https://hdl.handle.net/1884/39626 2026-04-25T16:45:33Z https://hdl.handle.net/1884/100390 Padrões de diversidade de samambaias e licófitas da mata atlântica Resumo: A biodiversidade engloba toda a variação em sistemas biológicos, desde o nível molecular até o ecossistêmico, e seu estudo é crucial nas áreas da ecologia e biogeografia. Abordagens recentes propõem a consideração de múltiplas dimensões da biodiversidade, como a taxonômica, funcional e filogenética, para uma compreensão mais holística e apropriada em ações de conservação. Além disso, a avaliação de diferentes componentes da biodiversidade (alfa, beta e gama) são cruciais para compreender diferentes aspectos dos padrões de diversidade e seus determinantes. Samambaias e licófitas são duas linhagens distintas de plantas vasculares que compartilham muitas características morfológicas, fisiológicas e funcionais. A Mata Atlântica é uma região interessante para estes grupos, dada a grande riqueza e endemismo encontrados no bioma, associados ao histórico climático e geológico da região, além da grande variabilidade ambiental. Nesta tese, descrevemos os padrões de distribuição e diferentes dimensões da diversidade de samambaias e licófitas da Mata Atlântica, além de avaliar os impactos das mudanças climáticas e a efetividade das Unidades de Conservação em proteger a diversidade. No Capítulo 1, demonstramos que a riqueza e tamanho de distribuição de samambaias e licófitas são associadas a variáveis climáticas e ecológicas. Identificamos que regiões com alta diversidade e com espécies com tamanho de distribuição reduzidos estão concentradas na área central do bioma. Além disso, Unidades de Conservação são insuficientes em proteger essas regiões. No Capítulo 2, revelamos que a composição de espécies de samambaias e licófitas muda entre ecorregiões da Mata Atlântica. A substituição de espécies foi mais importante em explicar dissimilaridades na composição de espécies considerando toda a Mata Atlântica e dentro de cada ecorregião. No entanto, o aninhamento foi mais importante em explicar mudanças na composição entre ecorregiões. Diferentes combinações de variáveis climáticas, edáficas e distância geográfica explicaram os padrões de beta diversidade, evidenciando a importância em compreender os processos ecológicos e evolutivos que causam os padrões de biodiversidade. No Capítulo 3, demonstramos que as dimensões taxonômica, funcional e filogenética de samambaias ao longo da Mata Atlântica são concordantes apenas em algumas regiões. Destacamos a importância das ecorregiões da Costa e Interior da Bahia, por comportarem uma grande parte de alta diversidade para todas as dimensões. Identificamos uma diminuição nas diversidades taxonômica e filogenética, e um aumento na diversidade funcional em cenários futuros de mudanças climáticas. Discutimos como esses resultados apontam para um processo de homogeneização das comunidades de samambaias e a consequente diminuição da sua resistência. Esse resultado é especialmente importante quando combinado com a baixa proteção por Unidades de Conservação para todas as dimensões da diversidade. Esta tese apresenta novas informações sobre a diversidade e distribuição de samambaias e licófitas, evidenciando, principalmente, os diferentes padrões encontrados entre as linhagens e a alta ameaça que as mudanças climáticas representam para a diversidade destes organismos da Mata Atlântica.; Abstract: Biodiversity encompasses all variation in biological systems, from the molecular to the ecosystem level, and its study is crucial in the fields of ecology and biogeography. Recent approaches propose considering multiple dimensions of biodiversity, such as taxonomic, functional, and phylogenetic, for a more holistic understanding and appropriate application in conservation actions. Moreover, evaluating different components of biodiversity (alpha, beta, and gamma) is critical in understanding various aspects of diversity patterns and their determinants. Ferns and lycophytes are two distinct lineages of vascular plants that share many morphological, physiological, and functional characteristics. The Atlantic Forest is an interesting region for these groups, given the great richness and endemism found in the biome, mainly associated with the historical climatic and geological background, as well as the great environmental variability. In this thesis, we describe the distribution patterns and different dimensions of diversity of ferns and lycophytes in the Atlantic Forest, as well as evaluate the impacts of climate change and the effectiveness of protected areas in conserving diversity. In Chapter 1, we demonstrate that the richness and range sizes of ferns and lycophytes are associated with climatic and ecological variables. We identify regions with high diversity and with small-ranged species concentrated in the central area of the biome. Furthermore, protected areas are insufficient in conserving diversity within this region. In Chapter 2, we reveal that the species composition of ferns and lycophytes changes between ecoregions of the Atlantic Forest. Turnover was more important in explaining dissimilarities in species composition across the entire Atlantic Forest and within each ecoregion. However, nestedness was more important in explaining changes in composition between ecoregions. Different combinations of climatic, edaphic, and geographic distance variables explained the patterns of beta diversity, highlighting the importance of understanding the ecological and evolutionary processes that cause biodiversity patterns. In Chapter 3, we show that the taxonomic, functional, and phylogenetic dimensions of ferns along the Atlantic Forest are only concordant in some regions. We highlight the importance of the Coastal and Interior ecoregions of Bahia, as they harbor a significant part of high diversity for all dimensions. We identify a decrease in taxonomic and phylogenetic diversities, and an increase in functional diversity in future climate change scenarios. We discuss how these results may indicate a process of homogenization of fern communities and the consequent decrease in their resilience. This result is especially important when combined with the low protection by protected areas for all diversity dimensions. This thesis presents new insights into the diversity and distribution of ferns and lycophytes, highlighting, in particular, the different patterns found among lineages and the high threat that climate changes represent for the diversity of these organisms in the Atlantic Forest. Orientadora: Profa. Dra. Marcia Cristina Mendes Marques; Coorientador: Prof. Dr. Paulo Henrique Labiak Evangelista; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 04/06/2024; Inclui referências; Área de concentração: Ecologia e Conservação 2024-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/58498 Artificial aquatic habitats : a global review, colonization experiments by fish and comparison of sampling methods in reservoirs Resumo: Devido ao aumento da populacao humana e ao consequente incremento na exploracao e transformacao de ambientes naturais, uma infinidade de tipos de estruturas tem sido instalada em ambientes aquaticos para os mais variados propositos. Desde meados do seculo 20, diversos estudos comecaram a avaliar o efeito de estruturas submersas como habitat para organismos em diferentes ecossistemas aquaticos, considerando distintas perspectivas. Neste sentido, dado a urgente necessidade de conservacao dos ecossistemas aquaticos em todo o mundo, e importante sintetizar o conhecimento acerca deste topico de pesquisa, a fim de encontrar generalizacoes e identificar lacunas, a fim de orientar estudos futuros. Desta forma, uma revisao global sistematizada da literatura sobre habitat artificiais aquaticos foi realizada com o objetivo de detectar padroes temporais, geograficos e metodologicos em publicacoes cientificas sobre este assunto (capitulo 1). A maioria dos estudos foi realizado em ambientes marinhos temperados. Habitat experimentais, feitos principalmente de concreto, foram os mais estudados. O censo visual foi o metodo de amostragem mais utilizado e houve predominio de estudos de curto prazo (< 12 meses de duracao) e em aguas rasas (< 5 m de profundidade). Peixes foi o grupo mais estudado, no entanto, poucos estudos relataram a ocorrencia de especies nao-nativas associadas a habitat artificiais. Posteriormente, devido a falta de estudos em ecossistemas de agua doce, especialmente na regiao Neotropical, experimentos em campo foram realizados em dois reservatorios neotropicais, a fim de identificar padroes gerais no uso de habitat artificiais por peixes em reservatorios. Para isso, o uso de habitat artificiais (tubos de ceramica e pequenas arvores) e seminaturais (rochas e habitat nao estruturados) por peixes foi comparado em relacao a origem das especies (nativas ou nao-nativas) (capitulo 2). Pequenos individuos de Cichlidae e Centrarchidae (< 80 mm de comprimento total) foram dominantes, no entanto, a abundancia e composicao de especies variaram de acordo com o tipo de habitat. Especies nativas e naonativas de Cichlidae parecem nao co-ocorrer com Centrarchidae. Tubos de ceramica foram usados principalmente por Cichlidae nativos, enquanto as arvores parecem ser preferidas por Centrarchidae. Finalmente, dois metodos observacionais de amostragem, censo visual (VC) e video subaquatico (UWV), foram comparados em relacao ao numero de especies, composicao e classe de tamanho de peixes registrados (capitulo 3). O numero total de especies registradas por ambos os metodos de amostragem foi similar, no entanto, UWV registrou maior numero medio de especies do que VC. No geral, VC foi eficiente no registro de especies cripticas e residentes, enquanto UWV, especies com maior movimentacao. Alem disso, VC foi mais eficiente que UWV na deteccao de individuos de menor tamanho (31-79 mm de comprimento total). A aplicabilidade de habitat artificiais para o manejo e conservacao de reservatorios neotropicais, e o potencial e limitacoes de amostragens de peixes atraves de VC e UWV em tais ecossistemas sao discutidos. Palavras-chave: Ecologia de peixes agua doce. Ecossistemas lenticos. Especies exoticas. Introducao de peixes. Metodos nao-destrutivos. Recifes artificiais.; Abstract: Due to the increase of the human population and the growing exploitation and transformation of natural environments, a wide range of structures has been deployed in aquatic ecosystems for different purposes. Since the mid-20th century, several studies began to evaluate the effects of submerged structures as habitats for organisms in different aquatic ecosystems, from different perspectives. In this sense, given the urgent need for aquatic ecosystems conservation worldwide, it is important to synthesize what has been done in this research topic, in order to find generalizations, identify knowledge gaps, and guide future studies. Thus, a systematic global literature review concerning artificial aquatic habitats was conducted aimed at detecting temporal, geographic and methodological patterns in scientific publications on this subject (chapter 1). The majority of studies were carried out in marine temperate environments. Experimental habitats, made mainly of concrete, were the most studied. Visual census, was the most common sampling method, and the majority of studies were short-term (< 12 months in duration) and shallow waters (< 5 m depth). Fish was the most studied group, however, few studies reported the occurrence of non-native species associated with artificial habitats. Posteriorly, due to the lack of studies in freshwater ecosystems, especially in the Neotropical region, manipulation experiments were performed in two Neotropical reservoirs in order to identify general patterns in the use of artificial habitats by fish in reservoirs. For this, the use of artificial (ceramic pipes and trees) and semi-natural (rocks and non-structured) habitats by fish was compared regarding the origin of species (i.e. native or non-native) (chapter 2). Small individuals (< 80 mm in total length) of Cichlidae and Centrarchidae were dominant, however the abundance and composition of species varied according to the habitat. Native and nonnative Cichlidae appear not to co-occur with Centrarchidae species. Ceramic pipes were mostly used by native Cichlidae, while trees seem to be preferred by Centrarchidae. Finally, two observational sampling methods, visual census (VC) and underwater video (UWV), were compared regarding the fish species number, composition, and size class recorded (chapter 3). The total number of species recorded by both sampling methods was similar, however, UWV recorded higher mean number of species than VC. In general, VC was efficient in recording cryptic and resident species, while UWV, highly mobile species. Moreover, VC was more efficient than UWV in detecting smaller fish individuals (i.e. 31-79 mm in total length). The applicability of artificial habitats for management and conservation of Neotropical reservoirs and the potential and limitations of fish surveys through VC and UWV in such ecosystems are discussed. Keywords: Artificial reef. Exotic species. Freshwater fish ecology. Fish introductions. Lentic ecosystems. Non-destructive surveys. Orientador: Prof. Dr. Jean Ricardo Simões Vitule; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 09/2018; Inclui referências 2018-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/95503 Padrões macroecológicos e macroevolutivos da raridade em mamíferos terrestres = Macroecological and macroevolutionary patterns of rarity in terrestrial mammals Resumo: A raridade biológica fascina pesquisadores há séculos. Compreender as bases ecológicas e evolutivas da raridade nos ajuda a entender padrões globais de diversidade e traçar estratégias mais eficazes na conservação das espécies ao redor do mundo. Neste estudo utilizamos uma abordagem integrativa entre a macroecologia e macroevolução para compreender padrões de raridade entre os mamíferos terrestres. No primeiro capítulo caracterizamos o caminho evolutivo da principal característica associada à raridade das espécies: a área de distribuição geográfica e sua posição latitudinal. Utilizando métodos filogenéticos comparativos, inferimos processos que parecem ocorrer de maneira similar entre as maiores ordens de mamíferos e ajudam a explicar padrões globais de distribuição da diversidade. No segundo capítulo, classificamos mais de quatro mil espécies quanto à sua raridade e identificamos o atual estado de vulnerabilidade entre as espécies comuns e raras. Também foi proposto um índice baseado nas características intrínsecas relativas à raridade e à sensibilidade das espécies à ação humana. Com isto, foram definidas áreas de conflito globais que seriam prioridades para conservação por abranger maior diversidade de espécies potencialmente vulneráveis e projeções de transformações mais intensas no habitat. No terceiro capítulo investigamos a conservação filogenética da raridade, identificada pela estimativa de um alto sinal filogenético das formas e níveis de raridade. Também encontramos uma tendência de relação negativa entre dois principais eixos da raridade (a área de distribuição geográfica e a densidade populacional) e uma relação, também negativa entre estas variáveis e as taxas de especiação no grupo. Estes resultados ancoram explicações sobre existência desproporcional de espécies raras e comuns entre as comunidades ecológicas.; Abstract: Biological rarity has fascinated researchers for centuries. Understanding the ecological and evolutionary underpinnings of rarity aids in comprehending global diversity patterns and devising more effective strategies for species conservation worldwide. In this study, we employed an integrated approach blending macroecology and macroevolution to unravel patterns of rarity across terrestrial mammals species. In the first chapter, we characterized the evolutionary pathway of the primary characteristic associated with species rarity, the geographical range size and its latitudinal position. Through phylogenetic comparative methods, we inferred processes that seem to occur similarly across major mammalian orders, shedding light on global diversity distribution patterns. In the second chapter, we classified over four thousand species based on their rarity and identified the current vulnerability status among both common and rare species. We proposed an index based on intrinsic rarity-related traits and species' susceptibility to human influence. This approach indicates global conflict zones demanding conservation attention due to encompassing a higher diversity of potentially vulnerable species and more intense habitat transformations projections. In the third chapter, we investigate the phylogenetic conservatism of rarity among mammalian species, discerned by the observation of a strong phylogenetic signal between rarity forms and levels. We also uncovered a tendency towards a negative relationship between two key axes of rarity (geographical distribution area and population density) and a likewise negative relationship between these variables and speciation rates within the group. These findings underscore explanations for the disproportionate occurrence of both rare and common species within ecological communities. Orientador: Prof. Dr. Marcio R. Pie; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 29/09/2023; Inclui referências; Área de concentração: Ecologia e Conservação 2023-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/67679 Avaliação comparativa da capacidade de hiporregulação da hemolinfa em crustáceos decápodas Resumo: Os decápodas se originaram no ambiente marinho. A maioria dos decápodas marinhos (ancestrais e atuais) são osmoconformadores. Contudo, diversas espécies invadiram ambientes estuarino e dulcícola devido a seleções de adaptações fisiológicas, morfológicas e bioquímicas, como por exemplo a hiperregulação da osmolalidade da hemolinfa. Secundariamente, os decápodas retornaram para o ambiente marinho também devido a diversas seleções, como a hiporregulação da osmolalidade da hemolinfa. A hiporregulação é mais comum em vertebrados e nos decápodas é observada em caranguejos semi-terrestres, camarões carídeos e camarões peneídeos. O objetivo desse trabalho foi testar a hipótese de que a hiperregulação da osmolalidade da hemolinfa está associada com a hiporregulação, assumindo que decápodas marinhos atuais que mostram capacidade de hiporregulação teriam passado evolutivo em águas mais diluídas, requerendo a hiperregulação. A hipótese foi testada nos dois capítulos. No capítulo 1, foi realizada uma revisão quantitativa da literatura utilizando como métrica a capacidade osmótica de 114 estudos independentes de decápodas (que vivem em diferentes ambientes) e também foi realizada uma correlação de Pearson entre a máxima capacidade osmótica no ambiente marinho e a maior medida do corpo (apenas para os táxons que possuíam osmoconformadores e hiporreguladores). Também foi realizada uma análise de agrupamento hierárquica usando a distância Euclidiana para visualizar relações entre espécies de Brachyura, usando transportadores iônicos, o ambiente em que essas espécies vivem e a classificação sistemática para construir o dendograma. As análises mostraram que Dendrobranchiata, Caridea e Brachyura possuem uma alta capacidade osmótica (? 350 mOsm/kg H2O) para a hiperregulação na água doce/oligoalina e também para a hiporregulação, mostrando que existe uma associação entre esses dois mecanismos fisiológicos. Além disso, os resultados desse capítulo mostraram que a terrestrialidade também é um fator responsável pelo surgimento da hiporregulação, devido ao desafio da desidratação que para conservar água no corpo dos decápodas é necessário secretar sal ativamente. A análise de agrupamento contrariou análises anteriores e mostrou que a enzima apical V-H+-ATPase surgiu antes do que a proteína basolateral NKCC, ou seja, é mais uma evidência de que a hiperregulação surgiu antes da hiporregulação nos decápodas. Esse capítulo ainda mostrou que existe uma correlação negativa, conhecida como trade-off, entre a capacidade osmótica hiporregulatória e o tamanho do corpo dos crustáceos braquiúros, que compensam uma menor capacidade de crescimento e calcificação da carapaça com uma maior capacidade de hiporregulação da osmolalidade da hemolinfa ou vice-versa. No capítulo 2, foram realizados experimentos com o caranguejo marinho osmoconformador Hepatus pudibundus, o siri marinho/estuarino Callinectes danae, camarão marinho Penaeus schmitti e os caranguejos entremarés/ semi-terrestres Panopeus austrobesus e Pachygrapsus transversus expostos a águas mais diluídas e mais concentradas em 3 tempos (6, 24 e 120h). Foram medidas concentrações iônicas e a osmolalidade da hemolinfa; a atividade da anidrase carbônica (AAC) nas brânquias anteriores e posteriores e o teor hídrico (TH) muscular. Para testar a hipótese foi realizada uma revisão da literatura, somada às 5 espécies estudadas e utilizado um teste de independência ?2. As espécies P. schmitti e P. transversus hiporregularam a osmolalidade da hemolinfa em todos os tempos de exposição e são eficientes hiperreguladores em águas muito diluídas. As 5 espécies estudadas possuem eficientes mecanismos fisiológicos para manter o TH inalterado, tanto em águas mais diluídas quanto em águas mais concentradas. A AAC nas brânquias anteriores e posteriores quase não se alterou em H. pudibundus e P. schmitti, mostrando que essa enzima está mais envolvida com a respiração em caranguejos osmoconformadores e em camarões peneídeos. Porém, em C. danae, P. austrobesus e P. transversus, a AAC aumentou quando essas espécies foram expostas a baixas ou altas salinidades, mostrando que essa enzima está envolvida tanto com a hiperregulação quanto com a hiporregulação. Os resultados ainda mostraram evidências de que a hiperregulação está associada com a hiporregulação e a hipótese foi aceita através de um teste de independência ?2 (p ? 0,001), utilizando 172 espécies de decápodas. Dessa forma, os resultados obtidos no presente estudo reforçaram a hipótese de que a hiperregulação da osmolalidade da hemolinfa está associada com a hiporregulação nos dois capítulos. Palavras-chave: hiper-hiporregulador, capacidade osmótica, peneídeos, camarões carídeos, caranguejos semi-terrestres, osmolalidade.; Abstract: Decapods originated in the marine environment. Most marine decapods (ancestral and current) are osmoconformers. However, several species invaded estuarine and freshwater environments due to selections of physiological, morphological and biochemical adaptations, such as the hyperregulation of hemolymph osmolality. Secondarily, decapods returned to the marine environment also due to several selections, such as hyporegulation of hemolymph osmolality. Hyporegulation is more common in vertebrates and in decapods it is observed in sem-terrestrial crabs, carid shrimps and peneid shrimps. The objective of this work was to test the hypothesis that hyperregulation of hemolymph osmolality is associated with hyporegulation, assuming that current marine decapods that show hyporegulation capacity would have evolved in more diluted waters, requiring hyperregulation. The hypothesis was tested in both chapters. In chapter 1, a quantitative review of the literature was performed using as a metric the osmotic capacity of 114 independent studies of decapods (which live in different environments) and it was also performed a Pearson correlation between the maximum osmotic capacity in the marine environment and the largest measurement of the body (only for taxa that had osmoconformers and hyporegulators). A hierarchical cluster analysis was also performed using the Euclidean distance to visualize relationships between species of Brachyura, using ion transporters, the environment in which these species live and the systematic classification to construct the dendogram. The analyzes showed that Dendrobranchiata, Caridea and Brachyura have a high osmotic capacity (? 350 mOsm/kg H2O) for hyperregulation in freshwater/oligohaline and also for hyporegulation, showing that there is an association between these two physiological mechanisms. In addition, the results of this chapter showed that terrestriality is also a factor responsible for the appearance of hyporegulation, due to the challenge of dehydration that to conserve water in the decapod's body it is necessary to actively secrete salt. The cluster analysis contradicted previous analyzes and showed that the apical V-H+-ATPase enzyme emerged earlier than the basolateral NKCC protein, that is, it is more an evidence that hyperregulation arose before hyporegulation in decapods. This chapter also showed that there is a negative correlation, known as a trade-off, between the hyporegulatory osmotic capacity and the body size of brachyuran crustaceans, which compensate for a lower capacity for growth and calcification of the carapace with a greater capacity for hyporegulation of hemolymph osmolality or vice versa. In chapter 2, experiments were performed with the marine osmoconformer crab Hepatus pudibundus, the marine/estuarine swimming crab Callinectes danae, the marine shrimp Penaeus schmitti and intertidal/semi-terrestrial crabs Panopeus austrobesus and Pachygrapsus transversus exposed to more diluted and more concentrated waters in 3 times (6, 24 and 120h). Ion concentration and hemolymph osmolality; carbonic anhydrase activity (CAA) in the anterior and posterior gills and muscle water content (WC) were measured. To test the hypothesis, a literature review was performed, adding the 5 species studied and using a ?2 independence test. Penaeus schmitti e P. transversus species hyporegulate the hemolymph osmolality at all times of exposure and are efficient hyperregulators in very diluted waters. The 5 species studied have efficient physiological mechanisms to keep WC unchanged, both in more diluted and more concentrated waters. The CAA in the anterior and posterior gills almost not changed in H. pudibundus and P. schmitti, showing that this enzyme is more involved with breathing in osmoconformers crabs and peneid shrimps. However, in C. danae, P. austrobesus and P. transversus, CAA increased when these species were exposed to low or high salinity, showing that this enzyme is involved with both hyperregulation and hyporegulation. Chapter 2 also showed evidence that hyperregulation is associated with hyporegulation and the hypothesis was accepted through a ?2 independence test (p ? 0,001), using 172 species of decapods. Thus, the results obtained in the present study reforced the hypothesis that hyperregulation of hemolymph osmolality is associated with hyporegulation in both chapters. Keywords: hyper-hyporegulator, osmotic capacity, peneids, caridean shrimps, semiterrestrial crabs, osmolality. Orientadora: Profa. Dra. Viviane Prodocimo; Coorientadora: Profa. Dra. Carolina Arruda de Oliveira Freire; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 24/03/2020.; Inclui referências 2020-01-01T00:00:00Z