investigated if a predictable immigration flow is the proximal cause of each cycle of population growth. We cultivated and irrigated their preferred host plants, making resource abundant along the whole year and during three years. Even so, insects had a seasonal population trend. Population always increased rapidly in winter, but it was already extinct again in early summer. Therefore, seasonal resource availability hypothesis could not explain the population pattern. At the beginning of the seasonal cycles, the increase in adult density preceded significantly in time the increase in immature density. P . xylostella does not diapause, therefore immigration flow was the cause of the predictable population growth. Artificial infestation (immigration) of the area, during autumn, when the population was extinct, started a precocious population cycle. We assumed that the time when cycles begin is determined by external factors, not necessarily by improvement of local conditions during the tropical winter. We suggested mechanistic and testable hypotheses to explain why population was unable to persist until the new immigration flow, in the following year.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/11053 |
| Date | 10 August 2001 |
| Creators | Campos, Wellington Garcia |
| Contributors | Picanço, Marcelo Coutinho, Souza, Og Francisco Fonseca de, Schoereder, José Henrique |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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