Orientador: Rafael Silva Oliveira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: Plantas carnívoras são aquelas que apresentam a capacidade de capturar e digerir pequenos animais, geralmente invertebrados. Os estudos com essas plantas começaram há mais de um século e, ainda hoje, não são conhecidos os mecanismos que determinaram a evolução e a distribuição geográfica...

Resumo: Plantas carnívoras são aquelas que apresentam a capacidade de capturar e digerir pequenos animais, geralmente invertebrados. Os estudos com essas plantas começaram há mais de um século e, ainda hoje, não são conhecidos os mecanismos que determinaram a evolução e a distribuição geográfica dessas singularidades vegetais. Os modelos de custos--benefícios vêm, nesse sentido, atuando como guias para diversos estudos nas últimas décadas e parecem esclarecer diversos pontos obscuros quanto à ecologia e evolução dessas plantas. O gênero Philcoxia (Plantaginaceae), endêmico de campos rupestres -- ambientes associados a afloramentos rochosos e a formações de areia branca, propensos a eventuais queimadas e pobres em nutrientes --, apresenta características que acabaram por levar a questionamentos quanto à sua fisiologia. Com o acúmulo crescente de evidências, estudiosos começaram a sugerir que tais espécies pudessem apresentar mecanismos ativos de captura e digestão de presas. O estudo em questão teve como objetivo determinar se Philcoxia minensis exibe a síndrome da carnivoria e analisar os custos e benefícios desse hábito no contexto teórico sugerido por Thomas J. Givnish para a evolução da carnivoria. Para isso, fizemos uma detalhada descrição anatômica das folhas de P. minensis, na qual pudemos observar padrões evidentes de produção enzimática associada à digestão de invertebrados, em especial de fosfatases. Caracterizamos as estruturas glandulares responsáveis pela produção dessas enzimas, assim como os nematódeos que são considerados, até o momento, as únicas presas de P. minensis. Por fim, quanto à absorção de nutrientes derivados dos nematódeos, pudemos observar uma incorporação de 5% do nitrogênio das presas (Caenorhabditis elegans) em apenas 24h, e 15% em 48h em um experimento com isótopos estáveis. Para avaliar o balanço energético dessa espécie, analisamos de que forma características foliares associadas aos processos de fotossíntese e respiração se correlacionam. De maneira geral, encontramos forte correlação entre as capacidades fotossintéticas (Aarea e Amass) e os valores de LMA (quantidade de massa seca por unidade de área foliar) para as espécies não carnívoras, com um claro distanciamento dos indivíduos de P. minensis, que apresentaram taxas fotossintéticas extremamente baixas. Quanto às correlações entre os conteúdos de nitrogênio e de fósforo com as capacidades fotossintéticas, vimos que os indivíduos de P. minensis apresentaram taxas fotossintéticas extremamente baixas para os valores desses dois nutrientes e, embora uma tendência possa ser observada, não observamos correlações entre capacidades fotossintéticas e os conteúdos foliares de nitrogênio e fósforo. Por fim, conseguimos determinar conclusivamente a natureza carnívora de P. minensis, assim como pudemos posicionar essa espécie ao longo do espectro de economia foliar, tanto de forma local quanto em uma escala global. Nossos resultados ilustram o quanto ainda há para ser descoberto quanto à origem, à distribuição e à frequência da síndrome da carnivoria

Abstract: Carnivorous plants are plants that have the ability to capture and digest small animals, usually insects and other invertebrates. The studies with these plants began in the nineteenth century and until today it is unknown the underlying mechanisms that determine the evolution and the...

Abstract: Carnivorous plants are plants that have the ability to capture and digest small animals, usually insects and other invertebrates. The studies with these plants began in the nineteenth century and until today it is unknown the underlying mechanisms that determine the evolution and the geographical distribution of these singularities. The cost--benefit models are, accordingly, acting as guidelines to various studies in recent decades and seem to be able to clarify many obscure points concerning the ecology and the evolution of these plants. The three species of the genus Philcoxia, endemic to campos rupestres -- fire prone and nutrient--poor environments usually associated with rocky outcrops and white sand formations -- have unique characteristics and adaptations that eventually led to several questions regarding the physiology of these plants. With growing accumulation of evidence, scholars started to consider the possibility that such plants could present active mechanisms for capturing and digesting prey. The present study aimed to determine if Philcoxia minensis exhibits the syndrome of carnivory and to analyze the costs and benefits of this habit in the theoretical context suggested by Thomas J. Givnish for the evolution of carnivory. In order to do so, we have made a detailed anatomical description of the leaves of P. minensis, in which we observed a clear pattern of enzyme production possibly associated with prey digestion, including phosphatases. We also characterized the glandular structures that are responsible for the production of the enzymes as well as the nematodes that are considered, until now, the only prey of P. minensis. Concerning the absorption of nutrients derived from prey, we observed an incorporation of 5% of the nitrogen of the nematodes (Caenorhabditis elegans) in 24h, and 15% in 48h in an experiment with stable isotopes. To evaluate the energy balance of this species, we analyzed correlations between leaf traits associated with the processes of photosynthesis and respiration. Generally speaking, we found a strong correlation between the photosynthetic capacity (Amass and Aarea) and the LMA (leaf mass per area) values for neighboring non--?carnivorous plants, with a distancing of P. minensis individuals, which showed very low photosynthetic rates. Regarding the correlations between the contents of nitrogen and phosphorus with photosynthetic capacities, we observed that the individuals of P. minensis showed extremely low photosynthetic rates for their nutrient concentrations and, although a tendency could be observed, there is no correlation between photosynthetic capacity and the foliar contents of nitrogen and phosphorus. Finally, we have conclusively determined the carnivorous nature of P. minensis and we placed this species along the leaf economics spectrum, both in local and global scale. Our results illustrate how much there is still to be discovered about the origin, distribution and frequency of the carnivorous syndrome