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Orientador: Jose Roberto Trigo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Não informado Abstract: Not informed. Mestrado Mestre em Ecologia

Orientadores: Sergio Furtado dos Reis, Marcus Aloizio Martinez de Aguiar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: INTRODUÇÃO: mutualismos são interações entre espécies diferentes que beneficiam os indivíduos envolvidos. Em uma comunidade ecológica, mutualismos tais como interações entre plantas e polinizadores e entre plantas e dispersores de sementes podem ser descritas como uma rede. O estudo dessas redes de interações levou à descrição de duas propriedades estruturais gerais: (1) a probabilidade de se encontrar uma espécie com k interações decai seguindo uma lei de potência com truncamento exponencial e (2) aninhamento. Essas duas propriedades estão, aparentemente, ausentes em interações entre predadores e presas, as chamadas teias tróficas. OBJETIVOS: contribuir para a compreensão dos processos subjacentes aos padrões observados em redes mutualísticas e investigar o grau de generalização desses padrões. PRINCIPAIS RESULTADOS: A lei de potência truncada que caracteriza a distribuição do grau de redes mutualísticas pode ser explicada por condições iniciais aleatórias e por processos associados à diferença de riqueza entre plantas e animais. ¿ A estrutura aninhada de uma rede mutualística é parcialmente explicada por diferenças entre as abundâncias das espécies. ¿ Problemas de resolução taxonômica característica de estudos sobre teias tróficas, mas pouco comuns no estudo de mutualismos, explicam as diferenças nas distribuições do grau desses dois tipos de redes ecológicas. A ausência de aninhamento, todavia, não é explicada por este problema de resolução. ¿ As redes que descrevem outros dois mutualismos, as interações entre limpadores e clientes em recifes de corais e entre formigas e plantas produtoras de néctar extrafloral, são aninhadas. PRINCIPAIS CONCLUSÕES: a forma da distribuição do grau observada em mutualismos é esperada por processos simples e gerais. O aninhamento é uma propriedade geral de mutualismos em comunidades ricas de espécies Abstract: Not informed Doutorado Doutor em Ecologia

Agradecimentos: We are indebt to P.P. Coltri, M.A. de Menezes, M. Galetti, P. Guimarães T. M. Lewinsohn, J.N. Thompson and two anonymous reviewers for comments on the manuscript. Financial support was provided by the Brazilian agencies FAPESP and CNPq (G.M., M.A.M.A., P.R.G., and S.F.R.), Grant nos. BOS2000-1366-C02, REN2003-00273, and CGL2006-00373 from the Spanish Ministerio de Educación (MEC), Grant no. RNM-305 (Junta de Andalucía, Spain) and CNPq-CSIC bilateral agreement (P.J. and J.B.), European Heads of Research Councils and the European Science Foundation through an EURYI award and Grant no. REN2003-04774 from Spanish Ministerio de Educación y Ciencia (J.B.) Abstract: The frequency distribution of the number of interactions per species (i.e., degree distribution) within plant-animal mutualistic assemblages often decays as a power-law with an exponential truncation. Such a truncation suggests that there are ecological factors limiting the frequency of supergeneralist species. However, it is not clear whether these patterns can emerge from intrinsic features of the interacting assemblages, such as differences between plant and animal species richness (richness ratio). Here, we show that high richness ratios often characterize plant-animal mutualisms. Then, we demonstrate that exponential truncations are expected in bipartite networks generated by a simple model that incorporates build-up mechanisms that lead to a high richness ratio. Our results provide a simple interpretation for the truncations commonly observed in the degree distributions of mutualistic networks that complements previous ones based on biological effects FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado

Agradecimentos: We thank S. Armbruster, P. Buston, M. A. Fortuna, P. Guimarães, M. Helmus, A. Ives, J. Olesen, D. Posada, A. G. Sáez, J. N. Thompson and N. Waser for comments on a previous draft. This work was funded by the European Heads of Research Councils, the European Science Foundation, and the EC Sixth Framework Programme through a EURYI (European Young Investigator) Award (J.B.), by the Spanish Ministry of Education and Science (P.J. and J.B.), by the Junta de Andalucía (P.J. and J.B.), and by the Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (P.R.G) Abstract: The interactions between plants and their animal pollinators and seed dispersers have moulded much of Earth's biodiversity(1-3). Recently, it has been shown that these mutually beneficial interactions form complex networks with a well-defined architecture FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

Agradecimentos: We thank C.D. Castelazo, D. Lusseau, D.P. Vázquez, D. Yu, E. Rezende, G. Machado, J. Ollerton, N. Blüthgen, P. Guimarães, P. Jordano, R. Marquis, and an anonymous reviewer for comments on previous versions of the manuscript. F.M.D. Marquitti and P. Guimarães helped us with network analyses. M.A. Pizo provided information for rarefaction analyses. This work was supported by a FAPESP grant to P.R.G and S.F.R., by a CNPq grant to P.S.O., by CNPQ/CT-Amazonia grants to T.J.I., by a CONACYT grant to V.R.-G., and by NSF grants to J.N.T. This is the manuscript number 494 of the BDFFP technical series Abstract: The structure of mutualistic networks provides clues to processes shaping biodiversity [1-10]. Among them, interaction intimacy, the degree of biological association between partners, leads to differences in specialization patterns [4, 11) and might affect network organization [12]. Here, we investigated potential consequences of interaction intimacy for the structure and coevolution of mutualistic networks. From observed processes of selection on mutualistic interactions, it is expected that symbiotic interactions (high-interaction intimacy) will form species-poor networks characterized by compartmentalization [12,13], whereas nonsymbiotic interactions (low intimacy) will lead to species-rich, nested networks in which there is a core of generalists and specialists often interact with generalists [3, 5, 7,12,14]. We demonstrated an association between interaction intimacy and structure in 19 ant-plant mutualistic networks. Through numerical simulations, we found that network structure of different forms of mutualism affects evolutionary change in distinct ways. Change in one species affects primarily one mutualistic partner in symbiotic interactions but might affect multiple partners in nonsymbiotic interactions. We hypothesize that coevolution in symbiotic interactions is characterized by frequent reciprocal changes between few partners, but coevolution in nonsymbiotic networks might show rare bursts of changes in which many species respond to evolutionary changes in a single species FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Aberto

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Todos os organismos vivos interagem com indivíduos de sua e de outras espécies, formando uma rede complexa de interações que tem um papel importante na preservação da biodiversidade. Entender o comportamento subjacente e a estabilidade destes sistemas é de fundamental importância na conservação destes recursos. Neste trabalho estudamos uma rede com apenas quatro espécies, composta por dois pares predador-presa conectados, no qual o predador do primeiro par interage com presa do segundo par. A intensidade desta interação é um importante parâmetro do modelo. Exploramos o comportamento do sistema sob diferentes intensidades de acoplamento e estudamos a dinâmica de sobrevivência e extinção. Analisamos situações em que as quatro espécies têm uma população inicial inferior ao seu valor de equilíbrio, simulando situações de catástrofe em que estas abundâncias são reduzidas devido à ação humana ou mudanças ambientais. Este tipo de condição inicial faz que as populações oscilem antes de reequilibrarem, por vezes reduzindo seu valor para apenas uma pequena fração da população inicial, levando na prática à sua extinção. Nessas análises efeitos inesperados foram observados, como a sobrevivência da presa mais predada. A partir desse estudo, expandimos a rede de dois pares de predadores e presas para três, quatro e cinco pares, seguindo os mesmos conceitos de análise. Por fim, realizamos um breve estudo de uma rede de intera¸c¿oes pré-histórica, extinta no final do Pleistoceno Abstract: All living organisms interact with individuals of its own species and also with those of other species, forming a complex network of interactions that have an important role in the preservation of the biodiversity. Understanding the underlying behavior and stability of these systems is of fundamental importance to the conservation of these resources. In this work we consider a network with only four species, comprising two predator-prey pairs connected, where the predator of the first pair interacts with the prey of the second pair. The intensity of this interaction is an important parameter of the model. We explore the system behavior under different intensities of coupling and study the dynamics of survival and extinction. We analyze situations in which the four species have initial populations smaller than the corresponding equilibrium values, simulating catastrophic events in which these abundances are reduced due to human action or environmental changes. This type of initial condition makes the populations oscillate before re-equilibrating, sometimes reducing its value to only a small fraction of the initial population, bringing them in practice to extinction. In these analysis we found unexpected effects, such as the survival of the prey that is most preyed. From this study, we expanded the network of two pairs of predators and preys to three, four and five pairs, following the same methods of analysis. Finally, we conducted a brief survey of a prehistoric network extinct in the late Pleistocene Doutorado Física Geral Doutora em Ciências

Orientador: Fernando Roberto Martins Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A interação entre lianas (trepadeiras lenhosas) e forófitos (árvore-suporte) é caracterizada como antagonística, uma vez que as lianas diminuem a produção e a taxa de crescimento de árvores, aumentando a sua taxa de mortalidade. Esses estudos focam na interação entre pares de espécies, não dando ênfase na estrutura de interação sob uma perspectiva da comunidade. Essa tese teve como objetivo a compreensão dos padrões de interação entre lianas e forófitos utilizando a análise de redes, bem como a compreensão dos processos e implicações que surgem desse padrão. Mostramos que, para três áreas no sudeste brasileiro (cerradão, floresta estacional semidecídua e floresta ombrófila densa) o padrão foi o mesmo: aninhado. O aninhamento implica em um gradiente no número de interações, que pode ser explicado por caracteres e sua combinação (tamanho de lianas e de forófitos, mecanismos e morfologias de árvores que evitam lianas e modos de ascensão de lianas) e neutros (abundância). Apresentamos uma nova métrica (contribuição da espécie para o aninhamento) e mostramos que variáveis relacionadas aos caracteres e neutras explicam o aninhamento. A partir das análises de redes foi possível propor um novo método de manejo de lianas, que privilegia o corte de espécies com mais interações. Dessa maneira, espera-se que haja a manutenção da riqueza de lianas na comunidade Abstract: The interaction between lianas (woody climbers) and phorophytes (host-tree) is characterized as antagonistic, since lianas decrease the fruit production and the rate of tree growth, which increases their mortality rate. These studies focus on the interaction of liana and phorophyte pairs, not emphasizing the community perspective as a whole. This thesis aimed at the understanding of interaction patterns between lianas and phorophytes using complex network analysis, as well the understanding of process and implications that arise from this pattern. We showed that three vegetation formations in southeastern Brazil (savanna woodland, seasonal dry tropical forest and tropical wet forest) have the same pattern: nestedness. Nestedness presupposes a gradient of number of interactions (from least to most linked species), that are explained by traits (liana and tree size, mechanisms and morphologies to avoid lianas, and liana climbing mode) and neutral (abundance) factors. We developed a new metric (species contribution to nestedness), which also varied according to traits and neutral factors. Using this knowledge, we proposed a new liana management method, which focuses on the most linked species. This method was designed to maintain the liana richness in a forest Doutorado Ecologia Doutor em Ecologia

Orientadores: Sérgio Furtado dos Reis, Sergio Ivan Perez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Mudanças climáticas são fenômenos responsáveis por influenciar dinâmicas de populações ao longo da história evolutiva das espécies. Quando mudanças no clima ocorrem de maneira abrupta suas consequências podem ser refletidas na distribuição, no tamanho e na persistência das populações sob o efeito destas mudanças. O Quaternário foi uma época caracterizada por mudanças climáticas rápidas e intensas. Estimar a demografia histórica de populações nesta escala de tempo é uma forma de avaliar como flutuações no clima influenciaram populações ancestrais. Dados genéticos nos permitem recuperar informação sobre o tamanho populacional em escalas de tempo amplas e buscar associações entre flutuações no tamanho das populações e variações no clima. A demografia histórica de populações do peixe de água doce Poecilia vivipara habitantes da planície Quaternária do norte do Rio de Janeiro foi estimada com o objetivo de avaliar se fenômenos em escalas de tempo ancestrais deixaram uma assinatura no genoma dos indivíduos de populações contemporâneas. Subsequentemente, foi avaliado se as assinaturas genéticas são reflexo de respostas populacionais às variações climáticas intensas ocorridas no Quaternário. Para estimar a demografia histórica de P. vivipara, utilizou-se o método Skyline-Plot Bayesiano (BSP), sendo o gene mitocondrial citocromo b o marcador molecular analisado. A dinâmica populacional ancestral de P. vivipara revelou uma mudança de regime nos últimos 75 mil anos, que pode estar associada direta ou indiretamente às variações climáticas do Quaternário. Flutuações no nível do mar, geradas pelas mudanças climáticas do Quaternário, podem estar relacionadas com as flutuações no tamanho populacional de P. vivipara. Estudos incluindo outras regiões do genoma e com maior detalhamento sobre variações climáticas locais podem contribuir para gerar estimações mais confiáveis da história populacional de P. vivipara e sua potencial relação com eventos climáticos Abstract: Paleoclimatic changes are responsible to influence population dynamics through the evolutionary history of species. When climatic changes occur suddenly its consequences can be reflected in the distribution, size and persistence of populations. The Quaternary was a time of massive climatic changes. The estimation of the demographic history of populations at such timescales allows the assessment of how climatic fluctuations have influenced ancestral populations. Genetic data are available and allow recovering information about population sizes in wide timescales and searching for associations between population size fluctuations and climatic change. The historical demography of freshwater fish Poecilia vivipara populations inhabiting the Rio de Janeiro Northern Quaternary Plain was estimated aiming to evaluate if phenomena in ancestral timescales leaves a signature in the genomes of its modern representatives. Subsequently, we evaluate if the genetic signatures are the result of population responses to massive climatic changes occurred in Quaternary. The Bayesian Skyline-Plot (BSP) was utilized to estimate the demographic history of P. vivipara, with the mitochondrial gene cytochrome b as molecular marker. The ancestral population dynamics of P. vivipara revealed a regime change in the last 75,000 years, which can be direct or indirectly associated to Late Quaternary climatic variations. Sea level fluctuations, generated by Quaternary climatic changes, could be related to population size fluctuations of P. vivipara. Studies including other genome regions and with more details about local climatic variations can create more reliable estimations of the P. vivipara population history and its potential relationship with climatic events Mestrado Biodiversidade Animal Mestra em Biologia Animal

Orientadores: Sergio Furtado dos Reis, Paulo Roberto Guimarães Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A teoria do nicho como originalmente concebida baseia-se na pressuposição que os indivíduos de uma espécie ou população são ecologicamente equivalentes. Entretanto fatores endógenos e exógenos podem contribuir para a existência de variação nas dimensões do nicho. Nesse contexto foi estudada a ecologia alimentar do marsupial Micoureus paraguayanus em uma área de Cerrado com o objetivo de identificar os fatores endógenos e exógenos que influenciam na sua dieta e os padrões de subdivisão do nicho trófico populacional entre os indivíduos da população. A composição da dieta e a amplitude do nicho trófico foram fortemente influenciadas pela sazonalidade, havendo ainda diferenças relacionadas aos sexos no uso de recursos. No período de escassez de recursos alimentares, durante a estação fria?seca, houve ampliação do nicho trófico populacional devido ao aumento da variação interindividual na dieta. Essa variação resulta na ocorrência de indivíduos com dietas mais restritas compostas por subconjuntos do espectro de recursos usado pelos indivíduos com dietas menos restritas. Esses resultados adicionam M. paraguayanus a uma lista crescente de espécies onde tem sido demonstrada variação no uso de recursos e relatam a emergência de estrutura nas interações tróficas no nível dos indivíduos da população, abrindo caminho para uma nova área de interesse em ecologia alimentar Abstract: Niche theory as originally formulated is based upon the assumption that the individuals within a species or population are ecolgically equivalent. However endogenous and exogenous factors may contribute to the existence of variation in niche dimensions. In this context, I studied the feeding ecology of the didelphid marsupial Micoureus paraguayanus in a Cerrado (savannah-like) remnant with the objective of identifying the factors that affect its diet and the patterns of trophic niche subdivision amongthe individuals within the population. The dietary composition and trophic niche width were highly affected by seasonality with differences in resource use related o sex. In the cool?dry season, when resources are scarcer, niche was broader due to increased interindividual diet variation. This variation results in the occurrence of individuals with different degrees of diet generalization within the population sch that individuals with more constrained diets use subsets of the resource spectrum used by those individuals with broader dies. These results add M. paraguayanus to a growing list of species showing interindividual diet variation and show the emergence of structure in the trphic interactions at the individual?level, creating new avenues for future research in feeding ecology Mestrado Mestre em Ecologia

Orientador: Paulo Roberto Guimarães Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Os mutualismos são interações importantes do ponto de vista ecológico e evolutivo, uma vez que influenciam a sobrevivência de diversos organismos, podendo determinar a organização da comunidade. Dada a importância ecológica e evolutiva das interações mutualísticas, é importante estudar quais fatores influenciam a sua organização. Como organismos aparentados compartilham características fenotípicas similares, é comum que espécies filogeneticamente próximas interajam com um conjunto de espécies similar, levando a um padrão conhecido por conservação filogenética do nicho. Apesar de este padrão ocorrer com frequencia, condições bióticas e abióticas locais podem levar à variação geográfica nas interações. A presença ou ausência de potenciais parceiros mutualísticos também podem alterar o padrão local de interações de uma espécie. Estudando interações entre morcegos frugívoros e plantas, investiguei como os padrões de interação de espécies em dez redes mutualísticas variavam conforme a distribuição geográfica. Nesse sentido, duas hipóteses principais guiaram este trabalho: a hipótese da conservação de nicho das interações e a hipótese da variação geográfica das interações. Caracterizei o padrão de interação das espécies de morcegos nas redes por meio de diferentes métricas usadas no estudo de redes ecológicas. Analisei a conservação de nicho das interações e a variação geográfica de espécies de morcego que ocorreram em um maior número de redes. Espécies filogeneticamente próximas não tenderam a apresentar padrões de interação mais parecidos entre si. Algumas das espécies mais frequentes apresentaram características dos padrões de interação em gradiente ou mosaico ao longo de sua distribuição geográfica. Estes resultados evidenciam que algumas características do padrão de interação de morcegos frugívoros, como grau de generalismo e o grau padronizado dentro do módulo são conservadas pela filogenia. No entanto algumas espécies apresentaram o grau de generalismo e o papel em relação aos módulos da rede variando ao longo da geografia, seguindo previsões da teoria do mosaico geográfico coevolutivo Abstract: Mutualisms are important interactions to ecology and evolution because they affect the survivorship of many organisms and may shape community organization. Therefore, it is important to study which factors affect their organization. As related organisms share similar phenotypic traits, it is common that close phylogenetic species interact with a similar set of species, resulting in a pattern known as phylogenetic niche conservatism. Although this pattern frequently occurs, biotic and abiotic local conditions may lead to geographic variation of the interactions. The presence or absence of potential mutualistic partners may also change local interactions of a species. I studied interactions between frugivorous bats and plants and I investigated how species interactions patterns varied geographically across ten mutualistic networks. Two main hypotheses guided this work: the interaction niche conservatism hypothesis and the geographical variation hypothesis. I delineated the interaction patterns of bat species in the networks through different metrics used in ecological network studies. I analyzed the niche conservatism and geographical variation of bat species which occurred frequently in the networks. Related species did not tend to have similar patterns of interaction. Within their geographical range, some species vary markedly in their patterns of interaction and this variation often occurs as mosaics or, less frequently, as gradients. These results point out that some patterns of interaction of frugivorous bats, as the specialization degree and the standardized within-module degree, are conserved by phylogeny. However, some species showed variations through geography both in the specialization degree and in their role regarding the network modules, leading to a geographic mosaic of coevolution with potential implications to ecology and coevolution Mestrado Ecologia Mestre em Ecologia

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Florianópolis, 2011 Sistemas complexos têm fascinado cientistas com sua auto-organização e propriedades emergentes. Este é um estudo em longo prazo de dois aspectos de um sistema biológico auto-organizado: a dinâmica populacional e social de Sotalia guianensis, um delfinídeo endêmico do oeste do Atlântico. A população de boto-cinza do Banco dos Abrolhos, costa leste do Brasil, oferece-se como uma boa oportunidade para modelagem de tais dinâmicas, através do tempo e espaço. Isso porque (1) o monitoramento sistemático estende-se por mais de oito anos (2002-2009), tornando evidentes mudanças demográficas de uma população aberta; e (2) porque a área de estudo abrange um hábitat altamente heterogêneo, em um gradiente de águas estuarinas internas a recifes de coral distantes da costa, o que torna a estratificação do uso do hábitat uma hipótese plausível. Em suma, este estudo tem um objetivo duplo: abordar como a população muda ao longo do tempo, fornecendo uma série de estimativas de parâmetros demográficos; e como estas mudanças afetam a estrutura social, do nível individual aos padrões da rede de interações da população. Primeiramente, o experimento de longo-prazo de marcação-recaptura (Cormack-Jolly-Seber e Desenho Robusto de Pollock) revelou uma população pequena, composta por indivíduos residentes e que temporariamente deixam ou passam pela área de estudo. Taxas de sobrevivência foram altas e constantes, o que é esperado para animais cuja expectativa de vida é muito maior que a duração do estudo. Estimativas de abundância flutuaram, possivelmente devido ao balanço entrada-saída de indivíduos, mas nenhuma tendência foi detectada. O esforço de amostragem atual apresentou alta probabilidade de detecção de declínios abruptos, uma situação mais confortável que a muitas outras populações de cetáceos. Embora ainda não sensível a variações sutis, o monitoramento poderá identificá-las com esforço adicional plausível (mais três anos). Estas mudanças populacionais encontraram-se refletidas no padrão de interações sociais. A partir da sugestão de um modelo conceitual de topologia de redes sociais de delfinídeos, uma abordagem espaço-temporal testou a estrutura da rede social de S. guianensis. Esta foi organizada em subconjuntos de indivíduos densamente conectados. O uso do espaço não pode ser atribuído à emergência destes três módulos. Por outro lado, o turnover de indivíduos na população foi o fator determinante da separação temporal das interações sociais em módulos. Dentro da escala temporal do turnover, a população seguiu uma dinâmica de fissão-fusão, caracterizada pela maioria das interações casuais e poucas associações preferidas. Os principais produtos do trabalho são como seguem: (1) Foi atestado um corpo analítico robusto, baseado em modelos de população aberta e fechada, para estimativa de diversos parâmetros demográficos baseado em dados de foto-identificação; (2) Fica salientado que fatores não-sociais podem afetar consideravelmente redes sociais não-humanas, portanto, devem ser levadas em consideração para um retrato fidedigno de sociedades com dinâmica de fissão-fusão. Tais resultados se baseam no tempo como maior fator de causa de mudança e auto-organização deste sistema complexo. Os mesmos podem inspirar pesquisa adicional, que terá implicações tanto aplicadas quanto teóricas. No primeiro caso, as análises demográficas podem ser aplicadas às demais populações de S. guianensis, para permitir comparação padronizada futura. Tal esforço conjunto permitirá uma definição adequada do status da espécie e, portanto, aperfeiçoamento dos esforços de conservação. Por fim, o modelo conceitual de redes sociais pode gerar novas hipóteses testáveis. Reconhecer os determinantes da topologia das redes sociais é um importante passo na identificação dos mecanismos atuando nos sistemas sociais. Este esforço contribui, em última instância, para abordar como características ambientais e biológicas têm interagido, moldando as diversas estruturas e dinâmicas sociais encontradas em Delphinidae. Complex systems have fascinated researchers for their self-organization and emergent properties. Here, we present a long-term study of two aspects of a biological self-organizing system: the population and social dynamics of Sotalia guianensis, an endemic delphinid of western Atlantic. The population of Guiana dolphins in the Abrolhos Bank, eastern Brazil, offers a fine opportunity for modeling such dynamics through the time and space. This is because (1) the systematic monitoring spanned for eight years (2002-2009) making demographic changes of an open population evident; and (2) the studied area encompassed a highly heterogenic habitat, in a gradient from protected inner river to offshore coral reefs, which makes a stratification of the habitat use a plausible hypothesis. In summary, this study has a twofold aim: to address how the population changes, providing a set of demographic parameter estimates, and how such changes affect the social structure, from pairwise association level to the whole population network patterns. Firstly, the long-term mark-recapture experiment (Cormack-Jolly-Seber and Pollock's Robust Design) revealed a small population, comprised of resident dolphins and individuals that temporarily leave or pass through the study area. Survival rates were high and constant, expected for animals whose life spans extend the study duration. Abundance estimates fluctuated, possibly due to balance of additions and deletions, but were no trend was detected. The current monitoring effort had high probability of detect abrupt population declines, which is a better situation than that for many other monitored cetacean stocks. Although not sensitive yet to subtle declines, the monitoring would identify such trends with feasible additional effort (additional three years). These population changes were found reflected in the patterns of social interaction. A conceptual framework for social network topology of delphinids was suggested, and had predictions tested by combining spatial, temporal and demographic approaches. The social network of Guiana dolphins was structured into a modular architecture as predicted, and the individuals' space use overlap could not be assigned as a major force driven such topology. However, the turnover of individuals in the population has temporally split the associations into the three network modules. Within the turnover temporal scale, the population followed a fission-fusion dynamics, as characterized by most fluid acquaintances and few preferred associations. Therefore, the principal outcomes of this study are as follows: (1) a robust baseline, based on open and closed population modeling, for estimating several demographic parameters was further attested to photo identification data; (2) It was highlighted that non-social factors can greatly affect non-human association networks, and should be accounted for an apposite portrayal of societies with different degrees of fission-fusion dynamics. Such results pointed the time as one of the major factors affecting the self-organization of our studied complex system. They also might inspire further research, which has both applied and theoretical implications. On the former, the suggested demographic analytical guideline may be applied to other S. guianensis populations to allow further comparisons. Such synergistic efforts will allow a reliable definition of conservation status of this species, and optimize conservation efforts. Finally, the theoretical framework of social networks may encourage new working hypothesis. Recognizing determinants of network topology is an important step towards the identification of mechanisms driving social systems. This effort, ultimately, contributes to address how environmental and biological characteristics have interacted and shaped the diversified social structure and dynamics of Delphinidae.

Orientador: Flávio Antonio Maës dos Santos Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Muitas espécies arbóreas apresentam distribuição espacial agregada. As dióicas e que ocorrem em baixa densidade geralmente são mais agregadas e geram plântulas que são mais espacialmente associadas às fontes de semente do que as homóicas e as mais densas. Devido a eventos locais de dispersão de sementes, comumente há associação espacial entre adultos, sementes e plântulas. Isto ocorre especialmente entre adultos e sementes, mas nem sempre entre sementes e plântulas. Assim, os processos pós-dispersão também podem ter um efeito na estrutura espacial da população, com mecanismos dependentes de distância e densidade possivelmente reduzindo a agregação da mesma, enquanto a heterogeneidade ambiental geralmente aumenta a agregação. O objetivo deste estudo foi determinar como a densidade das fontes de semente, a dispersão e os processos pós-dispersão influenciam a estrutura espacial de três espécies arbóreas da Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas no litoral norte do estado de São Paulo. Nós amostramos todos os indivíduos das três espécies em duas parcelas de 1 ha cada, identificamos seus estádios ontogenéticos e os mapeamos. Durante dois anos, coletamos mensalmente a chuva de sementes. Por último, avaliamos as plântulas previamente amostradas para determinar se elas haviam morrido, recrutado para estádios ontogenéticos subsequentes ou permanecido no mesmo estádio. Então, comparamos os padrões espaciais da sobrevivência, da taxa de mortalidade e da taxa de recrutamento a seis variáveis preditoras. As sementes e os estádios ontogenéticos das três espécies apresentaram agregação, principalmente em pequenas classes de distância. Não houve um padrão claro da influência da densidade das fontes de semente na estrutura espacial das populações. Os adultos de todas as espécies apresentaram associações espaciais com sementes e plântulas, mas estas estiveram associadas em apenas metade das comparações. A mortalidade das plântulas ocorreu aleatoriamente e não modificou o padrão espacial agregado das populações. Os sobreviventes se localizaram principalmente em áreas com alta densidade inicial de plântulas. As taxas de mortalidade não apresentaram relação com as variáveis preditoras e ocorreram aleatoriamente. O mesmo padrão foi encontrado para as taxas de recrutamento de uma das espécies estudadas, mas outra recrutou mais em áreas com maior área basal da população e maior porcentagem de abertura de dossel, e menos em áreas com maior diferença de altitude. Nossos resultados estão de acordo com outros estudos que mostraram que espécies arbóreas tropicais são geralmente agregadas. No entanto, este padrão não pode ser atribuído à densidade das fontes de semente. Por outro lado, a agregação é explicada pela dispersão, uma vez que adultos ocorrem associados a sementes e plântulas. Os processos pós-dispersão não modificam o padrão espacial das populações após os eventos de mortalidade no estádio de plântula. A sobrevivência é maior em áreas com alta densidade de plântulas, como próximo aos adultos reprodutivos. Porém, não é possível prever onde a mortalidade e o recrutamento ocorrem em maiores taxas no ambiente. De forma geral, parece haver um maior recrutamento perto da planta parental devido à maior abundância de sementes neste local, apesar da baixa sobrevivência das mesmas, como proposto no modelo de recrutamento de Hubbell Abstract: Many tree species present an aggregated spatial distribution. Dioecious, low-density species tend to be more aggregated and generate seedlings that are more spatially associated to seed sources than homoecious, high-density species. Due to local seed dispersal, adults, seeds and seedlings are generally spatially associated. This is commonly found for adults and seeds, but not always for seeds and seedlings. Therefore, post-dispersal processes can also affect the spatial structure of the population. Distance and density-dependent mechanisms usually decrease the aggregation of the population through ontogeny, while environmental heterogeneity tends to increase the aggregation through ontogeny. This study aimed at determining how density of seed sources, seed dispersal and post-dispersal processes influence the spatial structure of three tree species of a Lowland Atlantic Rainforest in Southeastern Brazil. We sampled every individual of the three species studied within two 1-ha plots. We also identified its ontogenetic stage and mapped the plants. During two years, we monthly sampled the seed rain. Last, we checked the previously sampled seedlings in order to determine if they had died, recruited to further ontogenetic stages or remained at the same stage. Then, we compared the spatial structure of seedling survival, mortality rates and recruitment rates to six predictor variables. The seeds and the ontogenetic stages of the three species studied were aggregated, especially at small distance classes. The influence of density of seed sources on the spatial structure of the populations was not clear. Adults of all species presented associations with seeds and seedlings, but seeds and seedlings were associated in only half of the comparisons. Seedling mortality occurred randomly and did not modify the aggregated spatial pattern of the populations. Survivals were located especially in areas with higher initial seedling density. Mortality rates were not related to the predictor variables and occurred randomly. The same pattern was found for the recruitment rates of one species, but other recruited more in areas with greater population basal area and higher percentage of canopy opening, and less in areas with greater elevation range. Our results agree with previous studies that showed that tropical tree species are generally aggregated. Nevertheless, this spatial pattern cannot be attributed to density of seed sources. On the other hand, the aggregation is explained by seed dispersal, since adults were always spatially associated to seeds and seedlings. Post-dispersal processes do not modify the spatial pattern of the populations after mortality events during the seedling stage. The chance of surviving is enhanced in areas with higher initial seedling density, such as near reproductive adults. However, it is not possible to predict where mortality and recruitment operate at higher rates in the forest due to idiosyncrasies of the species. Overall, recruitment seems to be higher close to the parent plant because of considerably greater seed abundance there, despite very low seed survival, as proposed in the Hubbell's recruitment model Doutorado Ecologia Doutor em Ecologia

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Neste trabalho estudamos a dinâmica espaço-temporal de cadeias alimentares compostas por duas e três espécies. Utilizamos uma modelagem baseada nos indivíduos, que consiste em tratar cada membro da população de forma explícita. Um dos ingredientes do modelo é a possibilidade de restringir a área de forrageio dos predadores à uma região circular, de raio R, em torno da sua residência. O tamanho desta região é tratado como uma característica adaptativa, sujeita à pequenas variações aleatórias ao longo das gerações. Observamos que existe um raio de predação ótimo R', para o qual os predadores evoluem. Desenvolvemos cálculos analíticos utilizando aproximações de Campo Médio com correlações de pares e verificamos que a estratégia de predação é um mecanismo crucial para a ocorrência do raio ótimo. Observamos também que a distribuição da abundância de indivíduos por região espacial pode exibir um comportamento invariante de escala, indicando que o sistema é criticamente auto-organizado, e que a ocorrência de surtos populacionais locais é uma característica intrínseca do sistema Abstract: In this work we study the spatial dynamics of two and three species food chains. We use an individual based model, which treats each member of the population explicitly. One of the model ingredients is the possibility to control the size of the predators foraging area, defined as a circular neighborhood, of radius R, around their home position. This home range size is treated as an adaptive, subject to small random variations along generations. We find that the predators evolve to a optimum predation radius R'. We develop analytical approximations using mean field and pair correlation techniques that indicate that the predation strategy is crucial for existence of this optimum radius. We also find that the population abundance distributions display a scale invariant power law tail, indicating self-organized criticality and that the occurrence of local outbreaks is an intrinsic characteristic of the system Doutorado Ciências Exatas e da Terra Doutora em Ciências

Orientadores: Wesley Rodrigues Silva, Paulo Roberto Guimarães Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O mutualismo planta-frugívoro é bem conhecido como importante processo na manutenção dos ecossistemas. O frugívoro obtém o recurso alimentar da polpa e dispersa as sementes da planta. A crescente perda e fragmentação de ambientes naturais devem afetar essas interações. Portanto, conhecer quais são os efeitos desta degradação na dispersão de sementes é um passo importante na tentativa de preservação dos ecossistemas. A abordagem de redes vem sendo usada atualmente a fim de entender melhor a estrutura, funcionamento e evolução de diversos tipos de interações. Explorei alguns padrões de extinção de espécies em uma rede de interações mutualísticas frugívoro-planta do Parque Estadual de Intervales (PEI) simulando extinções de frugívoros e plantas e observando os efeitos na sua estrutura. A rede frugívoro-planta do PEI é uma rede típica de interações mutualísticas com estrutura extremamente aninhada; baixa conectância; baixos graus médios tanto de plantas como dos animais; prevalência de interações fracas e ocorrência de interações assimétricas. As co-extinções ocorreram muito lentamente com as remoções de especialistas e geram um declínio considerável na riqueza de espécies do outro grupo, somente após remoção de 80% das espécies. Remoções aleatórias de espécies geraram um padrão quase linear de co-extinções, após a remoção de 50% das espécies observa-se um maior impacto na riqueza da rede. A remoção das espécies ameaçadas de extinção causou impacto semelhante ao observado com as remoções aleatórias. Em geral, ocorre um padrão de surgimento de pequenos componentes, a partir da remoção de 5% das espécies, porém há sempre um grande e aninhado componente. O aninhamento da rede foi pouco modificado com as simulações. A rede perde o aninhamento mais rapidamente durante a remoção de generalistas. Os resultados reforçam a idéia de robustez dessa rede que é gerada pela suas características estruturais. As espécies mais importantes para a manutenção da estrutura e riqueza de espécies da rede são as generalistas. Abstract: The frugivore-plant mutualism has been recognized as an important process in maintaining terrestrial ecosystems. Frugivores feed on fruits and disperse their seeds. The increase of habitat fragmentation and loss may affect these interactions. Therefore, understanding the effects of these disturbances on seed dispersal process may help to predict shifts in the remaining ecosystems. In this sense, the network approach has been used to describe the structure and investigate function and evolution of different types of interactions. I explored different patterns of extinction in a network of mutualistic frugivore-plant interactions of the Parque Estadual de Intervales (PEI) by simulating the removal of frugivores and plants and observing the effects on its structure. The PEI network as a typical mutualistic network with highly nested interactions; low connectance; small average number of interactions for both plants and animals; prevalence of weak interactions and occurrence of asymmetric interactions. When removing specialists, coextinctions occurred very slowly, leading a significant decline on species richness only after the removal of 80%. Random removal of species created an almost linear co-extinction pattern, showing important cumulative loss of species after removal of 50% of species. Species diversity declined most rapidly with the removal of the generalists. The removal of endangered species caused patterns of co-extinction similar to those caused by the random removal. In general, PEI network showed a pattern of break down of small clusters after the extinction of just 5% of species, although a large and nested cluster stil observed. The nested structure of the network was slightly changed through the simulations. The network lost its nested structure more rapidly when generalists species were removed. These simulations support the notion that mutualistic networks are robust to extinction and generalists are the most important species for the maintenance of structure and species richness of these networks. Mestrado Mestre em Ecologia

Orientador: Paulo Sergio Moreira Carvalho de Oliveira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Nosso conhecimento a respeito dos sistemas de dispersão de sementes tem aumentado consideravelmente nos últimos anos. Um número crescente de estudos tem mostrado que a regeneração de plantas é freqüentemente muito mais complexa do que pensávamos, incluindo vários agentes ao longo de etapas subseqüentes do processo de dispersão de sementes. Por exemplo, formigas podem rearranjar a sombra de sementes que cai ao solo, o que pode influenciar as probabilidades de transição do estágio de semente para plântula durante o recrutamento. Neste trabalho reportamos informações mostrando que formigas são importantes agentes de dispersão secundária de sementes na maior savana da América do Sul, o cerrado. Formigas interagiram com diásporos caídos de muitas plantas dispersas primariamente por vertebrados frugívoros. Formigas freqüentemente limparam as sementes da polpa dos frutos, o que aumentou sua germinação. As sementes de Erythroxylum pelleterianum (Erythroxylaceae), Xylopia aromatica (Annonaceae) e Miconia rubiginosa (Melastomataceae) são dispersas primariamente por aves, mas a maior parte de seus frutos cai ao solo sob a planta-mãe. Formigas removeram grande parte destes diásporos caídos, e promoveram dispersão direcionada a microsítios ricos em nutrientes onde houve maior sobrevivência de plântulas, como demonstrado para E. pelleterianum. Contudo, este benefício por vezes foi alcançado à custa de perdas significativas de sementes para formigas granívoras, como em Xylopia aromatica. Aves são responsáveis pela dispersão de sementes a longas distâncias e colonização de novos sítios, enquanto formigas rearranjam a sombra de sementes numa escala menor, depositando-as em sítios onde a sobrevivência das plântulas é aumentada. Embora a maioria das formigas foi generalista em relação às características dos diásporos, formigas cortadeiras mostraram algumas preferências, especialmente por diásporos ricos em carboidratos. Nós sugerimos que estas preferências podem ser devidas às defesas químicas da folhagem de plantas do cerrado, que forçariam as formigas a depender de frutos carnosos para o cultivo de fungo no interior dos ninhos. Finalmente, nós mostramos que as interações formiga-diásporo são suscetíveis a efeitos de borda, que diminuem os benefícios obtidos por plantas dispersas secundariamente por formigas. Esta informação é especialmente relevante, uma vez que o cerrado está sendo convertido para agricultura a taxas alarmantes e efeitos de borda não haviam sido reconhecidos para o cerrado até o momento Abstract: Our knowledge about seed dispersal systems has been improved considerably in the last few years. An increasing number of studies has shown that the process of plant regeneration is often much more complex than we realize, including several different agents across subsequent steps of seed dispersal. For instance, ants may reshape the seed shadow after seeds fall to the ground, and this may influence the transition probabilities from seed to the seedling stage in plant recruitment. Here we report data showing that ants are important agents of secondary seed dispersal in the largest South American savanna, the cerrado. Ants interacted with fallen diaspores of many plants primarily dispersed by vertebrate frugivores. Ants often cleaned the seeds from fruit matter, what increased seed germination. The seeds of Erythroxylum pelleterianum (Erythroxylaceae), Xylopia aromatica (Annonaceae) and Miconia rubiginosa (Melastomataceae) are primarily dispersed by birds, but most fruits fall to the ground under the parent tree. Ants removed a considerable number of fallen diaspores of these plants, and provided directed dispersal to nutrient-enriched microsites where seedling survival was increased, as shown for E. pelleterianum. However, this benefit sometimes is attained at the cost of significant seed loss to granivorous ants, as in the case of Xylopia aromatica. Birds are likely responsible for long-distance dispersal and colonization of new patches, while ants reshape the seed shadow at a finer scale, delivering seeds to specific sites where seedling survival is more likely. Although most ant taxa were generalist in relation to diaspore traits, leaf-cutter ants showed a preference pattern for some diaspores, particularly carbohydrate-rich ones. We suggest that such preference may be driven by the chemically-protected plant leaves of the cerrado, which would constrain leaf-cutter ants to rely on fleshy fruits for fungus culturing inside their nests. Finally, we showed that ant-diaspore interactions are susceptible to edge effects, which decrease benefits obtained by plants secondarily dispersed by ants. This information is particularly relevant, since the cerrado is currently being converted to cropland at an alarming rate, and so far edge effects had not been recognized in the cerrado Doutorado Ecologia Doutor em Ecologia