Diversidade e variação morfológica de besouros escarabeíneos no Arquipélago de Santa Catarina, Atlântico sul do Brasil

Abstract

As ilhas reúnem padrões e processos ecológicos, em níveis populacionais e de comunidades, que podem ser delimitados e melhor compreendidos devido às suas condições ambientais e de isolamento específicas. Neste contexto, a biogeografia de ilhas propõe relações entre a colonização de espécies e fatores como área e isolamento das ilhas, enquanto a ecologia de metacomunidades incorpora a existência de fatores como a seleção de espécies e de deriva ecológica em uma escala regional para se pensar a estruturação de comunidades em nível local. Partindo deste arcabouço as hipóteses deste trabalho são: 1) o isolamento faz com que as populações de ilhas menores e mais isoladas apresentem menor probabilidade de chegada de colonizadores, estando mais sujeitas à vicariância refletida em diferenças morfológicas corporais; 2) os fatores ambientais similares nas ilhas fazem com que os fatores geográficos sejam os principais estruturadores da diversidade nessas ilhas. Este trabalho está estruturado em dois capítulos e tem os seguintes objetivos: 1) investigar a existência de variações morfológicas nas populações do besouro escarabeíneo Canthon rutilans cyanescens residentes nas ilhas do Arquipélago de Santa Catarina e no continente próximo; e 2) entender quais fatores geográficos e ambientais influenciam a diversidade de besouros escarabeíneos em comunidades de ilhas costeiras de um mesmo arquipélago. Para isto, foram realizadas coletas padronizadas de escarabeíneos, de dados ambientais (vegetação e temperatura) e de fatores geográficos (área e isolamento) em sete ilhas do Arquipélago de Santa Catarina e no continente próximo entre dezembro de 2020 e abril de 2021. No primeiro capítulo, comparou-se o tamanho do corpo de C. rutilans cyanescens por meio de uma Análise de Variância e comparou-se a forma do corpo por meio de análises de morfometria geométrica, testando a diferença de forma das diferentes populações através de uma Análise Discriminante com Validação Cruzada, seguida por uma Análise de Variáveis Canônicas para visualização das populações no espaço morfométrico. No segundo capítulo, comparou-se a diversidade alfa e calculou-se a diversidade beta das comunidades, realizando uma análise de partição da mesma. Além disso, gerou-se um Modelo Linear Generalizado tendo como variável resposta a riqueza de escarabeíneos e como variáveis explanatórias: área da ilha, isolamento da ilha, estrutura da vegetação e temperatura do solo. O tamanho corporal foi menor para a população da Ilha Ratones Grande do que para as populações das áreas continentais (Governador Celso Ramos), da Ilha Dona Francisca e da Lagoa do Peri na Ilha de Santa Catarina. Também se observou que a forma do corpo da população da Ilha do Campeche é diferente da população da Ilha do Arvoredo e da população da Ilha de Dona Francisca, com o corpo levemente ovalado, com uma região dorsal maior e o abdome retraído em seus indivíduos. Em relação à diversidade, a riqueza de espécies de escarabeíneos foi positivamente relacionada ao tamanho das ilhas, sendo semelhante para as comunidades das áreas continentais e das áreas da maior ilha estudada, a Ilha de Santa Catarina. A dissimilaridade da diversidade entre as ilhas se deu principalmente por conta do aninhamento de espécies, indicando que as espécies encontradas em ilhas menores são um subconjunto das espécies encontradas nas ilhas maiores e no continente. Assim, os resultados dos dois capítulos nos levam a considerar a hipótese de que as espécies encontradas nas ilhas tenham permanecido lá desde a formação destas ilhas depois do Último Máximo Glacial e que o número de espécies em cada ilha foi diminuindo devido às dinâmicas internas de competição por recursos, de acordo com o tamanho da área destas. O isolamento geográfico e a ausência de conectividade entre as populações explicariam o porquê de algumas ilhas apresentarem populações com morfologia distinta.

Abstract: Islands gather ecological patterns and processes, at population and community levels, that may be delimited and better understood due to their specific environmental and isolation conditions. In this context, island biogeography proposes relationships between species colonization and factors such as area and island isolation, while metacommunity ecology incorporates the existence of factors such as species selection and ecological drift on a regional scale to think about the structuring of communities at the local level. Based on this framework, the hypotheses of this work are that: 1) isolation causes populations of more isolated and smaller islands to have a lower probability of arrival of colonizers, being more subject to vicariance reflected in body morphological differences; 2) similar environmental factors in the islands of the archipelago make geographic factors the main structuring factors of diversity in the islands. This work is structured in two chapters and has the following objectives: 1) to investigate the existence of morphological variations in the populations of the dung beetle Canthon rutilans cyanescens residing on the islands of the Santa Catarina Archipelago and on the nearby continent; and 2) understand which geographic and environmental factors influence the diversity of dung beetles in communities on coastal islands of the same archipelago. For this, standardized collections of dung beetles, environmental data (vegetation and temperature) and geographic factors (area and distance) were carried out on seven islands of the Santa Catarina Archipelago and on the nearby mainland between December 2020 and April 2021. In the first chapter, the body size of C. rutilans cyanescens was compared by an Analysis of Variance (ANOVA) and the body shape was compared by geometric morphometric analyses, testing the difference in shape of the different populations through a Discriminant Analysis with Cross Validation, followed by a Canonical Variable Analysis (CVA) to visualize the populations in the morphometric space. In the second chapter, the alpha diversity was compared, and the beta diversity of the communities was calculated, followed by a beta diversity partitioning analysis. In addition, a Generalized Linear Model (GLM) was calculated with the response variable of dung beetle richness and as explanatory variables island area, island isolation, vegetation structure and soil temperature. Body size was smaller for the population of the Ratones Grande Island than the populations of the continental areas (Governador Celso Ramos), Dona Francisca Island and the site of Peri in Santa Catarina Island. It was also observed that the body shape of the population of Campeche Island is different from the population of Arvoredo Island and the population of Dona Francisca Island, with a slightly oval body, with a larger dorsal region and a retracted abdomen in their individuals. In terms of diversity, dung beetle species richness was positively related to the size of the islands, being similar for the communities of the mainland areas and the areas of the largest studied island, Santa Catarina Island. The dissimilarity of the diversity between the islands was mainly because of nestedness, indicating that the species found on smaller islands are a subset of the species found on the larger islands and on the mainland. Thus, together, the results of the two chapters lead us to consider the hypothesis that the species found on the islands have remained there since the formation of these islands after the Last Glacial Maximum and that the number of species on each island has been decreasing due to internal dynamics of competition for resources, according to the size of their areas. Geographic isolation and lack of connectivity between populations are likely explanations for why some islands have populations with distinct morphology.