Luis Cesar Schiesari.

O Brasil é o maior produtor mundial de etanol de cana-de-açúcar. Olhando para trás, não há dúvida que o etanol reduziu significativamente a dependência do petróleo do país, aumentando a segurança energética e contribuindo para o crescimento econômico do Brasil. Nos últimos anos, o aumento no consumo de bioetanol e a produção de bioeletricidade a partir de resíduos sólidos de cana-de-açúcar também contribuíram para a redução das emissões de gases do efeito estufa. No entanto, as preocupações crescentes sobre os custos sociais e ambientais associados à produção de etanol em grande escala levaram ao desenvolvimento de indicadores de sustentabilidade ambiental para quantificar os custos e benefícios dos biocombustíveis para a sociedade. Apesar disso, o nosso conhecimento sobre os impactos do etanol de cana produzido no Brasil ainda é limitado, especialmente para a água e os solos, e essa falta de conhecimento é um sério obstáculo na avaliação da sustentabilidade de biocombustíveis. Uma das premissas para a sustentabilidade do etanol é que a produção agrícola não exerça pressão adicional sobre ecossistemas nativos ou compita com a produção de alimentos. Uma alternativa que tem sido considerada é expandir culturas energéticas em áreas de pastagens degradadas ou subutilizadas. A fim de liberar pastagens para outros usos, propõe-se que o mesmo número de cabeças de animais, incluindo expansões futuras, seja alocado em uma área menor. Nós chamamos este processo de "intensificação de pastagens". Essa intensificação deve ser implementada de uma forma que preserve a integridade dos ecossistemas e maximize a prestação de serviços ambientais. O objetivo deste projeto é avaliar as consequências ambientais de duas mudanças no uso e cobertura do solo que são críticas para o Brasil e para o desenvolvimento da indústria de bioenergia em outras áreas subtropicais e tropicais: a conversão de pastagens para canaviais e a intensificação das pastagens. Nosso objetivo final é fornecer uma série de práticas de gestão que venha a preservar a integridade ambiental e maximizar os serviços ecossistêmicos. Mais especificamente, vamos abordar como a intensificação agrícola afeta a dinâmica da água, carbono, nitrogênio e fósforo, e como a poluição por pesticidas e a fragmentação afetam o funcionamento dos ecossistemas. Para atingir tal objetivo, propomos seguir os componentes do projeto: (i) um conjunto de experimentos de campo onde pastagens serão intensificadas ou convertidas em canaviais (ii) estudos em microbacias para avaliar o efeito da intensificação da agricultura sobre a ecologia da paisagem e o ciclo da água.

Um padrão inequívoco que envolve tanto causas naturais quanto impactos antrópicos é a mudança global, e mesmo assim heterogênea, do clima na Terra. Espera-se que esta tendência, que ocorre em paralelo com outros tipos de mudanças antrópicas, cause efeitos profundos na fauna. Entretanto, a natureza, amplitude, e consequências finais das mudanças climáticas sobre a fauna devem variar entre táxons, mesmo entre espécies próximas, por causa da vasta diversidade da história natural, as características da fisiologia e as associações ecológicas da fauna. Entender os efeitos diferenciados das mudanças climáticas sobre as espécies animais é um dos muitos desafios urgentes e interdisciplinares enfrentados pela ciência contemporânea, e aumentar este entendimento é o principal objetivo do presente projeto. Propomos uma abordagem integrativa que salienta a convergência disciplinar em torno da disciplina emergente conhecida como Fisiologia da Conservação. Uma premissa destacada nesta abordagem é que, populações de animais expostas a mudança ambiental podem desaparecer se a maior parte dos indivíduos reduzirem a reprodução além de certo limite. Isto pode acontecer por diversos mecanismos, por exemplo, redução do potencial reprodutivo em associação com deterioração da saúde, diminuição do desempenho ecológico ou inibição dos comportamentos reprodutivos. Esses sintomas dos organismos, por sua vez, possuem mecanismos subjacentes frequentemente identificados no contexto de disfunção fisiológica com impacto sobre a manutenção do equilíbrio interno, isso ao longo do tempo. Todavia, os efeitos de mudanças ambientais sobre os organismos não podem ser avaliados pelo tipo, magnitude, ou escala temporal da perturbação, mas pelo impacto de tal perturbação sobre a condição fisiológica. Como consequência, o mesmo padrão de mudança ambiental pode ser deletério para um táxon, é neutro, ou inclusive benéfico para outro. A questão geral abordada neste projeto é como e por que variáveis físicas relacionadas ao clima, ou a interação entre clima e outras fontes de mudança ambiental antrópica, afetam a função fisiológica e o desempenho ecológico dos indivíduos de diferentes espécies animais. Também perguntamos qual o escopo e mecanismos de ajuste às mudanças climáticas, como as características da história de vida são afetadas pelo clima, quais os custos energéticos e compromissos (trade-offs) impostos nos animais pelas mudanças climáticas, e como as condições climáticas gerais dos biomas afetam a resiliência às mudanças climáticas das espécies animais que os habitam. Essas perguntas serão enfocadas no contexto de diversos projetos de pesquisa sobre diversos grupos sistemáticos, considerando sua adequação para a pesquisa, a representação de diversidade fisiológica e ecológica ao longo do estudo, considerações específicas de conservação, necessidade de dados básicos, e considerações específicas relativas a espécies de interesse econômico.

O despertar de um novo paradigma no fornecimento de energia - os biocombustíveis - aponta para uma continuada expansão da agroindústria no Brasil no futuro próximo. O país, que tem condições geográficas e ambientais propícias e a mais eficiente indústria de etanol do mundo, está numa posição favorável para assumir a liderança mundial nesta nova era. Ocorre que a agricultura é uma das atividades humanas mais danosas ao meio ambiente, estando diretamente envolvida na destruição de habitats nativos e na contaminação de recursos hídricos pelo uso de agroquímicos como fertilizantes e pesticidas. É inadmissível que o Brasil, entrando no século XXI ainda como detentor da maior biodiversidade e das maiores extensões de habitats tropicais nativos do planeta, e com a capacidade acadêmica e intelectual necessárias, perca a chance histórica de assumir também o papel de modelo mundial na relação do crescimento econômico com a preservação do meio ambiente. &#10;Este projeto propõe testar a hipótese de que a expansão da cana-de-açúcar tem impacto substancial sobre comunidades biológicas em ecossistemas de água doce, e que parte significativa destes impactos pode ser direta ou indiretamente atribuída ao emprego de agroquímicos. Mais do que documentar alterações, propõe entender os mecanismos através do qual estes impactos são gerados. Propõe também validar, para ambientes tropicais, metodologias de pesquisa empregadas em estudos ecológicos e ecotoxicológicos em ambientes temperados, bem como estabelecer as bases para o desenvolvimento de um sistema de bioindicação para a contaminação de corpos d´água por agroquímicos. &#10;Estas hipóteses serão testadas em programa de pesquisa abrangente envolvendo amostragem e experimentação em laboratório, mesocosmos e campo. Amostragens de comunidades de poças temporárias - incluindo algas, girinos e macroinvertebrados predadores - ao longo de um gradiente de degradação ambiental (cerradão e campo < pasto < plantação de cana-de-açúcar).

Although highly productive agriculture has clear benefits to the economy and society, assuring food security and increased standards of living, agriculture is one of the most important drivers of environmental degradation worldwide, undermining natural resources and ultimately leading to significant loss of biodiversity. There is a still relatively small but growing scientific basis for assessing the relative biodiversity-conservation value of alternative production regimes and landscape configurations in agroindustrial landscapes, and these and other knowledge must be derived and immediately applied towards conservation of megadiverse regions of the world, especially those that are undergoing rapid and far reaching land use change such as the region of the headwaters of the Rio Xingu in the State of Mato Grosso, Brazil. This project proposes to address this much-needed applied research along two subprojects: The first sub-project addresses land use impacts on wild mammal and adopt them as indicators of environmental health in agroindustrial landscapes, whereas the second addresses land use impacts on freshwater biodiversity - especially with respect to pesticide contamination.- and how alternative land management in soybean plantations could reduce these impacts.

As atividades humanas vêm aumentando dramaticamente a quantidade de nutrientes nos ecossistemas, principalmente através da aplicação de fertilizantes na agricultura. No Brasil, onde a agricultura tem papel de destaque na economia, a demanda por fertilizantes aumentou vinte vezes nos últimos quarenta anos fazendo do país o quarto maior consumidor mundial. O despertar da era do biocombustível torna certo o aumento ainda mais acentuado de fertilizantes no país.&#10;Fertilizantes são aplicados no solo para fornecer elementos ? como nitrogênio, fósforo e potássio - limitantes para o crescimento de plantas. Ocorre que estes elementos e seus sais são lixiviados para ambientes aquáticos onde levam desde à eutrofização até a intoxicação de organismos. Entre estes organismos estão os anfíbios, grupo ameaçado que é reconhecidamente vulnerável a contaminações e de grande importância na bioindicação de estresse ambiental. Apesar da grande diversidade de anfíbios e da grande importância da agricultura no Brasil, uma revisão recente mostra que nada se sabe a respeito do efeito de fertilizantes sobre indivíduos e populações de espécies brasileiras de anfíbios; numa escala mundial, estudos comparando a toxicidade dos múltiplos compostos usados na formulação de fertilizantes são também inexistentes para anfíbios. &#10;Este projeto propõe i) investigar os efeitos ecotoxicológicos de compostos usados na formulação de fertilizantes sobre larvas de anfíbios anuros; e ii) avaliar o potencial destes organismos como bioindicadores do emprego excessivo de fertilizantes em áreas agrícolas. Para alcançar este objetivo, este projeto incluirá duas frentes de pesquisa: uma de experimentos controlados em laboratório e outra de amostragem em campo. Experimentos internacionalmente padronizados de exposição aguda testarão, por um lado, a toxicidade de oito a dez dos principais compostos usados na formulação de fertilizantes sobre uma espécie-modelo de larva de anfíbio e, por outro, a variação interespecí

The long-known methodological tradeoff between the realism of natural systems versus the tractability of artificial systems led ecologists to praise the qualities of natural micro- and mesocosms for investigating the processes that organize biological communities. Among them, clusters of rock pools could be ideal for combining the simplicity, replicability, tractability and structural homogeneity that are desired in model experimental systems, with global distributions. If ecologists are to use clusters of rock pools as global model systems in community ecology, however, serious geographical data gaps in their study must be filled. In a year-long study of a cluster of 190 rock pools in the Atlantic Forest of eastern Brazil, we conducted what is, to our knowledge, the first study on the ecology of rock pool communities in the entire Neotropical region. Building on published knowledge on factors driving rock pool community assembly, we test the hypotheses (i) that environmental factors prevail over spatial factors; and (ii) that pool volume, and secondarily species interactions between consumers (anuran larvae), resources (leaf-litter) and predators (dragonfly larvae), have a dominant role in driving species patterns of occurrence and abundance. Community structure was clearly due to the environmental characteristics of individual pools, and not to the spatial relations among them. Pool volume had a consistent, positive influence on the probability of occurrence of dragonflies and tadpoles of all three species, possibly through its influence on hydroperiod. However, species with the strongest associations with larger pools were not those with longer times to metamorphosis, but those with larger egg clutches. Species occurrences were, in addition, positively associated with resource availability as indicated by leaf-litter mass (significantly so for Rhinella and dragonflies). These observations may suggest that, in these severely confined freshwater systems, indicators of both environmental stability and reduced intraspecific competition could be important ultimate criteria for oviposition site selection. The ease in sampling and manipulation, and the observation that the rock pools at our Atlantic Forest site are governed by some of the same factors influencing community organization in other rock pool systems around the world reinforces the merit of the system to explore global comparative studies of ecology of communities and metacommunities.

Predadores freqüentemente têm impacto crítico na estruturação de comunidades de presas tanto na escala local (hábitat) quanto na escala regional (paisagem). Este impacto é mediado por atributos de história de vida, morfologia, fisiologia e comportamento de ambos predadores e presas. Porque diferentes predadores variam em suas estratégias de forrageio, conflitos evolutivos (?tradeoffs?) emergem na presa quando a evolução de atributos que diminuem o risco de mortalidade imposto por determinado tipo de predador resulta no aumento no risco de mortalidade imposto por outros tipos de predadores. Conflitos evolutivos como este favorecem a manutenção da biodiversidade beta porque restringem a distribuição de presas a apenas uma sub-amostra dos hábitats que potencialmente ofereceriam condições adequadas de colonização e desenvolvimento. Neste projeto proponho investigar o papel da predação na estruturação de comunidades e metacomunidades de larvas de anuros (girinos) em ambientes lênticos numa área megadiversa de Mata Atlântica. Para tal, o trabalho se desenvolverá em duas frentes, amostragem e experimentação. A amostragem de predadores e presas será feita em corpos d?água distribuídos ao longo do gradiente de hidroperíodo, um gradiente ambiental de importância crítica na estruturação de comunidades aquáticas. Este desenho de amostragem permitirá um entendimento da co-ocorrência ou, inversamente, segregação de hábitat entre pares de espécies de predadores e presas, e fornecerá importantes elementos para a formulação de hipóteses a respeito dos fatores ecológicos e conflitos evolutivos regulando a distribuição de espécies de girinos na natureza. Posteriormente, conduzirei experimentação em laboratório visando entender alguns mecanismos-chave favorecendo ou desfavorecendo a co-ocorrência de pares predador-presa na natureza. Tal perspectiva mecanística freqüentemente evidencia a existência de conflitos evolutivos influenciando o desempenho e portanto distribuições de espécies na natureza; permite a generalização dos resultados obtidos para outros sistemas biológicos; e tem poder preditivo do impacto que introduções ou extinções de predadores têm sobre comunidades de presas.

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Non-consumptive effects (NCEs) of predators owing to induced changes in prey traits are predicted to&#10;influence the structure of ecological communities. However, evidence of the importance of NCEs is limited primarily to simple systems (e.g. two to four species) over relatively short periods (e.g. less than one generation). We examined the NCEs of a fish predator, arising from phenotypic plasticity in zooplankton prey traits, over multiple generations of a diverse zooplankton community. The presence of fish, caged to remove consumptive effects, strongly influenced zooplankton community structure, through both direct and indirect NCE pathways, altering the abundance of many taxa by magnitudes as large as 3 to 10-fold. Presence of fish affected different species of cladocerans and copepods both positively and negatively. A particularly striking result was the reversal of dominance in copepod taxa: presence of fish reduced the ratio of calanoids to cyclopoids from 6.3 to 0.43. Further, the NCE of fish had a strong negative trophic cascade to zooplankton resources (phytoplankton). To our knowledge, this is the first experiment to show that NCEs can influence the abundance of multiple prey species over time spans of multiple prey generations. Our findings demonstrate that adaptive phenotypic plasticity of individuals can scale-up to affect the structure of ecological communities.

Understanding the factors responsible for generating size variation in cohorts of&#10;organisms is important for predicting their population and evolutionary dynamics. We group&#10;these factors into two broad classes: those due to scaling relationships between growth and size&#10;(size-dependent factors), and those due to individual trait differences other than size (sizeindependent&#10;factors; e.g., morphology, behavior, etc.). We develop a framework predicting&#10;that the nonlethal presence of predators can have a strong effect on size variation, the&#10;magnitude and sign of which depend on the relative influence of both factors. We present&#10;experimental results showing that size-independent factors can strongly contribute to size&#10;variation in anuran larvae, and that the presence of a larval dragonfly predator reduced&#10;expression of these size-independent factors. Further, a review of a number of experiments&#10;shows that the effect of this predator on relative size variation of a cohort ranged from&#10;negative at low growth rates to positive at high growth rates. At high growth rates, effects of&#10;size-dependent factors predominate, and predator presence causes an increase in the scaling of&#10;growth rate with size (larger individuals respond less strongly to predator presence than small&#10;individuals). Thus predator presence led to an increase in size variation. In contrast, at low&#10;growth rates, size-independent factors were relatively more important, and predator presence&#10;reduced expression of these size-independent factors. Consequently, predator presence led to a&#10;decrease in size variation. Our results therefore indicate a further mechanism whereby&#10;nonlethal predator effects can be manifest on prey species performance. These results have&#10;strong implications for both ecological and evolutionary processes. Theoretical studies&#10;indicate that changes in cohort size variation can have profound effects on population&#10;dynamics and stability, and therefore the mere presence of a predator could have important&#10;ecological consequences. Further, changes in cohort size variation can have important&#10;evolutionary implications through changes in trait heritability.

Food webs represent the paths of material and energy flow through organisms in an ecosystem. Anuran larvae are important components of pond food webs: they are abundant, consume large quantities of food and serve as prey for many organisms. However, there are very basic uncertainties about the feeding ecology of anuran larvae; for instance, as to which trophic level they belong and whether species differ in resource use. Because anuran larvae have been employed in model systems in experimental ecology for decades, these uncertainties could lead to misinterpretation of published experiments, or inadequate designs of experiments directed at general, conceptual issues in ecology. Using 13C and 15N stable isotope and gut content analyses of free-ranging and enclosed tadpoles of four ranid species (Lithobates sylvaticus, L. pipiens, L. clamitans, L. catesbeianus) in the food webs of six wetlands, we tested the following null hypotheses:(i) that anuran larvae are strict primary consumers; (ii) that they are non-selective feeders and therefore exhibit little feeding niche differentiation; (iii) that they are opportunistic consumers and (iv) that their diet remains unchanged through ontogeny. All four species consumed and assimilated substantial amounts of animal food; bullfrog larvae, in particular, appear to be predatory. Significant feeding niche differentiation among species occurred with respect to the sources of carbon, consumption of animal matter and nutritional quality of food ingested. We further documented opportunistic feeding habits and ontogenetic shifts in diet. 4. Collectively, these studies revealed complex trophic relationships that might require a reconsideration of the role of anuran larvae in pond food webs, as well as a reinterpretation of results of previous studies employing anuran larvae in model experimental systems.

Studies investigating the factors that control the distribution of species across environmental gradients have often revealed fundamental tradeoffs limiting species distributions in nature. A tradeoff in performance has been suggested to influence species distributions across an important environmental gradient: the gradient in productivity or resource availability. Fast growing species are sensitive to conditions of resource scarcity, and are excluded from unproductive environments. Conversely, slow growing species thrive in conditions of resource scarcity but are less effective in preempting resources in productive environments. This tradeoff is taxonomically widespread, but its underlying mechanisms and demographic consequences are not well understood. &#10;I investigated the occurrence, mechanisms, and a demographic consequence of a performance tradeoff using a system of anuran larvae distributed across a gradient in pond canopy cover. Leopard frogs are restricted to the productive open-canopy ponds; wood frogs occur in open-canopy ponds but also in the relatively unproductive closed-canopy ponds. I first demonstrate that resources are the primary factor influencing species performance across this gradient. I then document a performance tradeoff, whereby leopard frogs grow faster than wood frogs when fed resources of high quality, or in high quantities; but slower than wood frogs when fed resources of low quality, or in low quantities. This reversal in growth performance occurs because, when compared to wood frogs, leopard frogs apparently allocate a larger fraction of acquired resources into growth, but exhibit lower assimilation efficiency and higher minimum resource requirements. To understand how this tradeoff in performance arising at the individual level translates into species distributions, I further investigated the relationship between growth and mortality. Whereas in leopard frogs mortality is a negative function of growth, in wood frogs mortality is l