New record of a very specialized interaction: myrcidris epicharis Ward 1990 (Pseudomyrmecinae) and its myrmecophyte host Myrcia madida McVaugh (Myrtaceae) in Brazilian Meridional Amazon

In this study we present a new record of a plant-animal interaction: the mutualistic relationship between the specialist plant-ant Myrcidris epicharis Ward, 1990 (Pseudomyrmecinae) and its myrmecophyte host Myrcia madida McVaugh (Myrtaceae). We observed more than 50 individuals of M. madida occupied by M. epicharis in islands and margins of the Juruena River, in Cotriguaçu, Mato Grosso, Brazil (Meridional Amazon). We discuss a possible distribution of this symbiotic interaction throughout all the riparian forest of the Amazon River basin and its consequence to coevolution of the system.

Molekulare Studien zur Evolution der Myrmekophytie in der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine detaillierte phylogenetische Analyse der Ameisenpflanzen aus der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) und ihres verwandtschaftlichen Umfelds mit Hilfe von AFLP-Fingerprinting („amplified fragment length polymorphisms“) sowie vergleichender Analyse von mehreren nichtkodierenden Chloroplasten-DNA-Loci vorgenommen. Anhand dieser Untersuchungen sollten im Wesentlichen die folgenden Fragen geklärt werden: (1) Wie stellen sich die Verwandtschaftsverhältnisse zwischen den myrmekophytischen Macaranga-Sektionen Pachystemon, Winklerianae und Pruinosae dar? (2) Wie sind die einzelnen Arten dieser Sektionen miteinander verwandt? (3) Wie oft ist die Lebensweise ”Myrmekophytie” unabhängig voneinander entstanden? Gibt es Hinweise auf Reversionen? (4) Wo liegt genealogisch und auch geographisch der Ursprung der Symbiose zwischen den myrmekophytischen Macaranga-Arten und ihren Partnerameisen? (5) Welche Bedeutung spielen koevolutive Entwicklungen für das Macaranga-Crematogaster-Symbiosesystem? Ist Myrmekophytie im Sinne einer Schlüsselinnovation (Givnish, 1997) als Stimulus für eine adaptive Radiation zu betrachten? (1) Für die AFLP-Analyse wurden 108 Proben aus 43 Macaranga-Arten und 5 unbeschriebenen Morphospezies in die phylogenetische Untersuchung einbezogen. Auf der Basis von 426 Merkmalen wurden Phänogramme sowie Kladogramme rekonstruiert. Zur statistischen Absicherung wurden Bootstrap-Analysen durchgeführt und im Falle der Kladogramme darüber hinaus der „consistency“-Index bestimmt. Die AFLP-Datensätze wurden zusätzlich einer Hauptkomponentenanalyse unterzogen. Mit Hilfe der verschiedenen Untersuchungsmethoden konnten weitgehend übereinstimmende Gruppierungen bzw. evolutive Linien identifiziert werden. Die Sektionen Pachystemon und Pruinosae bilden eine jeweils gut gestützte monophyletische Gruppe. Beide sind vermutlich Schwestergruppen und damit gleich alt. Für die Monophylie der nur aus zwei Arten bestehenden Sektion Winklerianae ergab sich keine Unterstützung. Die Arten der Sektion Pruinosae sind im AFLP-Baum gut aufgelöst. Die nicht myrmekophytische M. gigantea sitzt dabei an der Basis und ist Schwestergruppe zu den myrmekophytischen Arten. Innerhalb der Sektion Pachystemon wurden mit Hilfe der AFLP-Analyse vier gut gestützte Gruppen identifiziert. Für die puncticulata-Gruppe konnte hier erstmals auf molekularer Ebene eine Zugehörigkeit zur Sekt. Pachystemon nachgewiesen werden. Der von Davies (2001) vorgenommene Ausschluss von M. recurvata aus der Sekt. Pachystemon konnte bestätigt werden. Die Verwandtschaftsbeziehungen einzelner Arten zueinander sind in den AFLP-Bäumen nicht aufgelöst. (2) Für die vergleichende Chloroplasten-Sequenzierung wurden nach Maßgabe der Sequenzvariabilität in Testsequenzierungen die Bereiche atpB-rbcL und psbI-trnS für die phylogenetische Untersuchung ausgewählt. Für die Chloroplasten-Phylogenie wurden für jeden Locus mehr als 100 Sequenzen analysiert. Neben 29 Pachystemon-Arten inkl. vier unbekannter Morphospezies, acht Pruinosae-Arten inkl. eines möglichen Hybriden und den beiden Arten der Sekt. Winklerianae wurden 22 weitere Macaranga- und 10 Mallotus-Arten in die Untersuchung einbezogen. Zwischen den südostasiatischen Arten bestanden nur geringe Sequenzunterschiede. Maximum-Parsimonie-Kladogramme wurden rekonstruiert und die Sequenzen der beiden Loci wurden sowohl einzeln, als auch kombiniert ausgewertet. Indels wurden kodiert und als separate Merkmalsmatrix an die Sequenzdaten angehangen. Innerhalb von Macaranga konnten nur wenige abgesicherte Gruppen identifiziert werden. Deutlich war die Zusammengehörigkeit der afrikanischen Arten und ihr Entstehung aus den südostasiatischen Arten. Die von Davies (2001) der Sektion Pruinosae zugeordnete M. siamensis steht deutlich außerhalb dieser Sektion. Die Arten der Sektionen Pruinosae, Pachystemon und Winklerianae bilden keine statistisch gesicherten monophyletischen Gruppen. Während der Pilotstudien stellte sich heraus, dass die Chloroplastensequenzen nahe verwandter Arten der Sektion Pachystemon weniger nach den Artgrenzen, sondern vielmehr nach geographischen Kriterien gruppierten. (3) Es wurde daher zusätzlich eine phylogeographische Analyse der Chloroplasten-Sequenzen auf der Basis eines Parsimonie-Netzwerks durchgeführt. Neben dem atpB-rbcL-Spacer und einer Teilsequenze des psbI-trnS-Locus (ccmp2) wurde dafür zusätzlich der ccmp6-Locus (ein Abschnitt des ycf3-Introns) sequenziert. Die phylogeographische Untersuchung wurde mit 144 Proben aus 41 Macaranga-Arten durchgeführt. Darin enthalten waren 29 Arten (inkl. vier Morphospezies) mit 112 Proben der Sektion Pachystemon, sieben 7 Arten (inkl. eines potentiellen Hybriden) mit 22 Proben der Sekt. Pruinosae und zwei Arten mit 5 Proben der Sekt. Winklerianae. Das voll aufgelöste statistische Parsimonie-Netzwerk umfasste 88 Haplotypen. Die Sektionen Pachystemon und Pruinosae bilden jeweils eine monophyletische Gruppe. Das geographische Arrangement der Haplotypen unabhängig von der Artzugehörigkeit könnte durch Introgression und/oder „lineage sorting“ bedingt sein. Mit Hilfe der im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse kann man davon ausgehen, dass eine enge Ameisen-Pflanzen-Symbiose innerhalb der Gattung Macaranga mindestens drei-, möglicherweise viermal unabhängig voneinander entstanden ist Eine Reversion hat mindestens einmal, möglicherweise häufiger in der bancana-Gruppe stattgefunden. Ob sich die Symbiose dabei in Westmalaysia oder in Borneo entwickelt hat, kann man nicht sicher sagen; Ob und inwieweit die große Artenzahl in der bancana-Gruppe als eine Folge der Myrmekophytie anzusehen ist, bleibt zunächst offen. Wesentliche Teile der vorliegenden Arbeit liegen bereits in publizierter Form vor (AFLP-Analyse: Bänfer et al. 2004; Chloroplasten-Analyse: Vogel et al. 2003; Bänfer et al. 2006).

The curious case of the camelthorn: competition, coexistence and nest-site limitation in a multispecies mutualism

Myrmecophyte plants house ants in domatia in exchange for protection from herbivores. Ant-myrmecophyte mutualisms exhibit two general patterns due to competition between ants for plant occupancy: i) domatia nest-sites are a limiting resource and ii) each individual plant hosts one ant species at a time. However, individual camelthorn trees (Vachellia erioloba) typically host two to four ant species simultaneously, often coexisting in adjacent domatia on the same branch. Such fine-grain spatial coexistence brings into question the conventional wisdom on ant-myrmecophyte mutualisms. Camelthorn ants appear not to be nest-site limited, despite low abundance of suitable domatia, and have random distributions of nest-sites within and across trees. These patterns suggest a lack of competition between ants for domatia and contrast strongly with other ant-myrmecophyte systems. Comparison of this unusual case with others suggests that spatial scale is crucial to coexistence or competitive exclusion involving multiple ant species. Furthermore, coexistence may be facilitated when co-occurring ant species diverge strongly on at least one niche axis. Our conclusions provide recommendations for future ant-myrmecophyte research, particularly in utilising multispecies systems to further our understanding of mutualism biology.

Interspecific variation in the defensive responses of obligate plant-ants: experimental tests and consequences for herbivory

The aggressive behavior of ants that protect plants from herbivores in exchange for rewards such as shelter or food is thought to be an important form of biotic defense against herbivory, particularly in tropical systems. To date, however, no one has compared the defensive responses of different ant taxa associated with the same plant species, and attempted to relate these differences to longer-term efficacy of ant defense. We used experimental cues associated with herbivory-physical damage and extracts of chemical volatiles from leaf tissue-to compare the aggressive responses of two ant species obligately associated with the Amazonian myrmecophyte Tococa bullifera (Melastomataceae). We also conducted a colony removal experiment to quantify the level of resistance from herbivores provided to plants by each ant species. Our experiments demonstrate that some cues eliciting a strong response from one ant species elicited no response by the other. For cues that do elicit responses, the magnitude of these responses can vary interspecifically. These patterns were consistent with the level of resistance provided from herbivores to plants. The colony removal experiment showed that both ant species defend plants from herbivores: however, herbivory was higher on plants colonized by the less aggressive ant species. Our results add to the growing body of literature indicating defensive ant responses are stimulated by cues associated with herbivory. However, they also suggest the local and regional variation in the composition of potential partner taxa could influence the ecology and evolution of defensive mutualisms in ways that have previously remained unexplored.

HERBIVORY AND ASSEMBLAGE STRUCTURE OF MYRMECOPHYTOUS UNDERSTORY PLANTS AND THEIR ASSOCIATED ANTS IN THE CENTRAL AMAZON

The species combinations of myrmecophytic plants were compared in three different, neighboring local central Amazon forest sites. The proportional contribution of myrmecophytes in each setting varied significantly, with Maieta guainensis being the most abundant in each locality. This pattern resulted in low site similarity values. Other recorded species were Hirtella physophora, Tachigalia myrmecophila, Duroia sp., Tococa sp., and Cordia nodosa. Little variability was found with respect to associated ants that inhabited the myrmecophytes, and mutual entropies indicated a high degree of mutualistic interactions. However, for the majority of myrmecophytes, no differences in herbivore damage levels could be attributed to the presence of ants, with only M. guianensis and T. myrmecophila demonstrating significantly lower damages when inhabited by ants. Their respective ant associates, Pheidole minitula and Pseudomyrmex concolor, were thus the only plant-ants with a demonstrable ability to reduce the levels of herbivory in their host plant.

Ant-tended hemiptera in Amazonian myrmecophytes: Patterns of abundance and implications for mutualism function (Hymenoptera: Formicidae)

We assessed how the abundance of ant-tended Hemiptera associated with two Amazonian myrmecophytes, Tococa bullifera and Maieta guianensis, varied as a function of resident ant species. We collected five species or morpho-species of adult hemiptera in the domatia of M. guianensis, with four of these species also found in Tococa bullifera. Maieta guianensis plants inhabited by Crematogaster laevis had over four-fold more hemiptera in them than plants inhabited by Pheidole minutula. In contrast, the density of hemiptera in Tococa bullifera domatia was independent of the species of ant resident. For each of the two ant species inhabiting Maieta guianensis, there was a positive and significant relationship between the abundance of hemiptera and workers inhabiting a plant. This relationship was also significant and positive for the Tococa bullifera plants inhabited by C. laevis. However, there was no relationship between Azteca worker and hemipteran density, although there was a trend towards a positive relationship. Our results indicate that hemipteran abundance can vary significantly between different myrmecophyte species, but that the nature of this relationship is mediated by the identity of the ant associate. Because hemipterans are herbivores, the costs and benefits of different ant partners to the host plant may vary in ways that are often overlooked.