CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA
MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM
ESPÉCIES SIMPÁTRICAS: BIOLOGIA REPRODUTIVA DE
CHAMAECRISTA (LEGUMINOSAE-CAESALPINIOIDEAE)
EM MUCUGÊ, BAHIA
Feira de Santana – BA
2007
MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM
ESPÉCIES SIMPÁTRICAS: BIOLOGIA REPRODUTIVA DE
CHAMAECRISTA (LEGUMINOSAE-CAESALPINIOIDEAE)
EM MUCUGÊ, BAHIA
CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação
em Botânica da Universidade Estadual de Feira de
Santana – BA como parte dos requisitos para a
obtenção do título de Doutora em Botânica.
ORIENTADOR Dr. Eduardo Leite Borba (UFMG)
CO-ORIENTADOR Dr. Luciano Paganucci de Queiroz (UEFS)
Feira de Santana – BA
2007
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BOTÂNICA
Para Jorge, Meu Amor,
Meu Norte.
Para Jael (in memorian) e Valdinéa, Pelos ensinamentos e amor constantes.
AGRADECIMENTOS
Quero aqui expressar meus sinceros agradecimentos a todos àqueles que contribuíram
direta ou indiretamente para a realização desta tese, especialmente:
Ao meu grande companheiro Jorge, por estar sempre ao meu lado e por toda dedicação e
apoio incondicionais cedidos para realização e finalização desta tese, seja no trabalho de
campo ou nas discussões científicas. Obrigada por fazer parte de meu caminho!!
À minha mãe Valdinéa, irmãos Washington e Ana Paula e sobrinhos Vanessa, Gabriel e
Caio por entenderem a minha ausência e por estarem sempre presentes em minha vida em
todos os momentos.
Ao meu orientador Eduardo, por todo apoio, compreensão, exemplo profissional e
inquestionável orientação. Agradeço também pela confiança, oportunidade, amizade e por
toda paciência dispensada, principalmente neste período final.
Ao meu co-orientador Luciano que, juntamente com Eduardo, me confiou este projeto com
Chamaecrista. Por toda atenção, incentivo, exemplo e apoio dispensados ao longo destes
anos.
Aos amigos Ciça e Perimar pelo estímulo constante e por fazer desta trajetória um caminho
mais agradável com muito companheirismo e atenção. Também não poderia deixar de
agradecer a ambos pelo apoio logístico nos meses finais do doutorado.
À dupla amiga Pati e Sil e ao amigo Marquinhos pelas divertidas conversas e apoio
constante ao longo desta jornada, tornando tudo muito mais agradável. Aos amigos
Viviane, Sérgio, Carlianne e Tati por tornarem as viagens de campo menos solitárias e
mais ricas, através da troca de experiências e agradável companhia.
Aos amigos de longas datas, Nanse, Clécia, Tom, Paty, Roni, Bruno, Carlos, Doriva e todo
o pessoal do PróDiversidade, por sempre estarem presentes e entenderem a ausência.
Aos colegas da Pós por toda amizade, incentivo e companheirismo, em especial a Ciça, Sil,
Pati, Marquinhos, Maria Clara, Hilder, Jomar, Elnatan, Eric, Élvia, Viviane, Teo, Janaína,
Sérgio, Daiane, Sabrina, Lia, Lázaro, Adilva, Pati Luz, Paula Dib, Déa, Tati, Luciene,
Paulino, Marileide, Kelly, Léa, Vânia, Carlianne, Rosineide e Maria.
Às meninas do herbário: Téo, Zezé, Kelly, Elaine, Silvia e Renata por todo apoio e
atenção. Às meninas da Secretaria Adriana e Gardênia pelo apoio nos assuntos acadêmicos
em todas as horas. E à Vanilda, sempre disposta a ajudar!
À Adilva, pela atenção e apoio na identificação dos táxons de Chamaecrista. À Maria
Clara, pela amizade e incentivo nos estudos em Botânica.
À Favízia, pela atenção e apoio na identificação das abelhas. Ao Roy, pela disponibilidade
e prontidão nos serviços de tradução e à Ligia pela atenção cedida nas discussões sobre
fenologia.
Ao Coordenador do Projeto Sempre Viva (Mucugê) Euvaldo e ao Secretário de Meio
Ambiente de Mucugê, Oremildes, pelo apoio incondicional no campo para a realização
deste trabalho. Aos vigilantes Nilton e Adriano, pessoas maravilhosas que sempre se
mostraram muito solícitos e atenciosos. A toda família do Parque Municipal de Mucugê
pela constante atenção, suporte, segurança, colaboração e amizade concedidos durante
todos estes anos de atividades de campo. Muito Obrigada!
Aos pesquisadores Paulo Eugênio, Peter Gibbs e Christian Westerkamp pelas sugestões
metodológicas emitidas no início deste trabalho. Ao professor Marcelo de Paula pela
disponibilidade e apoio em algumas análises estatísticas.
À coordenadora do curso de Ciências Biológicas da UNEB Gianete Dutra e às amigas
Renata Dâmaso e Alessandra Cotrim pelo constante apoio e compreensão nesta etapa final.
Ao Programa de Pós Graduação em Botânica da UEFS que possibilitou a realização deste
trabalho. Aos professores deste programa que contribuíram de alguma forma para o bom
desenvolvimento deste trabalho.
À FAPESB pela concessão da bolsa de doutorado na fase inicial desta pesquisa e suporte
financeiro. Ao CNPq pela concessão da bolsa na fase final do doutorado.
A todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho, o meu
mais sincero obrigada!!!
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS
RESUMO
ABSTRACT
INTRODUÇÃO GERAL 01
CAPÍTULO 1. Fenologia de táxons simpátricos de Chamaecrista (Leguminosae –
Caesalpinioideae): estratégias de floração e isolamento reprodutivo.
08
CAPÍTULO 2. Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista
(Caesalpinioideae – Leguminosae): aspectos morfológicos e isolamento
reprodutivo.
34
CAPÍTULO 3. Autocompatibilidade e potencialidade de cruzamento entre táxons
simpátricos de Chamaecrista (Leguminosae - Caesalpinioideae).
64
CAPÍTULO 4. Post-zygotic Reproductive Isolation Between Sympatric Taxa in the
Chamaecrista desvauxii Complex (Leguminosae – Caesalpinioideae).
99
CAPÍTULO 5. Biologia reprodutiva do híbrido natural Chamaecrista
×blanchetiformis (Leguminosae - Caesalpinioideae): potencialidade de
estabelecimento do híbrido e de introgressão nos parentais, C. blanchetii e C.
confertiformis.
115
5. CONCLUSÃO GERAL 140
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 144
RESUMO
Chamaecrista Moench é um dos maiores gêneros da subfamília Caesalpinioideae
(Leguminosae), com cerca de 330 espécies distribuídas em sete seções. No Parque
Municipal de Mucugê (Chapada Diamantina, Bahia, Brasil), foram encontrados oito táxons
do gênero incluídos em seis espécies e uma noto-espécie, ocorrendo simpatricamente e
pertencentes a quatro seções: seção Absus (C. glaucofilix e C. chapadae), seção
Baseophyllum (C. confertiformis, C. blanchetii e C. ×blanchetiformis), seção Xerocalyx (C.
desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula) e seção Chamaecrista (C.
rotundifolia var. grandiflora). É possível ocorrer fluxo gênico entre táxons simpátricos
quando não existem barreiras para a manutenção do isolamento reprodutivo, ou quando
estas são fracas, possibilitando a formação de zonas híbridas, introgressão, ou mesmo
especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais e como mecanismos de
isolamento reprodutivo atuam entre táxons da mesma seção e de seções diferentes. Para o
esclarecimento sobre a atuação destas barreiras entre os táxons foram realizados estudos
sobre fenologia, biologia floral, guilda e comportamento dos polinizadores. Experimentos
de autopolinização, polinização cruzada, polinização aberta e polinização espontânea
foram realizados, além de cruzamentos intertáxons bidirecionais, e sementes provenientes
dos experimentos foram colocadas para germinar. Os táxons estudados de Chamaecrista
apresentaram diferentes estratégias de floração, com padrão anual e contínuo, com floração
durante todo o ano para a comunidade. Isolamento temporal completo de floração foi
encontrado apenas entre C. rotundifolia var. grandiflora e C. confertiformis, além de
isolamento parcial, com pequena sobreposição, entre esta última e C. blanchetii da mesma
seção. Foram verificados quatro diferentes tipos morfológicos de flores, com base na pétala
mediana (indiferenciada – seção Chamaecrista, curvada – seção Xerocalyx, falcada – seção
Baseophyllum e tubular – seção Absus), que estão diretamente relacionadas com os
mecanismos de polinização, e que representam barreiras reprodutivas entre as seções Absus
e Baseophyllum, através de polinização pleurotríbica e nototríbica, respectivamente.
Enantiostilia monomórfica foi verificada em seis táxons, com favorecimento da
polinização intramorfo para a maioria dos táxons. O principal polinizador para quase todos
os táxons foi Bombus brevivillus (Hymenoptera: Apidae), com diferentes comportamentos
de coleta de pólen entre os táxons. Todos os táxons estudados são autocompatíveis e
apresentam baixa formação de sementes por fruto, porém com altas taxas de germinação
(acima de 70%). As duas subpopulações de C. chapadae estudadas apresentam baixa
intercompatibilidade, sendo sugerida a possibilidade da ocorrência de alterações
cromossômicas estruturais ou numéricas, se conformando com o modelo de especiação
estasipátrica. A principal barreira reprodutiva entre táxons das seções Absus e Xerocalyx
foi a inviabilidade da semente, com frutos formando exclusivamente sementes abortadas.
A análise dos dados ecológicos, reprodutivos e genéticos para os dois táxons da seção
Xerocalyx, C. desvauxii var. latistipula e de C. desvauxii var. graminea, sugere que estes
deveriam ser reconhecidos como espécies distintas, não ocorrendo fluxo gênico entre as
populações, que apresentaram inter-incompatibilidade e grande diferenciação genética.
Cruzamentos entre táxons de seções diferentes apresentaram um conjunto de barreiras pré-
zigóticas e pós-zigóticas atuando como filtros sobrepostos que impedem o fluxo gênico
entre eles. Intercompatibilidade foi encontrada apenas entre C. blanchetii e C.
confertiformis (seção Baseophyllum), que apresenta isolamento reprodutivo pré-zigótico
incompleto, levando a formação do híbrido Chamaecrista ×blanchetiformis com
características morfológicas florais e guilda de polinizadores similares a seus parentais.
Esse híbrido apresenta potencial de retrocruzamento com os parentais, podendo ocorrer
principalmente introgressão de C. blanchetii em C. confertiformis acarretando em maior
diversidade genética e maior potencial para novas adaptações ecológicas, causando
alterações na identidade genética e ecológica desta espécie. Porém, Chamaecrista
×blanchetiformis apresenta também potencial de estabelecimento, apesar de sua reduzida
freqüência na comunidade.
ABSTRACT
Chamaecrista Moench is one of the largest genera in the subfamily
Caesalpinioideae (Leguminosae), comprising approximately 330 species distributed among
seven sections. A total of eight taxa included in six species and one nothospecies belonging
to four sections were found growing sympatrically in the Mucugê Municipal Park
(Chapada Diamantina, Bahia State, Brazil): section Absus (C. glaucofilix and C.
chapadae), section Baseophyllum (C. confertiformis, C. blanchetii and C.
×blanchetiformnis), section Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea and C. desvauxii var.
latistipula) and section Chamaecrista (C. rotundifolia var. grandiflora). It is possible that
genetic flow occurs between sympatric taxa when there are no barriers to maintain
reproductive isolation, or when these barriers are weak, allowing the formation of hybrid
zones, introgression, or even speciation through hybridization. The present study sought to
identify the mechanisms acting in the reproductive isolation of taxa in the same sections,
and between the different sections. In order to investigate the nature of these inter-taxa
barriers, studies were carried out regarding the phenology and floral biology of these
plants, and the guilds and the behavior of their pollinators. Experiments of self-pollination,
cross pollination, open pollination and spontaneous pollination were preformed for each of
the taxa, in addition to bi-directional inter-taxa crosses; seeds resulting from all
experiments were tested for germination capacity. The different taxa of Chamaecrista
examined demonstrated different phenological strategies (both annual and continuous),
with continuous flowering during the year being observed for the community as a whole.
Complete temporal isolation of flowering was observed only between C. rotundifolia var.
grandiflora and C. confertiformis, and partial isolation (with a small overlap) between this
latter species and C. blanchetii, from the same section. Four different morphological
flower types were identified based on the morphology of the median petal (undifferentiated
- section Chamaecrista; curved – section Xerocalyx; falcate – section Baseophyllum; and
tubular – section Absus) that are directly related to pollination mechanisms and that
represent reproductive barriers between the sections Absus and Baseophyllum, through
pleurotribic and nototribic pollination vectors, respectively. Monomorphic enantiostyly
was observed in six taxa, favoring intramorphic pollination in a majority of the taxa. The
principal pollinator for almost all the taxa was Bombus brevivillus (Hymenoptera: Apidae),
which demonstrated different pollen collection behaviors while visiting the different taxa.
All of the taxa examined were self-compatible and demonstrated low seed production per
fruit, although the seeds demonstrated high germination rates (higher than 70%). The two
subpopulations of C. chapadae studied present low intercompatibility, being suggested the
possibility of the occurrence of structural or numerical chromosomic alterations,
conforming with the stasipatric speciation model. The principal reproductive barrier
between taxa of the sections Absus and Xerocalyx was seed viability, as fruits formed only
with aborted seeds. The analysis of the ecological, reproductive, and genetic data for the
two taxa of the section Xerocalyx (C. desvauxii var. latistipula and C. desvauxii var.
graminea) suggests that these should be considered two distinct species, as no genetic flow
was observed to occur between their populations and they demonstrated inter-
incompatibility and significant genetic differentiation. Crosses among the different taxa
and sections demonstrated a series of pre-zygotic and post-zygotic barriers acting as
overlapping filters to impede genetic flow. Inter-compatibility was observed only between
C. blanchetii and C. confertiformis (section Baseophyllum), which demonstrated
incomplete pre-zygotic reproductive isolation, allowing the formation of the hybrid
Chamaecrista ×blanchetiformis, which demonstrated floral morphology and pollinator
guild characteristics similar to those of its parents. This hybrid demonstrated the potential
for back-crossing with the parent species, principally the introgression of C. blanchetii
with C. confertiformis, which would result in greater genetic diversity, greater
opportunities for new ecological adaptations, and in alterations in the genetic and
ecological identity of this hybrid species. However, Chamaecrista ×blanchetiformis also
demonstrated potential for establishment, in spite of its reduced frequency in the
community.
1
Introdução Geral
Leguminosae é uma das maiores famílias vegetais, com 727 gêneros e cerca de
19.300 espécies, apresentando distribuição cosmopolita (Lewis, 2005). A família está
tradicionalmente dividida em três subfamílias: Caesalpinioideae, Mimosoideae e
Papilionoideae (Judd, 2002), e apresenta alta diversidade morfológica de flores e frutos. A
grande variedade na morfologia floral das Leguminosae está diretamente relacionada com
diversos sistemas e estratégias de polinização (e.g., Gottsberger & Silberbauer-
Gottsberger, 1988; Gibbs & Sassaki, 1998; Lewis & Gibbs, 1999), sendo um dos fatores
responsáveis pelo grande sucesso ecológico e evolutivo encontrado na família (Arroyo,
1981). Quando comparado com a riqueza de espécies da família, o número de táxons
estudados em relação ao sistema de polinização ainda é escasso. Mesmo assim, uma
diversidade de sistemas de polinização tem sido observada entre as Leguminosae, sendo
que em todas as subfamílias a polinização por abelhas corresponde ao sistema
predominante.
Chamaecrista Moench possui flores predominantemente amarelas, pentâmeras,
actinomorfas e são polinizadas por abelhas através do processo de vibração das anteras
(Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988; Pinheiro et al., 1988; Costa & Ramalho,
2001). O gênero pertence, juntamente com Cassia e Senna, à subtribo Cassiinae (Lewis,
2005), sendo um dos maiores gêneros da subfamília Caesalpinioideae (Leguminosae).
Chamaecrista compreende sete seções (Conceição, 2006), com aproximadamente 330
espécies no total (Lewis, 2005), sendo representado no Brasil por cerca de 230 espécies
(Irwin & Barneby, 1982).
O gênero Chamaecrista está bem representado nos campos rupestres, com principal
centro de diversidade na Cadeia do Espinhaço (Irwin & Barneby, 1982; Conceição, 2006),
2
constituída principalmente pelos maciços do Planalto de Diamantina e Serra do Cipó
(Minas Gerais) e Chapada Diamantina (Bahia), além de várias serras disjuntas da formação
principal. A Chapada Diamantina encontra-se a cerca de 700 a 2000 m de altitude
(Giulietti & Pirani, 1988), e é conhecida pela flora única que ocorre nas áreas mais
elevadas da região. O complexo mosaico de tipos de vegetação que caracteriza os campos
rupestres é resultado da heterogeneidade do ambiente, com variações na topografia,
declividade, natureza do substrato e do microclima resultante do local (Harley, 1995). As
áreas montanhosas são comparáveis a ilhas separadas pelas condições ecológicas muito
diferentes que existem nas terras baixas. Assim, baseado no passado climático e história
geológica das montanhas podem também vir a ser centros de concentração de
biodiversidade (Harley, 1995). As características encontradas ao longo da Cadeia do
Espinhaço, juntamente com a grande biodiversidade que vem sendo encontrada na
Chapada Diamantina (e.g., Giulietti & Pirani, 1988; Harley, 1988; Stannard, 1995; Guedes
& Orge 1998; Azevedo, 2004; Ribeiro et al., 2005) corroboram a afirmação acima.
O Parque Municipal de Mucugê, localizado no município de Mucugê, Chapada
Diamantina, possui área de 450 ha e fica a uma altitude em torno de 1000 m (Figura 1). Na
área do Parque, predominam os campos rupestres formados por plantas herbáceas e
arbustivas que ocorrem em diferentes microhabitats, como fendas entre pedras e margens
de rios (Figura 2A-D). Neste local, foram encontrados oito táxons incluídos em seis
espécies e uma noto-espécie de Chamaecrista ocorrendo simpatricamente, distribuídos em
quatro seções: seção Absus [C. glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby, C.
chapadae (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby], seção Baseophyllum [C. confertiformis
(Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis, C. blanchetii (Benth.) Conc.,
L.P.Queiroz & G.P.Lewis, C. ×blanchetiformis Conc., L.P.Queiroz & Borba], seção
Xerocalyx [C. desvauxii var. graminea Irwin & Barneby, C. desvauxii var. latistipula
3
(Benth.) G.P.Lewis] e seção Chamaecrista [C. rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin
& Barneby].
Entre espécies simpátricas, a possibilidade de fluxo gênico através de
intercruzamentos pode resultar na formação de híbridos. Porém, este potencial de
intercruzamento pode ser reduzido por mecanismos pré-zigóticos (e.g. diferentes habitats,
floração, morfologia floral, polinizadores, isolamento gamético) e pós-zigóticos (e.g.
inviabilidade da semente, esterilidade do híbrido) que atuam como barreiras reprodutivas
entre táxons (Dobzhansky, 1937; Grant, 1981; Stace, 1989; Coyne & Orr, 2004).
Em Chamaecrista, alguns grupos apresentam delimitação taxonômica bastante
confusa, devido à sobreposição de caracteres morfológicos, formando complexos de
espécies. Estudos recentes, enfocando variabilidade morfológica e genética na seção
Baseophyllum, revelaram a existência de dois táxons híbridos ocorrentes na Chapada
Diamantina (Conceição, 2006). Isso demonstra que mecanismos de isolamento reprodutivo
não estão sendo eficientes para evitar o fluxo gênico entre espécies desta seção.
Chamaecrista ×blanchetiformis, um dos híbridos reconhecidos, ocorre no Parque
Municipal de Mucugê e a possibilidade de retrocruzamento com os parentais pode levar a
um processo de introgressão ou formação de zonas híbridas, que interfere evolutivamente
na identidade genética dos táxons envolvidos, ou mesmo podendo ocorrer especiação por
estabelecimento do híbrido.
O estudo do sistema reprodutivo e dos mecanismos de isolamento entre espécies
simpátricas auxilia no entendimento da complexidade taxonômica de algumas espécies e
nos padrões de fluxo gênico, sendo de básica importância para estudos em evolução e em
genética de populações (Stace, 1989; Richards, 1997; Coyne & Orr, 2004). Para a
compreensão dos mecanismos de isolamento que estão atuando entre espécies simpátricas,
estudos ecológicos são fundamentais para o conhecimento das estratégias reprodutivas que
4
garantem o sucesso reprodutivo e a manutenção da identidade genética de cada espécie.
Assim, esse trabalho propõe investigar o sistema reprodutivo e as relações reprodutivas
existentes entre oito táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal
de Mucugê, pertencentes a quatro seções, no sentido de responder às seguintes questões:
1. Quais os mecanismos de isolamento reprodutivo presentes e como estes atuam em
táxons simpátricos de Chamaecrista?
2. Estes mecanismos de isolamento reprodutivo são eficientes, inviabilizando a
formação de híbridos e fluxo gênico entre as espécies?
3. Táxons mais relacionados (pertencentes a uma mesma seção) apresentam os
mesmos tipos de barreiras que táxons menos relacionados (pertencentes a diferentes
seções)?
4. Os táxons de seções diferentes estão isolados por barreiras genéticas?
5. Existe alguma correlação entre ocorrência de mecanismos de isolamento
reprodutivo pré-zigóticos e mecanismos pós-zigóticos?
Para responder a estas questões, foram estudadas as estratégias reprodutivas dos
oito táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê. A
análise de mecanismos pré-zigóticos pré-polinização de período de floração (Cap. 1),
morfologia e biologia floral, guilda e comportamento dos polinizadores (Cap. 2) e
mecanismos pré-zigóticos pós-polinização e pós-zigóticos com análise do sistema
reprodutivo, crescimento de tubo polínico, fertilização e viabilidade das sementes (Cap. 3)
foi desenvolvida no sentido de esclarecer os processos ecológicos reprodutivos que
envolvem este gênero. Estudo envolvendo genética de populações nas variedades da seção
Xerocalyx (Cap. 4) e o potencial de retrocruzamento e introgressão na seção Baseophyllum
5
a partir do híbrido C. ×blanchetiformis (Cap. 5) poderão também auxiliar em uma melhor
delimitação taxonômica no grupo.
6
Figura 1. Mapa de localização da área de estudo em Mucugê, Bahia, Brasil.
7
Figura 2. Áreas de campo rupestre no Parque Municipal de Mucugê. (A) Vista do rio
Piabinha; (B) ambiente arenoso com espécies herbáceas e arbustivas; (C) rio Piabinha em
época seca e (D) chuvosa.
8
CAPÍTULO 1
Fenologia de táxons simpátricos de Chamaecrista
(Leguminosae – Caesalpinioideae): estratégias de
floração e isolamento reprodutivo.
9
Resumo
O objetivo deste trabalho foi verificar se as estratégias de floração atuam como
mecanismos de isolamento reprodutivo pré-zigótico entre sete táxons simpátricos de
Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina, Bahia. O
acompanhamento da floração e frutificação foi realizado mensalmente, seguindo a
classificação de Fournier, durante o período de julho de 2003 a dezembro de 2005. A
comunidade de Chamaecrista possui flores e frutos durante todo o ano. Diferentes padrões
foram encontrados entre os táxons, com C. chapadae, C. desvauxii var. latistipula e C.
glaucofilix apresentando padrão de floração contínuo, enquanto C. blanchetii, C.
confertiformis, C. desvauxii var. graminea e C. rotundifolia var. grandiflora exibiram
floração anual, principalmente no período mais seco, entre abril e outubro. Apenas C.
confertiformis floresceu predominantemente no período chuvoso. Grande sobreposição do
período de floração foi encontrado entre os táxons, com exceção de C. confertiformis e C.
rotundifolia var. grandiflora, que mostraram completo isolamento temporal, e C.
confertiformis com C. blanchetii, com pequena sobreposição nos períodos de baixa
floração, representando um isolamento reprodutivo parcial. A frutificação ocorreu logo
depois do início da floração e a dispersão de sementes acontece por autocoria
principalmente no período seco. Os táxons de Chamaecrista apresentam estratégias de
floração que permitem a polinização interespecífica, não representando uma barreira pré-
zigótica pré-polinização eficiente para o isolamento reprodutivo entre a maioria dos táxons
estudados.
10
Introdução
Estudos fenológicos envolvem diferentes eventos do ciclo de vida das plantas,
como florescimento, frutificação, brotamento e germinação. Entre esses, a fenologia da
floração é considerada um dos mais importantes traços da ecologia e evolução do sistema
de polinização em plantas (Rathcke & Lacey, 1985; Bawa et al., 2003; Bolmgren et al.,
2003). As estratégias reprodutivas de floração e frutificação apresentadas pelas diferentes
espécies e/ou comunidades de plantas, tanto na zona temperada quanto nos trópicos,
representam uma resposta às pressões seletivas de competição por polinizadores e
dispersores ou a fatores de sazonalidade, tais como temperatura, pluviosidade,
comprimento do dia, entre outros (Gentry, 1974; Bolmgren et al., 2003). Espécies
relacionadas, pertencentes a uma mesma família ou gênero, podem apresentar padrões
distintos de floração e frutificação ao longo do ano (e.g., Martin-Gajardo & Morellato,
2003; Costa et al., 2006), e as interações interespecíficas determinam os padrões
fenológicos que têm um importante papel na dinâmica da comunidade (Kochmer &
Handel, 1986; Ollerton & Lack, 1992).
A polinização é considerada como o fator mais importante na especiação de
angiospermas polinizadas bioticamente (Faegri & van der Pijl, 1979; Proctor et al., 1996;
Richards, 1997), mas diferentes estratégias de floração podem ser exibidas na atração de
polinizadores em plantas que compartilham o mesmo espectro de visitantes e com
morfologia floral similar (Gentry, 1974; Costa et al., 2006), podendo levar ao isolamento
reprodutivo. Entretanto, táxons simpátricos nem sempre exibem padrões de floração
diferenciados, o que resulta em fluxo gênico e subseqüente hibridação (Rieseberg, 1995;
Levin, 2000; Coyne & Orr, 2004).
11
O gênero Chamaecrista (Leguminosae – Caesalpinioideae) apresenta cerca de 330
espécies distribuídas em sete seções (Conceição, 2006) e é representado no Brasil por cerca
de 230 espécies (Irwin & Barneby, 1982). O gênero é comum em campos rupestres, e tem
seu principal centro de diversidade na Cadeia do Espinhaço, onde em várias áreas são
freqüentemente encontradas diversas espécies em simpatria (Irwin & Barneby, 1982;
Lewis 1987; Conceição, 2006). Estudos com táxons simpátricos de Chamaecrista têm
demonstrado diferentes estratégias reprodutivas com padrões fenológicos que exibem
sobreposição de floração entre alguns táxons (e.g., Madeira & Fernandes, 1999; Costa et
al., 2007), o que pode ocasionar a formação de híbridos (Conceição, 2006) ou favorecer a
ocorrência de outras barreiras reprodutivas que evitam a hibridação (Costa et al., 2007;
Cap. 2, 3).
No Parque Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina, porção norte da Cadeia do
Espinhaço no estado da Bahia, ocorrem táxons simpátricos de Chamaecrista pertencentes a
quatro seções do gênero: 1) seção Absus [C. glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin &
Barneby, C. chapadae (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby]; 2) seção Baseophyllum [C.
confertiformis (Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis, C. blanchetii (Benth.)
Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis]; 3) seção Xerocalyx [C. desvauxii var. graminea Irwin &
Barneby, C. desvauxii var. latistipula (Benth.) G.P.Lewis]; e 4) seção Chamaecrista [C.
rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin & Barneby]. Neste local, tem sido reportada a
ocorrência de híbridos entre táxons (Conceição, 2006), o que aparentemente é favorecida
pela sobreposição na guilda de visitantes florais e intercompatibilidade entre alguns táxons
(Cap. 2, 3).
Este trabalho teve como objetivo verificar as estratégias de floração e frutificação
apresentadas pelos táxons simpátricos de Chamaecrista do Parque Municipal de Mucugê.
Procurou-se relacionar os padrões fenológicos de floração como um possível mecanismo
12
temporal no isolamento reprodutivo entre estes táxons, verificando a inter-relação destes
com a guilda de polinizadores de cada táxon (Cap. 2) e o grau de compatibilidade
interespecífica (Cap. 3). Desta forma, foi levantada a hipótese de que uma maior
sobreposição na fenologia de floração estaria associada a uma menor sobreposição na
composição da guilda de polinizadores e/ou menor intercompatibilidade. Foi também
sobreposta a relação entre as espécies no nível seccional e a estratégia fenológica de cada
táxon, sob a hipótese de que táxons mais proximamente relacionados teriam maior
deslocamento fenológico, devido a uma possível maior intercompatibilidade genética que
favoreceria a hibridação.
Material e Métodos
Área de estudo
O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê,
estado da Bahia, Brasil, em uma área de aproximadamente 160.000 m2. O Parque está
situado na Chapada Diamantina, entre as coordenadas 12º59’02’’S a 13º00’18’’S e
41º20’41’’W a 41º20’33’’W, e a uma altitude em torno de 1.000 m. O tipo vegetacional
predominante são os campos rupestres, formados principalmente por plantas herbáceas e
subarbustivas em solo arenoso-pedregoso e herbáceo-arbustivas crescendo em
afloramentos rochosos (Giulietti & Pirani, 1988). O clima é do tipo Cwb na classificação
de Köppen (1948), mesotérmico com temperatura média anual de 19,8ºC. A precipitação
média anual varia entre cerca de 830 e 1192 mm. Os dados climáticos de temperatura e
precipitação foram coletados na estação meteorológica do Parque Municipal de Mucugê.
Dados correspondentes ao final do ano de 2004 e início de 2005 não puderam ser coletados
devido a problemas técnicos com a estação neste período.
13
Táxons estudados
Os táxons de Chamaecrista estudados são arbustos (C. blanchetii, C.
confertiformis, C. glaucofilix) ou subarbustos (C. chapadae, C. desvauxii var. graminea, C.
desvauxii var. latistipula, C. rotundifolia var. grandiflora) (Tabela 1). Chamaecrista
confertiformis, C. blanchetii e C. desvauxii var. graminea são os táxons mais freqüentes na
área de estudo. Estes dois últimos táxons possuem aparentemente distribuição menos
agrupada, ocorrendo principalmente em solos arenosos, enquanto C. confertiformis ocorre
apenas nas margens do rio, formando agrupamentos densos de indivíduos. Chamaecrista
chapadae é menos freqüente na área e ocorre preferencialmente em ambientes úmidos e
sombreados, com indivíduos agrupados. Chamaecrista glaucofilix é menos freqüente
quando comparada com os outros arbustos, e ocorre amplamente dispersa na área, em
fendas e outros locais com solos rasos. Já C. desvauxii var. latistipula, que também
apresenta menor freqüência na área, ocorre preferencialmente em solos argilosos, enquanto
C. rotundifolia var. grandiflora possui apenas uma pequena população localizada,
ocorrendo em solos arenosos (Tabela 1).
Fenologia da floração e frutificação
Observações do período de floração e frutificação foram realizadas para os sete
táxons simpátricos de Chamaecrista entre julho de 2003 e dezembro de 2005, com exceção
de C. rotundifolia var. grandiflora, que teve o acompanhamento fenológico iniciado em
maio de 2004. Os táxons mais abundantes no local tiveram 100 indivíduos marcados para
acompanhamento fenológico (C. blanchetii, C. confertiformis e C. desvauxii var.
graminea). Os demais táxons tiveram marcados todos os indivíduos encontrados na área de
14
estudo: C. desvauxii var. latistipula (23 indivíduos), C. chapadae (58 indiv.), C. glaucofilix
(50 indiv.) e C. rotundifolia var. grandiflora (57 indiv.).
O acompanhamento da floração e frutificação foi realizado mensalmente, seguindo
a classificação de Fournier (1974), com modificações. Essa é uma análise semiquantitativa
da classificação fenológica, estimada em percentual aproximado de floração e frutificação
seguindo uma escala de cinco categorias, utilizando uma escala de zero a quatro: 0 =
ausência da fenofase; 1 = presença da fenofase com magnitude entre 1% e 25% (baixa
floração e frutificação); 2 = presença da fenofase com magnitude entre 26% e 50% (média
floração e frutificação); 3 = presença da fenofase com magnitude entre 51% e 75% (média-
alta floração e frutificação); e, 4 = presença da fenofase com magnitude entre 76% e 100%
(elevada floração e frutificação). A magnitude da floração foi estimada visualmente em
relação ao potencial máximo de floração do indivíduo, a partir de uma comparação com o
indivíduo apresentando a maior densidade de floração na espécie, levando-se em
consideração a área da copa proporcional de cada indivíduo. A partir dos valores obtidos
em campo, foi calculada a percentagem de intensidade de cada fenofase através da seguinte
fórmula:
% de Fournier = ∑ Fournier x 100 4 x N
onde, ∑ Fournier é a somatória das categorias de Fournier dos indivíduos, a qual é dividida
pelo valor máximo de Fournier que pode ser alcançado por todos os indivíduos (N) na
amostra (Fournier, 1974; Martin-Gajardo & Morellato, 2003). A porcentagem de Fournier
é a variável a partir da qual os picos fenológicos podem ser evidenciados com maior
precisão e refinamento, representando melhor o comportamento fenológico das espécies
(Bencke & Morellato, 2002). O percentual de indivíduos floridos e frutificados também foi
15
verificado para mostrar o período em que uma determinada fenofase ocorreu na maioria
dos indivíduos. Ao longo do período de observações não houve substituição dos indivíduos
que morreram para cada táxon.
A sincronia dos indivíduos de cada população de Chamaecrista foi calculada pelo
índice de sincronia de Augspurger (1983) através da seguinte fórmula:
XI = (1 / N-1)(1 / FI) ∑ =≠
n
j j ie1
onde, fi = número de meses do indivíduo i em floração; n = número de indivíduos na
população; ej = número de meses em que ambos os indivíduos i e j estão florescendo
sincronicamente, sendo j diferente de i. Quando X = 1 ocorre sincronia perfeita, ou seja,
todos os meses de floração do individuo i coincidem com todos os meses de floração dos
outros indivíduos na população, quando X = 0, não ocorre sincronia.
Foi também calculado o grau de sobreposição da floração dos táxons de
Chamaecrista pelo número de indivíduo com flores através de combinações aos pares,
utilizando a fórmula proposta por Krebs (1989) definida por:
Pjk = [ (minimum Pij, Pik) ] 100
onde, Pjk = Porcentagem de sobreposição de floração entre a espécie j e k; Pij, Pik =
proporção do recurso i em cada mês em relação ao recurso total ofertado pelas espécies j e
K no período de estudo; n = total de datas amostradas.
Vouchers das populações estudadas foram depositados no herbário da Universidade
Estadual de Feira de Santana (HUEFS): C.B.N.Costa 109 (Chamaecrista desvauxii var.
latistipula), C.B.N.Costa 110 (C. confertiformis), C.B.N.Costa 111 (C. blanchetii),
∑n
16
C.B.N.Costa 112 (C. desvauxii var. graminea), C.B.N.Costa 113 (C. glaucofilix),
C.B.N.Costa 115 (C. chapadae) e C.B.N.Costa 128 (C. rotundifolia var. grandiflora).
Resultados
Com base nos dados climáticos de precipitação e temperatura coletados no local é
possível verificar a existência de dois períodos: um mais chuvoso (entre novembro e
março), que é marcado também pelas maiores temperaturas, característico das estações de
primavera e verão, e outro mais seco (entre abril e outubro), com temperaturas mais baixas
e menor precipitação, característico das estações de outono e inverno (Fig. 1). Ocorreu uma
grande variação na pluviosidade entre os três anos, com uma grande pluviosidade no verão
de 2004, com concentração das chuvas em janeiro deste ano, após um mês de dezembro
seco. Este ano também registrou as mais baixas temperaturas médias do período.
A comunidade de Chamaecrista possui flores e frutos durante todo o ano. O
percentual de indivíduos floridos e frutificados apresentou semelhança na intensidade das
fenofases do cálculo de Fournier. Houve redução da floração de 2004 para 2005, tanto em
intensidade quanto em número de indivíduos florescendo, em C. chapadae, C. glaucofilix e
C. confertiformis, e manutenção aproximada dos índices fenológicos em C. blanchetii, C.
desvauxii graminea e C. rotundifolia var. grandiflora. Em C. desvauxii latistipula ocorreu
aumento pronunciado da floração em 2005, após queda de 2003 para 2004. Em C.
glaucofilix ocorreu uma menor intensidade de floração de 2004 para 2005, porém se
mantendo aproximadamente constante o número de indivíduos florescendo em ambos os
anos, indicando que os indivíduos apresentaram menos flores em 2005, tendência
observada apenas nesta espécie (Figs. 2 e 3).
17
As espécies da seção Absus (C. glaucofilix e C. chapadae) florescem durante todo o
ano, apresentando sobreposição dos picos de floração. Chamaecrista glaucofilix exibiu alta
intensidade de floração entre os meses de maio e setembro (Figs. 2C-D) e C. chapadae
teve maior intensidade de floração em período mais restrito, entre junho e agosto, quando
as temperaturas estão mais baixas (Figs. 2A-B). Esta espécie apresentou algumas variações
ao longo dos anos com pequenos períodos sem floração.
Na seção Baseophyllum, C. blanchetii e C. confertiformis apresentaram diferentes
períodos de floração. Chamaecrista blanchetii floresceu de maio a agosto, com grande
sincronia de indivíduos floridos. No entanto, alguns indivíduos tiveram a floração
prolongada, se estendendo até o mês de setembro ou outubro em diferentes anos (Figs. 2E-
F). Esta floração também coincidiu com o período mais seco e com as mais baixas
temperaturas na área. Chamaecrista confertiformis apresentou período de floração
diferenciado, florescendo entre outubro e dezembro (maiores temperaturas e pluviosidade),
com ausência de floração em novembro, nos anos de 2003 e 2004, mas com floração
concentrada em novembro no ano de 2004 (Figs. 2G-H). Eventualmente, há uma
antecipação de floração com baixa intensidade e baixo número de indivíduos florescendo
em setembro.
Chamaecrista desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula (seção
Xerocalyx) apresentaram estratégias de floração bastante diferenciadas. Chamaecrista
desvauxii var. graminea apresentou floração concentrada em um curto período do ano,
entre julho e agosto (Figs. 3A-B). Alguns indivíduos tiveram a floração antecipada,
apresentando poucas flores em maio, ou prolongada, tendo sido observados dois indivíduos
com flores em outubro. Chamaecrista desvauxii var. latistipula floresceu durante todo o
ano, com maior intensidade e percentual de indivíduos floridos entre os meses de junho a
18
setembro (Figs. 3C-D). Ambos os táxons possuíram maior floração durante o inverno,
quando as temperaturas estão mais baixas.
Chamaecrista rotundifolia var. grandiflora (seção Chamaecrista) exibiu uma
floração anual, iniciando em abril e finalizando em junho. Este táxon é o que apresentou
menor extensão de floração entre as populações estudadas, florescendo apenas no outono,
durante a estação seca (Fig. 3E-F).
A sincronia de floração populacional foi variável entre os táxons, com C. blanchetii
e C. glaucofilix apresentando maior e menor índice, respectivamente (Tabela 1). A
sobreposição dos períodos de floração dos táxons de Chamaecrista é mostrada na Figura 4
e Tabela 1. A oferta de flores se apresentou constante durante todo o ano. Os maiores
percentuais de indivíduos em floração na comunidade ocorreram entre os meses de maio e
agosto, com táxons de diferentes seções, como C. glaucofilix, C. blanchetii e C. desvauxii,
exibindo grande sobreposição de floração durante este período. Nos meses de janeiro a
abril, a sobreposição de floração foi menos acentuada, com predomínio de C. glaucofilix e
C. desvauxii var. latistipula. De setembro a dezembro, além dos três táxons que
floresceram continuamente, ocorreu a maior intensidade de floração de C. confertiformis.
Ausência na sobreposição da floração ocorreu apenas entre C. rotundifolia var. grandiflora
e C. confertiformis (Tabela 1), ocorrendo apenas uma baixa sobreposição entre esta última
espécie e C. blanchetii, sendo esta limitada ao período de baixa floração de ambas as
espécies (Tabela 1). Da mesma forma, a sobreposição entre C. rotundifolia var. grandiflora
e C. desvauxii var. graminea ocorreu apenas no período de baixa floração de ambas as
espécies (Tabela 1).
As espécies arbustivas (C. blanchetii, C. confertiformis, C. glaucofilix)
apresentaram um maior período de amadurecimento dos frutos, podendo se estender por
até três meses para a liberação das sementes. Nos táxons subarbustivos (C. chapadae, C.
19
desvauxii var. graminea, C. desvauxii var. latistipula, C. rotundifolia var. grandiflora), o
processo de amadurecimento dos frutos ocorre mais rapidamente estendendo-se após a
floração por cerca de um a dois meses até a maturação completa e liberação das sementes.
Todos os táxons apresentaram mortalidade de indivíduos acompanhados durante o estudo,
com um maior índice em C. desvauxii var. graminea (Tabela 2).
20
Tabela 1. Índice de sincronia populacional (Augspurger, 1983) intratáxon (diagonal) e percentual de sobreposição do período de floração (Krebs,
1989) entre os táxons de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê, Bahia.
C. chapadae C. glaucofilix C. blanchetii C. confertiformis
C. rotund. var.
grandiflora
C. desv. var.
graminea
C. desv. var.
latistipula
Chamaecrista sect. Absus
C. chapadae 0,51
C. glaucofilix 21% 0,29
Chamaecrista sect. Baseophyllum
C. blanchetii 27% 55% 0,63
C. confertiformis 20% 19% 3% 0,40
Chamaecrista sect. Chamaecrista
C. rotundifolia var. grandiflora 4% 21% 21% 0% 0,53
Chamaecrista sect. Xerocalyx
C. desvauxii var. graminea 14% 43% 54% 4% 4% 0,61
C. desvauxii var. latistipula 19% 55% 42% 25% 13% 44% 0,54
21
Tabela 2. Preferências ambientais e percentual de mortalidade em táxons de Chamaecrista
ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê, Bahia.
táxon microhabitat ocorrência mortalidade
% (N)
C. sect. Absus
C. chapadae solo arenoso- local
sombreado
pouco frequente 3,5 (2)
C. glaucofilix fendas de rochas- solo
arenoso
frequente 20 (10)
C. sect. Baseophyllum
C. blanchetii solo arenoso muito frequente 6 (6)
C. confertiformis margem do rio muito frequente 10 (10)
C. sect. Chamaecrista
C. rotundifolia var. grandiflora solo arenoso pouco frequente 8,8 (5)
C. sect. Xerocalyx
C. desvauxii var. graminea solo arenoso frequente 28 (28)
C. desvauxii var. latistipula solo argiloso frequente 4,3 (1)
22
Figura 1. Distribuição da temperatura média (linha) e precipitação média (barras) coletados
mensalmente durante os anos de 2003 a 2005 na estação meteorológica do Parque
Municipal de Mucugê, Bahia.
23
Figura 2. Intensidade de Fournier e percentual de indivíduos nas fenofases de floração e
frutificação dos táxons de Chamaecrista sect. Absus (C. chapadae e C. glaucofilix) e de C.
sect. Baseophyllum (C. blanchetii e C. confertiformis) no Parque Municipal de Mucugê,
Bahia.
24
Figura 3. Intensidade de Fournier e percentual de indivíduos nas fenofases de floração e
frutificação dos táxons de Chamaecrista sect. Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea e C.
desvauxii var. latistipula) e C. sect. Chamaecrista (C. rotundifolia var. grandiflora) no
Parque Municipal de Mucugê, Bahia.
25
Figura 4. Fenograma representando cinco diferentes categorias de intensidade de floração baseado no percentual de indivíduos floridos em
populações de sete táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Bahia, entre julho de 2003 e dezembro de 2005.
26
Discussão
Padrões fenológicos
Diferentes padrões de floração foram encontrados entre os táxons de Chamaecrista,
com variações de padrões dentro e entre as seções. Os táxons da seção Xerocalyx
mostraram diferentes comportamentos fenológicos (ver Newstrom et al., 1994), com
floração anual para C. desvauxii var. graminea e floração contínua para C. desvauxii var.
latistipula. A sobreposição de floração nesta espécie propicia compartilhamento de
polinizadores, principalmente Bombus brevivillus, principal polinizador para ambos os
táxons (Cap. 2). A variedade “latistipula” exibiu estratégia de floração e frutificação
diferente da encontrada por Madeira & Fernandes (1999) na Serra do Cipó, porção sul da
Cadeia do Espinhaço, onde a floração ocorreu no final do ano, coincidindo com uma maior
precipitação local. A variação fenológica encontrada nos dois trabalhos pode ter se dado
pelas variações climáticas ao longo dos anos ou pela diferença na latitude dos locais
estudados.
O maior percentual de indivíduos mortos encontrado em C. desvauxii var. graminea
(seção Xerocalyx) pode estar relacionado à baixa biomassa deste táxon, que pode
apresentar de 20 cm a 1 m de altura. Madeira & Fernandes (1999) sugeriram que, dentre as
seções de Chamaecrista, a seção Xerocalyx tende a ter táxons mais afetados pelo período
seco, levando à mortalidade de indivíduos. Segundo Seghieri et al. (1995), plantas de
pequeno porte são mais afetadas pela variação climática devido a menor capacidade de
acumular água e nutrientes de reserva. Contudo, a ocorrência de recrutamento de
indivíduos de C. desvauxii var. graminea observados no Parque de Mucugê é constante
(obs. pess.) e isso mantém a densidade populacional do táxon aparentemente estável ao
longo do ano.
27
Na seção Baseophyllum (C. blanchetii e C. confertiformis), o padrão de floração e
frutificação anual (Newstrom, 1994) se repete para ambas as espécies, mas em diferentes
épocas do ano. A baixa sincronia de floração entre os indivíduos de C. confertiformis está
relacionada principalmente com os dois picos de floração em outubro e dezembro. As
diferentes estratégias reprodutivas entre C. confertiformis e C. blanchetii parecem estar
relacionadas a fatores abióticos e bióticos. A diferença de microhabitat entre estas espécies
pode ser um fator responsável pela diferenciação no período de floração (Coyne & Orr,
2004). A ocorrência nas margens do rio proporciona à C. confertiformis um ambiente com
substrato mais úmido, e o estado reprodutivo (floração e frutificação) no período de maior
precipitação parece conferir uma vantagem adaptativa na associação com o micro-habitat.
A intercompatibilidade existente entre C. confertiformis e C. blanchetii (Cap. 3) também
pode estar exercendo pressão conferindo isolamento temporal entre estas espécies
proximamente relacionadas e que ainda não apresentam isolamento reprodutivo completo
(ver abaixo).
A guilda de polinizadores é bastante similar entre estas espécies e as demais
Chamaecrista que possuem floração sincronizada, basicamente todas compartilhando os
mesmos polinizadores principais (Cap. 2). Desta forma, a competição por polinizadores
não parece ser uma pressão seletiva forte que atue na diferenciação do período de floração,
como freqüentemente sugerido (Frankie et al.,1974; Gentry, 1974; Stone et al., 1998).
A seção Absus apresentou maior homogeneidade de estratégias de floração, com
florescimento contínuo (Newstrom, 1994) de C. chapadae e C. glaucofilix, exibindo picos
de floração similares durante o período mais seco, apesar do baixo percentual encontrado.
Madeira & Fernandes (1999) encontraram resultado similar para três dos cinco táxons
estudados nesta seção. Segundo Stone et al. (1998), a longevidade do período de floração
confere maior competitividade por polinizadores, contribuindo para o sucesso reprodutivo
28
da espécie. Estas espécies apresentam morfologia floral similar (Cap. 2), mas diferem na
freqüência do principal polinizador, o que contribui para a diminuição do fluxo gênico
interespecífico (Cap. 2), além de apresentarem barreiras pós-zigóticas que impedem o
fluxo gênico (Cap. 3).
O predomínio da floração na estação seca observada pela maioria dos táxons de
Chamaecrista estudados é uma estratégia encontrada em um grande número de espécies de
ambientes tropicais (e.g., Koptur et al., 1988; Vieira, 2002; Bawa et al., 2003), inclusive
Leguminosae (e.g., Stone et al., 1998; Bulhão & Figueiredo, 2002). A comunidade de
Chamaecrista também exibiu floração contínua semelhante a outros estudos de
comunidades com Leguminosae em campo rupestre (Madeira & Fernandes, 1999; Dutra et
al., 2005).
A manutenção da grande sobreposição dos picos de floração na estação seca parece
indicar que a pressão seletiva para diversificação ou diferenciação no tempo de floração
através da competição por polinizadores é menor do que outros fatores abióticos e/ou
bióticos, que podem estar contrabalançando esta pressão, atuando na manutenção desta
similaridade na intensidade de floração. Esta sobreposição parece estar relacionada a
fatores ambientais como pluviosidade e temperatura, que parecem favorecer o sucesso
reprodutivo destes táxons, uma vez que há maior emissão de flores durante o período mais
seco, o que permite maior atividade dos polinizadores, bem como maior dispersão de
sementes por autocoria. Apesar da sobreposição do período de maior intensidade das
fenofases, os padrões fenológicos são distintos entre os táxons, o que pode indicar a não
ocorrência de restrição filogenética para as estratégias de floração e frutificação. Outro
estudo com comunidade de Leguminosae (Bulhão & Figueiredo, 2002) mostrou resultado
similar, em que os períodos de floração, assim como os padrões fenológicos, são distintos,
29
não representando restrição filogenética e sim divergência e adaptação às condições
abióticas.
A dispersão das sementes dos táxons de Chamaecrista ocorre por autocoria,
geralmente no período seco, através do processo de explosão do fruto, que lança as
sementes a uma distância relativamente pequena. Este processo de dispersão de frutos
autocóricos geralmente está associado com maior intensidade na estação seca (Oliveira,
1998), tendo fatores abióticos, como precipitação, grande influência nas diferentes
estratégias de dispersão de sementes. Chamaecrista confertiformis é a única espécie que
apresenta distribuição restrita à margem do rio, e dispersão de sementes ocorrendo no
período de maior pluviosidade. Esses fatores provavelmente auxiliam no processo de
dispersão por hidrocória secundária, já que no período é comum grandes cheias no rio,
contribuindo para a dispersão das sementes a longa distância ao longo das margens dos
rios, local de ocorrência exclusivo da espécie.
Isolamento reprodutivo
O isolamento temporal não tem sido estudado tão minuciosamente como outras
barreiras reprodutivas, e evidências convincentes para este tipo de isolamento são mais
raras em plantas do que em animais (Coyne & Orr, 2004). Isso porque espécies com
isolamento temporal (diferenças no período de floração, de doação de pólen e de
receptividade estigmática) podem também mostrar isolamento de habitat, dificultando a
determinação do tipo de isolamento existente.
O deslocamento dos picos de floração entre C. confertiformis e C. blanchetii (seção
Baseophyllum) constitui uma barreira apenas parcial, devido a um prolongamento da fase
final de floração de alguns indivíduos de C. blanchetii ou pela antecipação da floração em
indivíduos de C. confertiformis. Essa baixa sobreposição de floração é suficiente para
30
ocasionar fluxo gênico entre estas espécies, pois o compartilhamento de polinizadores
(Cap. 2) e ocorrência em sintopia de indivíduos possibilita a formação de híbridos no local
(Conceição, 2006; Cap. 3 e 5). Assim, o isolamento reprodutivo entre estes táxons é
parcialmente estabelecido pela baixa sobreposição na floração e a ocorrência preferencial
por ambientes distintos, uma vez que não existem outras barreiras pós-polinização
eficientes para evitar a hibridação (Cap. 3 e 5). Este deslocamento fenológico favorece o
isolamento reprodutivo entre estas espécies que apresentam intercompatibilidade (Cap. 3 e
5), Neste caso a hipótese de que táxons mais proximamente relacionados teriam maior
deslocamento fenológico devido a uma possível intercompatibilidade genética favorecendo
a hibridação é confirmada.
Entre os táxons da seção Xerocalyx e da seção Absus, a diferença nos padrões
fenológicos não impede a sobreposição de floração, o que poderia levar a um intenso fluxo
gênico entre eles devido ao compartilhamento de polinizadores (Cap. 2), caso não
houvesse uma interincompatibilidade, como a encontrada nos mesmos (Cap. 4). Este
resultado confirma a hipótese de ocorrência de barreiras reprodutivas entre táxons que
apresentam sobreposição de floração e/ou de polinizadores, ocorrendo um processo
diferente do observado na seção Baseophyllum.
A oferta de flores de Chamaecrista durante todo o ano, com grande sobreposição
do período de floração na maioria dos táxons, favorece o fluxo gênico interespecífico,
havendo oferta sincronizada de flores. Porém, um evidente isolamento temporal de
floração ocorre entre C. confertiformis (seção Baseophyllum) e C. rotundifolia var.
grandiflora (seção Chamaecrista), sendo os únicos táxons que florescem em períodos
inteiramente distintos, sem qualquer tipo de sobreposição. Apesar de ocorrerem em
microhabitats diferentes, caso houvesse sobreposição de floração, o fluxo gênico seria
possível devido à ação de polinizadores como Bombus brevivillus (Cap. 2), com raio de
31
vôo superior a 10 km (Roubik, 1989), que poderia realizar visitas interespecíficas no local
onde estes táxons dispõem-se a cerca de 500 m de distância um do outro. Chamaecrista
desvauxii var. graminea (seção Xerocalyx) também apresenta, em grande parte, isolamento
temporal com C. confertiformis. Porém, pode haver pequena sobreposição de períodos com
baixa intensidade de floração. Entretanto, estes táxons, apesar de compartilharem os
mesmos polinizadores, apresentam barreiras reprodutivas pós-zigóticas que impedem a
formação de híbridos naturais (Cap. 3).
Dentre todos os táxons estudados, barreiras pré-zigóticas como diferentes
mecanismos de polinização, etologia do polinizador, freqüência de visitantes, diferenças na
morfologia floral (Cap. 2) e pós-zigóticas como incompatibilidade das sementes (Cap. 3 e
4) são encontradas, mantendo o isolamento reprodutivo. A sobreposição dos picos de
floração foi encontrada predominantemente entre táxons que apresentam outras barreiras
como estratégias para manutenção do isolamento reprodutivo (Cap. 2 e 3), seja entre
táxons da mesma seção ou de diferentes seções. Chamaecrista blanchetii e C.
confertiformis (seção Baseophyllum) são as únicas espécies estudadas que apresentam
intercompatibilidade (Cap. 3 e 5) e o deslocamento temporal do período de floração tem
importante função na diminuição do fluxo gênico entre estes táxons, atuando como barreira
pré-zigótica. De forma geral, os táxons de Chamaecrista apresentam estratégias de
floração que permitem o compartilhamento de polinizadores pela maioria dos táxons, não
representando um reforço pré-zigótico entre táxons que apresentam isolamento pós-
zigótico já fixado.
Literatura Citada
32
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36
CAPÍTULO 2
Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista
(Caesalpinioideae – Leguminosae): aspectos
morfológicos e isolamento reprodutivo
37
RESUMO
Com a finalidade de verificar a atuação da morfologia, biologia floral e comportamento
dos polinizadores de Chamaecrista como mecanismos de isolamento reprodutivo entre
táxons mais relacionados filogeneticamente (mesma seção) e menos relacionados (seções
diferentes), aspectos da morfologia e biologia floral foram investigados em sete táxons
simpátricos de Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina,
Bahia. Foram realizadas observações sobre visitantes florais, horário de visita e
comportamento dos polinizadores. Chamaecrista oferece pólen como recurso e foram
encontrados quatros diferentes morfologias da pétala diferenciada entre os táxons: tubular
(seção Absus – C. chapadae, C. glaucofilix), falcada (seção Baseophyllum – C. blanchetii,
C. confertiformis), curvada (seção Xerocalyx - C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii
var. latistipula) e indiferenciada (seção Chamaecrista – C. rotundifolia var. grandiflora).
Enantiostilia monomórfica ocorre em todos os táxons, com exceção de C. rotundifolia var.
grandiflora, mas esta normalmente não impede a polinização intramorfos. O principal
polinizador para a maioria dos táxons foi Bombus brevivillus, que apresentou diferentes
comportamentos de coleta de pólen e mecanismos de polinização: nototríbica, pleurotríbica
e esternotríbica. A polinização pleurotríbica ocorre nas espécies da seção Absus e
representa uma barreira reprodutiva na transferência de pólen para os táxons da seção
Baseophyllum, que apresenta polinização nototríbica. A constância floral do polinizador
entre C. blanchetii e C. glaucofilix também diminui o fluxo gênico interespecífico. O
isolamento reprodutivo pré-polinização entre as Chamaecrista é estabelecido através de
uma sobreposição de barreiras morfológicas e de comportamento dos visitantes florais, que
diminuem o fluxo gênico entre táxons simpátricos.
38
Introdução
O gênero Chamaecrista Moench (Leguminosae, Caesalpinioideae) possui seis
seções com aproximadamente 330 espécies distribuídas principalmente no Novo Mundo, e,
juntamente com Cassia e Senna, está incluído na subtribo Cassiinae (Lewis, 2005). No
Brasil, o gênero está representado por cerca de 230 espécies (Irwin & Barneby, 1982). A
ocorrência de espécies de Chamaecrista é bastante comum em áreas de campos rupestres
das Regiões Nordeste e Sudeste do Brasil, apresentando seu principal centro de diversidade
na Cadeia do Espinhaço (Irwin & Barneby, 1982; Lewis, 1987; Conceição, 2006).
As flores em Chamaecrista são pentâmeras, quase sempre enantiostílicas, sem
néctar, e possuem anteras com abertura em fendas apicais e estigma diminuto em forma de
câmara ou, mais raramente, crateriforme (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988;
Owens & Lewis, 1989; Fenster, 1995; Lewis, 2000). Grande parte das espécies apresenta
também a pétala mais interna diferenciada em tamanho e forma, podendo funcionar como
guia para orientar o pouso dos polinizadores ou no direcionamento do pólen para o corpo
do visitante floral (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988, Westerkamp, 2004). A
presença de anteras funcionalmente poricidas restringe o grupo de polinizadores, que é
constituído por abelhas grandes ou pequenas com capacidade de vibrar as anteras para
coletar pólen (Buchmann, 1983; Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988).
Características florais similares e sobreposições na guilda de polinizadores podem
ocasionar fluxo gênico entre espécies simpátricas, levando à formação de híbridos.
Entretanto, mecanismos de isolamento reprodutivo pré-zigóticos e pós-zigóticos podem
atuar reduzindo o potencial de cruzamento entre estes táxons (Dobzhansky, 1937; Grant,
1981; Stace, 1989). Estes mecanismos podem estar relacionados a diferentes características
morfológicas florais que podem representar barreiras ao fluxo entre espécies simpátricas.
39
Segundo Moyle et al. (2004), é consensual que o aumento do isolamento reprodutivo está
geralmente associado com o aumento da diferenciação em traços morfológicos e
ecológicos. As flores de Chamaecrista apresentam variações na morfologia que podem
resultar em isolamento reprodutivo por atração de diferentes polinizadores ou proporcionar
diferentes mecanismos de polinização. Eventualmente, tem sido verificada a ausência de
barreiras pré-polinização em táxons relacionados de Chamaecrista, ocorrendo neste caso
barreiras pós-fertilização (Costa et al., 2007). Mesmo assim, tem sido documentada a
presença de híbridos naturais no grupo, usualmente entre espécies pertencentes a uma
mesma seção do gênero (Conceição, 2006).
Nas áreas de campos rupestres do Parque Municipal de Mucugê, Chapada
Diamantina, na porção norte da Cadeia do Espinhaço, estado da Bahia, ocorrem diversos
táxons de Chamaecrista em simpatria, distribuídos em quatro seções: seção Absus [C.
glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby, C. chapadae (Irwin & Barneby) Irwin &
Barneby], seção Baseophyllum [C. confertiformis (Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz &
G.P.Lewis, C. blanchetii (Benth.) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis], seção Xerocalyx [C.
desvauxii var. graminea Irwin & Barneby, C. desvauxii var. latistipula (Benth.) G.P.Lewis]
e seção Chamaecrista [C. rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin & Barneby].
Diferentes estratégias na fenologia de floração foram encontradas para estes táxons de
Chamaecrista em simpatria nesta região (Cap. 1), ocorrendo sobreposição no período de
floração de vários deles (Costa et al., 2007), possibilitando fluxo gênico entre espécies
intercompatíveis (Cap. 3).
Este trabalho teve como objetivo identificar possíveis barreiras reprodutivas pré-
polinização entre táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de
Mucugê, Bahia, Brasil, considerando atratividade e guilda de polinizadores para cada
táxon, mecanismos de polinização, variações morfológicas florais e diferenças nos
40
microhabitats. Objetivou-se também relacionar a presença e a natureza destas barreiras
com as relações taxonômicas entre os táxons, em diferentes seções do gênero.
Material e Métodos
Área de estudo
O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê, estado
da Bahia, Brasil, em uma área de aproximadamente 160.000 m2. O Parque está situado na
Chapada Diamantina, entre as coordenadas 12º59’02’’ e 13º00’18’’S e 41º20’41’’ e
41º20’33’’W, em uma altitude em torno de 1.000 m. O tipo vegetacional predominante é o
campo rupestre, formado principalmente por plantas herbáceas e subarbustivas em solo
arenoso-pedregoso e herbáceo-arbustivas crescendo em afloramentos rochosos (Giulietti &
Pirani, 1988). O clima é do tipo Cwb na classificação de Köppen (1948), mesotérmico com
temperatura média anual de 19,8ºC. A precipitação média anual varia entre cerca de 830 a
1192 mm. Vouchers das populações estudadas foram depositados no herbário da
Universidade Estadual de Feira de Santana (HUEFS): C.B.N.Costa 109 (Chamaecrista
desvauxii var. latistipula), C.B.N.Costa 110 (C. confertiformis), C.B.N.Costa 111 (C.
blanchetii), C.B.N.Costa 112 (C. desvauxii var. graminea), C.B.N.Costa 113 (C.
glaucofilix), C.B.N.Costa 115 (C. chapadae) e C.B.N.Costa 128 (C. rotundifolia var.
grandiflora).
Biologia floral
Foram realizadas observações sobre a forma, tamanho e o número de flores por
inflorescências, morfologia e coloração floral de cada táxon no campo e em laboratório. As
41
flores coletadas foram conservadas em álcool 70%. A presença de flores enantiostílicas foi
analisada por indivíduo e por população.
O horário do início da antese e a disponibilidade das flores foram acompanhados
em campo para cada espécie. A receptividade estigmática foi verificada em campo em
cerca de 20 flores para cada táxon com emprego de peróxido de hidrogênio (Dafni, 1992),
em diferentes horários do dia e conforme a duração da flor. A liberação do pólen foi
observada em campo com visualização da abertura das anteras e toque com diapasão de
vibração para liberação dos grãos de pólen. A viabilidade do pólen de cinco anteras de
diferentes flores e indivíduos foi verificada para cada táxon através do teste enzimático
utilizando nitroblue-tetrazolium para determinar a atividade de desidrogenases (Dafni,
1992). Pelo menos 200 grãos foram contados para cada amostra, utilizando microscópio
óptico em laboratório na sede do Parque. A presença de pigmentos com absorção no
espectro do ultravioleta foi analisada expondo flores jovens à atmosfera de hidróxido de
amônia.
Os visitantes florais foram observados entre 5:30 e 18:00 h. As observações foram
realizadas principalmente durante o pico de floração de cada táxon. O tempo de observação
para cada táxon variou de 32 a 59 horas. Foi verificado o comportamento de forrageamento
e coleta do recurso floral, local de contato com o estigma e freqüência de visitas.
Exemplares das espécies de visitantes florais foram coletados, identificados por
especialista e depositados na Coleção Entomológica do Museu de Zoologia da
Universidade Estadual de Feira de Santana.
Resultados
Morfologia e Biologia floral
42
Os táxons estudados apresentam diferenças nas inflorescências e no número de
flores expostas (Tabela 1). As flores de todos os táxons são amarelas e possuem pequena
variação no diâmetro floral, sendo que C. chapadae e C. desvauxii var. graminea
apresentam os menores e os maiores diâmetros, respectivamente (Tabela 1, Fig. 1). Entre
os táxons estudados, a diferença na morfologia floral se dá principalmente pela
modificação da pétala diferenciada, sendo que apenas C. rotundifolia var. grandiflora não
apresenta diferenciação desta pétala em relação às demais (Fig. 1A-B). Foram encontrados
três tipos morfológicos básicos para a pétala diferenciada: curvada (seção Xerocalyx - C.
desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula) (Fig. 1C-D), falcada (seção
Baseophyllum - C. blanchetii, C. confertiformis) (Fig.1E-F) e tubular (seção Absus - C.
chapadae e C. glaucofilix), com a pétala formando um tubo cuja base recobre o ápice das
anteras (Fig. 1 G-H). A relação filogenética entre as seções está representada na Figura 2.
As anteras em todos os táxons são centrais, em número de dez e de tamanhos
similares, exceto para C. desvauxii var. graminea, que apresenta anteras de diferentes
tamanhos, e C. rotundifolia var. grandiflora, que apresenta oito a nove anteras, das quais
três ou quatro centrais são eretas e cinco deflexas em relação ao eixo da flor. Em C.
blanchetii e C. confertiformis, as anteras quando abertas emitem odor perceptível,
suavemente adocicado. O gineceu é alongado em todos os táxons, com variação no número
de óvulos dentro de cada táxon (Tabela 1). O estigma é apical, envolvido por uma série de
tricomas simples formando uma câmara estigmática em todos os táxons estudados.
As flores apresentam diferentes durações do processo de abertura. Em C.
blanchetii, este dura quatro dias, com exposição das pétalas em diferentes graus durante
dois dias, formação de uma câmara floral no terceiro dia e abertura total no quarto dia. Em
C. confertiformis, o processo dura três dias, diferindo de C. blanchetii pela não formação
de uma câmara floral inicial. As demais espécies apresentam o início da abertura floral
43
durante a madrugada e finalização no início da manhã do mesmo dia. No final do processo,
por volta de 06:00 h, as anteras já apresentam as fendas abertas com pólen disponível e o
estigma já está receptivo. As flores de C. chapadae têm uma pequena diferenciação no
horário, finalizando a antese por volta das 07:00 h. Sob condições climáticas adversas, tais
como dias nublados ou chuvosos, algumas espécies puderam apresentar a disponibilidade
de pólen retardada. O estigma permanece receptivo durante toda a duração da flor, e
grande parte do pólen pode ser coletado já nas primeiras visitas dos polinizadores. As
flores apresentam diferentes períodos de antese, com C. desvauxii var. latistipula
fenecendo na metade do primeiro dia, e C. chapadae após três dias (Tabela 1). Todas as
flores que foram testadas para a presença de pigmentos que absorvem no ultravioleta
tiveram alterações na coloração, com escurecimento das anteras indicando presença destes
pigmentos, o mesmo ocorrendo na base da pétala diferenciada de C. desvauxii var.
graminea.
Foi verificada ocorrência de enantiostilia em todos os táxons, com exceção de C.
rotundifolia var. grandiflora, que apresenta apenas o deslocamento do gineceu em relação
ao eixo central da flor sem distinção de morfos. Em todos os demais táxons, foram
encontrados dois morfos florais (gineceu com deflexão para a direita e para a esquerda do
eixo floral), sempre no mesmo indivíduo, caracterizando enantiostilia monomórfica. A
freqüência de cada morfo em um indivíduo variou conforme abertura das flores que
podiam ser levógiras ou dextrógiras, não apresentando predomínio de apenas um morfo em
um indivíduo. A deflexão do gineceu foi acompanhada por uma deflexão oposta da pétala
diferenciada para C. blanchetii, C. confertiformis, C. chapadae e C. glaucofilix. Em todos
os táxons, os estames apresentaram deflexão das anteras em direção à pétala diferenciada,
e em C. chapadae e C. glaucofilix o ápice das anteras é envolvido por esta pétala.
44
Em C. desvauxii var. graminea, C. desvauxii var. latistipula, C. blanchetii e C.
confertiformis, a enantiostilia não evita a polinização intramorfo, uma vez que durante a
coleta de pólen pelas abelhas o estigma entra em contato com a região onde o pólen é
depositado. O pólen de ambos os morfos é depositado em praticamente todo o corpo da
abelha nas variedades de C. desvauxii, e principalmente em todo o dorso da abelha em
ambos os morfos de C. blanchetii e C. confertiformis, caracterizando polinização
nototríbica. Em C. chapadae e C. glaucofilix, a enantiostilia evita a polinização intrafloral,
pois o gineceu está sempre posicionado do lado oposto ao qual o pólen é depositado no
corpo da abelha (polinização pleurotríbica).
Visitantes florais
Foram observadas 15 espécies de abelhas visitando os táxons de Chamaecrista
(Tabela 2). Trigona spinipes Fabricius, 1793 (Apidae) foi observada na maioria dos táxons
com grande frequência e apresentou comportamento pilhador cortando as anteras para
coletar pólen (Fig. 3A). Apis mellifera Linnaeus, 1758 (Apidae) e Frieseomelitta francoi
Moure, 1946 (Apidae) também possuem comportamento pilhador, coletando pólen sobre as
pétalas após visita das abelhas que vibravam para coletar o pólen. Apis mellifera
apresentou comportamento antagonístico com Bombus brevivillus expulsando-a da flor
para coletar o pólen caído nas pétalas (Fig. 3B).
Todos os táxons tiveram como principais polinizadores espécies de abelhas que
realizavam processo de vibração das anteras para coleta de pólen (Tabela 2). Bombus
brevivillus Franklin, 1913 (Apidae) foi o principal polinizador para C. blanchetii, C.
confertiformis, C. glaucofilix, C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula
(Fig. 2D–H), sendo que nestes dois últimos táxons o comportamento de coleta de pólen se
45
diferencia pelo processo de rotação da abelha na flor. Com o pólen espalhado por todo o
corpo da abelha, há também o contato do estigma com todas as partes do corpo.
Em C. chapadae e C. rotundifolia var. grandiflora outros polinizadores
apresentaram maior frequência de visitas, como Centris fuscata Lepeletier, 1841 (Apidae)
e Pseudaugochlora sp2, respectivamente. Em C. blanchetii e C. confertiformis, B.
brevivillus pousa na flor, agarra-se à base das anteras e realiza o processo de vibração.
Neste momento, o pólen é espalhado pela região ventral do corpo da abelha e parte dele
também é direcionado para a base da pétala falcada que, através do processo de ricochete,
cai sobre a região dorsal do tórax da abelha, local de contato com o estigma, caracterizando
polinização nototríbica. Após a visita às flores de um ou mais indivíduos destas espécies,
as abelhas realizam processo de limpeza do corpo, utilizando as pernas dianteiras para
coletar o pólen depositado no ventre e no dorso do tórax. Juntamente com Exomalopsis
analis Spinola 1853 (Apidae), Augochloropsis sp. e Pseudaugochlora sp1 e sp2 possuem
capacidade de vibração das anteras para coleta de pólen, mas não são polinizadoras, devido
principalmente ao comportamento de coleta, que vibra antera por antera sem contatar o
estigma. Exceção ocorre em C. rotundifolia var. grandiflora, em que as espécies de
Pseudaugochlora são polinizadoras, mantendo contato direto com o estigma durante a
coleta de pólen (Fig. 3C).
Em C. glaucofilix e C. chapadae a pétala diferenciada encobre o ápice das anteras
que, quando vibradas pelos polinizadores, tem os grãos de pólen direcionados por ricochete
através da pétala tubular para a lateral do tórax do polinizador, sempre do lado oposto ao
posicionamento do estigma. Assim, a polinização pleurotríbica só ocorre durante a
visitação a flores de morfos enantiostílicos diferentes. Não foi observada preferência de
morfos pelas abelhas durante as visitas nas flores, com ambos os morfos sendo visitados
aparentemente de forma indistinta em todos os indivíduos de Chamaecrista.
46
As observações de forrageio interespecífico entre táxons de Chamaecrista foram
realizadas entre indivíduos que apresentaram sobreposição de micro-habitat e de floração.
Entre C. glaucofilix e C. blanchetii, indivíduos de B. brevivillus apresentaram vôo
preferencial sempre para um dos táxons, realizando apenas sobrevôo na outra espécie. Esse
comportamento foi observado em diferentes dias totalizando três observações de visitas
preferenciais para C. blanchetii e duas visitas preferenciais para C. glaucofilix. Porém,
Xylocopa cearensis, polinizador secundário destas espécies, apresentou comportamento
diferente de B. brevivillus, com visitas interespecíficas durante um mesmo forrageio. Esse
comportamento foi observado apenas uma única vez, sem ter sido verificado
comportamento preferencial por esta espécie. Euglossa sp. foi observada coletando pólen
apenas em C. desvauxii var. graminea, não visitando as flores de C. glaucofilix em nenhum
momento, apesar da disponibilidade de flores em indivíduos próximos. Embora exista
sobreposição de floração entre C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula,
bem como entre C. blanchetii e C. confertiformis, observações diretas de forrageio
intertáxons não foram realizadas devido a dificuldades encontradas em campo, como
distância entre indivíduos floridos.
47
Tabela 1. Características florais das espécies de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê, Bahia, Brasil. Flores por
inflorescência = média (mínimo-máximo). Viabilidade polínica apresentada como média ± desvio padrão. * Anteras maiores; ** Anteras
menores.
Táxon tipo de
inflorescência
flores /
inflorescência
diâmetro
floral
(cm)
forma da pétala
diferenciada
viabilidade
polínica %
duração da
flor
número
de óvulos
Chamaecrista Sect. Absus
C. chapadae corimbo 4,6 (2–9) 1,6 tubular 93,2 ± 3,48 3 dias 6-9
C. glaucofilix racemo 6,5 (4–9) 2,5 tubular 95,89 ± 3,03 1 dia 7-8
Chamaecrista Sect.
Baseophyllum
C. blanchetii corimbo 9,6 (3–20) 2,0 falcada 91,6 ± 3,13 3 dias 10-14
C. confertiformis corimbo 4,8 (2–12) 1,8 falcada 87,36 ± 2,86 2 dias 8-13
Chamaecrista Sect.
Chamaecrista
C. rotundifolia var. grandiflora axilar 1-3 2,3 indiferenciada 90,44 ± 1,54 1 dia 5-10
Chamaecrista Sect. Xerocalyx
C. desvauxii var. graminea axilar terminal 1,3 (1–2) 2,5 curvada 84,5 ± 3,1*
85,2 ± 2,7**
1 dia 11-13
C. desvauxii var. latistipula uniflora 1 2,0 curvada 94,2 ± 2,34 1/2 dia 12-13
48
Tabela 2. Visitantes florais e número de visitas realizadas em táxons de Chamaecrista entre julho de 2003 a dezembro de 2005 em Mucugê,
Bahia, Brasil. h = horas de observação focal. Valores percentuais referentes à participação relativa da espécie nas visitas em relação à guilda de
visitantes de uma dada espécie de Chamaecrista.
Visitantes C. blanchetii
(59h)
C. confertiformis
(51h)
C. desvauxii var.
graminea (41h)
C. desvauxii var.
latistipula (32h)
C. chapadae
(34h)
C. glaucofilix
(37h)
C. rotundifolia var.
grandiflora (45h)
Total de
visitas
Polinizadores
Bombus brevivillus 127 (34,3%) 48 (15,0%) 138 (79,8%) 124 (79,0%) 9 (12,7%) 36 (48,0%) 9 (15,0%) 491
Centris trigonoides - 2 (0,6%) - - - - - 02
Centris fuscata 7 (1,9%) 15 (4,7%) 5 (2,9%) 5 (3,2%) 18 (25,4%) 14 (18,7%) - 64
Centris sp. 2 (0,5%) - - - - 02
Epicharis sp. - 4 (1,2%) - - - 3 (4,0%) - 07
Euglossa sp. 7 (4,0%) 3 (1,9%) - - 1 (1,7%) 11
Thygater sp. 7 (4,0%) 9 (5,7%) - - - 16
Xylocopa cearensis 5 (1,4%) 17 (5,3%) - - - 10 (13,3%) - 32
Xylocopa sp. - 5 (1,6%) - - - - - 5
Pilhadores
Apis mellifera 63 (17,0%) 37 (11,6%) - - - - - 100
Augochloropsis sp. 5 (1,4%) - - - 6 (8,5%) 6 (8,0%) - 17
Exomalopsis analis 10 (2,7%) - - - - - - 10
Frieseomelitta francoi 5 (1,4%) 12 (3,8%) - - - - - 17
Pseudaugochlora sp1 12 (3,2%) - 1 (0,6%) - - - 7 (11,7%) * 20
49
Visitantes C. blanchetii
(59h)
C. confertiformis
(51h)
C. desvauxii var.
graminea (41h)
C. desvauxii var.
latistipula (32h)
C. chapadae
(34h)
C. glaucofilix
(37h)
C. rotundifolia var.
grandiflora (45h)
Total de
visitas
Pseudaugochlora sp2 - 13 (4,1%) 9 (5,2%) 12 (7,6%) - - 12 (20,0%) * 46
Trigona spinipes 134 (36,2%) 166 (52,0%) 6 (3,5%) 4 (2,5%) 38 (53,5%) 6 (8,0%) 31 (51,7%) 385
Total de visitas 370 319 173 157 71 75 60 1225
* Polinizador para C. rotundifolia var. grandiflora
50
51
Figura 1. Flores de Chamaecrista. (A, B) Flores não enantiostílicas de C. rotundifolia
var. grandiflora, sem pétala diferenciada; (C) flor enantiostílica de C. desvauxii var.
graminea, com pétala curvada e gineceu lateral (seta); (D) C. desvauxii var. latistipula
com anteras avermelhadas voltadas para a pétala curvada; (E) flores de C. blanchetii
com enantiostilia monomórfica em uma mesma inflorescência, com pétala falcada; (F)
C. confertiformis, apresentando pétala falcada; (G) C. chapadae com flores do mesmo
morfo em uma inflorescência, com pétala diferenciada em forma de tubo; (H) flor
enantiostílica de C. glaucofilix, com pétala diferenciada em forma de tubo com a base
envolvendo o ápice das anteras e a parte terminal em direção oposta ao estigma (seta).
Barras de escala: A = 0,4 cm; B, E = 0,57 cm; C, D, F, G = 0,5 cm; H = 0,64 cm.
52
Grupo externoApoucouitaAbsusBaseophyllumChamaecristaXerocalyxChamaecristaCaliciopsisChamaecrista
Figura 2. Representação das seções de Chamaecrista, baseada em uma análise com
Máxima Parcimônia, combinando as regiões de trnL-F e ITS (modificado de Conceição,
2006).
53
54
Figura 3. Visitantes florais em Chamaecrista. (A) Trigona spinipes cortando antera para
coletar pólen em C. chapadae; (B) Apis mellifera em comportamento antagonístico com
B. brevivillus em C. blanchetii; (C) Pseudaugochlora sp2 coletando pólen por vibração
em C. rotundifolia var. grandiflora; (D) Bombus brevivillus em C. blanchetii com pólen
direcionado para o dorso do corpo da abelha pela pétala falcada, local de contato com o
estigma (seta); (E) B. brevivillus em comportamento de limpeza de pólen da região
dorsal do tórax com a perna dianteira (seta), após coleta em C. confertiformis; (F-H) B.
brevivillus coletando pólen em (F) C. glaucofilix, (G) C. desvauxii var. graminea e (H)
C. desvauxii var. latistipula. Barras de escala: A-E, G, H = 0,5 cm; F = 0,4 cm.
55
Discussão
Mecanismos de polinização
Os táxons de Chamaecrista estudados apresentam características comuns ao
gênero, como flores amarelas, anteras funcionalmente poricidas, pigmentos que
absorvem luz ultravioleta, oferta de pólen como recurso floral e presença de câmara
estigmática (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988; Owens & Lewis, 1989;
Costa et al., 2007). Segundo Dulberger (1994), a câmara estigmática atua na captação
de pólen e proteção da pouca secreção estigmática produzida por espécies de alguns
grupos que têm estigmas diminutos. Nos táxons estudados, os tricomas das câmaras
captam o pólen a partir do corpo da abelha, que permanecem no estigma mesmo após
várias visitas dos polinizadores. A secreção estigmática nestas espécies fica retida
dentro da câmara e é necessária para a fixação e germinação dos grãos de pólen. Costa
et al. (2007) notaram que a forma mais eficiente de realizar polinizações experimentais
manuais neste grupo é através da fricção das cerdas de um pincel nos tricomas da
câmara estigmática antes de depositar o pólen, possivelmente atuando como um
estímulo similar ao realizado pelo contato do polinizador.
A pétala diferenciada em Chamaecrista tem sido bastante discutida quanto à sua
forma e funcionalidade (e.g. Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988; Wolfe &
Estes, 1992). Wolf & Estes (1992) verificaram a importância desta pétala na atração do
polinizador para C. fasciculata, havendo 5% de formação de frutos em flores nas quais a
pétala foi removida, e 45% de frutificação em flores não manipuladas. Esse resultado,
porém, não levou em consideração outra função atribuída à pétala modificada, que é o
direcionamento do pólen para o corpo do polinizador (mecanismo tipo ricochete),
podendo a redução na frutificação ter sido influenciada por uma menor eficiência na
56
deposição do pólen no polinizador. Nos táxons da seção Xerocalyx (C. desvauxii var.
graminea e C. desvauxii var. latistipula), a pétala curvada parece direcionar o pouso das
abelhas, funcionando ainda como atrativo ou guia para os polinizadores na primeira
variedade, que apresenta pigmentos que absorvem no ultra-violeta. Segundo Costa et al.
(2007) não existem barreiras pré-zigóticas entre estes táxons, que têm morfologia floral
similar, sobreposição do período de floração e compartilhamento de polinizadores. A
pétala curvada presente nestes táxons parece ser uma característica comum à seção
Xerocalyx, e essa morfologia floral não representa barreira ao fluxo gênico neste grupo,
uma vez que ao coletar a abelha tem pólen espalhado por todo o corpo. Além disso, esse
padrão de deposição de pólen também favorece a transferência de pólen para flores de
outros táxons simpátricos de Chamaecrista que florescem em sincronia (Cap. 1), já que
nem todo pólen espalhado no corpo da abelha é retirado durante o processo de limpeza.
As pétalas diferenciadas de morfologia falcada (seção Baseophyllum - C.
blanchetii e C. confertiformis) e tubular (seção Absus - C. glaucofilix e C. chapadae)
parecem não atuar no papel de atração e guia de pouso dos polinizadores, devido tanto à
sua forma quanto à ausência de guias visuais. Essas pétalas têm importante função na
transferência de pólen para o corpo da abelha, favorecendo a polinização intramorfo
enantiostílico em C. blanchetii e C. confertiformis, e intermorfos em C. chapadae e C.
glaucofilix. Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger (1988) denominam as pétalas
curvadas como “pétala cuculus” e “pétala tubo”, dependendo do grau de dobramento da
pétala, e reconhecem para o segundo tipo a função de direcionamento do pólen. A pétala
falcada observada nas espécies aqui estudadas é uma forma intermediária entre os
morfos descritos por Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger (1988), com função similar
à da pétala tubo. A função de direcionamento do pólen através da pétala diferenciada
parece ser uma tendência dentro das seções Absus e Baseophyllum. Este direcionamento
57
parece estar relacionado a uma mudança de polinização esternotríbica (deposição do
pólen na região ventral), mais comum em espécies com polinização por vibração, para
nototríbica (deposição dorsal). Esta mudança aparentemente acarreta um aumento na
proteção dos grãos de pólen, devido à maior dificuldade das abelhas de limparem a
região dorsal do que a ventral. Outros táxons analisados por Gottsberger & Silberbauer-
Gottsberger (1988) e Conceição (2006) revelam morfologia floral similar para espécies
destas seções, o que pode representar a mesma funcionalidade. A não diferenciação da
pétala interna em C. rotundifolia var. grandiflora é também encontrada na variedade
típica da espécie. Este último táxon apresenta baixa freqüência de visitantes
(Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988), como foi também observado em C.
rotundifolia var. grandiflora. Isso pode representar uma divergência no padrão de
atração dos polinizadores pela diferenciação morfológica floral em Chamaecrista.
Segundo a hipótese filogenética baseada em dados moleculares apresentada por
Conceição (2006) para o gênero, a seção Apoucouita (não incluída neste estudo) é a
mais basal do gênero. Subsequentemente, a seção Absus constitui o grupo-irmão de
todas as demais seções, com a seção Chamaecrista aparecendo como mais derivada.
Este última seção apresenta-se parafilética, estando a seção Caliciopsis inserida neste
grupo nas análises de Máxima Parcimônia realizadas combinando as regiões de ITS e
trnL-F (ver Conceição, 2006). Baseado nesta hipótese filogenética e na relação com os
caracteres da morfologia floral, é possível inferir que existe uma tendência ao
desdobramento da pétala diferenciada neste gênero, que vai desde uma pétala tubular na
seção Absus até uma pétala mais distendida no clado mais derivado.
A enantiostilia foi encontrada em quase todas as espécies de Chamaecrista e
parece ser uma característica comum ao gênero e à subtribo Cassinae (Dulberger et al.,
1994; Carvalho & Oliveira, 2003; Marazzi et al., 2006). Segundo Endress (2001), essa
58
característica é mais comum em flores de pólen que são polinizadas por vibração e
evoluiu por convergência, ocorrendo em famílias de plantas não relacionadas. O
polimorfismo no posicionamento do gineceu tem sido amplamente discutido quanto a
sua função evolutiva (e.g., Dulberger, 1981; Dulberger et al., 1994; Fenster, 1995;
Barrett et al., 2000; Jesson & Barrett, 2002a,b; Westerkamp, 2004). Jesson & Barrett
(2002a,b) demonstraram que a enantiostilia é uma característica geneticamente
determinada que reduz os níveis de geitonogamia e favorece a polinização cruzada,
quando comparadas com flores não enantiostílicas. No entanto, a hipótese de
favorecimento da polinização cruzada pela enantiostilia tem sido vista como insuficiente
para explicar o significado adaptativo da enantiostilia monomórfica (e.g., Dulberger,
1981; Fenster, 1995; Westerkamp, 2004).
Os táxons de Chamaecrista com enantiostilia são monomórficos e apresentam
diferentes estratégias de polinização, como favorecimento de polinização intrafloral em
C. blanchetii, C. confertiformis, C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var.
latistipula, e de polinização intermorfos em C. glaucofilix e C. chapadae, levando à
geitonogamia ou à alogamia. Os resultados com estas duas últimas espécies corroboram
os estudos de Jesson & Barrett (2002a,b), que demonstram a eficiência da enantiostilia
para a polinização cruzada. Porém, a enantiostilia monomórfica dos demais táxons
contrapõe essa hipótese, uma vez que a autopolinização intrafloral não é dificultada.
Estes táxons apresentam sistema reprodutivo autocompatível (Cap. 3) e a enantiostilia
não representa um mecanismo que favorece a polinização cruzada. Segundo Dulberger
(1981), a enantiostilia pode ter evoluído como um processo adaptativo que reduz os
danos causados ao gineceu durante o processo de visita das abelhas, e Westerkamp
(2004) afirma que, para as Cassiinae, a enantiostilia evoluiu por um processo adaptativo
que favoreceu a aproximação das abelhas para a coleta de pólen.
59
Chamaecrista rotundifolia var. grandiflora apresenta deflexão do gineceu e de
parte das anteras, mas diferentes morfos não foram encontrados no indivíduo nem na
população, não sendo caracterizada então a enantiostilia. O deslocamento do gineceu foi
verificado também em outros gêneros, tais como Cassia (Leguminosae), Melastoma e
Tibouchina (Melastomataceae) e algumas espécies de Cyanella (Tecophilaeaceae)
(Dulberger, 1981). O significado desta variação floral também permanece em aberto,
mas aparentemente facilita o acesso das abelhas à coleta de pólen e diminui danos ao
estilete e ao estigma (Dulberger, 1981), reforçando a idéia de uma adaptação que evita
danos ao pistilo.
Isolamento reprodutivo
Isolamento reprodutivo pré-zigótico tem recebido considerável atenção e é
freqüentemente citado como mais importante e efetiva barreira para fluxo gênico do que
o isolamento pós-zigótico (Coyne & Orr, 2004). Isolamento reprodutivo pré-polinização
em Leguminosae foi encontrado entre espécies de Cercidium que apresentaram
diferentes padrões florais ultravioleta, diferenciação ecológica e divergentes períodos de
floração (Jones, 1978). Porém, entre espécies de Dahlstedtia tem sido observado
isolamento pós-polinização pré-fertilização, aparentemente comum em Leguminosae
(Teixeira & Ranga, 2004).
Para as Chamaecrista fatores como fenologia, comportamento de forrageio,
constância floral do polinizador e diferentes mecanismos de polinização podem
funcionar como barreiras reprodutivas entre táxons simpátricos. O isolamento temporal
de floração de C. confertiformis com C. rotundifolia var. grandiflora é evidenciado pela
ausência completa de sobreposição do período de floração (Cap. 1), o que impede o
fluxo gênico, independente da morfologia floral e da sobreposição de polinizadores.
60
Entre C. confertiformis e C. blanchetii, eventualmente ocorre sobreposição de floração
com prolongamento da fase final de floração de C. blanchetii e antecipação da floração
de C. confertiformis no mês de setembro (Cap. 1). Estas duas espécies, que pertencem à
mesma seção, possuem morfologia floral similar e compartilham o mesmo polinizador.
Assim, elas apresentam condições para ocorrência de fluxo gênico e não possuem
barreiras pré-zigóticas pós-polinização ou pós-zigóticas (Cap. 3). O potencial
reprodutivo interespecífico, neste caso, é confirmado pela ocorrência de sementes
híbridas viáveis provenientes de polinizações experimentais (Cap. 3) e pela presença de
alguns indivíduos híbridos na área de estudo (Conceição, 2006). Segundo Coyne & Orr
(2004), a raridade de indivíduos híbridos provavelmente significa que existe um
incompleto isolamento pré-zigótico, como observado entre C. blanchetii e C.
confertiformis, quando há sobreposição de floração (Cap. 1). O período de floração não
representa uma barreira reprodutiva também para os outros táxons, ocorrendo extensa
sobreposição entre eles (Cap. 1).
As diferenças na morfologia floral desses táxons de Chamaecrista,
principalmente em relação à pétala diferenciada, induzem a diferentes comportamentos
de coleta de pólen e mecanismos de polinização que podem facilitar ou mesmo impedir
o fluxo gênico. O comportamento de rotação de B. brevivillus na flor, com conseqüente
deposição de pólen por todo o corpo durante as visitas em C. desvauxii var. graminea e
C. desvauxii var. latistipula (seção Xerocalyx) facilita a transferência de pólen destes
táxons para os demais. Já em C. glaucofilix e C. chapadae (seção Absus), a morfologia
floral leva a um comportamento restrito de coleta de pólen, com mecanismo de
polinização pleurotríbica (deposição lateral). Esta especificidade favorece o fluxo
gênico entre morfos enantiostílicos destas espécies, mas impede a transferência de pólen
para C. blanchetii e C. confertiformis (seção Baseophyllum), que apresentam
61
mecanismo de polinização nototríbica. Em situação inversa, existe a possibilidade
destas espécies da seção Baseophyllum doarem pólen para todos os demais táxons,
através do pólen depositado na região ventral e dorsal do corpo da abelha. Entre C.
glaucofilix e C. chapadae, a polinização interespecífica pode ser minimizada por fatores
ambientais que parecem servir como barreiras sobrepostas formando um filtro que
minimiza o fluxo gênico, tais como diferentes estratégias de floração, diferentes
preferências por microhabitats e diferença na freqüência do polinizador principal de
cada espécie.
A constância floral do polinizador é outro fator que diminui a polinização entre
táxons. Entre C. glaucofilix e C. blanchetii deve haver redução no fluxo gênico
interespecífico devido ao comportamento de forrageio de B. brevivillus que, nestas
espécies, exibe constância floral. Essa constância pode estar associada a diferenças na
durabilidade da flor e na quantidade de flores oferecidas por indivíduo. Em C.
glaucofilix, o número de flores abertas por dia é bastante reduzido quando comparado
com C. blanchetii. Isso faz com que a oferta de pólen também seja diferenciada nestas
espécies, o que pode levar B. brevivillus a ter uma maior preferência por C. blanchetii.
Contudo, o polinizador secundário destas espécies, Xylocopa cearensis, não possui esse
tipo de comportamento preferencial, realizando coleta de pólen heterotípica,
promovendo assim fluxo gênico entre estas espécies. Outro aspecto importante é o
comportamento periódico de limpeza do corpo de B. brevivillus, que recolhe o pólen
após cada forrageio em um ou poucos indivíduos de uma espécie, diminuindo a
quantidade de pólen disponível para polinização interespecífica.
Neste estudo, o isolamento reprodutivo pré-zigótico entre as Chamaecrista é
estabelecido através de uma sobreposição de barreiras fenológicas, morfológicas e de
comportamento dos visitantes florais que diminuem o fluxo gênico entre os táxons
62
simpátricos. Segundo Coyne & Orr (2004), estudos de pares de espécies têm
demonstrado que o fluxo gênico é bloqueado por um conjunto de barreiras de
isolamento. Vieira (2002) encontrou resultado semelhante para as Onagraceae, com
barreiras sobrepostas atuando como filtro para o fluxo gênico em espécies simpátricas
de Ludwigia. Além da sobreposição de barreiras pré-zigóticas entre as Chamaecrista,
barreiras pós-zigóticas também atuam no isolamento reprodutivo, levando a redução de
fluxo gênico entre estes táxons simpátricos (Costa et al., 2007; Cap. 3).
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66
CAPÍTULO 3
Autocompatibilidade e potencialidade de cruzamento
entre táxons simpátricos de Chamaecrista
(Leguminosae - Caesalpinioideae)
67
Resumo
O sistema reprodutivo de sete táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque
Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina, Bahia foi estudado com o objetivo de
determinar a ocorrência de autoincompatibilidade e de mecanismos genéticos de
isolamento reprodutivo no grupo. Foi testada a hipótese de se táxons mais relacionados
(pertencentes a uma mesma seção) apresentam os mesmos tipos de barreiras
reprodutivasque táxons menos relacionados (pertencentes a diferentes seções). Foram
realizados experimentos manuais de autopolinização, polinização cruzada e
autopolinização espontânea, além de polinização aberta para verificar a formação
natural de frutos na população. Cruzamentos intertáxons foram feitos de forma
bidirecional. Sementes de frutos formados em cada cruzamento foram colocadas para
germinar. Todos os táxons são autocompatíveis e apresentam elevada taxa de aborto das
sementes tanto em autopolinização quanto em polinização cruzada. As sementes
formadas apresentam alto potencial germinativo (acima de 70%). As duas
subpopulações de C. chapadae estudadas apresentam baixa intercompatibilidade, sendo
sugerida a possibilidade da ocorrência de alterações cromossômicas estruturais ou
numéricas, se conformando com o modelo de especiação estasipátrica. Nos cruzamentos
entre táxons da mesma seção, isolamento pós-zigótico de inviabilidade das sementes foi
observado para os pares C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula (seção
Xerocalyx) e C. chapadae e C. glaucofilix (seção Absus), em que barreiras pré-zigóticas
são menos eficientes como mecanismos de isolamento reprodutivo.
Intercompatibilidade entre espécies de uma mesma seção ocorre em C. blanchetii e C.
confertiformis (seção Baseophyllum), com formação de sementes viáveis. Entre seções
diferentes, foi verificado isolamento reprodutivo pré-zigótico gamético, sem haver
68
penetração de tubo polínico no óvulo, principalmente nos cruzamentos com C.
rotundifolia var. grandiflora, além da formação de sementes abortadas, exibindo um
isolamento pós-zigótico por inviabilidade das sementes. A interincompatibilidade na
maioria dos táxons de Chamaecrista provavelmente é dada por uma incongruência
genômica, mantendo a identidade genética destes táxons que ocorrem em simpatria,
florescem em sincronia e compartilham polinizadores.
69
Introdução
O estudo do sistema reprodutivo freqüentemente ajuda no entendimento da
complexidade taxonômica de algumas espécies e nos padrões do fluxo gênico, sendo de
importância básica para estudos da evolução e genética de populações, bem como para o
esclarecimento do processo de especiação e das relações genéticas entre as espécies
(Bawa, 1974; Stace, 1989; Richards, 1997). O entendimento do processo de especiação
envolve a determinação de quais barreiras reprodutivas estão envolvidas na redução do
fluxo gênico entre populações e o entendimento de quais forças evolutivas as produzem
(Nosil & Crespi, 2006).
Barreiras ao fluxo gênico entre espécies são freqüentemente categorizadas como
mecanismos de isolamento pré e pós-zigóticos (Dobzhansky, 1937; Grant, 1981; Stace,
1989; Tiffin et al., 2000; Coyne & Orr, 2004). Evolucionistas têm realizado diversos
estudos sobre biogeografia, ecologia e especiação para um melhor entendimento sobre a
evolução destes mecanismos de isolamento reprodutivo entre espécies simpátricas
(Sorensson & Brewbaker, 1994; Coyne & Orr, 1997, 2004; Borba et al., 1999, 2001;
Vieira, 2002; Orr, 2005).
O gênero Chamaecrista (Leguminosae, Caesalpinioideae) pertence à subtribo
Cassiinae e apresenta cerca de 330 espécies distribuídas em sete seções (Conceição,
2006), sendo representado no Brasil por cerca de 230 espécies (Irwin & Barneby, 1982).
Este gênero é bastante comum em áreas de campos rupestres (Irwin & Barneby, 1982;
Lewis 1987; Conceição, 2006) e apresenta sete espécies que ocorrem em simpatria no
município de Mucugê, Chapada Diamantina. Neste local, tem sido reportada a
ocorrência de híbridos entre alguns táxons (Conceição, 2006), o que aparentemente é
favorecida pela sobreposição na guilda de visitantes florais e no período de floração de
70
alguns táxons (Cap. 1, 2). Poucos trabalhos foram desenvolvidos sobre o sistema
reprodutivo de Chamaecrista, sendo C. fasciculata (Fenster, 1995), C. keyensis (Liu and
Koptur, 2003) C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latispipula (Costa et al.,
2007) espécies autocompatíveis, com apenas um trabalho apresentando dados sobre
compatibilidade interespecífica no gênero (Costa et al., 2007).
Estudos com fenologia, biologia floral, guilda e etologia de polinizadores têm
sido desenvolvidos (Cap. 1 e 2) buscando um maior conhecimento dos mecanismos que
atuam no isolamento reprodutivo de táxons simpátricos de Chamaecrista. Diferentes
estratégias de floração têm sido encontradas em Chamaecrista simpátricas, com grande
período de sobreposição da floração para a maioria dos táxons (Madeira & Fernandes,
1999; Cap. 1), enquanto alguns táxons apresentaram um isolamento temporal atuando
como uma barreira reprodutiva pré-polinização. Da mesma forma, diferenças na
morfologia floral e nos mecanismos de polinização (Cap. 2) representam barreiras pré-
zigóticas entre estes táxons simpátricos, formando filtros sobrepostos que diminuem o
fluxo gênico entre as espécies de Chamaecrista.
Como forma de entender as estratégias evolutivas que envolvem os mecanismos
de isolamento reprodutivo pré-zigótico pós-polinização e pós-zigótico, este trabalho tem
como objetivo conhecer o sistema reprodutivo dos táxons simpátricos de Chamaecrista
bem como o potencial de hibridação entre eles, através de polinizações experimentais. A
partir destas informações será testado se: 1) os mecanismos de isolamento reprodutivo
são eficientes entre os táxons simpátricos de Chamaecrista, inviabilizando a formação
de híbridos; 2) táxons mais relacionados (pertencentes a uma mesma seção do gênero)
apresentam os mesmos tipos de barreiras que táxons menos relacionados (pertencentes a
diferentes seções); 3) se existe alguma correlação entre ocorrência de mecanismos de
isolamento reprodutivo pré e pós-zigóticos.
71
Material e Métodos
Área de estudo
O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de
Mucugê, estado da Bahia, Brasil, em uma área de aproximadamente 160.000 m2. O
Parque está situado na Chapada Diamantina, porção Norte da Cadeia do Espinhaço,
entre as coordenadas 12º59’02’’S a 13º00’18’’S e 41º20’41’’W a 41º20’33’’W e
altitude em torno de 1.000 m. O tipo vegetacional predominante é campo rupestre,
formado principalmente por plantas herbáceas e subarbustivas em solo arenoso-
pedregoso e herbáceo-arbustivas crescendo em afloramentos rochosos (Giulietti &
Pirani, 1988). O clima é do tipo Cwb na classificação de Köppen (1948), mesotérmico
com temperatura média anual de 19,8ºC. A precipitação média anual varia de cerca de
830 a 1192 mm. Vouchers das populações estudadas foram depositados no herbário da
Universidade Estadual de Feira de Santana (HUEFS): C.B.N.Costa 109 - Chamaecrista
desvauxii var. latistipula (Benth.) G.P.Lewis; C.B.N.Costa 110 - C. confertiformis
(Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis; C.B.N.Costa 111 - C. blanchetii
(Benth.) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis; C.B.N.Costa 112 - C. desvauxii var.
graminea Irwin & Barneby; C.B.N.Costa 113 - C. glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin
& Barneby; C.B.N.Costa 115 - C. chapadae (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby;
C.B.N.Costa 128 - C. rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin & Barneby.
Táxons estudados
Foram estudados sete táxons incluídos em seis espécies de Chamaecrista,
pertencentes a quatro seções do gênero, ocorrendo em simpatria: 1) seção Absus (C.
72
glaucofilix, C. chapadae); 2) seção Baseophyllum (C. confertiformis, C. blanchetii); 3)
seção Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea, C. desvauxii var. latistipula); e 4) seção
Chamaecrista (C. rotundifolia var. grandiflora). Chamaecrista confertiformis, C.
blanchetii, C. desvauxii var. graminea são mais freqüentes na área de estudo. Esses dois
últimos táxons possuem aparentemente distribuição menos agrupada, enquanto C.
confertiformis ocorre apenas nas margens do rio, formando agrupamentos densos de
indivíduos. Subjetivamente, foi estimada a ocorrência dos táxons, sendo Chamaecrista
glaucofilix menos freqüente quando comparada com os outros arbustos, e ocorre
amplamente dispersa na área, em fendas e outros locais com solos rasos. Já C. desvauxii
var. latistipula também apresenta menor freqüência na área e ocorre preferencialmente
em solos argilosos, enquanto C. rotundifolia var. grandiflora possui apenas uma
pequena população local, ocorrendo em solos arenosos. Chamaecrista chapadae é
menos freqüente na área e ocorre preferencialmente em ambientes úmidos e
sombreados, com indivíduos agrupados. A população desta espécie esta dividida em
duas subpopulações, uma com seis indivíduos (Trilha) e outra com 52 indivíduos
(Morro Fervido), situadas a uma distância de cerca de 1 km. Devido à grande
proximidade dos indivíduos dentro de cada subpopulação e baixa disponibilidade de
flores de C. chapadae, todas as polinizações cruzadas na espécie foram realizadas entre
indivíduos de diferentes subpopulações. Os procedimentos para polinização cruzada
foram similares aos demais táxons sendo coletado pólen misto de diferentes indivíduos
seguido de imediata polinização.
Sistema reprodutivo
Os procedimentos de polinizações manuais foram realizados segundo
metodologia descrita por Costa et al. (2007) para Chamaecrista. Em cada táxon, foram
73
realizados em campo experimentos de autopolinização, polinização cruzada,
autopolinização espontânea, e polinização aberta para verificar a formação de frutos em
condições naturais. A polinização cruzada intratáxon foi realizada utilizando pólen de
indivíduos com distância superior a 100 metros. Os cruzamentos intertáxons foram
realizados de forma bidirecional para todos os táxons que apresentaram sobreposição de
floração e disponibilidade de flores. O número de flores usadas por tratamento e por
indivíduo não foi uniforme, devido a diferenças na disponibilidade de flores em
diferentes indivíduos, sendo os cruzamentos realizados de forma aleatória. Para realizar
os experimentos, foram utilizadas flores no primeiro dia de abertura, previamente
ensacadas em fase de botão e novamente ensacadas após a realização da polinização. Os
sacos permaneceram nos experimentos até o amadurecimento dos frutos e liberação das
sementes.
Duas a quatro flores polinizadas por tratamento foram coletadas entre 6 e 72
horas após a polinização e fixadas em solução de FAA 50% para observação do
crescimento dos tubos polínicos e/ou penetração destes nos óvulos. Os pistilos foram
tratados com NaClO 5% por 15 a 30 min. até a total descoloração do material, e corados
com azul de anilina a 0,25% para observação em microscópio de epifluorescência
(modificado de Martin, 1959).
Germinação das sementes
As sementes coletadas de cada fruto formado nos experimentos foram pesadas e
colocadas para germinar. A dormência foi quebrada através de escarificação mecânica e
depois desinfectadas em NaClO 2,5% por cinco minutos e subseqüentemente lavadas
com água destilada (modificado de Gomes et al., 2001). Para cada táxon, foi utilizado
um número diferente de sementes, de acordo com a formação destas a partir dos
74
experimentos. As sementes foram acondicionadas em caixas de germinação, com papel
de filtro umedecido em água destilada, e colocadas em câmara de germinação com luz
constante e temperatura constante de 27º C. O acompanhamento do processo de
germinação foi realizado diariamente durante 30 dias para obter o Índice de Velocidade
de Germinação (IVG) (Maguire, 1962) e o percentual de germinação de cada
experimento. Foi realizada análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey para
comparação das médias amostrais, utilizando o programa BIOESTAT 3.0 (Ayres et al.,
2003).
Resultados
Cruzamentos intratáxon
A frutificação em polinização aberta foi baixa em quase todos os táxons,
normalmente variando entre 12 e 17%, com exceção das duas variedades de C.
desvauxii (44 e 63%). Não houve formação de frutos por autopolinização espontânea ou
apomixia em nenhum táxon (Tabela 1). Houve formação similar de frutos e sementes
nas autopolinizações e polinizações cruzadas experimentais, indicando
autocompatibilidade em todos os táxons. Porém houve grande variação no percentual de
frutificação entre os diferentes táxons: frutificação em autopolinização manual variou de
15% (C. rotundifolia var. grandiflora) a 67% (C. desvauxii var. graminea), e em
polinização cruzada manual variou de 11% (C. rotundifolia var. grandiflora) a 70% (C.
desvauxii var. latistipula).
Um padrão diferente da similaridade de frutificação nos experimentos de
polinização cruzada e autopolinização foi observado em C. chapadae, que teve
frutificação muito superior nas autopolinizações (Tabela 1). Separando-se os dados por
75
subpopulação os mesmos resultados basicamente são mantidos, com pequenas
diferenças possivelmente associadas ao tamanho reduzido da amostragem (Tabela 2). A
maioria dos indivíduos teve um número reduzido de flores polinizadas, mas este número
foi elevado em dois indivíduos da subpopulação Trilha, variando de nove a 18
polinizações por tratamento por indivíduo. Nestes indivíduos, o mesmo padrão geral
observado para a população foi mantido, com frutificação três a cinco vezes superior em
autopolinizações (a remoção dos indivíduos da análise não altera os resultados gerais).
Da mesma forma, dois indivíduos da subpopulação Morro, com número superior de
flores cruzadas (sete e oito) com indivíduos da Trilha, apresentaram reduzida
frutificação (14 e 13%, respectivamente; apenas duas autopolinizações foram realizadas
em um destes indivíduos, com um fruto desenvolvido).
Formação de sementes por fruto muito abaixo do número máximo de óvulos foi
observada em todos os táxons, tanto em experimentos de autopolinização quanto em
polinização cruzada. Houve diferença significativa entre o número de sementes
formadas apenas em C. desvauxii var. graminea, que apresentou maior número de
sementes em polinização cruzada (F = 5,5194, p<0,05). Em ambos os experimentos
houve grande número de sementes abortadas. Porém, não foi verificado um padrão na
ordenação para as sementes abortadas no fruto, não havendo um padrão de aborto das
sementes mais próximas ou mais distantes da base do estilete.
Não houve diferença significativa no peso das sementes formadas por
autopolinização e polinização cruzada para C. desvauxii var. graminea, C. desvauxii
var. latistipula, C. confertiformis e C. rotundifolia var. grandiflora. Porém, as sementes
provenientes de polinização cruzada apresentaram maior peso em C. blanchetii (F =
9,0333, p<0,01), C. glaucofilix (F = 19,974, p<0,01) e C. chapadae (F = 4,8924,
p<0,01). Todas as sementes formadas por autopolinização e polinização cruzada
76
apresentaram alto percentual de germinação (acima de 80%) para todos os táxons
(Tabela 1). O Índice de Velocidade de Germinação (IVG) foi similar entre os
experimentos em todos os táxons, sendo maior a diferenciação entre os experimentos de
C. rotundifolia var. grandiflora, que exibiu uma maior velocidade de germinação em
polinização cruzada (Tabela 1).
A velocidade de crescimento dos tubos polínicos foi similar para os táxons de
Chamaecrista estudados, atingindo os óvulos cerca de seis horas após a polinização.
Não houve diferença na velocidade de crescimento entre experimentos de
autopolinização e polinização cruzada, com exceção de C. desvauxii var. latistipula que
apresentou maior velocidade de crescimento em polinização cruzada. Não houve
diferença na morfologia dos tubos polínicos, sendo observado desenvolvimento normal
até a penetração na micrópila tanto em experimentos de autopolinização quanto de
polinização cruzada (Fig. 1A-D).
Cruzamento intra-seccional
Na seção Absus, houve baixa formação de frutos entre os cruzamentos realizados
com C. glaucofilix e C. chapadae (Tabela 3). Esta frutificação foi unidirecional, tendo
C. glaucofilix como doadora de pólen (Fig. 1E). Neste cruzamento, houve formação de
apenas duas sementes mal formadas e sem potencial germinativo (Fig. 2E, Tabela 4).
Na seção Baseophyllum, os cruzamentos interespecíficos realizados com C.
blanchetii e C. confertiformis formaram frutos e sementes bidirecionalmente (Tabelas 3,
4). Frutos mal formados ou frutos com sementes abortadas foram comuns nesses
cruzamentos, sendo obtidas apenas duas sementes bem formadas quando C.
confertiformis foi receptora de pólen (Fig. 2D). Não houve diferença significativa no
número de sementes formadas por fruto. Com C. blanchetii como receptora de pólen,
77
foi desenvolvido maior número de sementes morfologicamente bem formadas. No
entanto, cinco sementes destes cruzamentos foram colocadas para germinar sem
sucesso, enquanto as duas sementes formadas de C. confertiformis como receptora de
pólen germinaram.
Os cruzamentos na seção Xerocalyx, entre as duas variedades de C. desvauxii,
apresentaram elevada frutificação, porém, com sementes abortadas (Tabelas 3, 4; para
detalhes, ver Costa et al., 2007).
Cruzamento inter-seccional
Em cruzamentos entre seções, C. blanchetii (seção Baseophyllum) apresentou
elevado potencial como doadora de pólen, com formação de tubos polínicos e
penetração na micrópila dos óvulos (Fig. 1G). Na maioria dos táxons, esses
cruzamentos levaram à formação de frutos (Tabela 3), com até 24% de frutificação em
C. desvauxii var. graminea (seção Xerocalyx). Todos os frutos formados a partir do
cruzamento com C. blanchetii com os táxons das outras seções apresentaram óvulos não
desenvolvidos ou sementes abortadas (Fig. 2A-B, D; Tabela 4). Nos cruzamentos onde
C. blanchetii foi receptora de pólen, houve formação de frutos apenas com C.
glaucofilix (seção Absus).
Nos cruzamentos entre C. chapadae (seção Absus), como receptora de pólen, e
C. desvauxii var. latistipula (seção Xerocalyx), houve penetração dos tubos polínicos na
micrópila (Fig 1F) e subseqüente desenvolvimento de frutos, mas sem haver
desenvolvimento de sementes viáveis (Tabela 3, 4). O mesmo ocorreu entre C.
confertiformis (seção Baseophyllum), como receptora de pólen, e C. desvauxii var.
graminea (seção Xerocalyx).
78
Chamaecrista rotundifolia var. grandiflora (seção Chamaecrista) não
apresentou frutos formados quando cruzada com nenhum dos demais táxons, nem como
doadora nem como receptora de pólen (Tabela 3). Nos demais cruzamentos em que não
houve formação de frutos, foi verificada germinação dos grãos de pólen e tubos
polínicos dentro do ovário com plugs normais de calose, porém sem mostrar
direcionamento do tubo polínico para os óvulos.
79
Tabela 1. Frutificação, formação e germinação de sementes em condições naturais e
polinizações experimentais em táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de
Mucugê, Bahia. IVG = Índice de Velocidade de Germinação das sementes; N =
tamanho amostral.
tratamento indivíduos frutificando % (N)
frutificação % (N)
sementes/fruto média
(min.–max.)
germinação% IVG
Chamaecrista sect. Absus
C. chapadae
polinização aberta 100 (11) 12,5 (32) 2,3 (0-7) 75 6,9
autopoliniz. espontânea 0 (7) 0 (17) - - -
autopoliniz. manual 100 (9) 57,1 (42) 1,7 (0-6) 95,6 9,3
poliniz. cruzada manual 77 (13) 18,8 (64) 1,9 (0-7) 100 9,0
C. glaucofilix
polinização aberta 100 (12) 13,3 (90) 3,1 (0-8) 73,3 1,8
autopoliniz. espontânea 0 (16) 0 (28) - - -
autopoliniz. manual 100 (8) 64,4 (45) 2,6 (0-5) 82 3,4
poliniz. cruzada manual 100 (10) 63,2 (38) 3,6 (0-8) 92 3,9
Chamaecrista sect. Baseophyllum
C. blanchetii
polinização aberta 100 (9) 11,8 (102) 3,5 (0–8) 100 5,0
autopoliniz. espontânea 0 (0/3) 0 (28) - - -
autopoliniz. manual 81,8 (11) 39,6 (53) 2,6 (0–8) 90 7,6
poliniz. cruzada manual 81,8 (11) 54 (62) 4 (0–9) 95 6,0
C. confertiformis
80
tratamento indivíduos frutificando % (N)
frutificação % (N)
sementes/fruto média
(min.–max.)
germinação% IVG
polinização aberta 100 (4) 15,4 (39) 2,5 (0-8) 95 5,6
autopoliniz. espontânea 0 (4) 0 (37) - - -
autopoliniz. manual 36,4 (11) 21,4 (42) 2,7 (0–5) 100 8,9
poliniz. cruzada manual 55,5 (9) 25 (36) 2,5 (0–8) 100 8,5
Chamaecrista sect. Chamaecrista
C. rotundifolia var. grandiflora
polinização aberta 100 (6) 17,1 (35) 1,3 (0-6) 72 6,0
autopoliniz. espontânea 0 (17) 0 (50) - - -
autopoliniz. manual 66,7 (9) 15 (47) 0,43 (0-3) 100 4,5
poliniz. cruzada manual 45,5 (5/11) 11 (46) 2 (0-5) 100 7,5
Chamaecrista sect. Xerocalyx
C. desvauxii var. graminea
polinização aberta 86,7 (15) 44,4 (45) 1,5 (0-100) 71 -
autopoliniz. espontânea 0 (5) 0 (26) - - -
autopoliniz. manual 100 (8) 67 (31) 0,8 (0-6) 92,3 6,03
poliniz. cruzada manual 100 (11) 69 (36) 2,3 (0-7) 82 6,15
C. desvauxii var. latistipula
polinização aberta 100 (10) 63,3 (30) 6,4 (0-13) 100 -
autopoliniz. espontânea 0 (10) 0 (27) - -
autopoliniz. manual 100 (7) 59 (32) 6 (0-11) 92 21,0
poliniz. cruzada manual 100 (9) 70 (30) 7,6 (0-13) 100 22,8
81
Tabela 2. Percentual de frutificação nas polinizações experimentais de autopolinização e
polinização cruzada nas subpopulações de C. chapadae, Parque Municipal de Mucugê,
Bahia.
autopolinização polinização cruzada
nº indiv. nº flores frutif. % nº indiv. nº flores frutif. %
todos agrupados 9 42 57 13 64 19
Trilha 5 33 61 5 37 16
Morro 4 9 44 8 27 22
82
Tabela 3. Percentual de frutificação em polinizações experimentais entre táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Bahia. São
também apresentados os resultados em polinizações cruzadas intratáxon para comparação (sublinhado). Número amostral entre parênteses.
C. chapadae C. glaucofilix C. blanchetii C. confertiformis
C. rotund. var.
grandiflora
C. desv. var.
graminea
C. desv. var.
latistipula
Chamaecrista sect. Absus
C. chapadae 1,9 (0-7) 11,5 (26) 16 (25) 0 (8) 0 (13) 0 (24) 3,5 (29)
C. glaucofilix 0 (33) 63,2 (28) 3,1 (32) 0 (11) 0 (8) 0 (33) 0 (34)
Chamaecrista sect. Baseophyllum
C. blanchetii 0 (34) 5,9 (34) 54 (62) 18,7 (48) 0 (12) 0 (39) 0 (33)
C. confertiformis 0 (11) 0 (14) 13 (46) 25 (36) - 11 (9) 0 (8)
Chamaecrista sect. Chamaecrista
C. rotundifolia var. grandiflora 0 (9) 0 (7) 0 (18) - 11 (46) - 0 (13)
Chamaecrista sect. Xerocalyx
C. desvauxii var. graminea 0 (35) 0 (36) 24 (38) 0 (4) - 69 (36) 83,3 (42)
C. desvauxii var. latistipula 0 (32) 0 (33) 3,5 (29) 0 (12) 0 (12) 52,4 (42) 7,6 (0-13)
83
Tabela 4. Média de sementes por fruto e percentual de germinação em polinizações entre táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de
Mucugê, Bahia. São também apresentados os resultados em polinizações cruzadas intratáxon (sublinhado) para comparação. Valores de
formação de sementes apresentados como média (mínimo-máximo). -- indica não formação de frutos (ver Tabela 3).
C. chapadae C. glaucofilix C. blanchetii C. confertiformis
C. rotundifolia
var. grandiflora
C. desvauxii
var. graminea
C. desvauxii var.
latistipula
Chamaecrista sect. Absus
C. chapadae 1,9 (0-7) / 100% 0,7 (0-1) / 0% 0 (0-0) -- -- -- 0 (0-0)
C. glaucofilix -- 3,6 (0-8) / 92% 0 (0-0) -- -- -- --
Chamaecrista sect. Baseophyllum
C. blanchetii -- 0 (0-0) 4 (0–9) / 95% 1,1 (0-5) / 0% -- -- --
C. confertiformis -- -- 0,3 (0-2) / 100% 2,5 (0–8) / 100% -- 0 (0-0) --
Chamaecrista sect. Chamaecrista
C. rotundifolia var. grandiflora -- -- -- -- 2 (0-5) / 100% -- --
Chamaecrista sect. Xerocalyx
C. desvauxii var. graminea -- -- 0 (0-0) -- -- 2,3 (0-7) / 82% 0 (0-0)
C. desvauxii var. latistipula -- -- 0 (0-0) -- -- 0 (0-0) 7,6 (0-13) / 100%
84
85
Figura 1. Crescimento de tubos polínicos e penetração de óvulos em polinizações
experimentais em Chamaecrista. (A-D) polinizações intratáxon: (A) C. blanchetii,
polinização cruzada (48h); (B) C. confertiformis, autopolinização (48h); (C) C. glaucofilix,
após autopolinização (24h); (D) C. rotundifolia var. grandiflora, polinização cruzada (48h).
(E-H) polinizações inter-táxon: (E) tubos polínicos de C. glaucofilix no estigma de C.
chapadae (24h); (F) C. chapadae com tubo polínico de C. desvauxii var. latistipula (24h); (G)
C. glaucofilix com pólen de C. blanchetii (24h); (H) C. glaucofilix com pólen de C. desvauxii
var. graminea (24h). Barras de escala: A, C-F, H = 0,15 mm; B, G = 0,2 mm.
86
Figura 2. Frutos desenvolvidos em polinizações experimentais intertáxons em Chamaecrista.
(A) sementes abortadas de C. chapadae com C. blanchetii como doadora de pólen; (B)
semente abortada e óvulos não desenvolvidos em fruto de C. desvauxii var. graminea com
pólen de C. blanchetii; (C) sementes bem formadas de polinização cruzada em C.
confertiformis; (D) sementes abortadas de cruzamento de C. confertiformis com C. blanchetii;
(E) sementes mal formadas de C. chapadae com C. glaucofilix; (F) sementes abortadas e
óvulos não desenvolvidos de C. desvauxii var. graminea com pólen de C. desvauxii var.
latistipula. Barras de escala: A-B = 3,6 mm; C-D = 10 mm; E = 2 mm; F = 7 mm.
87
Discussão
A potencialidade de formação de frutos e sementes por autopolinização e polinização
cruzada permite aos táxons de Chamaecrista estudados uma estratégia mista de reprodução
sexuada que favorece a colonização de novas áreas em ambientes heterogêneos, como por
exemplo campos rupestres. A autofertilização pode ser particularmente vantajosa em
circunstâncias em que a possibilidade de polinização cruzada é rara ou nula (Richards, 1997).
A autocompatibilidade encontrada para as Chamaecrista aqui estudadas parece ser
uma característica comum ao gênero (e.g., Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988;
Fenster, 1995; Liu & Koptur, 2003; Costa et al., 2007). Embora ocorra também em outros
gêneros de Caesalpinioideae, como Bauhinia (Ramirez et al., 1984), Senna (Simpson, 1977) e
Caesalpinia (Lewis et al., 2000), a autoincompatibilidade parece ser mais comum nesta
subfamília, inclusive em espécies desses mesmos três gêneros (Simpson, 1977; Ramirez et al.,
1984; Bullock, 1985; Bawa & Buckley, 1989; Lewis et al., 2000; Carvalho & Oliveira, 2003).
A autoincompatibilidade de ação tardia também tem sido encontrada com freqüência no grupo
(Gibbs et al., 1999; Lewis & Gibbs, 1999; Freitas & Oliveira, 2002; Carvalho & Oliveira,
2003). Contudo, até o momento, Chamaecrista é aparentemente o único gênero de
Caesalpinioideae que apresenta autocompatibilidade para todas as espécies estudadas.
A baixa formação de frutos (Bawa & Buckley, 1989; Baranelli et al. 1995; Lewis &
Gibbs 1999; Gibbs & Sassaki, 1998; Gibbs et al. 1999; Freitas & Oliveira, 2002) e um alto
índice de sementes abortadas (Fenster 1995; Madeira & Fernandes, 1999; Rodríguez-Riaño et
al., 2004, Costa et al., 2007) parecem ser características comuns nas Leguminosae.
Normalmente, apenas uma fração de óvulos do pistilo torna-se semente na maioria das
plantas, e a autopolinização freqüentemente resulta em menos sementes maduras por fruto do
que em polinização cruzada. Porém, raramente se sabe se a redução é dada pela falta de
fertilização ou aborto pós-zigótico devido à presença de alelos recessivos letais (Lee, 1988). A
88
baixa taxa de sementes desenvolvidas pode também ser causada pela escassez de recursos
nutricionais (Stephenson, 1981; Lee, 1988; Gomes & Zamora, 2003).
Nestes táxons de Chamaecrista, a ocorrência de sementes abortadas sugerem, à
primeira vista, a presença de alelos recessivos letais como as causas mais prováveis para a
baixa frutificação encontrada entre os táxons, ocasionando depressão endogâmica. Porém,
este processo parece não ocorrer em todas as Chamaecrista aqui estudadas, devido à presença
de um número similar de sementes abortadas também em experimentos de polinização
cruzada, aliado aos altos índices de germinação encontrados em autopolinização. Contudo, o
elevado número de frutos formados em polinização cruzada com nenhuma ou poucas
sementes desenvolvidas indica a possibilidade de ocorrência de depressão endogâmica devido
a cruzamentos entre indivíduos aparentados (endogamia biparental). Isto poderia ser um
reflexo de um pequeno tamanho populacional na maioria dos táxons estudados. Maiores
diferenças entre número de sementes por fruto entre autopolinização e polinização cruzada,
sugerindo ocorrência de depressão endogâmica, foram observadas apenas em C. rotundifolia
var. grandiflora e em C. desvauxii var. graminea. Depressão endogâmica foi encontrada em
C. keyensis por Liu & Koptur (2003), que detectaram uma baixa formação de sementes e
baixa taxa de germinação em experimentos de autopolinização. Cruzamentos
interpopulacionais devem ser utilizados para testar esta hipótese, onde neste caso seria
esperado menor aborto de sementes quando comparado com polinizações intrapopulacionais.
Os resultados encontrados para C. chapadae indicam que as duas subpopulações são
interincompatíveis. A manutenção dos valores de frutificação quando as subpopulações e
alguns indivíduos são analisados separadamente indica também que estes resultados não são
meramente artefatos experimentais ou efeitos de amostragem. Porém, é necessária a
realização de polinizações cruzadas dentro das subpopulações para confirmação desta
hipótese, ou de se estes resultados se referem a uma incomum depressão alogâmica. Este
isolamento reprodutivo entre as subpopulações pode ser ocasionado por alterações
89
cromossômicas estruturais ou mesmo numéricas, como poliploidização, acarretando uma
incongruência genômica e conseqüentemente impedindo o fluxo gênico (Grant, 1981;
Rieseberg, 2001). Mais freqüentemente, estas alterações implicam problemas reprodutivos do
híbrido interpopulacional e não o seu desenvolvimento, pelo menos nos estágios iniciais de
divergência. Porém, a ocorrência de uma forte subdominância dos rearranjos cromossômicos
quando em heterozigose leva a um fitness muito reduzido do híbrido. Adicionalmente, sendo
estes rearranjos adaptativos em homozigose pode ocorrer um forte isolamento reprodutivo na
população, se enquadrando no modelo de especiação estasipátrica (White, 1978; Grant, 1981;
Rieseberg, 2001). Desta forma, estudos citogenéticos para determinação do número e da
estrutura cromossômica, de genética de populações para determinação da ocorrência de fluxo
gênico e análise morfométrica em C. chapadae são fundamentais para verificar se estas duas
subpopulações correspondem a espécies biológicas crípticas.
Isolamento reprodutivo intra-seccional
Na seção Absus, há uma sobreposição de barreiras reprodutivas que atuam como
filtros de isolamento entre C. glaucofilix e C. chapadae. As diferenças no micro-habitat e na
freqüência do principal polinizador atuam como barreiras pré-zigóticas (Cap. 2), enquanto que
a produção de sementes mal formadas em C. chapadae como receptora de pólen funciona
como barreira pós-zigótica. Neste caso, a inviabilidade das sementes híbridas parece ser o
mecanismo mais eficiente na manutenção do isolamento reprodutivo entre estas espécies. Este
tipo de isolamento pós-zigótico intrínseco é considerado mais comum do que a esterilidade do
híbrido (Coyne & Orr, 2004) e pode ser ocasionado por alelos que reduzem o fitness do
híbrido através de interações epistáticas deletérias (Incompatibilidade Dobzhansky-Muller)
(Orr & Turelli, 2001; Turelli et al., 2001, Ridley, 2006).
A formação de sementes viáveis verificada nos cruzamentos entre C. blanchetii e C.
confertiformis (seção Baseophyllum) está em consonância com a formação de híbridos
90
naturais que tem sido reportada entre estas espécies, descritos como C. ×blanchetiformis
(Conceição, 2006). Este híbrido apresenta indivíduos férteis com potencialidade de
intercruzamento com seus parentais, possibilitando a ocorrência de introgressão (Cap. 5).
Apesar da formação de híbridos, a ocorrência destes é menos freqüente na área, refletindo a
presença de barreiras parciais insuficientes para impedir para promover o isolamento
completo entre as espécies em condições naturais. O deslocamento no período de floração
entre C. blanchetii e C. confertiformis parece ser a principal barreira entre estes táxons (Cap.
1). Porém, quando ocorre sobreposição de floração, os outros mecanismos são insuficientes
para a manutenção do isolamento reprodutivo. O baixo número de sementes formadas entre
estes táxons não significa necessariamente a existência de barreiras pós-zigóticas, já que o
aborto de sementes é uma característica comum no gênero.
A formação de híbridos naturais é um evento relativamente freqüente em
angiospermas e representa um importante papel na evolução do grupo (Ellstrand et al., 1996).
Hibridação ocorre em cerca de 34% das famílias de angiospermas (Rieseberg, 1997) e parece
ser comum em vários grupos, como as Orchidaceae (Steiner et al. 1994; Borba & Semir,
1998), Onagraceae (Zardini et al., 1991; Vieira, 2002) e Asteraceae (Ellstrand et al., 1996).
Em Leguminosae, já foram identificados casos de hibridação natural em diversos gêneros,
como Bauhinia (Lau et al., 2005), Parkinsonia e Cercidium (Hawkins et al., 1999), Baptisia
(Alson & Turner, 1963) e Lathyrus (Hammlet et al., 1994), além de outras espécies
pertencentes a Chamaecrista sect. Baseophyllum (Conceição, 2006).
A seção Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula) não
possui barreiras pré-zigóticas (Cap. 1, 2 e 4) e ocorre alta formação de frutos em cruzamentos
intertáxons. Contudo, a ausência de sementes viáveis revela uma interincompatibilidade entre
estas variedades, com ausência total de fluxo gênico, conforme demonstrado através de
marcadores moleculares, sugerindo que elas devam ser reconhecidas como espécies distintas
(Costa et al., 2007).
91
O potencial de cruzamento intra-seccional em Chamaecrista parece ser regulado por
diferentes mecanismos de isolamento que impedem ou diminuem a possibilidade da formação
de híbridos naturais. Inesperadamente, barreiras de isolamento reprodutivo pré-zigóticas
parecem ser mais fracas ou inexistentes entre táxons mais próximos, principalmente nas
seções Absus e Xerocalyx. Nestes casos, mecanismos pós-zigóticos atuam na manutenção do
isolamento reprodutivo. Na seção Baseophyllum, ocorre uma inversão na importância relativa
destes mecanismos, com barreiras reprodutivas pré-zigóticas atuando como principal
mecanismo de isolamento (Cap. 1 e 2), sem que haja impedimento efetivo do fluxo gênico
através de mecanismos pós-zigóticos.
Isolamento reprodutivo inter-seccional
Os cruzamentos entre seções indicaram diferentes formas de isolamento reprodutivo
entre táxons. Em todos os cruzamentos em que houve formação de frutos foi encontrado
grande número de sementes abortadas, sugerindo a ocorrência de isolamento pós-zigótico
com inviabilidade das sementes. Nos cruzamentos intertáxons que não formaram frutos, a
principal barreira reprodutiva foi por mecanismo pré-zigótico pós-polinização com isolamento
gamético, com os tubos polínicos alcançando o ovário, mas sem penetração de tubo polínico
na micrópila. Este tipo de isolamento, segundo Coyne & Orr (2004), inclui barreiras que
atuam entre a polinização e a fertilização, ocorrendo um isolamento não competitivo, pela
inabilidade do gameta masculino em efetuar a fertilização devido a um pobre movimento ou a
uma baixa atratividade entre os gametas. Esta inabilidade está aparentemente baseada em
diferenças na atratividade química que promoveria a fertilização (Coyne & Orr, 2004).
Isolamento gamético parece ser o mais comum entre as angiospermas, sendo encontrado
também em outras Leguminosae, como nos gêneros Dahlstedtia (Teixeira & Ranga, 2004) e
Glicine (Moyle et al., 2004).
92
Este tipo de isolamento nas Chamaecrista, a princípio, não compromete a integridade
dos óvulos, visto que não há penetração na micrópila, mas pode levar à perda das flores
devido à quantidade de pólen interespecífico depositado no estigma. As câmaras estigmáticas
de Chamaecrista são relativamente pequenas e de difícil acesso (Owens & Lewis, 1989;
Costa et al., 2007), sendo limitado o número de grãos de pólen retidos pelos tricomas que
compõem a câmara estigmática. Desta forma, uma polinização interespecífica provavelmente
levaria a uma saturação de pólen no estigma dificultando a retenção de pólen intra-específico.
Pequenos estigmas são comuns à subtribo Cassiinae (Owens & Lewis, 1989; Dulberger et al.,
1994), com exceção de algumas espécies, como Senna sylvestris, que apresenta estigma
alongado e crateriforme, permitindo grande retenção de pólen (Carvalho & Oliveira, 2003). O
tamanho reduzido dos estigmas em diferentes gêneros, como Hymenaea (Gibbs et al., 1999),
Copaifera (Freitas & Oliveira, 2002) e Chamaecrista (Costa et al., 2007), parece contribuir
para a seleção de mecanismos de isolamento pós-polinização pré-zigóticos em táxons de
Leguminosae (e.g., Teixeira & Ranga, 2004).
Os mecanismos de isolamento reprodutivo pré- e pós-zigóticos são eficientes entre a
maioria dos táxons simpátricos de Chamaecrista que funcionam como filtros sobrepostos,
dificultando ou impedindo o fluxo gênico. A hibridação natural detectada apenas entre C.
confertiformis e C. blanchetii deve-se a pequenos episódios de sobreposição de floração
possibilitando o fluxo gênico. As duas espécies, até pouco tempo consideradas variedades de
uma mesma espécie (Irwin & Barneby, 1982; Conceição, 2006), não apresentam isolamento
reprodutivo completo, deixando incerta a história evolutiva e taxonômica destes táxons. Na
seção Baseophyllum, a ausência de registros de populações em alopatria para C. blanchetii e
C. confertiformis (Conceição, 2006) não permite maiores inferências sobre a evolução do
deslocamento do período de floração como um possível mecanismo de reforço para o
isolamento reprodutivo entre estes táxons.
93
Diferentemente do observado entre os táxons de uma mesma seção, onde barreiras
pré-zigóticas foram menos eficientes como mecanismos de isolamento reprodutivo, entre
táxons de diferentes seções, as estratégias são bastante variáveis, apresentando tanto barreiras
pré-zigóticas pré-polinização (Cap. 1 e 2) e pós-polinização, quanto mecanismos de
isolamento pós-zigóticos. Isto evidencia a inexistência de um padrão uniforme dos
mecanismos de isolamento reprodutivos e a importância da sobreposição de barreiras atuando
como filtros que impedem ou diminuem o fluxo gênico entre estes táxons.
Estudos com números cromossômicos no gênero Chamaecrista revelam grande
variação entre as seções, que apresentam 2n = 32, 28, 16 e 14 cromossomos, gerados por
eventos de poliploidia, disploidia e aneuploidia (Goldblatt, 1981; Biondo et al., 2005). A
sobreposição dos dados cromosômicos em uma análise filogenética (Conceição, 2006) suporta
2n = 28 como condição plesiomórfica para o gênero, e valores mais reduzidos de 2n = 16 e 14
são considerados sinapomorfias para seções mais derivadas como Chamaecrista e Xerocalyx,
respectivamente. Essa variação cromossômica encontrada para Chamaecrista provavelmente
é responsável pela interincompatibilidade existente entre as seções, gerando uma
incongruência genômica e conseqüente manutenção da identidade genética destes táxons que
ocorrem em simpatria.
A Chapada Diamantina apresenta características ambientais peculiares que parecem
favorecer a diversificação dos táxons de Chamaecrista, uma vez que o gênero é muito rico em
espécies neste local (Lewis, 1987; Conceição, 2006). A diferença nos mecanismos de
isolamento reprodutivo encontrada para os táxons de Chamaecrista parece refletir a
heterogeneidade dos fatores ambientais que podem atuar na manutenção da identidade
genética destes táxons. Eventos de especiação simpátrica originados por seleção disruptiva na
ocupação de novos microhabitats (ver Coyne & Orr, 2004), e por hibridação, especialmente
na seção Baseophyllum (Conceição, 2006; Cap. 5), podem ser comuns na história evolutiva
das Chamaecrista na Chapada Diamantina.
94
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101
CAPÍTULO 4
Post-zygotic Reproductive Isolation Between Sympatric
Taxa in the Chamaecrista desvauxii Complex
(Leguminosae–Caesalpinioideae)
102
Sinopse
O gênero Chamaecrista (Leguminosae – Caesalpinioideae) está representado nas
Américas por aproximadamente 239 espécies (Irwin & Barneby, 1982). Irwin (1964) elevou a
subseção Xerocalyx ao nível de uma seção do gênero Cassia e reconheceu 16 espécies,
diferenciadas através de caracteres morfológicos, anatômicos, bioquímicos e cromossômicos.
Posteriormente, Irwin & Barneby (1982) segregaram de Cassia os gêneros Senna e
Chamaecrista, e a seção Xerocalyx passou a estar subordinada ao gênero Chamaecrista
Moench. Essa segunda revisão da seção Xerocalyx propôs em uma profunda reordenação
taxonômica, onde foram reconhecidas apenas três espécies: Chamaecrista desvauxii,
incluindo 17 variedades, C. ramosa, incluindo seis variedades, e C. diphylla. Mais
recentemente, Fernandes & Nunes (2005) realizaram uma nova revisão da seção Xerocalyx
reconhecendo 10 espécies e 27 variedades. As variedades C. desvauxii var. graminea e C.
desvauxii var. latistipula ocorrem em simpatria em formações de campo rupestre no
município de Mucugê, Chapada Diamantina, Bahia. Estes táxons possuem diferenças
morfológicas e ecológicas que permitem levantar a hipótese de que estas variedades não
apresentam hibridação efetiva ou mesmo potencial, ou seja, estão isoladas reprodutivamente,
não apresentando fluxo gênico, formando duas linhagens independentes que podem ser
tratadas como espécies distintas. Este trabalho teve por objetivo analisar os mecanismos de
isolamento reprodutivo entre populações simpátricas destas duas variedades de Chamaecrista
desvauxii (var. graminea e var. latistipula) e sua influência na diferenciação genética de suas
populações através de estudos de biologia reprodutiva e aloenzimas.
O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê,
estado da Bahia, Brasil, em ambiente de campo rupestre. O acompanhamento da fenologia da
floração foi realizado mensalmente por um período de dois anos e meio, em 100 indivíduos de
C. desvauxii var. graminea e 24 de C. desvauxii var. latistipula. Foram realizadas observações
103
sobre a morfologia e biologia floral, e os visitantes florais foram observados quanto ao
comportamento e freqüência de visitas, coleta do recurso floral e mecanismos de polinização.
Foram testados diferentes procedimentos para se avaliar o melhor método de polinização
manual em Chamaecrista, devido a presença de tricomas que encerram o estigma, formando
uma câmara estigmática. Foram realizados experimentos de autopolinização manual,
polinização cruzada manual intra- e inter-táxon bidirecionais, autopolinização espontânea e
polinização aberta para verificar a formação de frutos ao natural. Foi também realizada
observação de crescimento dos tubos polínicos e/ou penetração nos óvulos em flores
polinizadas e coletadas em intervalos de 6, 10, 24 e 48 horas após a polinização. As sementes
coletadas de cada fruto formado nos experimentos foram pesadas e colocadas para germinar.
Foi também realizado um estudo de genética de populações utilizando alozimas para verificar
a ocorrência de loci diagnósticos e/ou alelos exclusivos e determinar a estruturação da
variabilidade genética e, com isto, a ocorrência de fluxo gênico entre as populações.
As flores de ambas as variedades de Chamaecrista desvauxii possuem apenas pólen
como recurso floral, acondicionados em anteras que se abrem por fendas apicais. As flores
não possuem odor perceptível e apresentam enantiostilia monomórfica. As flores de C.
desvauxii var. graminea duram um dia. Embora exista uma diferença no tamanho das anteras,
não ocorreu diferença significativa em relação à viabilidade polínica. Chamaecrista desvauxii
var. latistipula apresenta antese por volta das 05:30 h e as flores fenecem cerca de 12:00 h do
mesmo dia. As flores deste táxon apresentaram elevada viabilidade polínica. As
características dos grãos de pólen não diferem entre as variedades. Chamaecrista desvauxii
var. graminea apresenta floração anual com pico de floração na estação seca, entre os meses
de junho a setembro, enquanto C. desvauxii var. latistipula apresenta uma floração mais
contínua, sendo encontrada em flor durante quase todo o ano, porém com maior pico de
floração entre os meses de julho e setembro. Bombus brevivillus (Apidae) foi o principal
polinizador para ambos os táxons, realizando coleta de pólen por vibração. Em ambos os
104
táxons, foi observado um comportamento de rotação da abelha na flor e vibração em
diferentes orientações, sendo o pólen depositado em todas as partes do corpo, inclusive no
dorso através do direcionamento do pólen pela pétala diferenciada. Ambas as variedades são
autocompatíveis, ocorrendo maior velocidade de crescimento dos tubos polínicos em C.
desvauxii var. latistipula em polinização cruzada. As sementes de ambos os tratamentos
apresentaram elevada taxa de germinação. Nos cruzamentos intertáxons, houve uma elevada
formação de frutos, porém sem formação de sementes viáveis. Foram obtidos quatro loci
polimórficos, cada um destes apresentando dois alelos. A heterozigosidade média observada
foi de 0,143 para C. desvauxii var. latistipula e de 0,129 para C. desvauxii var. graminea,
sendo esses valores superiores ao esperado no equilíbrio de Hardy-Weinberg. A distância
genética entre as populações foi bastante elevada (0,495), e elevado valor de FST foi
encontrado para a espécie (0,720), indicando uma grande estruturação genética entre as
populações, com a presença de dois loci diagnósticos entre as variedades. Sobreposição do
período de floração, compartilhamento de polinizadores, similaridade entre os eventos florais
de receptividade estigmática e disponibilidade polínica, similaridade na morfologia floral e
penetração dos tubos polínicos nos óvulos em polinizações interespecíficas demonstram a
ausência de barreiras pré-zigóticas entre C. desvauxii var. latistipula e C. desvauxii var.
graminea. A inviabilidade da semente é o principal mecanismo de isolamento pós-zigótico
encontrado para as variedades estudadas. A presença de loci diagnósticos em dois dos quatro
loci, além de alelos exclusivos em elevada freqüência nos outros dois, são fortes indícios da
ausência de fluxo gênico entre elas, conclusão sustentada pelos dados de biologia reprodutiva
(incompatibilidade interespecífica). Desta forma, os dados ecológicos, geográficos,
morfológicos, reprodutivos e genéticos verificados para C. desvauxii var. graminea e C.
desvauxii var. latistipula, permitem afirmar que elas constituem espécies biologicamente
distintas. Por outro lado, os resultados do presente trabalho indicam a necessidade de um
estudo mais abrangente de toda a seção Xerocalyx, incluindo dados ecológicos e genéticos,
105
focando no isolamento reprodutivo entre os táxons, a fim de se obter uma taxonomia mais
estável e natural para o grupo.
Post-zygotic Reproductive Isolation Between Sympatric Taxa in the Chamaecristadesvauxii Complex (Leguminosae–Caesalpinioideae)
CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA1,* , SABRINA MOTA LAMBERT1, EDUARDO
LEITE BORBA2 and LUCIANO PAGANUCCI DE QUEIROZ1
1Universidade Estadual de Feira de Santana, Departamento de Ciencias Biologicas, Laboratorio de SistematicaMolecular de Plantas, Rodovia BR116 Km 03, Feira de Santana, BA, 44031-460, Brazil and 2Universidade Federal deMinas Gerais, Instituto de Ciencias Biologicas, Departamento de Botanica, Avenida Antonio Carlos 6627, Caixa Postal
486, Belo Horizonte, MG, 31270-901, Brazil
Received: 19 October 2006 Returned for revision: 20 November 2006 Accepted: 3 January 2007
†Background and Aims Differences in the mating systems and the mechanisms of reproductive isolation betweenChamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula were examined in the ChapadaDiamantina, Brazil. These taxa occur sympatrically, and their populations demonstrate marked morphological differ-ences. The objective of the present work was to determine if reproductive isolation mechanisms exist between thesetwo populations of C. desvauxii, and to determine the influence of these putative mechanisms on their geneticdifferentiation.†Methods Field observations were made of floral biology, phenology and floral visitation, and experiments on intra-and interpopulation pollination and germination rates of the resultant seeds were performed. A genetic examinationof the populations was undertaken using four allozyme loci.†Key Results The varieties examined demonstrated overlapping of flowering periods during the months of June toSeptember. The main pollinator for both varieties was the bee Bombus brevivillus. Both varieties are self-compatible,and a large number of fruits are formed in cross-pollinations with high seed germination rates. Inter-taxa pollinationsresult in high levels of fruit production, but no seeds are formed. Two of the four loci examined were diagnostic for thevarieties, and exclusive high-frequency alleles were encountered at the other loci, leading to a high genetic distancebetween the two populations (0.495).†Conclusions Pre-zygotic barriers were not found between the two varieties, and these remain isolated due to post-zygotic events. The two varieties demonstrate marked differences in their morphology, floral biology, phenology andgenetic make-up, all of which indicate that they should be treated as two distinct species. A complete revision invol-ving the other varieties of the C. desvauxii complex will be necessary in order to define these two taxa formally.
Key words: Allozyme, campo rupestre, Chamaecrista desvauxii, Chapada Diamantina, floral biology, Leguminosae,mating systems, pollination, post-zygotic barriers, reproductive isolation, sympatric species.
INTRODUCTION
Cross-breeding, resulting in genetic exchange and the for-mation of hybrids, is possible between sympatric species.Potential cross-breeding can be reduced, however, by pre-zygotic or post-zygotic mechanisms acting as reproductivebarriers between taxa (Dobzhansky, 1937; Grant, 1981;Stace, 1989). The evolution of these isolation mechanismshas been widely discussed by evolutionary biologists (e.g.Schluter, 2001; Turelli et al., 2001; Servedio and Noor,2003) who have sought to understand the processesleading to speciation. However, most of these studieshave been carried out with animals (e.g. Dobzhansky,1937; Coyne et al., 2002; Mendelson, 2003). It is widelyagreed that an increase in reproductive isolation is generallyassociated with an increase in morphological and ecologicaldifferentiation (Moyle et al., 2004). According to Orr(2001), phenotypic evolution might often give rise to repro-ductive isolation, whereas reproductive isolation mightoften preserve phenotypic differences when taxa comeinto contact with each other. Although classical studieswith plants have demonstrated a general association
between reproductive isolation and the differentiation ofsome quantitative genetic features, the direct associationbetween genetic distance and reproductive isolation hasbeen examined in only a few species (e.g. Moyle et al.,2004).The genus Chamaecrista (Leguminosae–Caesalpini-
oideae) comprises six sections with approx. 265 species,and is represented in the Americas by approx. 239 species(Irwin and Barneby, 1982). Irwin (1964) recognized 16species in the section Xerocalyx (then in the genusCassia) which were distinguished by their morphological,anatomical, biochemical and chromosomal characteristics.Since then, the section Xerocalyx has been subjected to aprofound taxonomic reorganization, with only threespecies with 22 varieties, 17 of them in C. desvauxii,having been recognized (Irwin and Barneby, 1982), andmore recently rearranged in ten species and 27 varietiesby Fernandes and Nunes (2005).This taxonomic instability is principally the result of
disagreement over how to treat the complex patternsof morphological variation encountered within this group— either opting to recognize large polytypic species, orplacing stricter limits on the species breadth. This
* For correspondence. E-mail [email protected]
# The Author 2007. Published by Oxford University Press on behalf of the Annals of Botany Company. All rights reserved.
For Permissions, please email: [email protected]
Annals of Botany 1–11, 2007
doi:10.1093/aob/mcm012, available online at www.aob.oxfordjournals.org
problem has been largely approached on the basis of theanalysis of herbarium specimens, a technique that doesnot permit the formulation of hypotheses concerning thebiology and reproductive limits between the morphsobserved in nature.
Chamaecrista desvauxii (Collad.) Killip is a Neotropicalspecies with a distribution range from Mexico to northernArgentina. The varieties C. desvauxii var. gramineaH. S. Irwin and Barneby, and C. desvauxii var. latistipula(Benth.) G. P. Lewis occur sympatrically in campo rupestreformations in the municipality of Mucuge, in the ChapadaDiamantina mountain range, Bahia state, Brazil.Chamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxiivar. latistipula are distinguished from each other principallyby their vegetative characteristics, having small stipules andlanceolate leaflets or large stipules and oblong leaflets,respectively (Fig. 1). The flowers of these two varietiesshow differences in size and colour pattern, although thelatter characteristic is not preserved in herbarium material.In addition to morphological differences, there are also eco-logical differences between them that raise the hypothesisof whether these two varieties can hybridize, or whetherthey are in fact reproductively isolated and withoutgenetic exchange, representing two distinct species.The objective of the present study was to ascertain the
existence of reproductive isolation mechanisms betweensympatric populations of two varieties of C. desvauxii(var. graminea and var. latistipula), and to examine theinfluence of these putative isolation mechanisms ongenetic differentiation between the two populationsthrough studies of reproductive biology and allozymecomparisons.
MATERIALS AND METHODS
Study site
The study was undertaken in the Mucuge Municipal Park,in the municipality of Mucuge, Bahia state, Brazil, inan area of approx. 140 000 m2. The park is located in theChapada Diamantina mountain range, between thecoordinates 12859002
00to 13800018
00S and 41820041
00to
4182003300W, at altitudes near 1000 m above sea level.
The predominant vegetation in the area is campo rupestre,which is composed principally of herbaceous and sub-shrubplants growing on sandy soils and herbaceous and shrubvegetation growing on rock outcrops (Giulietti and Pirani,1988). The climate is mesothermic, type Cwb in the classi-fication system of Koppen (1948), with an average annualtemperature of 19.8 8C. Annual average rainfall variesbetween 830 and 1192 mm. Voucher specimens of theplants examined were stored in the herbarium of theUniversidade Estadual de Feira de Santana (HUEFS):C. B. N. Costa 109 (C. desvauxii var. latistipula) andC. B. N. Costa 112 (C. desvauxii var. graminea).
Floral biology
Flowering phenology was followed on a monthly basisfrom July 2003 to December 2005, noting the presence or
absence of flowers on marked individuals of C. desvauxiivar. graminea (n ¼ 100; randomly chosen) and C.desvauxii var. latistipula (n ¼ 24). This difference in thesampling sizes is due to the rarity of individuals ofC. desvauxii var. latistipula in the study area (all individualswere marked). Each taxon was considered as one popu-lation. Floral morphology was observed, the number offlowers per inflorescence, the duration of the flowers andtheir colour, as well as the time of anthesis. The stigmaticreceptivity of approximately 20 flowers from each taxonwas also examined in the field during different hours ofthe day using the hydrogen peroxide technique (Dafni,1992). Pollen availability was confirmed by visual inspec-tion of the anthers and by using a small tuning fork toliberate the pollen grains. Pollen viability was examinedin five anthers of different flowers for each species usingthe nitroblue tetrazolium enzymatic test to measuredehydrogenase activity (Dafni, 1992). The presence ofultraviolet-absorbing pigments was investigated byexposing flowers to ammonium hydroxide vapours. Pollenmorphology was examined using the acetolase processaccording to Erdtman (1960). The diameter of 25 randomlychosen pollen grains from each taxon was measured under alight microscope, calculating their average value andstandard error. Pollen grains were further examined todetermine the number of openings and their surfaceornamentation.Floral visitors were initially observed between 0530 h
and 1800 h, although this period was later adjusted to0530 h to 1300 h for C. desvauxii var. latistipula to coveronly the time when the flowers were open. A total of 41 hof direct observations were realized with C. desvauxii var.graminea and 32 h with C. desvauxii var. latistipula,noting the types of visitors, their behaviour, their contactwith the stigma, the frequency of visitation and the typeof floral resource collected. Specimens of visiting specieswere collected, identified by specialists, and subsequentlystored in the entomology collection of the ZoologyMuseum at the Universidade Estadual de Feira de Santana.
Self- and cross-compatibility experiments
The trichomes at the apex of the style form a stigmaticchamber in the genus Chamaecrista, making experimentalpollination somewhat difficult. As such, a number of differ-ent techniques were tried in order to identify the bestmethod of manual pollination: (a) simple transfer ofpollen to the apex of the style; (b) pollination after remov-ing the trichomes (in order to gain access to the stigmachamber); (c) pollination after vibrating the style with atuning fork (in order to test for any possible physicaleffect of the vibrations on the fertilization process); and(d) pollination using a needle after manipulating the tri-chomes with a stiff-bristled paint brush (simulating themechanical contact of the hairs of insect pollinators withthe stigmatic trichomes). Ten flowers were used in eachtest, using pollen obtained by means of a turning fork tosimulate the vibrations produced by bees. Technique (d )was found to be most effective, and was used in all sub-sequent pollination experiments.
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 2 of 11
Experiments of manual self-pollination, manualbi-directional intra- and inter-taxon cross-pollination, spon-taneous self-pollination, as well as open pollination were per-formed for comparison with natural fruit formation.Intra-taxon cross-pollination was performed using pollen col-lected from plants that were separated by .100 m.
Experimental flowers were covered while in the bud stage,subjected to the appropriate experimental pollination regime,and then covered again. An attempt was made to carry outa similar number of experimental pollinations among the indi-viduals, and to cross as high a number of pairs of individualsas possible. However, this aim was not strictly achieved and
A B
C D
E F
FIG. 1. (A, C, E) Chamaecrista desvauxii var. graminea: (A) habit; (C) flowers; (E) leaf. (B, D, F) Chamaecrista desvauxii var. latistipula: (B) habit; (D)flower; (F) leaf. Scale bars: A ¼ 83 mm; B ¼ 115 mm; C, E ¼ 5 mm; D ¼ 3 mm; F ¼ 4 mm.
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 3 of 11
the number of flowers used per treatment per individual wasnot uniform because of differences in the availability offlowers in different individuals, pollinations being carriedout somewhat haphazardly. Even so, the pollinated flowerswere considered independent events, in spite of the possibilityof pseudo-replication, and it is felt that such an assumptiondoes not qualitatively change the results.Two to four pollinated flowers were collected 6, 10, 24
and 48 h after pollination and fixed in a 50 % solution ofFAA in order to observe the growth of pollen tubes and/or the penetration of the ovules. Pistils were bleachedwith 5 % NaClO for 15–30 min, stained with 0.25 %aniline blue and observed under an epifluorescence micro-scope (modified from Martin, 1959).Seeds from all experimentally produced fruits were
weighed and tested for germination. Dormancy wasbroken by mechanical scarification of the seeds, whichwere then disinfected with 2.5 % NaClO for 5 min andwashed with distilled water (modified from Gomes et al.,2001). Fifteen seeds for each experiment were placed ingermination beds lined with filter paper moistened withdistilled water and kept in a germination chamber underconstant light at 27 ºC. Germination was examined dailyfor 30 d in order to measure the Germination Speed Index(GSI) of Maguire (1962) and the percentage of germination.Analysis of variance (ANOVA) was performed and theTukey test employed to compare sample averages utilizingthe BIOSTAT 3.0 software program (Ayres et al., 2003).
Allozyme variation
Allozyme variation was examined in order to verify theputative occurrence of exclusive alleles and/or exclusiveloci for the varieties of C. desvauxii. Small sections ofleaf tissue were crushed in 0.5 mL of grinding buffer(Lambert et al., 2006). Buffer systems #1 and #4 fromLambert et al. (2006) were used for electrodes and gels,and standard horizontal electrophoresis was performedaccording to these same authors. Three enzymatic systemswere used: system 1 for malate dehydrogenase (Mdh; EC1.1.1.37); and system 4 for acid phosphatase (Acp; EC3.1.3.2) and phosphoglucose isomerase (Pgi; EC. 5.3.1.9).Staining procedures were similar to, but slightly modifiedfrom, Brune et al. (1998; Acp), Corrias et al. (1991; Pgi)and Soltis et al. (1983; Mdh). The exact recipes can beobtained from the authors on request. Enzymatic systemsdemonstrating more than one locus were numbered inascending order, starting from the locus with the lowestmobility. Alleles were numbered according to their mobilityrelative to a standard allele, with the highest mobilitypresent in all gels and designated as 100. The allelic fre-quencies were determined by manually counting thebanding patterns of the homozygotes and heterozygotesstained in the gels. Genetic variability for every populationwas estimated by the following parameters: proportion ofpolymorphic loci (P; 0.95 criterion), mean number ofalleles per locus (A), and observed (Ho) and expected(He) mean heterozygosity per locus. Partitioning ofgenetic diversity between the populations was estimatedby FST (Wright, 1978), and the Nei’s (1978; unbiased
estimate) genetic distance between the two taxa was calcu-lated. Data analysis was performed using the BIOSYS 1.0software package (Swofford and Selander, 1989).
RESULTS
Flower morphology and phenology
The inflorescence of C. desvauxii var. graminea has 1–2yellow flowers, while that of C. desvauxii var. latistipulais unifloral, with yellow flower axillaries along thebranch, and up to three flowers per branch (Fig. 1). Theflowers of both taxa offer only pollen as a floral resource,the anthers opening by means of apical slits. The flowersdo not have a perceptible odour and demonstrate enantios-tyly, with two morphs being found on the same individual.The stigma is surrounded by a ring of trichomes, forming astigmatic chamber at the apex of the style (Fig. 2).The flowers of C. desvauxii var. graminea are approx.
25 mm in diameter, with the petals being approx.10 � 16 mm. The median petal is larger (22 � 13 mm)and is tinted red at the base. The anthers are yellow, threeof them being approx. 8 mm long and seven being4–5 mm long. All anthers have their openings facingtowards the median petal. The pistil is green with a hairyovary that contains 11–13 ovules.The flowers of C. desvauxii var. latistipula are approx.
20 mm in diameter, with petals entirely yellow and approx.8 � 12 mm. The median petal is larger and curved,however, being approx. 14 � 12 mm. The anthers are ofuniform size (approx. 4–5 mm long), yellow-vinaceous, anddirected towards the median petal. The pistil is also green;the ovary is densely hairy and it contains 12–13 ovules.The flowers of C. desvauxii var. graminea last only a single
day. Flowers begin to open at approx. 0330 h and are fullyopen by 0600 h when the stigma is receptive and pollen isavailable. Floral visits do not begin before 0530 h. Pollenavailability is delayed on cloudy days, and the anther cleftsremain closed. Although the anthers are of different sizes,there appears to be no significant difference between themin terms of pollen viability (larger anthers, 84.5+ 3.1 %;smaller anthers, 85.2+ 2.7 %; ANOVA: F ¼ 0.1373P . 0.05, d.f. ¼ 1). Flowers close at approx. 1800 h, thestigma remaining receptive until that time. Anthesis inC. desvauxii var. latistipula occurs at about 0530 h and theflowers remain open until approx. 1200 of the same day.The stigma is receptive and pollen is available from themoment of anthesis until floral closing. The pollen of thistaxon has a high viability (94.2+ 2.34 %).Pollen grains are essentially identical among these two
varieties, both being tricolporate monads, with smoothexternal ornamentation. There is a slight variation in theaverage size of the pollen grains between the two taxa,but a small degree of overlap occurs. The pollen grains ofC. desvauxii graminea are 47.5 +2.7 mm in polar diameterand 34.8+ 2.69 mm in equatorial diameter, while thegrains of C. desvauxii latistipula are 44.4+ 3.0 mm and29.4+ 3.17 mm, respectively.
Chamaecrista desvauxii var. graminea demonstratesannual flowering, with a flowering peak in the dry season
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 4 of 11
(June to September) (Fig. 3). Chamaecrista desvauxii var.latistipula flowers almost all year round, although with apeak of flowering during the months of July to September.
Floral visitors
The principal floral visitor of both taxa examined wasBombus brevivillus Franklin, 1913 (Apidae) in light of itshigh frequency of visitation and its pollen-collecting beha-viour (Table 1; Fig. 4A, B). In collecting the pollen, thebee lands in the centre of the flower, secures the anthersat their base and then initiates the process of buzz
pollination. These bees were observed moving aroundwithin the flower in both plant species and vibrating frommany different positions. These movements resulted inthe pollen being deposited on all parts of their bodies,including the dorsal portion of their thorax, as the differen-tiated median petal directed the pollen flow. As a result ofthe bee’s movements within the flower, different parts ofits body come in contact with the stigma, resulting in pol-lination. Part of the pollen load deposited on the dorsalregion of the thorax by the median petal is collected bythese bees during the process of cleaning their bodieswith their front legs.
A B
C D
FIG. 2. Side (A, C) and frontal (B, D) view of the stigma of Chamaecrista desvauxii var. graminea (A, B) and C. desvauxii var. latistipula (C, D). Scalebars ¼ 0.3 mm.
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 5 of 11
Other species of bees were also considered effective pol-linators, such as Centris fuscata Lepeletier, 1841 andEuglossa sp. (Table 1), although these species visited theflowers more rapidly and left the flowers without demon-strating any variation in their behaviour. Contact with thestigmatic chamber was made by the lateral and dorsal por-tions of the bodies of these bees. Species of bees of thefamily Halictidae were also recorded visiting flowers ofboth taxa, although these smaller bees were not effectivepollinators as they buzzed only one anther at a time, andthen passed to another anther without entering intocontact with the stigma (Fig. 4C).
Self- and cross-compatibility experiments
High fruit set was observed in both plant taxa followingexperimental self-pollination. The percentage values offruiting were similar to those observed in intra-taxon
cross-pollinations, indicating self-compatibility in theseplants (Table 2). No significant difference among individ-uals occurred in any treatment of both taxa. No fruitformation by spontaneous self-pollination was observed ineither taxon. A small difference in the rate of growth ofpollen tubes was observed in C. desvauxii var. latistipula,with tubes reaching the ovules at the base of the ovary6 h after cross-pollination, while in cases of self-pollinationthe pollen tubes reached only the more distal ovules withinthe same time frame (Fig. 5). With C. desvauxii var. grami-nea, penetration of the pollen tubes to the ovules required10 h, but no differences in velocity were observedbetween cross- and self-pollination experiments. Nodifference in pollen tube morphology or speed of growthwas observed between self- and cross-pollinations ineither taxon.Inter-taxa crosses resulted in a high level of fruit
formation, superior even to those observed in intra-taxoncross-pollinations in C. desvauxii var. graminea (Table 2).The penetration of the pollen tubes to the ovules occurred24 h after pollination in both taxa (Fig. 5). However, noviable seeds were formed by inter-taxa crosses, and onlyapparently unfertilized ovules and small aborted seedswithout embryos were observed. No difference in pollentube morphology or speed of growth was observedbetween intra- and inter-taxon cross-pollinations ineither taxon.The number of seeds formed per fruit varied according to
the experimental crosses (Table 2), with the largest numberof seeds resulting from cross pollination in C. desvauxii var.graminea (F ¼ 5.5194, d.f. ¼ 1, P , 0.05). There was nosignificant difference in the number of seeds resultingfrom either self-pollination or cross-pollination inC. desvauxii var. latistipula. Aborted seeds were found atthe base, in the centre and in the apex of the fruits,
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Date
var. latistipulavar. graminea
Indi
vidu
als
flow
erin
g (%
)
Jul/0
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ug/0
3
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Aug
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Mar
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May
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May
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Jun/
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Jun/
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4
Jul/0
5
FIG. 3. Flowering phenology of Chamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula in Mucuge, Bahia state, north-eastern Brazil.
TABLE 1. Flower visitors and frequency of visits inChamaecrista desvauxii var. graminea and Chamaecristadesvauxii var. latistipula in Mucuge, Bahia state,
north-eastern Brazil
Number of visits
Flower visitorsC. desvauxii var.
gramineaC. desvauxii var.
latistipula
Bombus brevivillus 138 (79.8 %) 124 (79.0 %)Centris fuscata 5 (2.9 %) 5 (3.2 %)Euglossa sp. 7 (4.0 %) 3 (1.9 %)Pseudaugochlora sp1 1 (0.6%) –Pseudaugochlora sp2 9 (5.2 %) 12 (7.6 %)Trigona spinipes 6 (3.5 %) 4 (2.5 %)Thygater sp. 7 (4.0 %) 9 (5.7 %)
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 6 of 11
indicating that there was no correlation between abortionand ovule position. No significant differences in seedweight were observed in the self-pollination and cross-pollination experiments, with an average of 5.4(s.e. ¼ 0.31) mg for seeds resulting from self-pollinationsand 4.9 (s.e. ¼ 0.32) mg for seeds resulting fromcross-pollination in C. desvauxii var. latistipula, and 3.0(s.e. ¼ 0.3) mg and 3.4 (s.e. ¼ 0.3) mg per seed inC. desvauxii var. graminea, respectively. Differences inseed weight between taxa were significant, however(F ¼ 13.182, d.f. ¼ 3, P , 0.01). All seeds demonstrated
high levels of germination, and the germination velocityindices were similar for all treatments within the sametaxon, but demonstrated differences between the taxa(Table 2).
Allozyme eletrophoresis
Four polymorphic loci were identified in the threesystems tested, with each locus demonstrating two alleles(Table 3). Fixed exclusive alleles were observed for Pgiand Acp in each of the two plant varieties examined.
A B
C D
E F
FIG. 4. Bees visiting flowers of Chamaecrista desvauxii. (A, B) Bombus brevivillus collecting pollen in C. desvauxii var. graminea. (C–F) Chamaecristadesvauxii var. latistipula: (C) Halictidae on anther without contacting the stigma (arrow); (D) B. brevivillus collecting pollen; (E) B. brevivillus upside-
down during a turning movement in the flower; (F) Thygater collecting pollen. Scale bars: A, B ¼ 5.5 mm, C–F ¼ 4.0 mm.
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 7 of 11
Mdh-1 was monomorphic within the population ofC. desvauxii var. latistipula, while nine of ten individualsof C. desvauxii var. graminea were heterozygotic.Chamaecrista desvauxii var. latistipula demonstrated 15of 16 individuals as heterozygotic for Mdh-2, and asecond allele was exclusive to this variety. The average het-erozygostity observed in C. desvauxii var. latistipula was0.143, and that in C. desvauxii var. graminea was 0.129.Both of these values were higher than that expected in aHardy–Weinberg equilibrium. The genetic distancebetween the populations was high (0.495), and a high FST
value was recorded for these species (0.720), indicating sig-nificant genetic structuring between the populations.
DISCUSSION
Reproductive biology
The presence of a differentiated median petal, the formationof a stigmatic chamber and anthers with small cleftopenings are common characteristics of the genusChamaecrista (Gottsberger and Silberbauer-Gottsberger,1988; Owens and Lewis, 1989). The anthers are function-ally poricidal, which restricts pollination to those groupsof bees that collect pollen by buzzing the anthers(Buchmann, 1983).Ricochet pollination (Westerkamp, 2004) was observed
by Gottsberger and Silberbauer-Gottsberger (1988) inC. hispidula. In this process, the median petal directspollen to the dorsal portion of the thorax of the bee, alocation that favours contact with the stigma and hence pol-lination. Dependence on this process is minimized by thebees’ behaviour in the flower varieties studied here,because the movements of these insects ensure that numer-ous parts of their bodies come into contact with the stigma.Flowering strategies differ between the two taxa exam-
ined, as C. desvauxii var. graminea demonstrates annualflowering of medium duration, while C. desvauxii var. latis-tipula demonstrates continuous flowering, with the pro-duction of flowers almost all year round (see Newstron,
1994). In spite of these different flowering strategies,however, there is a significant overlapping of floweringperiods between the two taxa that could conceivablypermit genetic exchange.
Chamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxiivar. latistipula are self-compatible, a characteristic observedin other species of this genus (Gottsberger andSilberbauer-Gottsberger, 1988; Fenster, 1995; Liu andKoptur, 2003). Self-compatibility seems to be common inChamaecrista, while in other groups of Caesapinioideaegametophytic self-incompatibility (Bawa, 1974) andlate-acting self-incompatibility (Lewis and Gibbs, 1999;Carvalho and Oliveira, 2003) are more common. The differ-ences observed in pollen tube growth velocity inC. desvauxii var. latistipula would tend to favour cross-pollination, especially in view of the high germinationrate of seeds produced by self-pollination. However, thismechanism does not seem to function in C. desvauxii var.graminea.In spite of the apparent success of the pollen tubes in
penetrating the ovules, both varieties show a high level ofaborted seeds in both self-pollination and cross-pollinationexperiments. In the majority of plants, only a fraction of theovules in any fruit actually become seeds (Lee, 1988) and,although self-pollination frequently results in fewer matureseeds per fruit than does cross-pollination, it can rarelybe determined with any certainty if this reduction is dueto a lack of fertilization or to post-zygotic abortion.Post-zygotic mechanisms, such as the presence of lethalrecessive alleles, could also result in the diminishedproduction of viable seeds as a result of high levels ofspontaneous abortions in cases of self-pollination or ofpollination between closely related individuals. This latterhypothesis is a plausible explanation for the resultsobserved with C. desvauxii var. graminea.
Isolation mechanisms
Pre-zygotic gametophytic isolation mechanisms are com-monly found in angiosperms (Stace, 1989), including the
TABLE 2. Fruiting individuals, fruit and seed set, and seed germination in experimental pollinations in Chamaecristadesvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula
Treatment% of individuals fruiting (individuals fruiting/
individuals used)% fruit set(fruit/fower)
Seeds/fruit mean(min.–max.)
% germination IVG
C. desvauxii gramineaOpen 86.7 (13/15) 44.4 (20/45) 1.5 (0–10) 71 –Spontaneous 0 (0/5) 0 (0/26) – – –Self-pollination 100 (8/8) 67 (21/31) 0.8 (0–6) 92.3 6.03Cross-pollination 100 (11/11) 69 (25/36) 2.27 (0–7) 82 6.15�C. d. latistipula 100 (12/12) 83.3 (35/42) 0 – –
C. desvauxii latistipulaOpen 100 (10/10) 63.3 (19/30) 6.4 (0–13) 100 –Spontaneous 0 (0/10) 0 (0/27) – –Self-pollination 100 (7/7) 59 (19/32) 6 (0–11) 92 21.0Cross-pollination 100 (9/9) 70 (21/30) 7.6 (0–13) 100 22.8�C. d. graminea 100 (8/8) 52.4 (22/42) 0 – –
IVG ¼ index of velocity of seed germination.
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 8 of 11
Leguminosae (Teixeira and Ranga, 2004); however, theywere not found in the two taxa examined in the presentwork. These varieties demonstrated superposition of flower-ing periods, sharing of pollinators, similarities betweenfloral events such as stigma receptivity and pollen release,similar floral morphology, and penetration of the ovulesin interspecific crosses. The similarity in the morphologyand growth speed of pollen tubes in intra- and inter-taxoncrossings strengthens the evidences for the absence of pre-zygotic barriers. As such, seed incompatibility with death
of the embryo or the endosperm is most probably the prin-cipal post-zygotic isolation mechanism in the two varietiesstudied. Similar mechanisms were seen in species of Lens(Leguminosae) (Ladizinsky, 1997).The presence of exclusive alleles in each of the varieties,
principally those fixed at the Pgi and Acph loci, is a strongindicator of the absence of gene flow between the two taxa,and this is supported by the results of the reproductiveexperiments (interspecific incompatibility). The genetic dis-tance observed between the two varieties is consistent with
A B
C D
E F
FIG. 5. Pollen tubes penetrating ovules in Chamaecrista desvauxii. (A–D) Intra-taxon pollinations: (A, B) 6 h after cross- (A) and self-pollination (B) inC. desvauxii var. latistipula; (C, D) 10 h after cross- (C) and self-pollination (D) in C. desvauxii var. graminea. (E, F) Inter-taxa crossings betweenC. desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula: (E) C. desvauxii var. latistipula as pollen receptor, 48 h; (F) C. desvauxii var. graminea
as pollen receptor, 24 h. Scale bars: A, B, D–F ¼ 0.15 mm; C ¼ 0.2 mm.
Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 9 of 11
that observed in other plant species (Thorpe, 1982;Crawford, 1989; van der Bank et al., 2001). Additionally,the observed genetic structuring is very high, reinforcingthe idea of genetic isolation between the two taxa and char-acterizing them as two distinct species.
Taxonomic implications
Cassia latistipula was described by Bentham (1870),accepted by Irwin (1964) and later synonymized inChamaecrista desvauxii (Collad.) Killip var. glauca(Hassler) H. S. Irwin and Barneby (Irwin and Barneby,1982). A new combination was proposed by Lewis(1987), restoring the epithet latistipula for the variety. Assuch, the taxon came to be considered as C. desvauxiivar. latistipula. Chamaecrista desvauxii var. gramineawas described by Irwin and Barneby (1982).Based on morphological, anatomical and chromosomal
data, as well as chromatographic studies, Irwin (1964)raised Xerocalyx to the level of section, having been pre-viously considered a sub-section of the sectionChamaecrista of the genus Cassia. At a later date, Irwinand Barneby (1982) decided that the section Xerocalyxwould be better viewed as a macro-species in whichcomplex evolutionary processes were still occurring, butwhich were not advanced sufficiently to delimit truespecies. This vision resulted in a profound taxonomic shuf-fling, with the condensation of 16 species into only threespecies and 22 varieties. Fernandes and Nunes (2004) con-sidered the delimitations proposed by Irwin and Barneby(1982) as excessively limited in their use of morphologicalcharacteristics, resulting in an elevated level of subjectivityin the taxonomic treatment of that section. However, thesesame authors proposed, in a relatively arbitrary manner, the
reordering of the section Xerocalyx based exclusively onmorphological characteristics, recognizing ten species and27 varieties (Fernandes and Nunes, 2004). In this classifi-cation system, C. desvauxii var. latistipula was recognizedas a species, while C. desvauxii var. graminea was con-sidered a variety of C. linearis.The varieties ‘latistipula’ and ‘graminea’ of C. desvauxii
demonstrate marked differences in habit and leaf mor-phology. They are also reproductively isolated and showunique ecological characteristics in terms of their florallongevity, flowering period and microhabitat, which allreinforce the hypothesis of reproductive isolation. Assuch, based on all of the ecological, geographical, morpho-logical, reproductive and genetic data available forC. desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula,it is reasonable to affirm that they represent distinct species.This conclusion partially supports the taxonomic proposalof Fernandes and Nunes (2004), who considered some ofthe taxa that Irwin and Barneby (1982) classified as var-ieties as being true species. On the other hand, Fernandesand Nunes (2004) maintained many distinct morphs as var-ieties of the species they recognized. As such, the results ofthe present work indicate the necessity for a much widerexamination of the section Xerocalyx, using ecologicaland genetic data and focusing on the reproductive isolationamong the taxa, in order to establish a more stable andnatural taxonomic ordering for this group.
ACKNOWLEDGEMENTS
We thank Jorge A. S. Costa for help on field work andimprovements to the manuscript, the staff of the ParqueMunicipal de Mucuge for logistic support, and FavıziaF. Oliveira for identification of the bees. This work was sup-ported by a grant from Fundacao de Apoio a Pesquisa doEstado da Bahia (FAPESB). C.B.N.C. received a schoolar-ship from FAPESB. E.L.B. and L.P.Q. are supported by agrant (PQ2) from CNPq.
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TABLE 3. Allele frequencies in four allozymic loci in onepopulation of Chamaecrista desvauxii var. latistipula and onepopulation of C. desvauxii var. graminea occurring at themunicipality of Mucuge, Chapada Diamantina, north-eastern
Brazil
Locus/allele C. desvauxii var. latistipula C. desvauxii var. graminea
Pgi62 – 1.000100 1.000 –n 17 14
Acp80 – 1.000100 1.000 –n 16 14
Mdh-176 – 0.550100 1.000 0.450n 6 10
Mdh-191 0.500 –100 0.500 1.000n 16 14
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117
CAPÍTULO 5
Biologia reprodutiva do híbrido natural Chamaecrista
×blanchetiformis (Leguminosae, Caesalpinioideae):
potencialidade de estabelecimento do híbrido e de
introgressão nos parentais, C. blanchetii e C. confertiformis
118
Resumo
Foi estudada a biologia reprodutiva, quanto ao período de floração, biologia floral e
reprodução, do híbrido natural Chamaecrista ×blanchetiformis, formado a partir do
cruzamento entre C. blanchetii e C. confertiformis (seção Baseophyllum), ocorrentes
simpatricamente em ambiente de campo rupestre no Município de Mucugê, Chapada
Diamantina, Bahia. Embora seja baixa a sobreposição de floração encontrada entre os
parentais, existe a formação de poucos indivíduos híbridos, que apresentam período de
floração, biologia floral e guilda de polinizadores similar aos parentais. Experimentos de
autopolinização e cruzamentos com os parentais revelaram a ocorrência de auto- e
intercompatibilidade, de uma forma geral com reduzida frutificação mas com elevada
germinação das sementes. Apesar da maior compatibilidade com C. blanchetii, o
retrocruzamento com C. confertiformis é favorecido pela distribuição dos híbridos no local e
pelo comportamento de visita do polinizador, Bombus brevivillus, que realiza visitas entre
indivíduos próximos. Estes eventos podem acarretar introgressão de C. blanchetii em C.
confertiformis, causando alterações na identidade genética e ecológica desta espécie. Porém,
Chamaecrista ×blanchetiformis apresenta também potencial de estabelecimento, apesar de
sua reduzida freqüência na comunidade.
119
Introdução
Hibridação natural é um processo relativamente comum e tem demonstrado importante
papel na evolução das plantas (e.g., Grant, 1981; Rieseberg, 1995; Ellstrand et al., 1996),
como também tem acarretado importantes questionamentos a respeito da eficiência dos
mecanismos de isolamento reprodutivo na manutenção da identidade das espécies. Alguns
estudos têm demonstrado a atuação de barreiras sobrepostas que agem como filtros e
diminuem o fluxo gênico entre espécies simpátricas evitando a formação de híbridos (Carney
& Arnold, 1997; Borba & Semir, 1998; Vieira, 2002; Rodrigues-Riaño et al., 2004, Cap. 3).
Quando híbridos naturais são encontrados significa que barreiras de isolamento reprodutivo
são inexistentes ou falhas, permitindo fluxo gênico interespecífico.
O gênero Chamaecrista Moench (Leguminosae) é um dos maiores gêneros da
subfamília Caesalpinioideae, compreendendo sete seções (Conceição, 2006) com
aproximadamente 330 espécies (Lewis, 2005). Chamaecrista sect. Baseophyllum, até
recentemente incluída na seção Absus, foi elevada recentemente para a categoria de seção por
Conceição (2006), sendo reconhecidas oito espécies nesta nova reorganização taxonômica,
dentre as quais estão C. blanchetii (Benth.) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis e C.
confertiformis (Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis, anteriormente
reconhecidas como variedades de C. cytisoides (Collad.) H.S.Irwin & Barneby (Irwin &
Barneby, 1982). Esta seção é endêmica do Brasil, e apresenta a maioria das espécies
distribuídas ao longo da Cadeia do Espinhaço, com duas espécies ocorrendo de forma disjunta
no litoral do país.
Chamaecrista blanchetii e C. confertiformis ocorrem em simpatria em formações de
campo rupestre no município de Mucugê, na Chapada Diamantina, estado da Bahia.
Diferenças ecológicas são observadas entre estas espécies, com C. confertiformis ocorrendo
ao longo da margem de rios e C. blanchetii em solos arenosos mais distantes de áreas úmidas
120
(Cap.1). Observações em campo revelaram a existência de raros indivíduos com
características morfológicas intermediárias entre estas duas espécies, sugerindo a presença de
híbridos naturais. Conceição (2006) confirmou a existência destes híbridos naturais através de
marcadores alozimáticos e análises morfométricas, sendo descrito como C. ×blanchetiformis
Conc., L.P.Queiroz & Borba. Utilizando a mesma abordagem, outro híbrido natural foi
detectado na seção, C. ×semprevivae, tendo C. confertiformis e C. depauperata como
parentais. As divergências e dificuldades taxonômicas anteriormente observadas neste grupo
provavelmente estão relacionadas, pelo menos em parte, à formação destes e possivelmente
outros híbridos que apresentam características intermediárias, criando um aparente contínuo
morfológico nas coleções limitadas de herbários. Apesar da potencialidade de hibridação
(Cap. 3), características ecológicas apresentadas por C. blanchetii e C. confertiformis, tais
como diferentes microhabitats e diferentes períodos de floração (Cap. 1), corroboram a
decisão taxonômica de Conceição (2006) em tratar esses táxons como espécies distintas.
A presença de poucos indivíduos híbridos de C. ×blanchetiformis na natureza sugere a
presença de barreiras reprodutivas parciais atuando entre C. blanchetii e C. confertiformis. A
pequena sobreposição de floração de alguns indivíduos destes táxons em alguns anos (Cap. 1)
permite um fluxo gênico restrito entre elas, o que é favorecido pela similaridade na biologia
floral e nos mecanismos de polinização, que não representam barreiras para o cruzamento
interespecífico (Cap. 2). A formação de sementes híbridas viáveis através de experimentos de
polinizações manuais revelou que mecanismos pós-zigóticos também não são completamente
eficientes para evitar a formação de híbridos (Cap. 3). Desta forma, o isolamento temporal
parcial é o principal mecanismo na diminuição do fluxo gênico entre C. blanchetii e C.
confertiformis.
O objetivo deste trabalho foi verificar as estratégias reprodutivas do híbrido C.
×blanchetiformis, a possibilidade de retrocruzamento com seus parentais (C. blanchetii e C.
121
confertiformis) e discutir as possíveis conseqüências evolutivas para estes táxons da seção
Baseophyllum.
Material e métodos
Área de estudo
O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê,
estado da Bahia, Brasil, em área de aproximadamente 160.000 m2. O Parque está situado na
Chapada Diamantina, entre as coordenadas 12º59’02’’S a 13º00’18’’S e 41º20’41’’W a
41º20’33’’W e uma altitude em torno de 1000 m acima do nível do mar. O tipo vegetacional
predominante é o campo rupestre, formado principalmente por plantas herbáceas e
subarbustivas em solo arenoso-pedregoso e herbáceas e arbustivas crescendo em afloramentos
rochosos (Giulietti & Pirani, 1988). O clima é mesotérmico tipo Cwb, na classificação de
Köppen (1948), com temperatura média anual de 19,8º C. A precipitação média anual varia
entre cerca de 830 mm a 1192 mm. Voucher da população de C. ×blanchetiformis estudada
(C.B.N.Costa 123) foi depositado no herbário da Universidade Estadual de Feira de Santana
(HUEFS).
Fenologia e biologia floral
O acompanhamento da fenologia da floração e frutificação dos indivíduos de C.
×blanchetiformis foi realizado mensalmente durante o período de janeiro de 2004 a dezembro
2005, através da presença ou ausência de floração e comparado com o percentual de floração
dos parentais (Cap. 1).
Foram realizadas observações sobre a morfologia floral, número de flores por
inflorescência, duração e coloração da flor e acompanhamento do horário de antese para C.
×blanchetiformis e comparado com C. confertiformis e C. blanchetii. A receptividade
estigmática foi verificada em campo em cerca de 20 flores com emprego de peróxido de
122
hidrogênio (Dafni, 1992), em diferentes horários do dia. A liberação do pólen foi observada
com visualização da abertura das anteras e toque com um diapasão de vibração para liberação
dos grãos de pólen. A viabilidade do pólen foi verificada em cinco anteras de diferentes flores
através do teste enzimático utilizando nitroblue-tetrazolium para medir a atividade de
desidrogenases (Dafni, 1992). Pelo menos 200 grãos foram contados para cada amostra,
utilizando microscópio óptico.
Visitantes florais
Os visitantes florais foram observados entre 05:30 h e 18:00 h, com maior esforço
amostral no pico de floração e no período da manhã devido a maior freqüência de visitantes,
sendo realizadas apenas 13 horas de observação para verificar a sobreposição de polinizadores
em relação aos parentais. Foi verificado o comportamento de visita e coleta do recurso floral,
local de contato com o estigma e freqüência de visitas. Exemplares das espécies de visitantes
florais foram coletados e depositados na Coleção Entomológica do Museu de Zoologia da
Universidade Estadual de Feira de Santana.
Sistema reprodutivo
Os procedimentos de polinizações manuais foram realizados segundo metodologia
descrita por Costa et al. (2007) para espécies de Chamaecrista. Foram realizados
experimentos de autopolinização manual e cruzamentos bidirecionais entre C.
×blanchetiformis e seus parentais, C. confertiformis e C. blanchetii. Não foi possível a
realização de polinizações cruzadas entre os indivíduos de C. ×blanchetiformis. Para realizar
os experimentos, foram utilizadas flores no dia de antese, que haviam sido ensacadas
previamente em fase de botão, e novamente ensacadas após a realização da polinização.
Duas a quatro flores polinizadas foram coletadas entre 24 e 72 horas após a
polinização e fixadas em solução de FAA 50% para observação de crescimento dos tubos
123
polínicos e penetração nos óvulos. Os pistilos foram tratados com NaClO 5% por 15 a 30 min.
até a total descoloração do material, e corados com azul de anilina 0,25% para observação em
microscópio de epifluorescência (modificado de Martin, 1959).
As sementes coletadas de cada fruto formado nos experimentos foram pesadas e
colocadas para germinar. A dormência foi quebrada através de escarificação mecânica e
depois desinfectadas em NaClO 2,5% por cinco minutos e subseqüentemente lavadas com
água destilada (modificado de Gomes et al., 2001). As sementes foram acondicionadas em
caixas de germinação, com papel filtro umedecido em água destilada e colocadas em câmara
de germinação com luz constante à temperatura de 27º C. O acompanhamento do processo de
germinação foi realizado diariamente durante 30 dias para obter o percentual de germinação e
o Índice de Velocidade de Germinação (IVG) (Maguire, 1962). Foi realizada análise de
variância (ANOVA) e teste de Tukey para comparação das médias amostrais, utilizando o
programa BIOESTAT 3.0 (Ayres et al., 2003).
Resultados
Caracterização morfológica, fenologia e biologia floral
Os indivíduos de C. ×blanchetiformis apresentam cerca de 2m de altura, com
características foliares intermediárias entre os parentais (Fig. 1A-B, E-F, Tabela 1). Contudo,
o aspecto geral dos folíolos dos híbridos é muito variável, com alguns indivíduos
apresentando folíolos mais semelhantes a C. confertiformis (Fig. 1F) e outros indivíduos
possuindo folíolos mais similares a C. blanchetii (Fig. 1E). A preferência por microhabitat
também parece ser variável entre os híbridos. Dos sete híbridos acompanhados, quatro estão
distribuídos ao longo da margem do rio, juntos à população de C. confertiformis, ocupando o
mesmo microhabitat, e três indivíduos mais semelhantes a C. blanchetii ocorrem em ambiente
mais arenoso, afastado do rio, como C. blanchetii.
124
As inflorescências de C. ×blanchetiformis apresentam número médio de flores
intermediário quando comparado com os parentais (Tabela 1). As flores de C. blanchetii, C.
confertiformis e C. ×blanchetiformis são similares (Fig. C-D, G-H) e têm cerca de 2,0, 1,8 e
2,0 cm de diâmetro, respectivamente. Chamaecrista ×blanchetiformis possui flores amarelas
com pétala falcada (Tabela 1) e dez anteras apresentando fendas apicais. As flores apresentam
enantiostilia, sendo encontrados os dois morfos no mesmo indivíduo, da mesma forma como
nos parentais. Gineceu formado por estilete curvado e ovário glabro. O estigma é envolvido
por tricomas formando uma câmara estigmática no ápice do estilete. A antese ocorre por volta
das 06:00 h da manhã, quando o estigma já está receptivo e o pólen disponível, havendo
emissão de odor adocicado após a abertura das anteras, como ocorre em C. blanchetii e C.
confertiformis. Foi encontrada alta viabilidade polínica e as flores duram cerca de dois dias
(Tabela 1).
A floração de C. ×blanchetiformis ocorre durante quase todo o ano, com exceção do
final do verão e do outono, dependendo do ano, com maior intensidade de floração entre
setembro e dezembro (Fig. 2). Houve variação na extensão da floração entre os dois anos de
observação, se iniciando em julho no ano de 2004, sendo antecipada em dois meses no ano
seguinte. Em 2004, o pico de floração ocorreu no mês de novembro, porém não foram
observados indivíduos em floração neste mês no ano seguinte, que apresentaram maior
intensidade de floração em outubro e dezembro. Existe uma grande coincidência no período
de floração de C. ×blanchetiformis e C. confertiformis, com pouca sobreposição destas com
C. blanchetii. A sobreposição entre C. ×blanchetiformis e C. blanchetii foi maior no ano de
2005, devido ao maior período de floração do híbrido.
125
Visitantes florais
Foram observadas oito espécies de abelhas visitando as flores de C. ×blanchetiformis
(Tabela 2). Trigona spinipes Fabricius, 1793, Apis mellifera Linnaeus, 1758, Frieseomelitta
francoi (Moure, 1946) (Apidae) e Augochloropsis sp. (Hallictidae) são pilhadores de pólen,
não realizando polinização em C. ×blanchetiformis. Estas duas últimas abelhas coletam pólen
por vibração, mas não contatam o estigma. O principal polinizador deste táxon foi Bombus
brevivillus Franklin, 1913, e os polinizadores secundários foram Epicharis sp. e Xylocopa
cearensis Ducke, 1910 (Apideae). Bombus brevivillus pousa na flor, agarra-se à base das
anteras e coleta pólen por vibração que é espalhado pela região ventral do corpo da abelha e
parte dele também é direcionado para a base da pétala falcada que, através do processo de
ricochete, cai sobre a região dorsal do tórax da abelha, local de contato com o estigma,
caracterizando polinização nototríbica. Em um mesmo vôo de forrageamento, foi observada
visita de duas a oito flores pela abelha em um mesmo indivíduo. Após a visita às flores de um
indivíduo, a abelha pode abandonar a rota ou visitar outros indivíduos próximos. Devido à
baixa freqüência de C. ×blanchetiformis na área, os indivíduos mais próximos destes híbridos
são os parentais C. confertiformis e C. blanchetii, realizando sempre visitas inter-táxons. Após
visitas a algumas flores, as abelhas realizam processo de limpeza do corpo, utilizando as
pernas dianteiras para coletar o pólen depositado na região ventral e parte do pólen do dorso
do tórax.
Sistema Reprodutivo
Houve baixa frutificação nas autopolinizações em C. ×blanchetiformis (4,7%), bem
como baixa formação de sementes por fruto, exibindo sementes abortadas (Tabela 3). Este
valor de frutificação foi similar ao obtido nos cruzamentos bidirecionais realizados entre C.
×blanchetiformis e os parentais com formação de frutos em todos os cruzamentos, exceto com
C. blanchetii como doadora de pólen, ocorrendo maior percentual de frutos (Tabela 3).
126
Várias sementes abortadas foram encontradas, principalmente nos cruzamentos com
C. blanchetii quando C. ×blanchetiformis foi doadora de pólen, não havendo formação de
sementes viáveis. Já as sementes formadas nos cruzamentos entre C. confertiformis e C.
×blanchetiformis como doadora de pólen apresentaram-se viáveis (Tabela 3). Foi encontrada
diferença significativa no peso das sementes formadas nos cruzamentos de C.
×blanchetiformis com os parentais doando pólen (F = 14,80, p<0,01). Apesar do cruzamento
de C. ×blanchetiformis com C. blanchetii apresentar maiores valores do peso das sementes, o
percentual de germinação foi elevado para ambos os cruzamentos de C. ×blanchetiformis com
as espécies parentais (Tabela 3).
Em todos os cruzamentos realizados em C. ×blanchetiformis de autopolinização e
intercruzamentos com os parentais foi observado crescimento normal de tubos polínicos e
penetração nos óvulos (Fig. 3A-D).
127
Tabela 1. Comparação entre características morfológicas de C. ×blanchetiformis com as
espécies parentais, C. blanchetii e C. confertiformis no Parque Municipal de Mucugê, Bahia.
características C. blanchetii C. ×blanchetiformis C. confertiformis
Altura (m) 3 2 5
Hábito arbusto arbusto arbusto
Flores / inflorescência
média (min. - max.)
9,6 (3–20) 5,8 (2-14) 4,8 (2–12)
Diâmetro floral (cm) 2,0 2,0 1,8
Compr. da pétala diferenciada
(média) (cm)
1,6 1,9 2,1
Tamanho médio do pistilo (cm) 1,6 1,5 1,6
Disponibilidade floral 3 dias 2 dias 2 dias
Nº de óvulos 10-14 7-12 8-13
Viabilidade polínica % 91,6 ± 3,13 86,4 ± 3,43 87,36 ± 2,86
Forma da pétala diferenciada falcada falcada falcada
128
Tabela 2. Visitantes florais e número de visitas em Chamaecrista ×blanchetiformis no Parque
Municipal de Mucugê, estado da Bahia, Brasil. Valores percentuais referentes à participação
relativa da espécie nas visitas em relação à guilda de visitantes.
Visitantes Florais número de visitas (%)
Polinizadores
Bombus brevivillus 15 (16%)
Centris fuscata 1 (1,1%)
Xylocopa cearensis 4 (4,3%)
Epicharis sp. 5 (5,3%)
Pilhadores
Apis mellifera 1 (1,1%)
Augochloropsis sp. 3 (3,2%)
Frieseomelitta francoi 5 (5,3%)
Trigona spinipes 60 (63,8%)
Total 94 (100%)
129
Tabela 3. Frutificação, formação e germinação de sementes em autopolinização manual e
polinizações manuais entre C. ×blanchetiformis e seus parentais no Parque Municipal de
Mucugê, Bahia. N = tamanho amostral; IVG = Índice de Velocidade de Germinação das
sementes; n.c. = não calculado.
Tratamento indiv. frutificando % (N)
frutificação % (N)
média sementes/fruto (min.–max.)
germinação% IVG
C. ×blanchetiformis
Autopolinização 16,7 (6) 4,7 (64) 2,0 (0–4) 100 n.c.
x C. blanchetii 100 (3) 40 (32) 3,3 (0–9) 85 7,5
x C. confertiformis 60 (5) 10,9 (92) 3,0 (0–8) 100 10,4
C. blanchetii
x C. ×blanchetiformis 50 (2) 9,1 (11) 0 (0-0) - -
C. confertiformis
x C. ×blanchetiformis 20 (5) 5,5 (55) 3,0 (2–5) 100 4,5
130
131
Figura 1. Características morfológicas de C. ×blanchetiformis e seus parentais, C. blanchetii e
C. confertiformis. (A) Folha com um par de folíolos de C. blanchetii; (B) Folha com dois
pares de folíolos de C. confertiformis (setas); (C) Flor de C. blanchetii com B. brevivillus em
comportamento de limpeza do dorso; (D) Flor de C. confertiformis; (E) Folha trifoliolada de
C. ×blanchetiformis; (F) Folha com dois pares de folíolos de C. ×blanchetiformis; (G) Flores
de C. ×blanchetiformis com enantiostilia; (H) B. brevivillus coletando pólen em C.
×blanchetiformis. Barras de escala: A, B, E, F = 1 cm; C, D, G, H = 0,5 cm.
132
táxon 2004 2005
J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D C. sect. Baseophyllum
C. blanchetii
C. confertiformis
C. xblanchetiformis
1 a 25% de indivíduos floridos
26 a 50% de indivíduos floridos
51 a 75% de indivíduos floridos
76 a 100% de indivíduos floridos
Figura 2. Fenograma representando cinco diferentes categorias de intensidade de floração baseado no percentual de indivíduos floridos em populações
de C. ×blanchetiformis (N = 7), C. blanchetii (N = 100) e C. confertiformis (N = 100) no Parque Municipal de Mucugê, estado da Bahia, entre janeiro
de 2004 e dezembro de 2005. Dados de C. blanchetii e C. confertiformis a partir do Cap. 1.
133
Figura 3. Crescimento de tubo polínico (A) C. confertiformis 24 horas após cruzamento
com C ×blanchetiformis. (B-D) C ×blanchetiformis: (B) 24 horas após autopolinização;
(C) 24 horas após cruzamento com C. confertiformis; (D) 48 horas após cruzamento com
C. blanchetii. Barras de escala: C = 0,15 mm; A, B, D = 0,2 mm.
134
Discussão
O padrão de floração da população híbrida C. ×blanchetiformis é contínuo
(Newstrom, 1994), embora a floração seja interrompida durante alguns meses nos
diferentes anos. Os maiores percentuais de floração de C. ×blanchetiformis estão
diretamente associados com a floração de C. blanchetii e C. confertiformis onde o maior
número de indivíduos que florescem nos diferentes momentos corresponde
morfologicamente a seus parentais. Desta forma, maior pico de floração pôde ser visto
entre outubro e dezembro em que os indivíduos de C. ×blanchetiformis mais semelhantes a
C. confertiformis florescem junto com esta espécie, sugerindo uma mais próxima relação
genética entre elas.
A baixa sobreposição do período de floração que acontece em alguns anos entre C.
blanchetii e C. confertiformis (Cap.1) é suficiente para permitir algum fluxo gênico entre
estas espécies. Barreiras reprodutivas pré-polinização não são suficientes para evitar este
fluxo gênico, devido à similaridade floral e sobreposição da guilda de polinizadores (Cap.
2), contribuindo para a formação de C. ×blanchetiformis. Mecanismos pós-zigóticos
também não são eficientes para a manutenção do isolamento reprodutivo entre estas
espécies.
A ocorrência de hibridação entre espécies de Leguminosae parece ser comum em
alguns gêneros, como Leucena (Sorensson & Brewbaker, 1994), Cytisus (Rodrigues-Riaño
et al., 2004), Bauhinia (Lau et al., 2005), e cruzamentos intergenéricos podem ocorrer em
Parkinsonia e Cercidium (Hawkins et al., 1999). Em Chamaecrista, aparentemente o único
relato de hibridação natural é o de Conceição (2006), referente à C. ×blanchetiformis e à C.
×semprevivae, proveniente do cruzamento de C. confertiformis com C. depauperata,
também na Chapada Diamantina. Outro estudo abordando hibridação em Chamaecrista foi
135
realizado por Erickson & Fenster (2006), porém, abordando hibridação intra-específica em
diferentes populações de C. fasciculata.
A seção Baseophyllum, que apresenta a maioria das espécies nos ambientes
heterogêneos da Chapada Diamantina, parece dever a sua dificuldade de delimitação
taxonômica em parte a processos de hibridação. A descrição recente de dois híbridos
naturais na seção (Conceição, 2006) sugere que as espécies de Baseophyllum apresentam
alto potencial de hibridação e que provavelmente possuem uma história evolutiva recente,
com origem por especiação simpátrica e com barreiras reprodutivas ainda em processo de
estabelecimento. A especiação simpátrica por recombinação gênica ou seleção disruptiva
seria favorecida nesta seção pela heterogeneidade do seu ambiente de ocorrência, uma vez
que quase toda a seção está distribuída na Cadeia do Espinhaço. Eventos de hibridação na
Cadeia do Espinhaço parecem também ser comuns em outros grupos (e.g., Borba & Semir,
1998; Azevedo et al, 2006; Lambert et al., 2006a, 2006b). A especiação por
poliploidização também pode ocorrer na seção Baseophyllum, visto que eventos de
poliploidia parecem ser comuns no gênero (Biondo et al., 2005).
Baseado nestes resultados, é possível supor que a hibridação entre C. blanchetii e
C. confertiformis é um evento que pode acarretar pelo menos duas conseqüências
evolutivas: especiação através do estabelecimento do híbrido e introgressão com os
parentais. A combinação dos genes parentais em C. ×blanchetiformis pode levar a um
processo de especiação, onde, após algumas gerações, um rearranjo genômico acarretaria
um completo isolamento reprodutivo de C. ×blanchetiformis com seus parentais, como já
registrado para espécies de origem híbrida (e.g., Rieseberg & Gerber, 1995; Ungerer et al.,
1998). Contudo, todos os raros indivíduos encontrados de C. ×blanchetiformis foram
detectados supostamente como geração F1 (Conceição, 2006), e a maior possibilidade de
retrocruzamento com um dos parentais (C. confertiformis) poderia inviabilizar o
136
estabelecimento do híbrido devido à ausência de isolamento reprodutivo incipiente pelo
menos com este parental. Porém, existe uma probabilidade muito maior de formação de
sementes quando C. ×blanchetiformis recebe pólen de C. blanchetii do que em qualquer
outro cruzamento, apesar de não ter sido avaliado o potencial de frutificação em
polinização cruzada no híbrido.
A presença de um maior número de indivíduos de C. ×blanchetiformis mais
similares a C. confertiformis possivelmente está relacionada ao maior potencial
germinativo das sementes formadas a partir do cruzamento interespecífico com C.
confertiformis como parental materno (Cap. 3). Além disso, a maioria dos indivíduos
híbridos encontra-se mais próxima geograficamente dos indivíduos de C. confertiformis,
ocupando um habitat similar. Esta sobreposição na área de ocorrência pode ser explicada
pelo mecanismo explosivo do fruto para dispersão das sementes, que são lançadas a poucos
metros de distância da planta mãe (Cap 1). O comportamento de forrageio dos
polinizadores de C. ×blanchetiformis parece favorecer aos cruzamentos entre o híbrido e
seus parentais, ao passo que desfavorece a polinização cruzada entre os indivíduos híbridos
que se encontram em número bastante reduzido espalhados na área. O retrocruzamento
com C. confertiformis parece ser favorecido por estes dois fatores (distribuição e
comportamento de forrageio), levando a uma possível introgressão.
As conseqüências evolutivas da introgressão ainda são muito discutidas (Arnold et
al., 1991; Rieseberg & e Gerber, 1995; Levin et al., 1996; Barton, 2001; Abbott et al.,
2003; Bierne et al., 2003; Coyne & Orr, 2004). Segundo Arnold et al. (1991), a ocorrência
de introgressão entre híbridos e parentais pode representar um passo intermediário para
outros eventos evolutivos, podendo ser a causa da redução de barreiras reprodutivas e da
mudança do fitness do táxon que é introgredido. Para Smith et al. (1996), em caso de
introgressão pode haver um sério impacto na estrutura populacional e manutenção das
137
espécies parentais. Apesar de existir um pequeno número de indivíduos de C.
×blanchetiformis na área, por serem arbustos perenes aparentemente longevos estes podem
continuar atuando como elemento gerador de introgressão de C. blanchetii em C.
confertiformis acarretando em maior diversidade genética e maior potencial para novas
adaptações ecológicas, causando alterações na identidade genética e ecológica desta
espécie. Análise com aloenzimas em Bulbophyllum (Orchidaceae) indicou possível
introgressão em espécies simpátricas em Mucugê, com grande similaridade genética entre
indivíduos morfologicamente intermediários e um dos parentais (Azevedo et al., 2006).
Apesar dos resultados encontrados apontarem para ausência de introgressão em C.
blanchetii, a ocorrência de indivíduos de C. ×blanchetiformis que se encontram mais
afastados da margem do rio, compartilhando o mesmo microhabitat e apresentando período
de floração similar a esta espécie, indica que introgressão em C. blanchetii possa estar
acontecendo, apesar de aparentemente em menor escala.
Rieseberg & Gerber (1995) sugerem que espécies raras podem ter genes raros
completamente absorvidos dentro de um grande pool gênico de uma espécie comum e que
a integridade da espécie rara possa ser destruída. Essa situação parece ser similar às
espécies parentais de C. ×blanchetiformis, uma vez que C. confertiformis é endêmica dos
campos rupestres da Chapada Diamantina, com preferências ecológicas restritas, e C.
blanchetii possui distribuição mais ampla, ocorrendo em ambientes de campo rupestre,
cerrado e restinga (Conceição, 2006). Estudos com marcadores moleculares em populações
de C. confertiformis e C. blanchetii poderão esclarecer melhor o impacto da introgressão
na primeira espécie.
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138
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142
CONCLUSÕES GERAIS
O gênero Chamaecrista apresenta uma grande riqueza de espécies na Cadeia do
Espinhaço e está representado por oito táxons no Parque Municipal de Mucugê. Estudos
focando os diferentes mecanismos de isolamento reprodutivo pré e pós-zigóticos entre
espécies simpátricas do gênero não foram antes realizados e as estratégias reprodutivas
encontradas entre os táxons revelaram grande diversidade de barreiras que atuam no
isolamento reprodutivo destes táxons simpátricos impedindo ou reduzindo o fluxo gênico.
A análise da floração, biologia floral, guilda e comportamento dos polinizadores e estudo
do sistema reprodutivo intra e intertáxon revelou características importantes que atuam na
manutenção do isolamento reprodutivo destes táxons como pode ser destacado a seguir:
1- Os oito táxons das seis espécies de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de
Mucugê florescem principalmente durante a estação seca, entre os meses de abril e
outubro, com grande sobreposição de floração durante este período. Apenas C.
confertiformis floresce na estação chuvosa. A comunidade floresce durante todo o ano,
mas os táxons exibem diferentes estratégias de floração, com padrão anual (C.
blanchetii, C. confertiformis, C. rotundifolia var. grandiflora, C. desvauxii var.
graminea) e contínuo de floração (C. desvauxii var. latistipula, C. chapadae e C.
glaucofilix).
2- Deslocamento no período de floração representando um isolamento reprodutivo
temporal completo ocorre entre táxons de seções diferentes, C. confertiformis (seção
Baseophyllum) e C. rotundifolia var. grandiflora (seção Chamaecrista). A
sobreposição dos picos de floração ocorre nas seções Absus (C. chapadae e C.
glaucofilix) e Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula),
não atuando como um mecanismo de isolamento. Na seção Baseophyllum, a
143
sobreposição da floração ocorre apenas no final da floração de C. blanchetii e início da
floração de C. confertiformis, representando um isolamento pré-polinização temporal
parcial.
3- Apesar da morfologia floral geral muito similar, foram verificados quatro tipos
morfológicos da pétala diferenciada que influenciam diretamente no comportamento do
polinizador e mecanismo de polinização, e que podem ser diferenciadas conforme a
seção: indiferenciada (seção Chamaecrista), curvada (seção Xerocalyx) falcada (seção
Baseophyllum) e tubular (seção Absus).
4- A abelha social Bombus brevivillus foi o principal polinizador para a maioria dos
táxons, realizando coleta de pólen por vibração. Diferentes áreas de deposição do pólen
foram encontradas entre os diferentes táxons, caracterizando três mecanismos de
polinização: esternotríbica, nototríbica e pleurotríbica. O mecanismo de polinização
está diretamente relacionado com o tipo de pétala diferenciana e estes fatores
representam uma barreira pré-zigótica entre os táxons da seção Absus e Baseophyllum.
5- A enantiostilia monomórfica em Chamaecrista parece não favorecer a polinização
cruzada na maioria dos táxons, e provavelmente esse mecanismo evoluiu como uma
adaptação para maior proteção ao gineceu e facilitação da polinização por vibração
pelas abelhas.
6- Todos os táxons de Chamaecrista são autocompatíveis e necessitam de abelhas com
capacidade de vibração para realizar a polinização. As sementes geralmente
apresentam alto potencial germinativo, tanto em frutos formados por autopolinização
quanto por polinização cruzada.
144
7- As duas subpopulações de C. chapadae estudadas apresentam baixa
intercompatibilidade, sendo sugerida a possibilidade da ocorrência de alterações
cromossômicas estruturais ou numéricas, se conformando com o modelo de especiação
estasipátrica. Porém, polinizações experimentais adicionais e estudos complementares
de citogenética e genética de populações são necessários para a confirmação desta
hipótese.
8- Intercompatibilidade só foi observada entre C. blanchetii e C. confertiformis que
pertencem à mesma seção (Baseophyllum). Nas demais seções (Absus e Xerocalyx), o
isolamento ocorre por mecanismos pós-zigóticos de inviabilidade das sementes. O
isolamento reprodutivo entre táxons de seções diferentes apresenta várias barreiras pré-
zigóticas pré-polinização e pós-polinização, bem como mecanismos de isolamento pós-
zigóticos. Estas barreiras atuam de maneira sobreposta formando um filtro que confere
o isolamento reprodutivo entre a maioria dos táxons de Chamaecrista estudados.
9‐ A partir das análises de floração, morfologia floral, biologia floral, preferência por
microhabitats, isolamento reprodutivo pós-zigótico e dados genéticos sobre os táxons
da seção Xerocalyx, C. desvauxii var. latistipula e de C. desvauxii var. graminea, é
possível afirmar que eles constituem espécies distintas.
10‐ Poucos indivíduos híbridos de C. ×blanchetiformis provenientes dos cruzamentos de C.
blanchetii e C. confertiformis foram encontrados na área, o que destaca a importância
do deslocamento temporal da floração destas espécies como um mecanismo de
isolamento pré-zigótico. Os híbridos C. ×blanchetiformis são férteis e apresentam
potencial de retrocruzamento com os parentais, podendo ocorrer introgressão,
principalmente em C. confertiformis. Existe também potencial para estabelecimento do
145
híbrido, podendo ocorrer um processo de especiação por hibridação na comunidade,
assim em outros híbridos formados entre espécies da seção em outras áreas. Estes
processos podem ser algumas das causas das grandes dificuldades taxonômicas
envolvidas no grupo.
146
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