Atributos funcionais e efeitos da temperatura em plantas lenhosas juvenis no sul do Brasil

Abstract

Resumo: A temperatura é uma das condições essenciais do nicho ecológico das espécies. Dentro do espaço de nicho, os organismos enfrentam extremos térmicos por meio de distintos mecanismos: fisiológicos, morfológicos, comportamentais, fenológicos e espaciais. As plantas, por exemplo, são organismos sésseis que precisam tolerar variações de temperatura, expressando essa capacidade por meio de seus atributos funcionais – características que refletem seu desempenho individual no ambiente onde vivem. Diante do avanço das mudanças climáticas globais, torna se essencial direcionar os estudos para ecossistemas de elevada biodiversidade e sujeitos a essas mudanças. No Brasil, a Mata Atlântica constitui um ambiente ideal para investigar como sua diversificada flora, marcada por um complexo histórico biogeográfico, responde às variações térmicas iminentes. Neste estudo, avaliamos a interação entre plantas e temperatura sob múltiplas abordagens e em diferentes níveis de organização ecológica. No primeiro capítulo, investigamos a tolerância de comunidades vegetais a eventos frequentes de geada ao longo de um gradiente campo-floresta. Focamos em arvoretas e arbustos, analisando a correlação entre atributos funcionais das folhas e os impactos da geada na estrutura foliar. Os resultados demonstraram diferenças significativas na composição funcional entre comunidades de campo e de floresta, com plantas de campo apresentando folhas mais espessas e resistentes que as de floresta. As condições ambientais, como a cobertura do dossel e o adensamento lenhoso, explicam parte da variação nos danos foliares, sendo que plantas de sub-bosque mostraram maior retenção foliar pós geada, possivelmente devido à proteção microclimática. Dada a crescente ameaça climática sobre mudanças na frequência e intensidade das geadas, esse fenômeno pode não ser mais eficaz no controle de plantas lenhosas invadindo os mosaicos campo-floresta. No segundo capítulo, investigamos como atributos de resistência térmica se correlacionam com a história biogeográfica das linhagens ancestrais das espécies. Utilizando parâmetros de tolerância ao calor e ao frio em mudas de espécies nativas, analisamos se esses limites diferem entre linhagens de dois contingentes biogeográficos distintos da Mata Atlântica: linhagens austrais que migraram para o norte e linhagens tropicais que migraram para o sul. Também correlacionamos esses limites com atributos morfológicos das folhas e variáveis climatológicas associadas à distribuição das espécies. Os resultados indicam que a história biogeográfica influencia a tolerância térmica das espécies a temperaturas elevadas, sendo os parâmetros fisiológicos fortemente correlacionados à espessura foliar e à altitude em que as espécies ocorrem. Esses padrões evidenciam o impacto potencial das mudanças climáticas na sobrevivência das mudas, estádio sensível do ciclo de vida das plantas. Houve ausência de diferença na tolerância ao frio entre as espécies, o que pode estar relacionada à falta de aclimatação, um processo fundamental para a manutenção da folhagem durante o inverno. Em síntese, esta dissertação demonstra como a interação entre plantas e temperatura pode ser analisada sob diferentes perspectivas, contribuindo para uma compreensão mais aprofundada da sensibilidade das espécies vegetais da Mata Atlântica diante da emergência climática corrente

Abstract: Temperature is a fundamental factor shaping the ecological niche of species. Within the niche space, organisms endure extreme temperature conditions through diverse mechanisms: physiological, morphological, behavioural, phenological, and spatial adaptations. As sessile organisms, plants must tolerate temperature fluctuations, expressing this adaptation through their functional traits — characteristics linked to individual performance within their environmental context. Given the accelerating pace of global climate change, it is critical to investigate ecosystems that harbour high biodiversity yet face significant threats from anthropogenic and climatic pressures. The Atlantic Forest in Brazil represents an excellent study model to assess how its rich plant diversity, shaped by a complex biogeographical history, responds to imminent temperature variations. In this study, we examine the interaction between plants and temperature using multiple approaches and across distinct levels of ecological organisation. In the first chapter, we investigate how plant communities along a forest-grassland gradient respond to frequent frost events. We focused on treelets and shrubs, examining the correlation between leaf functional traits and the frost-induced foliar damage. Our findings reveal that the functional structure of grassland and forest communities differs significantly. Mean values of functional traits and environmental conditions (such as canopy cover and woody density) vary between ecosystems, influencing how plants are affected by frost. While leaf damage levels are primarily explained by foliar traits, post-frost reductions in foliage quantity suggest competitive interactions similar to those observed among understory plants. As climate change threatens the frequency and intensity of frost events, we recognise frost as a crucial factor in maintaining the forest-grassland ecosystems, with its absence likely facilitating increased woody encroachment into grasslands. In the second chapter, we explore how the thermal physiology of saplings correlates with the biogeographical history of ancestral species lineages. Using heat and cold tolerance parameters, we assess whether these limits differ between two distinct Atlantic Forest floristic contingents: austral lineages that migrated northwards and tropical lineages that migrated southwards. We also correlate these tolerance limits with leaf morphological traits and bioclimatic variables related to species distribution. Our findings indicate that biogeographical history influences species' heat tolerance, with physiological parameters highly correlated with leaf thickness and elevation where the species can occur. These patterns highlight how climate change may affect sapling survival, one of the most vulnerable stages in plant development. There was a lack of difference among the species’ cold tolerance, which may come from the absence of hardening, a crucial process enabling species to retain foliage during winter. In summary, this dissertation demonstrates how the plant-temperature interaction can be examined through different perspectives, offering a deeper understanding of the sensitivity of Atlantic Forest plant species in the face of the upcoming climatic emergency