Translocação temporária de plantas inteiras de visco para entender a base mecanicista das decisões de forrageamento animal

Resumo

Este trabalho descreve um procedimento experimental simples para quantificar os fatores comportamentais das decisões de forrageamento em animais de vida livre, realocando temporariamente as plantas de visco para novos locais e medindo as taxas de visitação.

Resumo

Os viscos frutíferos apresentam um sistema modelo para entender as decisões tomadas por animais forrageadores ao localizar alimentos. Onde, quando e como os animais encontram comida é central para muitas questões ecológicas, relacionadas à base das decisões individuais de forrageamento e até que ponto essas decisões são inatas ou adquiridas. Os ecologistas prestaram atenção especial aos frugívoros, quantificando sua preferência por frutas com formas, cores ou aromas específicos, que, ao longo do tempo evolutivo, conferem seleção para conjuntos de características em suas plantas favoritas cujas sementes eles dispersam.

Este trabalho descreve uma nova abordagem experimental para manipular a ocorrência de plantas alimentícias e medir a resposta de animais selvagens de vida livre, ideal para estudar a origem evolutiva e a manutenção ecológica da dispersão de sementes. Este protocolo de "cortar e colar" envolve a remoção de uma planta inteira de visco frutífero de seu hospedeiro e devolvê-la ao seu local original ou movê-la para um novo local, afixando-a a um 'pseudo-hospedeiro' da mesma espécie de árvore ou de espécies diferentes. Ao contar as visitas ao visco e observar a duração, as espécies e os comportamentos, uma série de comparações pode discernir os fatores mais importantes que afetam as decisões de forrageamento e as consequências para a planta e o animal. Aqui, o protocolo é ilustrado com um estudo de caso para determinar as diferenças entre guildas na frugivoria do visco.

A abordagem experimental destrincha a base mecanicista da formação e refinamento de imagens de pesquisa, aprendizado espacial, diferenças interespecíficas nas estratégias de forrageamento e como essas mudanças modificam a eficácia da dispersão de sementes. Finalmente, as modificações potenciais são consideradas no que diz respeito à abordagem de outras questões sobre ecologia de forrageamento, interações planta-animal e coevolução.

Introdução

Como os animais encontram comida? Esta é uma questão enganosamente simples, integrando cognição, percepção sensorial e demandas metabólicas com estrutura de habitat, interações interespecíficas e variação na disponibilidade de recursos através do espaço e do tempo. A maioria dos avanços conceituais na compreensão desse tópico veio do estudo de animais em cativeiro, onde a qualidade, quantidade e acessibilidade dos recursos podem ser manipuladas ^1,2. Embora úteis para estabelecer capacidades sensoriais, preferências qualitativas e qualidades nutricionais dos alimentos, os métodos em cativeiro não revelam como os animais atendem a essas demandas na natureza.

Os primeiros estudos experimentais sobre o uso de recursos por animais de vida livre procuraram entender o limite inferior da disponibilidade de alimentos que um organismo alcançará antes de decidir se alimentar em outro lugar (teorema do valor marginal³ de Charnov). Conhecida como "desistir da densidade", essa abordagem quantifica quanto risco um animal está disposto a tolerar - por exemplo, quantas bolotas por metro quadrado um esquilo está preparado para deixar para trás ao se alimentar em florestas de densidades diferentes, onde os predadores são detectáveis de várias maneiras⁴. Embora essa estrutura tenha sido aplicada a uma ampla gama de recursos alimentares e ecossistemas, a base necessariamente construída da abordagem limita sua aplicação e pode confundir a interpretação das diferenças relatadas⁵. Além disso, os determinantes de desistir da densidade estão mais relacionados à vigilância, preferências de habitat e competição do que à ecologia de forrageamento (conhecida coletivamente como ecologia do medo⁶). Essa abordagem raramente é capaz de capturar a atratividade de um recurso alimentar na natureza para um animal de vida livre. Assim, os estudos sobre frugivoria são geralmente baseados na observação do comportamento selvagem com implicações para plantas e animais sendo extraídas dos comportamentos resultantes.

As decisões de forrageamento tomadas pelos frugívoros ao selecionar frutas podem depender de muitas características diferentes expressas fisicamente pela planta em termos de abundância, qualidade e disponibilidade sazonal. A facilidade de localização, consumo e passagem dos frutos pelo intestino também desempenha um papel na seleção por frugívoros, tornando difícil separar o comportamento potencialmente aprendido do herdado. O trabalho atual apresenta uma nova abordagem para manipular a disponibilidade e localização de recursos para medir a resposta de animais selvagens de vida livre enquanto se alimentam em seu habitat natural. Este método é ideal para abordar questões sobre as pistas que diferentes animais usam para localizar alimentos - no caso mostrado aqui, o fruto rico em energia das plantas de visco hemiparasitas. A abordagem envolve a remoção de plantas inteiras de visco de suas árvores hospedeiras e realocá-las para outras árvores da mesma espécie ou de espécies diferentes.

Observe que o estudo de caso apresentado enfoca frutas, frugívoros e a interação entre a amplitude da dieta e as implicações para a dispersão de sementes. No entanto, para trabalhos com nectarívoros ou folívoros, a mesma abordagem pode ser aplicada a viscos floridos ou viscos não reprodutivos, respectivamente. O visco é um modelo ideal para usar nessa abordagem, sendo encontrado em florestas e florestas em todo o mundo e visitado por uma ampla gama de animais⁷. Em termos de frutas, embora a maioria das pesquisas tenha se concentrado em especialistas em frutas de visco que comem pouco mais⁸, uma grande variedade de frugívoros generalistas e oportunistas com uma dieta mais ampla consomem regularmente frutas de visco⁹. Finalmente, seu tamanho, hábito de crescimento e fisionomia os tornam especialmente passíveis de manipulação experimental¹⁰.

Pesquisas em um sistema de floresta semi-árida demonstraram que a densidade da folhagem afetou a aparência do visco às aves frugívoras¹¹, mas inúmeras questões permanecem sem resposta. Os pássaros procuram viscos ou viscos frutíferos ? Para as populações de visco dependentes de uma única espécie hospedeira, as aves procuram preferencialmente o visco ou seu hospedeiro principal? Os grupos que se alimentam principalmente, ocasionalmente ou oportunisticamente de frutos de visco usam pistas divergentes para encontrar frutos de visco?

Para responder a essas perguntas e desacoplar a influência da identidade do hospedeiro, contexto espacial e localização do visco na visitação de pássaros, um novo protocolo de realocação foi elaborado; Esse experimento é usado como um estudo de caso. O protocolo é ilustrado com instruções passo a passo para determinar como os pássaros localizam frutas em uma floresta estruturalmente complexa. Além de explorar outras questões prontamente abordadas usando esta técnica, considera-se como esse método pode ser integrado a outros métodos de campo ecológico para entender a base mecanicista da ecologia de forrageamento em copas de florestas e florestas.

A aplicação inicial dessa abordagem experimental foi determinar como os pássaros encontram comida em um dossel heterogêneo da floresta, realocando plantas inteiras de visco. Este protocolo abrange 2 dias - selecionando o visco no dia 1 para manipulação e, em seguida, afixando, observando e destacando o visco no dia 2. Realizar ensaios replicados em dias sucessivos; Selecione o visco para o próximo teste no segundo dia do primeiro teste. No estudo de caso ilustrativo, a visitação de aves a visco foi comparada entre três locais hospedeiros diferentes, referidos como tratamentos aqui.

Para fazer isso, uma única planta frutífera de visco cinzento (Amyema quandang) foi cortada de sua planta hospedeira e anexada a um dos três locais: 1) sua árvore hospedeira original , 2) uma pseudo-árvore hospedeira ou 3) uma nova árvore hospedeira . O tratamento original do hospedeiro manteve a localização espacial e a identidade do hospedeiro constantes, controlando os efeitos do corte. O tratamento psuedo-hospedeiro envolveu a afixação temporária do visco a um indivíduo diferente da mesma espécie que o hospedeiro (neste estudo de caso, Yarran (Acacia homalophylla)), mas com poucos ou nenhum visco existente para discernir os papéis da memória espacial versus associação hospedeiro. O novo hospedeiro, um indivíduo de uma espécie de árvore diferente que não hospeda viscos (para o local do estudo de caso, White Cypress Pine (Callitris glaucophylla)) esclareceu se a imagem de pesquisa usada pelos consumidores de frutos de visco está relacionada ao próprio visco ou ao hospedeiro principal.

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Protocolo

Este protocolo experimental foi desenvolvido e testado experimentalmente sob a provisão e cumprindo as diretrizes da Autoridade de Pesquisa Animal da Universidade de Tecnologia de Sydney (UTS ACEC 2013-745). O protocolo não exige o manuseio de animais. As plantas nativas foram manipuladas experimentalmente sob a permissão de uma licença científica de Parques Nacionais e Vida Selvagem (SL101337).

1. Determine o local, as espécies e as considerações éticas adequadas

1. Escolha o tipo de ecossistema e o local do estudo.
   1. Procure um local adequado com visco abundante, um hospedeiro regular de visco e pelo menos uma espécie de árvore/arbusto que normalmente não hospeda visco.
      NOTA: O estudo de caso foi realizado em uma floresta semiárida, Nova Gales do Sul, Austrália.
2. Identifique a época do ano ecologicamente relevante para o estudo.
   1. Predetermine quando os viscos estão frutificando. Considere que podem ser diferentes épocas do ano, dependendo do perfil sazonal de uma determinada área.
      NOTA: Neste caso, as espécies de visco frutificam por alguns meses durante a primavera-verão.
3. Escolha um tamanho de patch que satisfaça a questão de pesquisa.
   1. Se a espécie observada for territorial, escolha um tamanho de mancha que reflita isso.
   2. Se a abundância da espécie de visco for irregular, escolha várias manchas e esteja preparado para refletir a variância na análise estatística.
4. Identifique as espécies dominantes no ecossistema e local escolhidos.
   NOTA: No local do estudo de caso, as espécies dominantes da copa das árvores compreenderam Callitris glaucophylla (pinheiro cipreste branco), Acacia homalophylla (Yarran) e Casuarina cristata (Belah), com povoamentos subdominantes de Allocasuarina luehmannii (Buloke) e Eucalyptus populneus (Bimble box). Amyema quandang (visco cinza; Loranthaceae) é o principal visco da área, crescendo quase exclusivamente em Acacia homalophylla (Yarran) no local de estudo.
5. Identifique o visco alvo e familiarize-se com os animais que se alimentam dele.
   NOTA: Por exemplo, no estudo de caso, o visco cinzento produz frutos carnudos amarelo-claros¹² que são comidos por dois frugívoros especialistas em visco (Mistletoebird, Dicaeidae, Dicaeum hirundinaceum e Painted Honeyeater, Meliphagidae, Grantiella picta) e quatro frugívoros generalistas (Silvereye, Zosterops lateralis; Acanthagenys rufogularis; Comedor de mel cantante, Lichenstomus virescens; Plectorhyncha lanceolata), com inúmeras outras espécies consumindo oportunisticamente os frutos e ocasionalmente dispersando as sementes^13,12.
6. Escolha o número ideal de réplicas para o estudo, considerando o número total de dias necessários para concluir cada teste de réplica de 2 dias. Para reduzir o número de dias em que o experimento será executado, peça a um observador que observe duas réplicas simultaneamente, com distância suficiente entre as duas réplicas para minimizar a interferência.
   NOTA: No estudo de caso, foram coletados dados de 20 repetições para cada um dos três tratamentos de realocação (60 viscos individuais), ao longo de 60 dias, com 1 dia de observação por repetição, randomizados entre os tratamentos.
7. Realize um estudo piloto para prolongar o vigor do visco uma vez cortado da planta hospedeira, comparando a visitação a viscos com e sem as extremidades cortadas seladas com cola.
   1. Se não houver diferença em termos de murcha ou visitação de aves durante as 12 horas de duração de cada teste, considere o visco como retendo vigor suficiente até o final da tarde.
   2. Se a visitação de pássaros for significativamente menor para cortar viscos, selecione uma espécie de visco diferente e / ou um ambiente mais úmido onde a evaporação seja mais lenta.
8. Certifique-se de que todas as permissões relevantes estejam em vigor, tanto para coletar plantas nativas quanto para observar a vida selvagem. Uma vez que este protocolo envolve o corte de visco vivo do dossel, evite trabalhar em populações de visco de preocupação de conservação. Além disso, dada a dependência de muitos animais do visco como fonte de alimento e local de nidificação / empoleiramento, certifique-se de que o experimento não cause uma perturbação duradoura à comunidade ecológica sob investigação.
   1. Obtenha as permissões apropriadas da agência governamental relevante e consulte o comitê de ética e cuidados com os animais da instituição do pesquisador, equilibrando quaisquer impactos de curto prazo com o mérito científico do estudo proposto. Observe que nenhum manejo de vida selvagem é explicitamente necessário para este método.

2. Identifique pares individuais de visco-hospedeiro

1. Pelo menos 1 dia antes da realização do experimento, localize plantas de visco adequadas nos hospedeiros apropriados e, se relevante, pseudo-hospedeiros apropriados ou novos hospedeiros.
   1. Ao selecionar locais para afixar o visco, certifique-se de que o galho seja suficientemente forte para suportar o peso do visco.
   2. Ao selecionar um visco individual alvo, considere a espessura do ramo hospedeiro e se o visco selecionado está crescendo na extremidade terminal do ramo ou no meio do caminho.
      1. Não selecione ramos hospedeiros com mais de 70 mm de diâmetro ou viscos crescendo no meio de um galho hospedeiro que ainda tenha folhagem hospedeira. Como alternativa, podar esses galhos acima do haustório para evitar dificuldade em cortar o galho hospedeiro ou transportar a folhagem hospedeira junto com o visco.
   3. Selecione o novo local do hospedeiro que permitirá afixar o visco na mesma orientação em que cresceu, por exemplo, se todos os seus galhos caírem em forma de lágrima, certifique-se de que eles também o façam no novo local (Figura 2).
   4. Inspecione cada visco candidato de perto para garantir que nenhum ninho ativo esteja localizado dentro deles ou perto deles.
   5. Escolha plantas de visco que possam ser alcançadas e removidas com segurança de seu hospedeiro antes do amanhecer. Se forem usadas escadas, certifique-se de que o solo sob cada árvore esteja livre de cobras, tocas de animais e obstruções.
   6. Observe a fenologia (ou seja, presença de frutas maduras ou flores abertas).
2. Registre detalhes de plantas experimentais. Marque o par de plantas alvo discretamente para evitar perturbar os animais, por exemplo, uma etiqueta de tecido imperceptível, um pedaço de pau ou estaca no chão próximo ou coordenadas GPS.

3. Cortando o visco

1. Pelo menos 1 h antes do amanhecer do dia das observações, remova o visco de seu hospedeiro usando uma serra de poda limpa.
   1. Dependendo do padrão de ramificação do visco, corte ambos os lados do haustório, mas corte proximal (ou seja, a montante) à conexão com o hospedeiro e remova todo o visco.
   2. Tome cuidado ao cortar, cortando primeiro para minimizar os danos à árvore hospedeira. Lembre-se de estar bem posicionado e/ou ter uma segunda pessoa auxiliando nesse processo, pois o visco abscisado pode ser mais pesado do que o previsto.
      1. Para plantas de visco maiores, enrole um pedaço de corda ao redor da porção proximal do galho hospedeiro (entre o tronco e o haustório) antes de amarrá-lo firmemente ao visco antes da abscisão, permitindo que a planta seja baixada com segurança até o solo sem perder galhos caracteristicamente quebradiços.
   3. Limpe completamente a serra com etanol após cada remoção individual do visco.

4. Anexando (colando) o visco

1. Depois que o visco for removido, fixe-o no local final usando braçadeiras pretas. Certifique-se de que o visco não balance de forma não natural com o vento ou caia se um animal maior pousar nele. Faça as braçadeiras o mais discretas possível, corte as pontas longas e não deixe lixo para animais curiosos encontrarem.
2. Conforme descrito na etapa 2.1.3, certifique-se de que a planta realocada esteja presa em uma orientação semelhante ao seu hábito de crescimento original.

5. Colete dados de visitação

1. Além de observar as espécies animais e a duração da visita, colete dados comportamentais para distinguir diferentes tipos de visitas, incluindo busca ativa de insetos, visita e sondagem de flores, coleta de frutas, interações agonísticas e vadiagem. Use relógios cronometrados com binóculos ou com câmeras ativadas por movimento montadas na noite anterior.
   1. Se estiver usando câmeras, realize testes iniciais usando diferentes configurações e locais de sensibilidade para minimizar o disparo falso.
   2. Para relógios cronometrados, observe simultaneamente vários viscos de um ponto de vista. Durante este período, registre todas as visitas aos viscos realocados por observação direta a uma distância de 5 a 10 m, observando a identidade de cada ave e a duração de cada visita (conforme¹¹). Divida as espécies visitantes em três grupos funcionais baseados na dieta.
      NOTA: Este estudo de caso utilizou este método, com o período de observação de aproximadamente 6,5 h entre 7h30 e 18h30, em dois blocos pela manhã e à tarde, evitando o calor do dia onde havia pouca atividade de aves e ainda capturando o pico de atividade de forrageamento^14,15.

6. Colete dados contextuais sobre a localização das plantas de visco

1. Além de observar se cada planta é um controle (ou seja, cortada e devolvida ao seu local original) ou uma planta realocada, registre os atributos do hospedeiro (espécie, altura, diâmetro), visco (tamanho, densidade da folhagem, fenologia, altura, aspecto, número de frutos) e contexto (distância até o visco mais próximo, distância até outras plantas frutíferas / com flores).
2. Use o monitoramento de ponto fotográfico de visco e pseudo-hospedeiro como um complemento eficaz para a coleta de dados quantitativos convencionais, com software de análise de imagem prontamente capaz de gerar estimativas de fechamento do dossel e outros atributos fisionômicos.

7. Tarefas de fim de observação

1. Para estudos de dispersão de sementes, estimar o número de frutos removidos pela contagem do número total de frutos maduros antes e depois do período experimental. Verifique se há tampas de frutas ou frutas caídas no solo antes de remover o visco.
2. No final de cada dia de coleta de dados, uma vez que os dados de visitação tenham sido coletados, remova o visco realocado e colete todas as braçadeiras e qualquer fita ou etiquetas sinalizadas.

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Resultados

Dados totalizando 392 h de observação foram coletados nas 60 repetições, com 26 dos viscos replicados recebendo visitas de 15 espécies de aves. Para determinar se as aves visitantes preferiam um tratamento a outro, os dados de visitação foram analisados usando modelos lineares generalizados (GzLMs)¹⁷ com distribuições binomiais negativas (após^18,19). Quatro variáveis foram incluídas como covari...

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Discussão

Este novo método representa um meio econômico de entender a base mecanicista das diferenças de forrageamento entre espécies e guildas de alimentação, revelando o papel crítico do aprendizado prévio e da consciência espacial na determinação de como as aves encontram frutos maduros em ambientes estruturalmente complexos. Ao desacoplar a localização espacial de outras pistas próximas, foi possível demonstrar que os frugívoros generalistas visitam plantas em locais conhecidos...

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