Energetic cost of digging behavior in workers of the leaf-cutting ant Atta sexdens (Fabricius)

Energetic cost of digging behavior in workers of the leaf-cutting ant Atta sexdens (Fabricius). During nest excavation, leaf-cutting ant workers undergo reduction in their body reserve, particularly carbohydrates. In order to estimate the energetic cost of digging, groups of 30 workers of the leaf-cutting ant Atta sexdens were sealed in a hermetic chamber for 24, 48 and 72 hours, with and without soil for digging, and had the CO2 concentration measured using respirometric chambers as well as volume of soil excavated (g). As expected, the worker groups that carried out soil excavation expelled more carbon dioxide than the groups that did not excavate. Therefore, a worker with body mass of 9.65 ± 1.50 mg dug in average 0.85 ± 0.27 g of soil for 24 hours, consuming ca. 0.58 ± 0.23 J. In this study, we calculate that the energetic cost of excavation per worker per day in the experimental set-up was ca. 0.58 J.

Exon-primed intron-crossing (EPIC) markers as a tool for ant phylogeography

Exon-primed intron-crossing (EPIC) markers as a tool for ant phylogeography. Due to their local abundance, diversity of adaptations and worldwide distribution, ants are a classic example of adaptive radiation. Despite this evolutionary and ecological importance, phylogeographical studies on ants have relied largely on mitochondrial markers. In this study we design and test exon-primed intron-crossing (EPIC) markers, which can be widely used to uncover ant intraspecific variation. Candidate markers were obtained through screening the available ant genomes for unlinked conserved exonic regions interspersed with introns. A subset of 15 markers was tested in vitro and showed successful amplification in several phylogenetically distant ant species. These markers represent an important step forward in ant phylogeography and population genetics, allowing for more extensive characterization of variation in ant nuclear DNA without the need to develop species-specific markers.

Macrofauna edáfica em estádios sucessionais de Floresta Estacional Semidecidual e pastagem mista em Pinheiral (RJ): Rio de Janeiro State

Entre os diferentes tipos de organismos da macrofauna do solo, distribuídos em diversos tipos de habitats, com variados hábitos alimentares e ciclos de vida, alguns são capazes de responder rapidamente às alterações ambientais e, por isso, considerados bons indicadores do funcionamento dos ecossistemas. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito dos seguintes estádios sucessionais de Floresta Estacional Semidecidual Submontana do domínio ecológico da Mata Atlântica: floresta secundária estádio inicial (FSEI), floresta secundária estádio médio (FSEM), floresta secundária estádio avançado (FSEA) e uma área de pasto misto manejado (PMM) sobre a densidade, diversidade e composição da comunidade da macrofauna edáfica em duas épocas do ano, no município de Pinheiral (RJ). Para amostragem da macrofauna, foram retiradas oito amostras da serapilheira e da camada superficial (0-10 cm) do solo pelo método recomendado pelo programa Tropical Soil Biology and Fertility (TSBF), com adaptações. Predominaram Isoptera, Formicidae e Oligochaeta em FSEI, FSEM e FSEA e Formicidae e Oligochaeta em PMM. Não houve diferença significativa na densidade da macrofauna edáfica entre as áreas. Os maiores valores dos estimadores de diversidade utilizados (equabilidade de Pielou, riqueza total e média) foram encontrados em FSEA. Os valores de riqueza total mostraram aumento gradual de acordo com o estádio de sucessão, desde PMM até FSEI. Constatou-se maior número de indivíduos no solo do que na serapilheira em todas as áreas de floresta, nas duas épocas. Pela análise de componentes principais (ACP) realizada para os períodos seco e chuvoso, foi possível identificar maiores diferenças na composição das comunidades entre os estádios sucessionais para o período chuvoso. Nesta época, os estádios FSEM e FSEA estiveram associados a uma maior diversidade de invertebrados saprófagos e predadores do que PMM e FSEI, demonstrando influência do processo sucessional sobre a comunidade da macrofauna do solo.

Indicadores de qualidade de solos de área de mineração e metalurgia de chumbo: II - Mesofauna e plantas

A influência do manejo ou a adição de contaminante ao solo, normalmente, induz uma resposta mais rápida sobre a mesofauna do solo do que em outros atributos pedológicos, o que torna esses organismos bons indicadores de qualidade ambiental. Os objetivos deste trabalho foram identificar e quantificar os grupos de organismos da mesofauna dos solos e determinar os teores de Pb e Zn de plantas da área de mineração e metalurgia de Pb, no município de Adrianópolis (PR), de modo que fossem gerados indicadores biológicos da qualidade desses solos. Os solos selecionados apresentaram as seguintes características em relação às formas de contaminação: solo 1 - referência (mata nativa); solo 2 - resíduos incorporados ao perfil; solos 3 e 6 - próximos às chaminés da fábrica, com potencial de aporte de material particulado; e solo 5 - grande volume de rejeitos sobre o solo. Foram utilizados funis de Berlese, coletando-se amostras na profundidade de 0 a 5 cm (20 funis x 5 solos x 1 profundidade x 4 épocas = 400 amostras). Após separação da mesofauna, procedeu-se à triagem e identificação dos organismos com o auxílio de lupa. Amostras de formiga foram digeridas com HNO3 concentrado em sistema fechado de micro-ondas, e os teores de Pb e Zn foram determinados por espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-AES). Plantas da família Poaceae foram coletadas em todos os solos e, após digestão das amostras da parte aérea e da raiz pelo método nítrico-perclórico, determinaram-se os teores de Pb e Zn por ICP-AES. O número total de organismos dos 21 grupos identificados e o Índice de Qualidade Ambiental da Mesofauna não foram bons indicadores do nível de contaminação dos solos por metais pesados. A ocorrência e distribuição de espécies isoladas mostraram-se mais eficientes nesse propósito. A melhor qualidade ambiental do solo 1 (teores naturais de Pb - solo de referência) foi atestada pela maior riqueza de grupos de organismos e ocorrência de representantes dos grupos Pseudoscorpiones, Mollusca e Isopoda apenas nesse solo. Os grupos Aracnídeos e Psocoptera também foram considerados bons indicadores ambientais, com incremento de suas populações nos solos com maiores teores de metais pesados (solos 2, 3 e 5), possivelmente devido à menor ocorrência de organismos competidores/predadores desses grupos. Os teores de metais pesados nos indivíduos do grupo Formicidae tiveram relação direta com os teores de Pb extraídos com HNO3 0,5 mol L-1 no solo. Quanto ao acúmulo de metais pesados nas plantas coletadas na área, com exceção do solo 1, todas as espécies encontravam-se sob efeito fitotóxico para Pb e Zn, o que sugere a proibição de pastejo na área.

Fauna edáfica em área periodicamente inundável na restinga da Marambaia, RJ

No compartimento serapilheira-solo, a fauna do solo exerce importante papel na disponibilização de nutrientes, uma vez que é responsável pela regulação da comunidade de microrganismos decompositores da matéria orgânica e pela fragmentação desse material. Este trabalho objetivou avaliar a riqueza e abundância da fauna edáfica, bem como sua distribuição vertical, em área de restinga periodicamente inundada na Ilha da Marambaia, RJ, em duas épocas distintas, verão (chuvosa) e inverno (seca). Foram coletadas 10 amostras de serapilheira e de solo na profundidade de 0-5 cm, em que foram feitas extrações da fauna por meio de extratores do tipo Berlese-Tüllgren. Observou-se aumento da abundância da fauna edáfica do período seco para o chuvoso, enquanto a riqueza de grupos taxonômicos não foi modificada. Em ambas as épocas, os grupos de maior ocorrência foram Formicidae e Collembola. Quanto à distribuição vertical, verificou-se a preferência dos organismos pelo compartimento serapilheira, no período chuvoso, e pelo solo, no período seco. A microfagia e a saprofagia representaram as principais formas de utilização dos recursos alimentares, seguidos da predação, sugerindo melhor estruturação do habitat no ecossistema. Além disso, a ocorrência de grupos que só são percebidos em ambientes não perturbados indica que o ecossistema de restinga da Ilha da Marambaia, no momento em que foi avaliado, ano de 2002, encontrava-se pouco ou nada degradado e em bom estado de conservação.

Influence of mineral fertilization on edaphic fauna in Acacia auriculiformis (A. Cunn) plantations

Fertilization and/or the accumulation of organic matter from plant residues can influence the composition of soil and litter community. The goal of this study was to evaluate the effects of P and K fertilization on total faunal and nematode faunal composition and richness in plant litter and soil for 360 days in an area reforested with Acacia auriculiformis (A. Cunn), located in the municipality of Conceição de Macabu in the State of Rio de Janeiro. For each treatment (fertilized and unfertilized plots), samples of litter and soil (to a depth of 5 cm) were collected and transferred into a Berlese-Tüllgren funnels for the extraction of fauna. Mesofauna and macrofauna were quantified, and the major taxa identified. Nematodes were extracted by centrifugal flotation in sucrose solution and identified according to feeding habits. Density (number of individuals m-2) of total fauna, microphages, social insects and saprophages varied significantly per treatment and sampling time in both litter and soil. The total number of individuals collected was 5,127, and the total number of nematodes 894. Phosphorus and potassium fertilization resulted in an increase in total fauna density and richness in the litter due to an increased abundance of social insects, saprophages and herbivores. In the soil, fertilization increased the saprophage and predator densities. Saprophages were the predominant taxa in the litter, while social insects (Formicidae) prevailed in the soil. Litter nematode populations were favored by mineral fertilization. Bacteriophages were the predominant nematode group in both litter and soil.

Discovery and molecular characterization of an ambisense densovirus from South American populations of Solenopsis invicta

In an effort to discover viruses as classical biological control agents, a metatranscriptomics/pyrosequencing approach was used to survey native Solenopsis invicta collected exclusively in Argentina. A new virus was discovered with characteristics consistent with the family Parvoviridae, subfamily Densovirinae. The virus, tentatively named Solenopsis invicta densovirus (SiDNV), represents the first DNA virus discovered in ants (Formicidae) and the first densovirus in a hymenopteran insect. The ambisense genome was 5280 nucleotides in length and the termini possessed asymmetrically positioned inverted terminal repeats, formed hairpin loops, and had transcriptional regulatory elements including CAAT and TATA sites. Phylogenetic analysis revealed that SiDNV belongs to a group that includes two other densoviruses found in insects (Acheta domestica densovirus and Planococcus citri densovirus). SiDNV was prevalent in fire ants from Argentina but completely absent in fire ants found in the USA indicating that this virus has potential for biological control of introduced S. invicta.

Gene by environment interaction: effects of a single-gene and social-environment on reproductive phenotypes of fire ant queens

1. The gene Pgm-3 (or a closely linked gene) influences the phenotype and reproductive success of queens in multiple-queen (polygynous) colonies but not single-queen (monogynous) colonies of the Fire Ant Solenopsis invicta. 2. We investigated the mechanisms of differential phenotypic expression of Pgm-3 in these alternate social forms. Mature winged queens with the homozygous genotype Pgm-3(a/a) averaged 26% heavier than queens with the genotypes Pgm-3(a/b) and Pgm 3(b/b) in the polygynous form. Heterozygotes were slightly heavier (2%) than Pgm-3(b/b) queens in this form, demonstrating that the allele Pgm-3(a) is not completely recessive in its effects on weight. 3. There was no significant difference in weight among queens of the three Pgm-3 genotypes in the monogynous form, with the mean weight of monogynous queens slightly greater than that of polygynous Pgm-3(a/a) queens. Differences in weight between queens of the two social forms and among queens of the three genotypes in the polygynous form are not evident at the pupal stage and thus appear to develop during sexual maturation of the adults. This suggests that some component of the social environment of polygynous colonies inhibits weight gains during queen maturation and that Pgm-(3a/a) queens are relatively less sensitive to this factor. 4. To test whether the high cumulative queen pheromone level characteristic of polygynous colonies is the factor responsible for the differential queen maturation, we compared phenotypes of winged queens reared in split colonies in which pheromone levels were manipulated by adjusting queen number. Queens produced in colony fragments made monogynous were heavier than those produced in polygynous fragments, a finding consistent with the hypothesis that pheromone level affects the reproductive development of queens. However, genotype-specific differences in weights of queens were similar between the two treatments, suggesting that pheromone level was not the key factor of the social environment responsible for the gene-environment interaction. 5. To test whether limited food availability to winged queens associated with the high brood/worker ratios in polygynous colonies is the factor responsible for this interaction, similar split-colony experiments were performed. Elevated brood/worker ratios decreased the weight of winged queens but there was no evidence that this treatment intensified differential weight gains among queens with different Pgm-3 genotypes. Manipulation of the amount of food provided to colonies had no effect on queen weight. 6. The combined data indicate that cumulative pheromone level and brood/worker ratio are two of the factors responsible for the differences in reproductive phenotypes between monogynous and polygynous winged queens but that these factors are not directly responsible for inducing the phenotypic effects of Pgm-3 in polygynous colonies.

Pachycondyla obscuricornis as natural enemy of the spittlebug Deois flavopicta

The objective of this work was to evaluate the potential control of the ant Pachycondyla obscuricornis Emery (Hymenoptera Formicidae) on populations of nymphs of the spittlebug, Deois flavopicta Stal (Hemiptera Cercopidae). Foraging behavior and prey consumption rate of P. obscuricornis were evaluated. Field data revealed that P. obscuricornis does not show aggressive behavior against individuals of the same species, when they are not carrying a prey; they can patrol distances larger than 10 m searching for prey, and they can build their nest as close as 1 m from each other. The ant has a solitary patrolling habit, there is no recruitment behavior, and individuals dislocate fast, browsing on soil and vegetation for prey. Predation rate on spittlebug nymphs increased relative to the spittlebug abundance, reaching 93.8% of captured prey. Pachycondyla obscuricornis is a voracious predator and may control the population of spittlebugs in cultivated pastures.

Árvores fixadoras de nitrogênio e macrofauna do solo em pastagem de híbrido de Digitaria

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de três leguminosas arbóreas sobre a densidade e a diversidade de macrofauna de um Argissolo Vermelho-Amarelo, de baixa fertilidade natural. Duas espécies fixadoras de nitrogênio atmosférico, a orelha-de-negro (Enterolobium contortisiliquum) e o jacarandá-da-baía (Dalbergia nigra), e uma não-fixadora, o angico-canjiquinha (Peltophorum dubium), foram consorciadas em pastagem de capim survenola (híbrido interespecífico entre Digitaria setivalva e Digitaria valida), tendo por testemunha pasto a pleno sol. Formicidae foi o grupo mais abundante em todos os tratamentos, sendo seguido por Oligochaeta, com 47% nos tratamentos com leguminosas e 23% no pasto a pleno sol. Os maiores valores em diversidade de fauna foram obtidos nas amostragens sob as copas das leguminosas fixadoras de N2. A análise multivariada de agrupamento mostrou que o consórcio formado com orelha-de-negro apresentou grupos de fauna bastante semelhantes ao do consórcio formado com jacarandá-da-baía. De acordo com a análise multivariada de correspondência, as leguminosas arbóreas contribuíram para aumentar a densidade de alguns grupos de fauna, principalmente Oligochaeta, Coleoptera, Araneae e Formicidae.

Asexual reproduction in introduced and native populations of the ant Cerapachys biroi.

Asexual reproduction is particularly common among introduced species, probably because it helps to overcome the negative effects associated with low population densities during colonization. The ant Cerapachys biroi has been introduced to tropical and subtropical islands around the world since the beginning of the last century. In this species, workers can reproduce via thelytokous parthenogenesis. Here, we use genetic markers to reconstruct the history of anthropogenic introductions of C. biroi, and to address the prevalence of female parthenogenesis in introduced and native populations. We show that at least four genetically distinct lineages have been introduced from continental Asia and have led to the species' circumtropical establishment. Our analyses demonstrate that asexual reproduction dominates in the introduced range and is also common in the native range. Given that C. biroi is the only dorylomorph ant that has successfully become established outside of its native range, this unusual mode of reproduction probably facilitated the species' worldwide spread. On the other hand, the rare occurrence of haploid males and at least one clear case of sexual recombination in the introduced range show that C. biroi has not lost the potential for sex. Finally, we show that thelytoky in C. biroi probably has a genetic rather than an infectious origin, and that automixis with central fusion is the most likely underlying cytological mechanism. This is in accordance with what is known for other thelytokous eusocial Hymenoptera.

Macrofauna edáfica associada a plantas de cobertura em plantio direto em um Latossolo Vermelho do Cerrado

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a macrofauna edáfica e avaliar o efeito de plantas de cobertura em plantio direto, nos principais grupos da macrofauna do solo, em duas épocas de avaliação em um Latossolo Vermelho distroférrico. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com oito tratamentos (plantas de cobertura) e quatro repetições. As plantas de cobertura: Crotalaria juncea, guandu-anão (Cajanus cajan), Stylosanthes guianensis, Brachiaria brizantha, B. brizantha consorciada com milho (Zea mays), milheto (Pennisetum glaucum), mombaça (Panicum maximum) e Sorghum bicolor foram cultivadas de novembro a abril. Em setembro de cada ano, foi realizado o plantio de feijão, em cultivo irrigado por pivô central. A área útil em cada parcela foi de 60 m². Amostras de solo na forma de monólitos (25x25 cm) foram retiradas aleatoriamente em cada parcela, para contagem da macrofauna, às profundidades de 0-10 cm e 10-20 cm, em abril e em setembro de 2005. Os grupos taxonômicos, identificados em ordem decrescente de densidade relativa, são: Formicidae, Oligochaeta, Dermaptera, Coleoptera, Hemiptera, Miriapoda, Isoptera, Araneae, Lepidoptera, Blattodea e larvas de Diptera. Crotalaria juncea apresentou maior densidade de macrofauna, seguida por B. Brizantha, B. Brizantha consorciada com milho, Sorghum bicolor, Stylosanthes guianensis, Cajanus Cajans, Pennisetum Glaucum e Panicum maximum. O uso das plantas de cobertura, associado à irrigação na avaliação de setembro, favorece a colonização do solo pela macrofauna.

The assessment of reproductive success of queens in ants and other social insects

Recently considerable research has focused on the causes of evolution of multiple-queen (polygynous) colonies. In order to better understand the factors which may have led to these polygynous associations it is vital to compare the reproductive success of queens in monogynous (one queen per colony) and polygynous colonies as well as the relative fitness of queens in polygynous colonies. This paper addresses the difficulties arising from such comparisons and their implications with regard to the methods commonly used to assess reproductive success in queens. The relative reproductive success of queens in monogynous and polygynous colonies is commonly assessed by comparing the relative number of reproductives they produce during a single reproductive season. However, shift in queen number seems to be only one aspect of a profound shift in social structure and reproductive strategy that constitutes, in effect, a ''polygyny syndrome''. For example, female reproductives produced in polygynous colonies frequently use a different mode of colony founding, which in turn affects the probability of their survival. Furthermore, queens from monogynous and polygynous colonies frequently differ in their life-span and the number of sexual broods they produce. As a result, the reproductive success of queens in monogynous and polygynous colonies may not be directly related to the relative number of sexuals they produce during a single reproductive season.

Densidade e tamanho de formigueiros de Acromyrmex crassispinus em plantios de Pinus taeda

O objetivo deste trabalho foi avaliar a densidade e o tamanho dos formigueiros de Acromyrmex crassispinus, ao longo do ano, em plantios de Pinus taeda de diferentes idades. Os experimentos foram realizados, em Rio Negrinho e em Três Barras, SC, em talhões de P. taeda com diferentes idades (recém-plantado, três anos e seis anos de idade). Em cada tratamento, foram demarcadas três parcelas de 1 ha. Os formigueiros foram classificados em três classes de tamanho: classe I, até 30 cm de diâmetro; classe II, 31 a 60 cm; e classe III, mais que 61 cm. A densidade de formigueiros de A. crassispinus foi menor no início do desenvolvimento da floresta, praticamente duplicou nos plantios com três anos, e reduziu quando a floresta estava com seis anos. A maior densidade de formigueiros ocorreu no período de dezembro a abril. Os formigueiros aumentaram de tamanho com a idade do pínus.

Ant species distribution along a topographic gradient in a "terra-firme" forest reserve in Central Amazonia

In Amazonia, topographical variations in soil and forest structure within "terra-firme" ecosystems are important factors correlated with terrestrial invertebrates' distribution. The objective of this work was to assess the effects of soil clay content and slope on ant species distribution over a 25 km² grid covering the natural topographic continuum. Using three complementary sampling methods (sardine baits, pitfall traps and litter samples extracted in Winkler sacks), 300 subsamples of each method were taken in 30 plots distributed over a wet tropical forest in the Ducke Reserve (Manaus, AM, Brazil). An amount of 26,814 individuals from 11 subfamilies, 54 genera, 85 species and 152 morphospecies was recorded (Pheidole represented 37% of all morphospecies). The genus Eurhopalothrix was registered for the first time for the reserve. Species number was not correlated with slope or clay content, except for the species sampled from litter. However, the Principal Coordinate Analysis indicated that the main pattern of species composition from pitfall and litter samples was related to clay content. Almost half of the species were found only in valleys or only on plateaus, which suggests that most of them are habitat specialists. In Central Amazonia, soil texture is usually correlated with vegetation structure and moisture content, creating different microhabitats, which probably account for the observed differences in ant community structure.