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1 Efeito da Predação de Sementes no Recrutamento de Espécies Vegetais EMÍLIO GARCIA1 e FLÁVIA TAVARES COLPAS2 Título resumido - Efeito da predação de sementes 1 Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Instituto de Biologia, UNICAMP. Autor para correspondência: emiliogar@uol.com.br 2 Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, Instituto de Biologia, UNICAMP. 2 ABSTRACT – (Effects of seed predation on the recruitment of plant species). Seed production and seed dispersal are important processes on plant population dynamics, since not all habitats are suitable to the establishment of new individuals neither all seeds are kept viable. Among the causes of seed mortality are the attack by parasites and predators, usually divided in pre dispersal and post dispersal predation. The aim of this work was to understand some aspects of seed predation and its consequences on plant recruitment. The following questions have been asked: (1) Does seed predation affect the spatial distribution of plant species? (2) How does seed predation affect species of different life forms? (3) What is the contribution of seed predation to seed mortality compared to other forms of mortality? (4) What is the effect of seed predation after dispersal? The presented examples demonstrate the strong influence of seed predation on plant recruitment. The magnitude of the impact depends on plant species, which differ in life forms, but also on their life histories and the life histories of their predators. This ultimately determines the trade-offs between adaptation and extinction, with consequences at short and long time scales. Key-words – seed predation, recruitment, life forms RESUMO – (Efeito da predação de sementes no recrutamento de espécies vegetais). A produção e dispersão de sementes são processos importantes para a dinâmica populacional das plantas, uma vez que nem todos os hábitats são favoráveis à fixação de um novo indivíduo e nem todas as sementes se mantêm viáveis. Dentre as causas de mortalidade de sementes, destacam-se o ataque por parasitas e a predação, usualmente dividida em predação pré dispersão e predação pós dispersão. Este trabalho teve como objetivo entender alguns aspectos da predação de sementes e suas conseqüências sobre o recrutamento de plantas, procurando responder às seguintes perguntas: (1) A predação de sementes afeta a distribuição espacial de espécies vegetais? (2) Como isto ocorre em espécies de diferentes formas de vida? (3) Qual a contribuição da predação de sementes para a mortalidade de sementes frente 3 a outras formas de mortalidade? (4) Qual o efeito da predação de sementes pós dispersão? Os exemplos apresentados demonstraram forte influência da predação de sementes sobre o recrutamento das plantas. A magnitude do impacto depende das espécies vegetais, que diferem não só em suas formas de vida, mas também de suas histórias de vida e das de seus predadores, que determinam, em última instância, as trocas entre adaptação e extinção, com conseqüências a curto e longo prazo. Palavras-chave – predação de sementes, recrutamento, formas de vida 4 Introdução A produção e dispersão de sementes são processos importantes para a dinâmica populacional das plantas, principalmente devido ao fato de nunca atingirem um resultado perfeito, já que nem todos os hábitats são favoráveis à fixação de um novo indivíduo e nem todas as sementes se mantêm viáveis. Dentre as causas de mortalidade de sementes, destacam-se o ataque por parasitas (em especial por fungos) e a predação. Este último usualmente é dividido em predação pré-dispersão, que ocorre antes da dispersão da semente, e predação pós-dispersão, que ocorre, em geral, sobre sementes no solo. Comparada a outros tipos de herbivoria, a predação de sementes pode ser diferenciada de diversas maneiras, como pela alta qualidade do alimento em relação a outros tecidos vegetais, o fato do alimento estar dividido em pequenas porções (geralmente pequenas demais para permitir o desenvolvimento total de um inseto herbívoro), sua breve disponibilidade na planta e a imprevisibilidade de sua produção frente a outros recursos vegetais, como folhas novas (Crawley 1997). Ainda, a predação de sementes pode limitar o recrutamento das populações de plantas, não apenas por um efeito quantitativo na redução de sementes disponíveis (Janzen 1971, Crawley 1992), mas também por um efeito qualitativo, ao mudar sua distribuição espacial (Schupp 1995). Isto altera a proporção de sementes disponíveis nos diferentes micro hábitats, fazendo com que a disponibilidade de sítios seguros para as sementes dependa da interação entre a distribuição da chuva de sementes, a estrutura do hábitat e de preferências de forrageamento, tanto de dispersores secundários quanto de predadores pós-dispersão (Castro et al. 1999). O impacto da granivoria na dinâmica das plantas pode ser melhor visualizado a partir de curvas de recrutamento, as quais possuem três zonas (Figura 1a): (1) uma assíntota superior, quando a entrada de sementes é alta (Zona I); (2) uma fase de aumento, quando mais sementes significam mais indivíduos recrutados (Zona II); e (3) uma zona inferior, onde não há recrutamento de plântulas (Zona III). Quando a densidade das sementes é alta (Zona I), então deve haver intensa competição por acesso a micro sítios favoráveis. Sob estas circunstâncias, grandes reduções na densidade das sementes 5 resultantes de predação podem causar uma redução não mensurável no número de plantas que são recrutadas para a população jovem, de modo que quando o recrutamento é limitado pelo micro sítio, não é provável que a predação de sementes tenha impacto sobre a densidade de plantas adultas. Por outro lado, quando a densidade de sementes é baixa em relação à disponibilidade de micro sítios adequados (Zona II), mas suficientemente alta para saciar os granívoros após a dispersão, uma fecundidade reduzida irá inevitavelmente reduzir o recrutamento das plantas. Isto ocorre, pois sob baixas densidades de sementes, não há dependência de densidade atuando sobre a performance das plântulas e, portanto, não ocorreriam reduções compensatórias dadas por outros fatores de mortalidade. Quando não há recrutamento devido à predação das sementes após a dispersão (Zona III), a redução da produção de sementes não tem impacto sobre o recrutamento. No entanto, se a produção de sementes aumentar próximo ao limite de densidade para a saciar os granívoros, pode haver efeitos rápidos no recrutamento das plantas. Dicotomia Granívoro X Dispersor Freqüentemente, discussões sobre as interações animal-planta apresentam os conceitos de granivoria e frugivoria de maneira bem separada (Howe e Wesley 1988, Abrahamson 1989, Fenner 2000). Em geral, a frugivoria é examinada como uma interação mutualística entre animal e planta, enquanto a granivoria é vista como uma interação antagonística ou como uma vertente da herbivoria (Hulme 2001). Esta dicotomia, no entanto, é provavelmente inapropriada, já que muitas espécies podem ser reconhecidas como participantes da guilda dos granívoros e dos frugívoros (Snow e Snow 1988, Palacios et al. 1997), sendo melhor descritas como espécies frugívoras granívoras. Além disso, uma porcentagem das sementes provenientes de frutos consumidos por dispersores legítimos podem sofrer danos durante a digestão do animal (Traveset & Verdú 2001), tendo como conseqüência a “mudança” de uma interação mutualística para uma antagonística. De maneira oposta, muitas sementes coletadas por granívoros não chegam a ser predadas: sementes enterradas podem não ser recuperadas e 6 acabar germinando (Vander Wall 2001) ou sementes consumidas podem não ser digeridas(Cipollini & Levey 1997). Ainda, alguns tipos de granivoria podem ser benéficos para as plantas como, por exemplo, o aumento da taxa de germinação de certas leguminosas que têm o endosperma de suas sementes consumidas por larvas de curculionidios (Karban & Lowenberg 1992). Efeitos da predação pré e pós-dispersão A forte ligação entre dispersão e predação de sementes é enfatizada pela freqüente distinção feita entre a granivoria antes ou após a dispersão (Crawley 1992). Os granívoros que se alimentam antes da dispersão teriam, provavelmente, maior influência na estrutura entre planta e dispersor, através de pelo menos três mecanismos: (1) reduzindo o número de sementes disponíveis, causando queda na probabilidade de uma semente ser dispersa (Janzen 1970); (2) diminuindo a visitação por dispersores à plantas com densidade de frutos reduzida (Sallabanks e Courtney 1992), os quais rejeitariam os frutos predados; e (3) reduzindo a taxa de consumo de frutos não danificados, principalmente quando o dispersor é uma ave (Garcia et al. 1999). Em contraste à dispersão pré-dispersão, os principais resultados da predação pós-dispersão seriam agir como um filtro sobre a “sombra de sementes”, modificando a densidade e a distribuição das sementes. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo entender alguns aspectos da predação de sementes e suas conseqüências sobre o recrutamento de plantas, tendo como base resultados obtidos com palmeiras, pinheiros e cereais (em ambientes naturais e fragmentados) sob pressão de predadores vertebrados e invertebrados. Especificamente, procuramos responder às seguintes perguntas: (1) A predação de sementes afeta a distribuição espacial de espécies vegetais? (2) Como isto ocorre em espécies de diferentes formas de vida? (3) Qual a contribuição da predação de sementes para a mortalidade de sementes frente a outras formas de mortalidade? (4) Qual o efeito da predação de sementes pós dispersão? 7 Resultados - Estudos de caso Palmeiras vs. queixadas – ambientes naturais Embora estudos realizados com mamíferos demonstrem que estes predadores de sementes tenham um impacto geral sobre seus recursos, o papel de espécies individuais geralmente não é distinguido e raramente são realizados em grandes áreas (> 1 ha) ou escalas de tempo (Silman et al. 2003). Com este enfoque, esses autores propuseram o estudo do sistema queixada (Tayassu pecari) vs. Astrocaryum murumuru para examinar o impacto da predação de sementes por tais animais na magnitude e no padrão espacial de recrutamento desta palmeira. Trata-se de uma espécie dominante na Amazônia Ocidental, constituindo um recurso chave para mamíferos frugívoros, que apresenta intensa predação de suas sementes por vertebrados e invertebrados (taxas de sobrevivência de 0-2%), porém altas taxas de sobrevivência das plântulas (cerca de 69-100%). T. pecari utiliza sementes de A. mururmuru como um de seus principais itens alimentares, forrageando através da serrapilheira, o que diminui substancialmente as densidades das sementes no solo da floresta. O estudo consistiu da realização de censos das plântulas ao longo de um transecto em períodos em que T. pecari estava presente em grandes bandos (1978), 12 anos após seu desaparecimento (1990) e 10 anos após a recuperação das densidades iniciais (1999). As plântulas foram classificadas de acordo com a distância em relação a lianas, raízes e troncos caídos, que seriam utilizados como esconderijos para o consumo posterior dos queixadas (ou seus sítios seguros). Os autores observaram que o número de plântulas encontrado foi significativamente maior em 1990 que nos demais anos. A distribuição espacial destas plântulas também foi marcadamente diferente, com mais plântulas se estabelecendo próximo aos sítios seguros quando os queixadas estavam presentes na área de estudo e um excesso se estabelecendo distante destes objetos quando os animais não estavam presentes. Silman et al. (2003) também testaram hipóteses alternativas, verificando se fatores climáticos, tais como a ocorrência de eventos de El Niño nos anos de censo e no intervalo intercenso poderiam ser considerados importantes. Uma vez que as plântulas desta palmeira apresentam razões de 8 sobrevivência altas e coortes superpostas, altas variações na coorte poderiam levar a pulsos de plântulas e, se estas interagissem com outros agentes de mortalidade de forma dependente da distância em relação aos locais seguros, isto poderia afetar os resultados. Além disso, foram investigadas as contribuições das densidades de outros predadores de sementes vertebrados e invertebrados, entre os quais roedores do gênero Proechimys e besouros bruquídeos e escotilídeos. Após testarem essas possibilidades, os autores concluíram que o fato de tanto o padrão espacial quanto o número de plântulas desta espécie em regeneração mudarem marcadamente com o desaparecimento dos queixadas (voltando às abundâncias e padrões espaciais iniciais), sugere a importância do controle que este predador de sementes exerce sobre a reprodução de Astrocaryum. Isto é reforçado pelo fato do recrutamento de Astrocaryum (maior na classe >20 cm em 1990, quando os queixadas não estavam presentes) não ter sido significativamente diferente do esperado ao acaso, demonstrando que os animais teriam causado o padrão de 1978 ao se alimentarem das sementes que não estavam nos sítios seguros. Além disso, ao procurarem alimento na serrapilheira, as manadas pisoteariam e arrancariam as plântulas, uma causa de mortalidade adicional, provavelmente não associada aos sítios seguros. Os autores concluem que eventos de extinção e recolonização em larga escala de T. pecari regulariam tanto o número quanto a distribuição espacial das plântulas de Astrocaryum, o que teria implicações para a conservação destas espécies: os queixadas são rapidamente extintos até mesmo por pressões humanas moderadas e sua dependência de grandes mosaicos de hábitat os tornam particularmente sensíveis à fragmentação antropogênica. Dado que limitam o recrutamento de uma das espécies de árvore dominantes na Amazônia, as florestas amazônicas podem ser submetidas a mudanças drásticas na composição das espécies com sua ausência. 9 Cereais vs. formigas granívoras – ambientes fragmentados Ainda que formigas granívoras tenham sido muito estudadas, poucos trabalhos têm se concentrado em hábitats modificados pelo homem, ainda que apresentem importância potencial como pragas ou como agentes de controle (Díaz 1992 e referências citadas). Esta constatação levou Díaz (1992) a propor um estudo que visasse a descrição e análise dos padrões espaciais e temporais da predação de sementes por formigas em agroecossistemas. Para tanto, foram estudadas as taxas de remoção de sementes por Messor capitatus, além da abundância de sementes no solo e na vegetação, a fisionomia do hábitat (paisagem e microhábitat), variáveis ambientais como temperatura e precipitação e a distância ao ninho mais próximo. A área de estudo era dominada por cultivos extensivos de cevada, trigo e girassol, cuja fisionomia e composição florística mudavam durante o ano em função da atividade humana, o que levou o autor a caracterizar campos de cultivo, campos pós colheita e campos arados. Além destas áreas, haviam ambientes não-cultivados, tais como áreas constituídas por espécies arbustivas e outras dominadas por gramíneas. Assumindo que as formigas estariam utilizando a estratégia de forragear ao redor de seus ninhos, Díaz (1992) levantou a hipótese de que os padrões de predação levariam a uma grande dependência das razões de predação devido a distância entre ninho e local de forrageamento. Esta premissa baseou-se no fato de que esta espécie de formiga parece investir os recursos de maneira diferenciada ao longo das estações do ano: na primavera, todos os recursos seriam investidos emnovas operárias, levando ao rápido aumento na atividade de forrageamento; no final do verão, os recursos seriam alocados para a produção de indivíduos reprodutivos, levando à diminuição da atividade de forrageamento da colônia. Se houvesse efeito do ciclo endógeno das colônias, seria esperado que as razões de predação fossem maiores na primavera. Ao final do experimento, o autor constatou que as sementes eram mais abundantes no verão que na primavera, sendo maior nas áreas de gramíneas durante o verão e menor nos campos arados em ambas as estações. As razões de predação médias foram afetadas tanto pela estação do ano, quanto pelo 10 tipo de hábitat, mas não pela hora do dia: a predação concentrou-se na área de arbustivas em ambas as estações, sendo maior na primavera que no verão. Ainda, de modo geral, a predação por M. capitatus associou-se positivamente com os hábitats não-arados (como as áreas de arbustivas e de gramíneas com solos rochosos) e a características do microhábitat que indicavam baixo uso humano (coberturas com muitas pedras, caméfitas e briófitas), e também com localidades que apresentavam amadurecimento das sementes no início da primavera. Assim, o impacto do forrageamento das formigas granívoras na paisagem agrícola estudada parece ter sido limitado tanto por fatores do microhabitat e quanto por fatores endógenos. A estratégia de forrageamento das formigas e a escassez de microsítios favoráveis à construção de ninhos teria forçado as formigas a concentrar sua atividade nas áreas de arbustivas, que cobre apenas uma pequena porcentagem da área. Ainda que a produção de sementes nas áreas de gramíneas e áreas cultivadas seja mantida alta pela atividade humana, estas estariam sendo sub exploradas devido às modificações na fisionomia do hábitat, mesmo havendo grande disponibilidade de sementes. Ainda, os padrões sazonais de forrageamento, aparentemente baseados no ciclo endógenos das colônias de insetos sociais, não coincidiram com a disponibilidade máxima de sementes: estas populações de formigas não seriam capazes de acompanhar a variação espacial e temporal impostas, o que diminuiria o potencial de interação com outros membros do sistema de granívoros. Pinheiros vs. aves e roedores – predação pré e pós dispersão Por dois anos, a chuva de sementes e a magnitude das perdas devido a predação de sementes foram avaliadas por Castro et al. (1999) nas florestas de pinheiros escoceses no sul da Espanha. O estudo baseou-se na pressuposição de que a viabilidade das populações de plantas no limite ecológico de sua distribuição é controlada primariamente por fatores abióticos (dada no Hemisfério Norte por baixas temperaturas ao norte e secas durante o verão ao sul), havendo um efeito adicional dos fatores 11 bióticos, que limitariam as chances de regeneração das espécies vegetais (Castro et al. 1999 e referências citadas). Na Europa, uma das espécies que tem sua população limitada é Pinus sylvestris, que forma florestas residuais entre 1600 e 2100 m de altitude, delimitando uma linha arbórea. Essa população de pinheiros é um exemplo muito interessante de espécie que migrou continuamente durante os ciclos glacial-interglacial e que com o fim da era glacial encontrou refúgio nas altas montanhas do mediterrâneo, formando populações remanescentes isoladas do fluxo principal de distribuição mais ao norte. A predação pré-dispersão foi avaliada contando-se as sementes predadas sob algumas árvores, sendo os predadores identificados (quando possível), enquanto os efeitos da predação pós-dispersão foi verificada através de experimentos, nos quais grupos de sementes eram dispostos para diferentes grupos de predadores. Os autores não observaram diferenças entre hábitats com relação à predação pré- dispersão, realizada principalmente por Loxia curvirrostra (‘crossbills’), que consumiram cerca de 80% das sementes. Das sementes que escaparam à predação por esta espécie, 16 a 50% foram atacadas por Parus ater e Carduelis spinus. A predação após a dispersão também foi bastante intensa, sendo muito maior que os controles quando todos os predadores eram analisados em conjunto, sendo pássaros e roedores os principais. A chuva de sementes mostrou que a maioria foi dispersa sob a planta mãe, porém bem menor comparado aos grandes lotes homogêneos da área de distribuição de P. sylvestris, provavelmente devido à baixa densidade de árvores encontradas. Assim, a distribuição das sementes parece ser mais afetada pela distância da fonte que pela estrutura física do microhábitat, o que implica que a disponibilidade de sementes para colonizar novas áreas é limitada tanto pela baixa produção quanto pelo padrão de dispersão. Desta forma, a perda de sementes antes mesmo da dispersão tem conseqüências dramáticas, diminuindo em muito o número de sementes disponível para a dispersão. Nestes ambientes, a cobertura de arbustos mostrou-se alta e homogeneamente distribuída em 12 relação aos demais microhábitats, criando uma matriz onde os predadores de sementes podiam encontrar abrigo facilmente. Esta similaridade pode ter levado a alta predação observada e teria como conseqüência o fato de que este padrão seria transmitido para o próximo estádio de regeneração e que, portanto, a maioria das sementes sobreviventes continuaria a ser encontrada sob as plantas mãe. Em escalas maiores, a pressão de predação foi constante, tendo como conseqüência que tanto a regeneração dentro dos lotes quanto a possibilidade de colonização de zona além da linha arbórea sejam severamente limitadas. Adicionalmente, uma vez que as pressões de predação pré e pós dispersão são bastante altas, a probabilidade das sementes eventualmente escaparem da predação em anos de alta produção de sementes ou de baixos níveis de populações de predadores parece ser muito reduzida, indicando que estas florestas de pinheiro são altamente afetadas pela predação de sementes. O impacto dos predadores de sementes neste sistema pode, ainda, ser agravada por algumas características de P. sylvestris, entre as quais: (1) a ausência de reprodução vegetativa, (2) a baixa produção de sementes, que não permite que os predadores sejam saciados, (3) a improbabilidade de escape no tempo, já que a colonização de novas áreas é restringida pela queda das sementes muito próxima às plantas mãe, (4) a alta predação tanto na escala espacial quanto na temporal, (5) a ausência de dormência de sementes, que não permite a formação de bancos que possam tamponar a predação e (6) a sobrevivência das plântulas ser severamente restringida durante a estação seca. Todos esses pontos sugerem que a predação de sementes de Pinus sylvestris pode ser considerada um dos principais fatores demográficos atuando na redução das probabilidades de recrutamento desta espécie em ambientes mediterrâneos. Conclusões Os exemplos apresentados demonstraram que, em geral, a predação de sementes tem forte influência sobre o recrutamento das plantas. A magnitude do impacto depende das espécies vegetais, que diferem não só em suas formas de vida, mas também em suas histórias de vida. Especialmente 13 importantes são os aspectos relacionados à sua reprodução, como o número de sementes produzidas, o número de eventos reprodutivos e sua capacidade de propagar-se vegetativamente, entre outros. No entanto, as respostas parecem variar também em função do tipo de predador de sementes considerado. Assim, características das histórias de vida dos animais têm como conseqüência diferenças no impacto que podem causar sobre as populações de plantas. Além do fato de serem especialistas ou generalistas, a predação de sementes depende do comportamento dos animais e das formas como suas populações são reguladas, como a dada pela intervenção humana, ao fragmentar ambientes. A fragmentação de áreas cultivadas, por exemplo, não permite a predação de sementespor formigas em áreas isoladas e influencia o número de indivíduos recrutados em diferentes populações de plantas, o que poderia alterar as proporções de espécies dominantes em uma área. O isolamento de pequenos fragmentos de P. sylvestris na Europa, aliada a alta predação de suas sementes, também não tem permitido a expansão da área de distribuição desta espécie. Mesmo Astrocaryum, que é uma espécie muito abundante na Amazônia Ocidental, também parece sofrer grandes flutuações populacionais em função do desaparecimento de seu principal predador de sementes pela atividade antrópica. Portanto, não há dependência do número inicial de indivíduos para que as populações se mantenham. As características das espécies é que determinam as trocas entre adaptação e extinção, com conseqüências a curto e longo prazo, respectivamente. Além da predação, a mortalidade das sementes pode ser afetada por sua inviabilidade (sementes abortadas de Pinus, por exemplo) e por fatores abióticos, como clima. Além disso, como salientado inicialmente, o recrutamento de plântulas pode ser também restringido pela competição entre indivíduos, de modo que para se compreender melhor a interação entre populações de plantas e seus predadores e/ou dispersores de sementes, é necessário estudar-se tanto a história de vida das espécies vegetais, quanto das espécies animais, cuja interação pode ser complexa e variável no tempo. 14 Referências bibliográficas ABRAHAMSON, W. G. 1989. Plant-Animal Interactions. McGraw Hill, New York. CASTRO J., GÓMEZ, J. M., GARCÍA, D., ZAMORA, R. & HÓDAR, J. A. 1999. Seed predation in relict Scot pine forests in southern Spain. Plant Ecology 145: 115-123. CIPOLLINI, M. & LEVEY, D. J. 1997. Why are some fruits toxic? Glycoalkaloids in Solanum and fruit choice by vertebrates. Ecology 78: 782-798. CRAWLEY, M. 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Zona I: limitação por microsítio (competição); Zona II: limitação por sementes; Zona III: limitação por predação (granivoria). (b) Quando recrutamento não é limitado por sementes, grandes reduções na produção de sementes como resultado da herbivoria (de A para B) não têm impacto sobre o recrutamento. (c) Quando há limitação por sementes, a herbivoria leva à redução do recrutamento. (d) Quando o recrutamento não é limitado por sementes devido a produção das sementes estar abaixo do limite necessário à saciação por granívoros, a herbivoria não tem impacto sobre o recrutamento. (R = recrutamento). Fonte: Crawley (1997). Efeito da Predação de Sementes no Recrutamento de Espécies V ABSTRACT – (Effects of seed predation on the recruitment of Introdução Resultados - Estudos de caso Conclusões Referências bibliográficas