UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FFCLRP - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA
“Morfologia funcional da coloração das asas em Odonata”.
Rhainer Guillermo Nascimento Ferreira
Tese apresentada à Faculdade de
Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da
USP, como parte das exigências para a obtenção do
título
de
Doutor
ENTOMOLOGIA
RIBEIRÃO PRETO - SP
2013
em
Ciências,
Área:
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FFCLRP - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA
“Morfologia funcional da coloração das asas em Odonata”.
Rhainer Guillermo Nascimento Ferreira
Orientador: Pitágoras da Conceição Bispo
Tese apresentada à Faculdade de
Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da
USP, como parte das exigências para a obtenção do
título
de
Doutor
em
Ciências,
Área:
ENTOMOLOGIA
RIBEIRÃO PRETO - SP
2013
i
Ferreira, Rhainer Guillermo Nascimento
Morfologia funcional da coloração das asas em
Odonata. Ribeirão Preto, 2013. iv + 150p.
Tese apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e
Letras de Ribeirão Preto da USP, como parte das
exigências para a obtenção do título de Doutor em
Ciências, Área: ENTOMOLOGIA
Orientador: Pitágoras da Conceição Bispo
1. libélula, 2. comportamento animal, 3.seleção sexual,
4. evolução, 5. territorialidade, 6. Calopterygidae, 7.
Libellulidae, 8. Polythoridae.
ii
Ao meu Deus, à minha esposa Ana Carolina e ao meu filho Davi (e filhos por vir).
iii
"In the distance tower still higher [scientific] peaks which will yield to those who
ascend them still wider prospects and deepen the feeling whose truth is emphasized by
every advance in science, that great are the works of the Lord." J.J. Thomson
iv
Agradecimentos
Agradeço primeiramente ao meu Deus, Jesus Cristo, pelo privilégio de poder
observar e estudar a natureza e de ter aprendido com grandes professores e grandes
instituições.Agradeço à minha esposa Ana Carolina Vilarinho, pelo apoio e pela
caminhada durante todo este tempo, pelo carinho e por tudo quanto não tenho palavras
para agradecer. Agradeço ao meu filho Davi, que me deu esperança e ainda maior
motivação para continuar lutando. Agradeço aos meus pais, sogros, irmã, cunhadas e
cunhados que sempre nos apoiaram como família. Agradeço à Igreja Presbiteriana
Independente de Assis, por terem nos recebido como família, especialmente à Prof.
Inaiê Do Valle e André do Valle. Sou eternamente grato a todos vocês.
Agradeço ao meu orientador Dr. Pitágoras da Conceição Bispo da UNESP de
Assis, por confiar e acreditar no meu trabalho, sempre disposto a ajudar e a ensinar,
nunca negando absolutamente nada que eu precisasse. Professor, a sua humildade,
bondade e profissionalismo nunca serão esquecidos. Agradeço aos meus colegas e
amigos do Laboratório de Biologia Aquática da UNESP de Assis, especialmente Dr.
Ricardo Cardoso Leite, Dr. Marcos Carneiro Novaes, Dr. Aurélio Fajar Tonetto e Dr.
Cleto K. Pires, sem a amizade de vocês, nada disso seria possível. Agradeço aos meus
amigos em Assis, Sérgio Henrique Rocha Batista e Lucas Suzigan Nachtigall pelos anos
de amizade. A todos meus agradecimentos de coração.
Agradeço ao meu co-orientador Dr. Stanislav Gorb da Universidade de Kiel na
Alemanha, que também confiou e acreditou no meu trabalho e me recebeu de maneira
incrível em seu laboratório. Obrigado pelas conversas, pela orientação profissional e
pessoal. Agradeço também à equipe do Departamento de Morfologia Funcional da
v
Universidade de Kiel, especialmente a Esther Appel, Dr. Alexander Kovalev, Joachim
Oesert, Emre Kizilkan, Jana Willkommen e Lars Heepe pela amizade e pelo inestimável
apoio e orientação no trabalho.
Agradeço ao Programa de Pós-Graduação em Entomologia da FFCLRP-USP
pelos cinco anos de aprendizado e pelo apoio logístico e financeiro. Agradeço
principalmente à secretária Renata Andrade, um exemplo de profissionalismo e caráter.
Sem a Renata o programa não seria a mesma coisa. Sempre prestativa, resolveu todos os
problemas que surgiram no meu mestrado e doutorado como uma mãe. Por favor,
receba meus mil agradecimentos e milhões de desculpas pela dor de cabeça. Agradeço
também a todos os professores que contribuíram para minha formação, especialmente
Dr. Dalton Amorim e Dr. Fabio S. Nascimento pelos ensinamentos, pelo apoio e pela
ajuda quando mais precisei. Agradeço à Profa. Marlene Froehlich pela orientação no
estágio PAE.
Agradeço à Dra. Neusa Hamada e ao Dr. Ulisses Neiss do INPA por terem me
recebido em Manaus e por terem me auxiliado com a pesquisa na Reserva Ducke.
Agradeço também ao Dr. Marcelo H. Gehlen da USP de São Carlos, ao Dr. Alexandre
Marletta da UFU e ao Dr. Eralci Therezio pela colaboração com os trabalhos de
espectrometria e fluorescência. Agradeço ao Dr. Kleber Del Claro da UFU e sua família
pela constante orientação, apoio e amizade. Agradeço aos meus alunos Diogo Silva
Vilela e Ayrton Hideo Hirata pela colaboração nos trabalhos de campo. Agradeço ao
pessoal do Laboratório de Ecologia Comportamental e de Interações pelos anos de
amizade e parceria. Agradeço à CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro.
vi
Índice
Resumo
1
Abstract
2
Introdução
3
Referências
7
CAPÍTULO I - Morfologia da coloração das asas em Odonata
10
Resumo
11
Introdução
12
Material e métodos
14
Resultados
20
Discussão
40
Referências
46
CAPÍTULO II - O comportamento territorial e reprodutivo de três espécies
Neotropicais
de
Odonata:
Chalcopteryx
scintillans
(Zygoptera:
52
Polythoridae), Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae) e Zenithoptera
lanei (Anisoptera: Libellulidae)
Resumo
52
Introdução
54
Material e métodos
55
Resultados
56
Discussão
65
Referências
68
vii
CAPÍTULO III – A função das asas no comportamento de corte de
71
Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae)
Resumo
72
Introdução
73
Material e métodos
75
Resultados
78
Discussão
79
Referências
80
CAPÍTULO IV - O papel da pigmentação, UV e fluorescência das asas como
85
sinais em Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae)
Resumo
86
Introdução
87
Material e métodos
89
Resultados
96
Discussão
103
Referências
106
CAPÍTULO V - Aspectos funcionais da pruinosidade das asas de
115
Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae)
Resumo
116
Introdução
117
Material e métodos
118
Resultados
123
Discussão
125
Referências
126
viii
Capítulo VI - A função da coloração das asas no comportamento territorial
deChalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae) e Mnesarete pudica 128
(Odonata: Calopterygidae)
Resumo
129
Introdução
130
Material e métodos
131
Resultados
136
Discussão
143
Referências
147
Conclusões gerais
150
Anexo I – Artigo: The Role of Wing Pigmentation, UV and Fluorescence
as Signals in a Neotropical Damselfly
Anexo II – Artigo: Male and female interactions during courtship of the
Neotropical damselfly Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae)
Anexo III – Artigo: Description of the larva of Mnesarete pudica (Hagen in
Selys, 1853) (Odonata: Calopterygidae) and notes on known genera of South
American Calopterygidae larvae
ix
Resumo
Na Natureza, os animais possuem particularidades como comportamentos
territoriais e de corte que exibem suas colorações conspícuas que chamam a atenção dos
cientistas desde os primórdios das ciências biológicas. Diversos grupos animais
apresentam padrões de coloração que são utilizados como sinais intra-específicos para a
comunicação. Estes sinais podem ser derivados de pigmentos, de cores estruturais, de
fluorescência ou bioluminescência. Embora estes sinais tenham sido estudados por mais
de um século, a morfologia funcional de caracteres coloridos nos animais tem sido
pouco explorada. Portanto, esta tese como objetivo principal estudar a morfologia e as
propriedades óticas de ornamentos sexuais em insetos da ordem Odonata, com o intuito
de testar a sua função no comportamento reprodutivo e territorial. Três espécies
neotropicais de libélulas foram utilizadas como modelos neste estudo: Chalcopteryx
scintillans (Zygoptera: Polythoridae) da floresta amazônica, Zenithoptera lanei
(Anisoptera: Libellulidae) e Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae). Os
resultados obtidos relacionam a coloração com o comportamento nessas espécies,
sugerindo que estruturas e pigmentos presentes nas asas são sinais utilizados por estes
animais no reconhecimento sexual, nas disputas territoriais e no comportamento de
corte, tendo o potencial de indicar a qualidade dos indivíduos.
Palavras-chave: libélula, comportamento animal, seleção sexual, evolução,
territorialidade, Calopterygidae, Libellulidae, Polythoridae.
1
Abstract
In Nature, animals carry particularities such as courtship and territorial behaviors
which show their conspicuous coloration and call the attention of scientists since the
primordial ages of biological sciences. Several animal groups exhibit coloration patterns
which are used as intraspecific signals for communication. These signals can be derived
from pigments, structural colors, fluorescence and bioluminescence. Although such
signals have been studied for more than a century, the functional morphology os
colorful characters in animals have been underexplored. Therefore, this thesis had the
goal of studying the morphology and optical properties of sexual ornaments in insects of
the order Odonata, regarding their function in reproductive and territorial behavior.
Three Neotropical species of dragonflies and damselflies were used as models in this
study: Chalcopteryx scintillans (Zygoptera: Polythoridae) da floresta amazônica,
Zenithoptera lanei (Anisoptera: Libellulidae) e Mnesarete pudica (Zygoptera:
Calopterygidae). The results obtained show the relationship between coloration and
behavior in these species, suggesting that wing structures and pigmentation are signals
used by these animals during sexual recognition, territorial contests and courtship
behavior, with the potential role of individual quality indicators.
Keywords: dragonfly, animal behavior, sexual selection, evolution, territoriality,
Calopterygidae, Libellulidae, Polythoridae.
2
Introdução
A Natureza, na forma dos animais, nos apresenta diversas formas e especialmente
vários padrões de coloração belíssimos que intrigam a humanidade e chamam a atenção
de olhos humanos através das eras. A cor na natureza pode ser produzida por quatro
diferentes sistemas: por pigmentos que absorvem parte do espectro da luz, por estruturas
que refletem parte do espectro da luz, por compostos que absorvem a luz em
determinado comprimento de onda e emitem fluorescência, ou por reações químicas que
criam bioluminescência (Kemp et al. 2012).
Como exemplos, temos os pigmentos carotenoides em pássaros (Endler 1980) e
pteridinas em peixes (Grether et al. 2001); a emissão de fluorescência em crustáceos
(Mazel et al. 2004) e psitacídeos (Arnold et al. 2002); as cores estruturais de borboletas
(Kemp 2007, Kemp & Rutowski 2007), peixes e pássaros (Doucet & Meadows 2009); e
a bioluminescência de vagalumes (Kemp et al. 2012). Desde Darwin (1874), a ciência
tem procurado desvendar os mecanismos de produção de coloração nos animais e, com
maior ênfase, os processos evolutivos responsáveis pelo surgimento de inúmeros
padrões de coloração, ornamentos e comportamentos complexos associados.
Várias pesquisas buscaram conhecer, não apenas os aspectos morfológicos, mas
também os aspectos funcionais que podem fornecer dados para o estudo da evolução de
caracteres ornamentais. Por exemplo, Doucet & Meadows (2009) fizeram uma extensa
revisão da funcionalidade da iridescência nos animais, indicando a função de cores
estruturais como sinais intra-específicos de reconhecimento sexual e de qualidade dos
machos durante disputas territoriais. Pigmentos e fluorescência também tiveram sua
funcionalidade abordada em vários trabalhos, como por exemplo, os trabalhos com
3
pássaros, insetos e aranhas que mostram que a maior pigmentação indica o melhor
status territorial dos machos, assim como a reflexão ultravioleta e a fluorescência
(Keyser & Hill 2000, Kemp 2007, Lim & Li 2013, Arnold et al. 2002, Lim et al. 2007,
Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011, Guillermo-Ferreira et al. 2013).
A evolução e as forças seletivas agindo para o surgimento dessas características
ainda não são claras.Em Coleoptera e Lepidoptera, por exemplo, cores estruturais
apareceram várias vezes em grupos distantes (Seago et al. 2009, Ingram & Parker
2008), sugerindo a convergência evolutiva e os inúmeros fatores que podem levar ao
surgimento de sistemas complexos de coloração. Uma vez que geralmente existe
dimorfismo sexual, com machos mais coloridos do que as fêmeas, a seleção sexual
parece ser a principal pressão seletiva atuando no processo evolutivo da coloração. O
surgimento de ornamentos sexuais ou caracteres sexuais secundários é comumente
relacionado com a seleção sexual (Darwin 1874, Zahavi 1975, Andersson 1994), mas
estudos também mostram que a interação com o ambiente, principalmente com a
iluminação, pode influenciar na evolução de padrões de coloração conspícuos
(Meadows et al. 2009).
Embora a evolução de caracteres secundários tenha sido estudada por mais de um
século, os estudos que investigam a morfologia por trás da coloração e sua relação com
a biologia e evolução dos animais são escassos. Portanto, a presente tese teve como
objetivo principal analisar a morfologia funcional dos padrões de coloração em animais
e suas implicações para a evolução dos ornamentos sexuais. Para isso, insetos da ordem
Odonata foram utilizados como modelo devido à grande diversidade de padrões de
coloração nas asas destes animais e os comportamentos territoriais e reprodutivos
complexos associados. Três espécies neotropicais foram escolhidas como modelos para
este
estudo:Chalcopteryx
scintillans
(Zygoptera:
Polythoridae)
da
floresta
4
amazônica,Zenithoptera
lanei
(Anisoptera:
Libellulidae)
e
Mnesarete
pudica
(Zygoptera: Calopterygidae) do Cerrado brasileiro. Deste modo, os principais objetivos
desta tese foram:
1) Analisar as propriedades óticas da coloração das asas através de espectros de
reflectância e transmissão
2) Estudar a morfologia das asas e identificar pigmentos e estruturas capazes de produzir
coloração
3) Investigar os aspectos funcionais da coloração das asas na comunicação intra-específica
Para atingir estes objetivos, os resultados obtidos foram divididos em seis capítulos:
CAPÍTULO I - Morfologia da coloração das asas em Odonata. Este capítulo
analisou a morfologia e as propriedades óticas das asas.
CAPÍTULO II - O comportamento territorial e reprodutivo de três espécies
Neotropicais de Odonata: Chalcopteryx scintillans (Zygoptera: Polythoridae),
Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae) e Zenithoptera lanei (Anisoptera:
Libellulidae). Este capítulo teve como objetivo descrever o comportamento das
espécies de estudo, criando uma base para os capítulos seguintes.
CAPÍTULO III – A função das asas no comportamento de corte de Mnesarete
pudica (Odonata: Calopterygidae). Este capítulo investigou o papel das asas como
sinais no comportamento de corte e indicadores da qualidade dos machos.
5
CAPÍTULO IV - O papel da pigmentação, UV e fluorescência das asas como sinais
em Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae). Este capítulo analisou a função de
propriedades óticas das asas no reconhecimento sexual e etário.
CAPÍTULO V - Aspectos funcionais da pruinosidade das asas de Zenithoptera
lanei (Odonata: Libellulidae). Este capítulo estudou a função da cera das asas no
comportamento territorial dos machos.
Capítulo VI - A função da coloração das asas no comportamento territorial
deChalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae) e Mnesarete pudica (Odonata:
Calopterygidae). Este capítulo analisou a influência da coloração nas lutas entre
machos com o intuito de identificar pressões seletivas que conduzem à evolução de
caracteres secundários.
6
Referências
Andersson, M. (1994) Sexual selection. Princeton (NJ): Princeton University
Press.
Arnold, K.E., Owens, I.P.F. & Marshall, N. J. (2002).Fluorescent signaling in
parrots. Science, 295: 92.
Darwin, C. (1874) The descent of man and selection in relation to sex. London:
John Murray.
Doucet, S. M., & Meadows, M. G. (2009). Iridescence: a functional
perspective. Journal of The Royal Society Interface, 6: S115-S132.
Endler JA. 1980. Natural selection on color patterns in Poecilia reticulata.
Evolution. 34:76–91.
Grether GF, Hudon J, Endler JA. 2001. Carotenoid scarcity, synthetic pteridine
pigments and the evolution of sexual coloration in guppies (Poecilia reticulata). Proc R
Soc Lond B Biol Sci. 268:1245–1253.
Guillermo-Ferreira, R. & Del-Claro, K. (2011). Resource defense polygyny by
Hetaerina rosea Selys (Odonata: Calopterygidae): Influence of age and wing
pigmentation. Neotropical Entomology, 40: 78-84.
Guillermo-Ferreira, R., Therézio, E.M., Gehlen, M.H., Bispo, P.C., Marletta, A.
(2013) The role of wing pigmentation, UV reflection and fluorescence as signals in a
Neotropical damselfly. Journal of Insect Behavior, DOI 10.1007/s10905-013-9406-4.
7
Ingram, A.L. & Parker, A.R. (2008).A review of the diversity and evolution of
photonic structures in butterflies, incorporating the work of John Huxley (The Natural
History Museum, London from 1961 to 1990). Philosophical Transactions of the Royal
Society B, 363: 2465–2480.
Kemp, D.J. (2007). Female mating biases for bright ultraviolet iridescence in the
butterfly Eurema hecabe (Pieridae). Behavioral Ecology, 19: 1-8.
Kemp, D.J., & Rutowski, R.L. (2007). Condition dependence, quantitative
genetics, and the potential signal content of iridescent ultraviolet butterfly coloration.
Evolution, 61: 168-183.
Kemp, D.J., Herberstein, M.E., & Grether, G.F. (2012).Unraveling the true
complexity of costly color signaling. Behavioral Ecology, 23: 233-236.
Keyser, A.J. & Hill, G. (2000). Structurally based plumage coloration is an honest
signal of quality in male blue grosbeaks. Behavioural Ecology, 11:202-209.
Lim, M. L., & Li, D. (2013). UV-Green Iridescence Predicts Male Quality during
Jumping Spider Contests. PloS one, 8(4), e59774.
Lim, M.L.M., Land, M.F.L, & Li, D.Q. (2007).Sex-specific UV and fluorescence
signals in jumping spiders. Science, 315: 481-481.
Mazel, C.H., Cronin, T.W., Caldwell, R.L. & Marshall, N. J. (2004).Fluorescent
enhancement of signaling in a mantis shrimp. Science, 303: 51–51.
Meadows, M.G., Butler, M.W., Morehouse, N.I., Taylor, L.A., Toomey, M.B.,
McGraw, K.J. & Rutowski, R.L. (2009). Iridescence: views from many angles. Journal
of The Royal Society Interface 6, S203–S211.
8
Seago, A.E., Brady, P., Vigneron, J.-P.& Schultz, T.D. (2009). Gold bugs and
beyond: a review of iridescence and structural colour mechanisms in beetles
(Coleoptera). Journal of The Royal Society Interface 6, S165–S184.
Zahavi A. 1975. Mate selection: a selection for a handicap. Journal of Theoretical
Biology, 53:205–214.
9
CAPÍTULO I
Morfologia da coloração das asas em Odonata
10
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
CAPÍTULO I - Morfologia da coloração das asas em Odonata
Resumo
As cores em Odonata consistem de pigmentos e estruturas que refletem a luz em
comprimentos de onda específicos. Entretanto, os mecanismos que produzem estes
efeitos visuais ainda são pouco explorados e o estudo da morfologia funcional da
coloração das asas é escasso. Portanto, o presente estudo combinou técnicas de
espectrometria da luz e de microscopia, investigando a correlação entre estruturas e
pigmentos presentes nas asas e a coloração produzida por estes elementos. Nesta tese,
os aspectos funcionais destes componentes da coloração das asas foram analisados em
três espécies neotropicais: Chalcopteryx scintillans (Zygoptera: Polythoridae),
Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae) e Zenithoptera lanei (Anisoptera:
Libellulidae). Os resultados apresentados neste capítulo mostram que a coloração
metálica em C. scintillans e Z. lanei é derivada da combinação do pigmento escuro com
um sistema estrutural multi-camadas que gera iridescência com dependência angular. Já
M. pudica, apresenta apenas pigmentação vermelha na mesocutícula e exocutícula
translúcida que proporciona maior transmissão de luz através das asas. As três espécies
apresentam cera na epicutícula, a qual é combinada com o pigmento e estruturas das
asas para criar os efeitos visuais observados.
Palavras-chave: morfologia, microscopia eletrônica de varredura, microscopia
eletrônica de transmissão, espectros de reflectâncias, ótica, insetos.
11
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Introdução
Em Odonata, vários grupos tanto em Anisoptera como em Zygoptera apresentam
padrões de coloração conspícuos nas asas. Vários destes grupos apresentam
comportamentos complexos como displays sexuais e territoriais (Pajunen 1966,
Córdoba-Aguillar & Cordero-Rivera 2005, Guillermo-Ferreira & Bispo 2012).
Recentemente, foi evidenciado que os padrões de coloração têm um papel importante na
biologia destes animais, influenciando em disputas entre machos (Contreras-Garduno et
al. 2008; Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011a), na escolha de parceiros pelas fêmeas
(Siva-Jothy 1999) e no reconhecimento sexual (Schultz & Fincke 2009).
A coloração neste grupo pode ser de origem estrutural (Vukusic et al. 2000, 2004;
Vukusic 2006) ou derivada de pigmentos (Chapman 1998; Hooper et al. 1999, Silsby
2001). Entretanto, até recentemente, tais padrões de coloração foram quase
exclusivamente estudados em macroescala. Considerando a grande importância da
coloração no comportamento e na evolução dos animais, especialmente em referência a
variações inter-específicas, é importante salientar a necessidade de estudos mais
detalhados em microescala (e.g. Schultz & Fincke 2009, Kuitunen & Gorb 2011,
Stavenga et al. 2012, Nixon et al. 2013).
A grande maioria dos estudos focaram na pigmentação alar e sua relação com o
comportamento do macho e seu sucesso reprodutivo (Córdoba-Aguilar & CorderoRivera 2005). Entretanto, poucos estudos investigaram a relação entre as cores
estruturais e o comportamento e biologia em Odonata. Como raro exemplo, Vukusic et
al. (2004) evidenciaram que a iridescência das asas de machos de Neurobasis chinensis
12
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
chinensis (Linnaeus, 1758) (Zygoptera: Calopterygidae), usadas em displays de corte
(Kumar & Prasad 1977) tem origem estrutural, derivada de uma cutícula com múltiplas
camadas e pigmentos associados com alta absorbância, que aumentam a saturação da
cor estrutural refletida.
Schultz e Fincke (2009) também evidenciaram que a iridescência nas asas de
Megaloprepus caerulatus (Drury, 1782) (Zygoptera: Pseudostigmatidae) possui uma
origem estrutural similar. Além disso, também demonstram que a pruinosidade nas asas,
essencial para o reconhecimento sexual, é produzida por filamentos de cera cuticulares,
possivelmente envolvidos na produção de sinais ultravioleta para co-específicos. De
fato, a reflexão UV já foi descrita para diversas espécies de Odonata (Hilton 1986, Gorb
et al. 2000). Recentemente, Kuitunen e Gorb (2011) evidenciaram que as variações de
cor entre os machos podem ocorrer devido a variações ontogenéticas na cobertura de
cera cuticular, tanto em Calopteryx splendens (Harris, 1782) como em C. virgo
(Linnaeus, 1758).
Entretanto, pouco se sabe sobre a morfologia por trás dos padrões de coloração
Odonata e os seus aspectos funcionais. Portanto, a presente tese teve como objetivo
principal analisar diferentes mecanismos de produção de coloração em asas de Odonata,
com o intuito final de investigar a sua função no comportamento destes animais e
identificar possíveis pressões seletivas atuando na evolução destes caracteres. O
presente capítulo investigou asas de três espécies com asas coloridas e comportamentos
complexos, sendo o primeiro estudo a analisar o papel da cera epicuticular na produção
de coloração em Odonata e sua interação com sistemas pigmentares e estruturais que
produzem efeitos óticos.
13
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Material e Métodos
Espécies de estudo
As espécies de estudo foram Zenithoptera lanei Santos, 1941 (Anisoptera:
Libellulidae), Mnesarete pudicaHagen in Selys, 1853 (Zygoptera: Calopterygidae),
eChalcopteryx scintillansMacLachlan, 1870 (Zygoptera: Polythoridae). Machos de C.
scintillans possuem as asas anteriores hialinas (Fig. 1a), enquanto as asas posteriores
possuem uma coloração estrutural púrpura na superfície dorsal (Fig. 1b) e cobre na
superfície ventral (Fig. 1c). Machos de M. pudica possuem uma pigmentação vermelha
nas asas, sendo que as asas anteriores (Fig. 1d) são menos pigmentadas do que as asas
posteriores (Fig. 1e). Machos de Z. lanei possuem uma pigmentação escura nas asas
com uma faixa hialina na altura do nodo e uma mancha hialina na parte apical, sendo
que a superfície ventral apresenta uma coloração metálica vermelha (Fig. 1f) e a
superfície dorsal apresenta uma coloração azul brilhante (Fig. 1g).
14
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 1. Chalcopteryx scintillans (Zygoptera: Polythoridae): asa anterior (a), asa
posterior em vista ventral (b) e em vista dorsal (c). Mnesarete pudica (Zygoptera:
Calopterygidae): asa anterior (d) e asa posterior (e). Zenithoptera lanei (Anisoptera:
Libellulidae): asa em vista dorsal (f) e vista ventral (g).
Caracterização da coloração das asas
Medidas de reflectância, transmitância e dependência angular. As
propriedades óticas das asas de machos foram medidas.Os espectros de reflectância
foram medidos com uma fonte de luz alógena de Deutério Tungstênio (DH-2000-BAL,
Ocean Optics Inc, Dunedin, Flórida, EUA) direcionada para a amostra em uma
inclinação de 90o. A fonte de luz produz luz do ultravioleta ao infravermelho (200 a
1100 nm) e foi guiada através de uma fibra-ótica de 200 µm posicionada a 2 mm da
15
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
amostra. A luz refletida foi coletada pela mesma fibra-ótica e guiada a um
espectrômetro (HR-4000, Ocean Optics), o qual transferiu os dados ao software Spectra
Suite (Ocean Optics). Os espectros de transmitância foram medidos através do mesmo
equipamento, mas a luz foi coletada e guiada ao espectrômetro por uma fibra-ótica
equipada com uma lente coletora posicionada sob a amostra.
A dependência angular da reflectância foi medida com a fibra-ótica coletora
posicionada a 2 mm em um ângulo de 45o em relação à amostra. A fonte de luz foi
posicionada a uma distância fixa de 13.5 cm da amostra, com a possibilidade de
variação angular entre 10 e 90o. As medidas de reflectância foram feitas com as asas
montadas em suporte de veludo preto em posição ventral e dorsal. As medidas foram
feitas com asas em posição rostro-caudal em relação à fonte de luz. Espectros de
reflectância e transmitância foram obtidos de cinco pontos padronizados em cada
superficie da asa. A dependência angular foi medida em apenas um ponto, variando
apenas o ângulo de incidência da luz.
Os espectros de reflectância foram plotados no software Origin 8 Pro, onde
tiveram os valores do espectro do veludo negro subtraídos (controle escuro), e depois
divididos pelo espectro obtido de uma amostra padrão para referência (controle claro,
Ocean Optics). Portanto, os resultados apresentados são referentes à porcentagem de luz
refletida referente a esta amostra padrão. Os espectros de transmissão passaram pelo
mesmo processo, mas foram divididos pelo espectro total da luz emitida pela fonte de
luz DH-2000-BAL.
Para estimar a cor, foram calculados os valores de brilho, tonalidade e saturação
(Endler 1990) de acordo com o padrão internacional CIELAB para medidas de
coloração. A tonalidade foi medida como o ângulo de tom de acordo com a roda de
16
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
cores; croma foi medida como a saturação da cor e brilho como a intensidade da luz
refletida pela amostra. Estas variáveis foram calculadas da seguinte forma:
∫
Onde B1 é a reflectância total, Bx é a reflectância relativa em intervalos
específicos de comprimento de onda (i.e. r = 600– 700, y = 500–600, g = 400–500, & b
= 300–400), R é a proporção de luz refletida no comprimento de onda (λ) i. Todas estas
medidas foram feitas usando o software CLR v. 1.05 (Montgomerie 2008).
A influência da cera epicuticular na coloração
Remoção da cera. Para investigar a influência dos cristais de cera nos padrões de
coloração das asas, a cera foi removida pela imersão das asas em 20mL de
clorofórmio(60oC) por 20 segundos (Kuitunen & Gorb 2011). Após a remoção dacera,
as propriedades óticas foram medidas utilizando o método descrito anteriormente. Após
as análises espectrais, as amostras foram examinadas por microscopia eletrônica de
varredura (MEV) para estimar a quantidade de resíduos de cera restantes.
17
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Microscopia eletrônica de varredura. As asas foram analisadas em vista dorsal,
ventral e em seção transversal para a caracterização e medição dos cristais de cera
presentes na superfície. Ouro-paládio foi pulverizado sobre as amostras (espessura de 10
nm), e examinadas em um MEV (Hitachi S-4800; Hitachi Ltd., Tóquio, Japão) a 3 kV.
Fotografias foram tiradas em cinco posições pré-estabelecidas em magnitude de
15,000×. O processo foi feito também com amostras que passaram pela remoção da cera
com clorofórmio.
A influência de estruturas cuticulares na coloração
Microscopia eletrônica de varredura. As asas foram quebradas em seção
transversal para a visualização das estruturas internas da cutícula. Foi observado se as
asas apresentavam camadas, nanoesferas ou outras estruturas que podem resultar em
efeitos óticos. Ouro-paládio foi pulverizado sobre as amostras (espessura de 10 nm), e
examinadas em um MEV (Hitachi S-4800; Hitachi Ltd., Tóquio, Japão) a 3 kV. As
amostras foram percorridas para evidenciar as estruturas e fotografias foram tiradas
incialmente em magnitude de 15,000×, e ad libitum.
Microscopia eletrônica de transmissão e microscopia de luz. Para a
microscopia de luz (ML) e a microscopia eletrônica de transmissão (MET), seções das
asas com dimensões em torno de 0.5 x 0.5 cm foram fixadas em uma solução de 2.5%
glutaraldeído em 1x (pH 7.4) tampão fostato-salino (PBS) por 8 - 12 h a 4°C, lavadas
três vezes em 1x PBS por 20 minutos cada e uma vez em água bidestilada por 10
minutos a 4°C, fixadas em 1% OsO4 aquoso por uma hora a 4°C, e lavadas três vezes
em água bidestilada por 20 minutos cada. Após este processo, as amostras foram
18
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
desidratadas emuma série de etanol 30-100% a 4°C, infiltradas com Epon/etanol e
subsequentemente inseridas em Epon 812 (Glycidether 100, Carl Roth GmbH,
Karlsruhe, Alemanha). As amostras em Epon foram polimerizadas a 60°C por 48 h e
depois cortadas em seções semi-finas de 1 - 3 µm de espessura para ML e seções ultrafinas de 50 - 80 nm de espessura para MET em um ultramicrótomo Leica EM UC7
(Leica Microsystems GmbH, Wetzlar, Alemanha). As amostras foram então analisadas
em um MET (Tecnai Bio TWIN, FEI) e um ML (Axioplan Zeiss).
Modelos teóricos de multi-camadas. Para investigar se as multi-camadas,
quando encontradas, são responsáveis pela coloração das asas, modelos teóricos foram
produzidos utilizando a espessura das camadas e o índice de refração real (n) e
imaginário (k) de cada camada. As espessuras das camadas foram medidas nas imagens
de MET no programa Adobe Photoshop. Os índices de refração foram baseados na
literatura (Stavenga et al. 2012, Nixon et al. 2013), considerando camadas escuras como
camadas pigmentadas com melanina (n=1,76; k=0.17), camadas claras como camadas
de quitina não pigmentadas (n=1,56; k=0,03) e as camadas superficiais (n=1,38; k=0,0).
Os valores das espessuras (em nm) e os valores de n e k foram plotados no programa
OpenFilters, que cria uma curva teórica de espectro de reflectância baseada nestas
informações. A curva teórica obtida foi então comparada com as curvas reais obtidas
por espectros de reflectância reais.
19
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Resultados
Mnesarete pudica
Os resultados de MEV (Fig. 2), não apresentaram nenhuma estrutura intracuticular que pudesse ser responsável por efeitos visuais. A cera epicuticular possui
aparência típica, medindo 0,36 ± 0,1µm (N=10) de comprimento na superfície dorsal e
0,34 ± 0,1µm (N=10) na superfície ventral, não havendo diferença entre as duas
superfícies (teste t de Student, t=0.5777, P>0.05).
Figura 2. Seção transversal da asa de um macho de Mnesarete pudica, mostrando
os cristais de cera (W) nas superfícies dorsal e ventral e a ausência de estruturas intracuticulares. Barras representam 1µm.
20
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Os resultados mostram que as asas de machos de M. pudica apresentam baixa
reflectância e alta transmitância (Figura 3). Os resultados também mostram que a
remoção da cera resulta no aumento da reflectância (Fig. 3a) e redução da transmissão
(Fig. 3b). Os resultados de MET (Fig. 4a,b) e ML (Fig. 4c) mostram que o pigmento
vermelho está concentrado na mesocutícula, entre duas lâminas de exocutícula
esclerotizada, o que permite a transmissão da luz pela exocutícula hialina.
Os resultados do experimento de dependência angular (Fig. 5a) mostram que a
remoção da cera resulta no aumento da dependência angular em todas as variáveis que
compõem a coloração, saturação no vermelho (Fig. 5b), saturação no ultravioleta (Fig.
5c), croma ou saturação (Fig. 5d), brilho (Fig. 5e) e tonalidade ou matiz (Fig. 5f), todas
com um pico em 40º após a remoção da cera. Em estado natural, as asas vermelhas dos
machos aparentemente não apresentam um pico distinguível em nenhuma variável.
Figura 3. Espectro de reflectância (a) e transmissão (b) da asa de Mnesarete
pudica antes (azul) e depois (vermelho) da remoção da cera epicuticular. Barras
representam o desvio padrão.
21
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 4. Micrografias de microscopia eletrônica de transmissão (a,b) e de
microscopia de luz (c) da asa de um macho de Mnesarete pudica (Odonata:
Calopterygidae). A figura mostra a mesocutícula pigmentada (M) entre duas lâminas de
exocutícula esclerotizada (E), e a epicutícula com cristais de cera (W). O pigmento
vermelho (p) pode ser observado na mesocutícula. Barras representam 1µm em (a e b) e
10 µm em (c).
22
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 5. (a) Esquema do setup para as medidas de dependência angular, com o
detector posicionado a 45o em relação à amostra e uma fonte de luz móvel 10 a 900. A
dependência angular dos resultados para as asas vermelhas de machos com relação à
saturação no vermelho (b), saturação no ultravioleta (c), saturação ou croma (d), brilho
(e) e tonalidade ou matiz (f) antes (linhas negras) e depois (linhas vermelhas) da
remoção da cera epicuticular com clorofórmio.
23
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Zenithoptera lanei
Os resultados mostram que a superfície ventral das asas de machos de Z. lanei
refletem principalmente comprimentos de onda na faixa do vermelho (600-700nm) (Fig.
6a) enquanto a superfície dorsal reflete principalmente no ultravioleta (300-400nm) e
azul (400-450nm) (Fig. 6b). Os espectros de transmissão das superfícies dorsal e ventral
são semelhantes, com pico de transmissão no vermelho e absorbância no ultravioleta,
característico de pigmentos melânicos (Stavenga et al. 2012). A remoção da cera
epicuticular gerou redução quase total da reflexão pela superfície ventral, enquanto
houve uma redução entre 350 e 600nm na superfície dorsal e aumento entre 600 e
700nm.
Figura 6. Espectros de reflectância e transmissão da superfície ventral (a,c) e
dorsal (b,d) da asa de machos de Zenithoptera lanei antes (azul) e depois (vermelho) da
remoção da cera epicuticular. Barras representam o desvio padrão.
24
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
A remoção da cera aumentou também a quantidade de luz transmitida pela
superfície ventral entre 500 e 700m (Fig. 6c), não havendo grande diferença na
transmissão pela superfície dorsal (Fig. 6d). Os experimentos de dependência angular
sugerem que a remoção da cera da superfície dorsal cria um efeito visual dependente do
ângulo, quase inexistente quando comparado com a superfície intacta, para as variáveis
brilho, saturação UV e saturação total (Fig. 7a,b,d). A variável tonalidade apresentou
dependência angular em estado natural e após a remoção da cera, com pouca alteração
nos resultados (Fig. 7c).
Figura 7. A dependência angular dos resultados para a superfície dorsal de
machos de Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae) com relação ao brilho (a), à
saturação no ultravioleta (b), tonalidade (c) e saturação ou croma (d) antes (linhas
negras) e depois (linhas vermelhas) da remoção da cera epicuticular com clorofórmio.
25
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Na superfície ventral, a remoção da cera alterou o grau de maior brilho e
saturação de 40 para 60º (Fig. 8a,c) e alterou o perfil da saturação UV e da tonalidade
(Fig.8b,d).
Figura 8. A dependência angular dos resultados para a superfície ventral de
machos de Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae) com relação ao brilho (a), à
saturação no ultravioleta (b), tonalidade (c) e saturação ou croma (d) antes (linhas
negras) e depois (linhas vermelhas) da remoção da cera epicuticular com clorofórmio.
Os cristais de cera cobrem quase toda a superfície das asas. Entretanto, os cristais
apresentam diferentes formatos nas superfícies dorsal e ventral tanto sem seção
26
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
transversal (Fig. 9a) como em vista frontal (Fig. 9b,c). Na superfície dorsal, os cristais
formam uma estrutura composta, consistindo de uma base filamentosa e um ápice no
formato de folha, enquanto que na superfície ventral os cristais apresentam o formato
típico filamentoso e curto. Em seção transversal, os cristais são significativamente
maiores na superfície dorsal (teste t de Student, t=6.606, p<0.00001). Na superfície
dorsal os cristais mediram 0,80±0,32µm e, na superfície ventral, 0,54±0,13 µm.
27
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura9.Seção transversal da asa deZenithoptera lanei, mostrando a diferença
entre os cristais de cera nas superfícies dorsal e ventral (a). Vista superior das
superfícies dorsal (b) e ventral (c), mostrando a diferença no formato dos cristais de cera
(W). Barras representam 1µm.
28
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Além dos cristais de cera, as asas de Z. lanei apresentam outras estruturas na
cutícula, identificadas como traquéias e uma rede de traquéolas envoltas em uma
mesocutícula esponjosa (Fig. 10 e 11) . A exocutícula é pigmentada e ainda apresenta
camadas, as quais podem resultar na cor metálica observada nas asas(Fig. 12a,b; Tabela
1).
Tabela 1. Espessura e índices de refração das camadas na exocutícula das asas de
Zenithoptera lanei.
Dorsal
Camada
1
2
3
4
5
6
Espessura
(nm)
30
60
50
80
30
60
Ventral
Índice de refração
Espessura (nm)
1,38
1,70
1,56
1,70
1,56
1,70
30
60
140
100
30
Índice de
refração
1,38
1,70
1,56
1,70
1,56
Figura 10. Micrografias de microscopia eletrônica de varredura da asa de um
macho de Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae) em corte transversal (a) e
longitudinal (b), mostrando a mesocutícula esponjosa (E) e as traquéias (T). Barras
representam 1µm.
29
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 11. Micrografias de microscopia eletrônica de transmissão (a,b) e de
microscopia de luz (c) da asa de um macho de Zenithoptera lanei (Odonata:
Libellulidae). A figura mostra traquéias (T) inseridas em uma mesocutícula (M)
esponjosa (E) entre duas lâminas de exocutícula pigmentada (Ex) que apresentam
camadas de diferentes índices de refração (C). Barras representam 0,5µm em (a,b) e 10
em (c).
30
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 12. Espectros de reflectância reais de Zenithoptera lanei antes (linha negra) e
depois da remoção da cera (linha vermelha), comparados com o modelo teórico (linha
azul) do efeito visual gerado pelas multi-camadas da superfície dorsal (a).Espectros de
reflectância real (linha negra) e teórico (linha vermelha) do efeito visual gerado pelas
multi-camadas da superfície ventral (b).
31
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Chalcopteryx scintillans
Os espectros de reflectância da asa posterior de machos de C. scintillans mostram
que a superfície ventral (Fig. 13a) apresenta dois picos de maior reflexão, um em torno
de 340nm e outro em torno de 670nm, sugerindo uma coloração derivada da mistura do
ultravioleta com o vermelho. A remoção da cera da superfície ventral resulta na redução
da reflectância, chegando a uma diferença de 60% na faixa do ultravioleta (300-400nm).
Os espectros de reflectância da superfície dorsal (Fig. 13b) apresentam um único
pico em torno de 670nm, resultando na cor cobre vista na parte dorsal da asa. A
remoção da cera com clorofórmio resulta na diminuição da reflectância na faixa de 600700nm, mas um aumento na reflectância de 300 a 600nm. Os espectros de transmissão,
tanto da superfície ventral (Fig. 13c) como da superfície dorsal (Fig. 13d), apresentam
uma curva com alta transmissão de 600 a 700nm, proveniente do pigmento melânico
(Stavenga et al. 2012). A remoção da cera reduz a transmissão da luz em ambas as
superfícies, sugerindo maior absorbância devido ao pigmento escuro.
32
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 13. Espectros de reflectância e transmissão da superfície ventral (a,c) e
dorsal (b,d) da asa de machos de
Chalcopteryx scintillans antes (azul) e depois
(vermelho) da remoção da cera epicuticular. Barras representam o desvio padrão.
Os resultados de dependência angular mostram que a superfície dorsal apresenta
maior brilho e saturação em 40º (Fig. 14a,c) e alteração da tonalidade da cor de acordo
com o ângulo (Fig. 14d), mas não há dependência angular na saturação UV (Fig. 14b).
A remoção da cera altera o ângulo de maior brilho e saturação para 60º, altera o perfil
da saturação UV e da tonalidade.
33
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 14. A dependência angular dos resultados para a superfície dorsal de
machos de Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae) com relação ao brilho (a), à
saturação no ultravioleta (b), saturação (c) e tonalidade (d) antes (linhas negras) e depois
(linhas vermelhas) da remoção da cera epicuticular com clorofórmio.
Os resultados de dependência angular mostram que a superfície ventral apresenta
maior brilho e saturação em 60º (Fig. 15a,c) e alteração da saturação UV e da tonalidade
da cor de acordo com o ângulo (Fig. 15b,d). A remoção da cera altera o ângulo de maior
brilho e saturação para 40º, altera o perfil da saturação UV e da tonalidade.
34
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 15. A dependência angular dos resultados para a superfície ventral de
machos de Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae) com relação ao brilho (a), à
saturação no ultravioleta (b), saturação (c) e tonalidade (d) antes (linhas negras) e depois
(linhas vermelhas) da remoção da cera epicuticular com clorofórmio.
Os resultados de MET mostram que a exocutícula, tanto na superfície ventral
como na dorsal, apresenta camadas de diferentes índices de refração (Fig. 16), o que
resulta no efeito ótico metálico dependente do ângulo de incidência da luz, gerado por
interferência por multi-camadas. A exocutícula possui camadas de quitina melanizadas
35
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
e não melanizadas dispostas de maneira alternada, as quais produzem a coloração
metálica observada nas asas por interferência (Fig. 17a,b; Tabela 2).
Tabela 2. Espessura e índices de refração das camadas na exocutícula das asas de
Chalcopteryx scintillans.
Dorsal
Camada
1
2
3
4
5
6
7
8
Espessura
(nm)
Ventral
Índice de refração
30
85
95
100
90
95
105
95
1,38
1,70
1,56
1,70
1,56
1,70
1,56
1,70
Espessura (nm)
30
70
40
60
70
Índice de
refração
1,38
1,70
1,56
1,70
1,56
36
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 16.
Micrografias de microscopia eletrônica de transmissão (a) e de
microscopia de luz (b) da asa de um macho de Chalcopteryx scintillans (Odonata:
Polythoridae), mostrando a mesocutícula espessa (M) e as camadas de diferentes índices
de refração (C) presentes na exocutícula pigmentada, tanto na superfície ventral (à
esquerda) como na superfície dorsal (à direita). Barras representam 0,5µm em (a) e 10
µm em (b).
37
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Figura 17. Espectros de reflectância de Chalcopteryx scintillans real (linha negra) e
teórico (linha vermelha) do efeito visual gerado pelas multi-camadas da superfície
dorsal (a) e ventral (b).
Os resultados de MEV (Fig. 18) também apresentaram a mesma estrutura intracuticular. A cera epicuticular não possui aparência típica, com os cristais interligados
entre si por uma base de cera em vez de filamentos separados entre si como em M.
pudica. Os cristais medem 0,28 ± 0,06µm (N=10) de comprimento na superfície dorsal
38
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
e 0,18 ± 0,04µm (N=10) na superfície ventral, havendo diferença entre as duas
superfícies (teste t de Student, t=3.8186, P<0.01).
Figura 18. Micrografia de microscopia eletrônica de varredura da asa de um
macho de Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae), mostrando a cera epicutilar
em vista dorsal, com cristais interligados (a). A figura (b) mostra as camadas de
diferentes índices de refração (C) presentes na exocutícula,e os cristais de cera (W) de
diferentes tamanhos nas superfícies dorsal (acima) e ventral (abaixo). Barras
representam 1µm.
39
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Discussão
Vários mecanismos de produção da coloração das asas têm sido evidenciados para
Odonata. A maioria possui pigmentos na cutícula (Stavenga et al. 2012), alguns
apresentam efeitos visuais metálicos derivados da estrutura multi-camadas da cutícula
(Vukusic et al. 2004, Nixon et al. 2013), e outros possuem estruturas especializadas
como nanoesferas (e.g. Matrona basilares, Appel et al., comunicação pessoal) e cera
cuticular que também contribui para a coloração (Gorb 1995, Gorb et al. 2000). O
presente estudo mostra que a coloração nas asas de Odonata pode apresentar vários
componentes, os quais são apresentados a seguir.
Mnesarete pudica
Libélulas da família Calopterygidae são mundialmente conhecidas por suas asas
coloridas que, em alguns casos, apresentam cores estruturais. Entretanto, na espécie
neotropical M. pudica, não foi encontrada nenhuma estrutura na membrana da asa que
pudesse ser responsável pela criação de efeitos visuais além da cera epicuticular. Não
foram encontradas camadas ou nanoesferas que poderiam criar o efeito observado nas
asas. Portanto, a coloração das asas em machos de M. pudica aparentemente é derivada
de uma combinação de efeitos provenientes da pigmentação, da cutícula translúcida e da
cera epicuticular.
40
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
No caso de M. pudica, a pigmentação localizada na mesocutícula e a exocutícula
desprovidade de pigmentos permitem a transmissão da luz, sendo que os espectros de
reflectância e transmissão mostram uma grande diferença entre a reflexão e transmissão
da asa pigmentada. Em outras palavras, as asas de machos de M. pudica transmitem
muito mais luz do que refletem, diferentemente de Z. lanei e C. scintillans. A cera tem
um papel ativo neste efeito visual, uma vez que a sua remoção resulta no aumento da
reflectividade e na redução da capacidade de transmissão das asas. De fato,
nanoestruturas presentes na cutícula de insetos são conhecidas como filtros antireflexos, como por exemplo, em asas de cigarras (Stoddart et al. 2006) e no corpo de
libélulas (Kuitunen & Gorb 2011). A função da pigmentação e da reflexão ultravioleta
proveniente da cera na comunicação intra-específica, foi testada no Capítulo 4.
Zenithoptera lanei
Os resultados mostraram que a coloração das asas em Z.laneiapresenta três
diferentes componentes: a pruinosidade azul derivada de uma cera cuticular composta
por duas camadas, a coloração escura do pigmento, e o efeito metálico (vermelho
ventral e azul dorsal) derivado da interferência por multi-camadas.
A pruinosidade em Odonata também é conhecida como um tipo de coloração
estrutural que reflete luz (Hilton 1986). A cor é derivada de filamentos e cristais de cera
que cobrem corpos e asas (Gorb 1995, Gorb et al. 2000). Tais estruturas, além de
produzir cor, apresentam propriedades hidrofóbicas e auto-limpantes que permitem ao
animal entrar em contato com a água (Hasan et al. 2012), crucial para um inseto
41
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
aquático que pode inclusive submergir durante a oviposição (e.g. Guillermo-Ferreira &
Del-Claro 2011b, 2012).
No presente estudo, os resultados mostram que a pruinosidade azul nas asas de Z.
laneié derivada da estrutura composta da cobertura de cera cuticular. A asa apresenta
duas camadas diferentes, uma camada inferior com longos filamentos e uma camada
superior composta por cristais com forma de folhas. Os resultados sugerem que estas
estruturas são responsáveis pela coloração azul desta espécie, vulgarmente conhecida
como a libélula-morpho, fazendo referência às borboletas azuis do gênero Morpho.
Provavelmente, esta coloração possui um papel na comunicação intra-específica como
sinais para o reconhecimento sexual e para disputas territoriais. No Capítulo 5, a função
da cera na comunicação será testada, uma vez que a cera é danificada ou removida com
contato, a idade e o comportamento territorial podem gerar variações entre os machos,
funcionando como um sinal direto do status do macho.
Além da cera e das camadas cuticulares, Z. laneiaprenseta um sistema traqueal na
membrana das asas. O sistema respiratório dos insetos consiste de traquéias e
traquéolas, as quais formam uma rede de tubos que suprem todo o corpo com oxigênio.
Durante o desenvolvimento, o sistema traqueal das asas é localizado dentro do lúmen
entre a cutícula dorsal e ventral, junto com a hemolinfa e os nervos. Na medida em que
a asa se desenvolve, as lâminas integumentais se fundem e degradam as células e
traquéias para formar a membrana da asa. As áreas remanescentes formam as nervuras,
que contêm nervos, traquéias e vasos (Wooton 1992). A cutícula das nervuras
esclerotiza e fornece rigidez e força para as asas, influenciando no voo e na resistência a
fraturas (Wooton 1992, Dirks & Taylor 2012).
42
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
O único caso reportado na literatura de insetos que possuem traquéias na
membrana da asa após o desenvolvimento remete aos besouros aquáticos(Coleoptera:
Dytiscidae),cujos élitros ricamente traqueados funcionam como um sistema de
respiração subaquática (Smrz 1981, Kehl & Dettner 2009). As asas das libélulas são
conhecidas pela sua função no voo e pela agilidade que concedem a estes animais
(Wakeling & Ellington 1997, Wooton 1991), pela complexidade de sua estrutura
(Newman 1982, Jongerius & Lentink 2010) e pela composição de materiais da cutícula
(Gorb 1999, Appel & Gorb 2011), mas não existe referência a funções respiratórias
como em besouros.
Portanto, o presente estudo é o primeiro a evidenciar traquéias nas membranas das
asas de um inseto voador. As traquéias nas asas de Z. lanei formam uma rede, que não é
observada em nenhuma outra espécie. Entretanto, sua função ainda precisa ser
investigada. No contexto do presente estudo, as traquéías podem contribuir para a
coloração das asas de duas maneiras. Primeiro, as traquéias são geralmente abundantes
em tecidos com alta atividade metabólica, como glândulas (Gilliot 2005).
As asas de odonatos apresentam uma camada de cera epicuticular secretada por
um sistema de glândulas e poros na membrana (Gorb 1997,Gorb et al.
2000)Geralmente, a cera possui uma morfologia padrão, que se assemelha a filamentos
(Gorb et al. 2000), mas conforme foi apresentado neste estudo, a superfície dorsal das
asas de Z. lanei apresenta uma camada espessa e complexa de cera. Portanto, o sistema
traqueal na membrana da asa pode ser uma adaptação para a intensa demanda de
oxigênio das células produtoras de cera.
Segundo, sabe-se que as traquéias e traquéolas que formam o tapetum nos olhos
de borboletas criam um filme de interferência que resulta em coloração
43
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
estrutural(Stavenga 2002). Uma vez que os machos de Z. laneipossuem uma coloração
metálica nas asas, é possível que as traquéias contribuam para este efeito visual.
Além disso, a exocutícula apresenta um sistema estrutural de multi-camadas, o
que cria um efeito visual metálico (Vukusic et al. 2004, Nixon et al. 2013), auxilidado à
cera epicuticular que funciona como um filtro que permite a reflexão da luz em
determinado comprimento de onda. A remoção da cera reduz a reflectância,
provavelmente possibilitando que o pigmento absorva comprimentos de onda que antes
eram refletidos pela exocutícula. Deste modo, o Capítulo 5 investigará se a remoção da
cera influencia no comportamento territorial dos machos, indicando uma possível
função da cera cuticular e as consequências da perda dos nanocristais.
Chalcopteryx scintillans
Assim como observado em Neurobasis chinensis (Vukusic et al. 2004),
Matronoidescyaneipennis (Nixon et al. 2013) e Matrona basilaris(Appel et al.,
comunicação pessoal)a coloração metálica das asas de machos de C. scintillans é
proveniente das multi-camadas presentes na cutícula. Entretanto, os resultados aqui
obtidos sugerem que este efeito visual é dependente da cera epicuticular que, quando
removida, reduz a reflectância da asa e consequentemente o efeito visual. Assim como
em Z. lanei, a exocutícula pigmentada e com camadas de diferentes índices de refração
gera o efeito metálico, sendo que o pigmento escuro aumenta a pureza da luz refletida
absorvendo outros comprimentos de onda (Kinoshita et al. 2008).
A cera epicuticular parece também ter um papel crucial na criação do efeito
iridescente das asas. Após a remoção da cera, os espectros de reflectância sofrem uma
redução drástica na intensidade, sem grandes alterações nos espectros de transmissão.
44
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
Estes resultados sugerem que, sem a cera, a maior parte da luz é absorvida pelo
pigmento na primeira camada da exocutícula, indicando que o sistema multi-camadas
depende da cera para produzir o efeito metálico.
A iridescência das asas em Odonata pode ter a mesma função encontrada em
outros animais, agindo como indicador de stress durante o desenvolvimento e de
qualidade genética (Meadows et al. 2009, Doucet & Meadows 2009), influenciando no
reconhecimento específico (Kinoshita et al. 2002), reconhecimento sexual (Lim et al.
2007), reconhecimento etário (Doucet et al. 2006) , interações agonísticas (Lim & Li
2006) e seleção sexual (Kemp 2007, 2008). Esta hipótese foi testada no Capítulo 6,
investigando a função da iridescência como um indicador da qualidade dos machos
durante disputas territoriais.
45
Ferreira, R.G.N.
Capítulo I
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Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
CAPÍTULO II
O comportamento territorial e reprodutivo de três espécies Neotropicais de
Odonata: Chalcopteryx scintillans (Zygoptera: Polythoridae), Mnesarete pudica
(Zygoptera: Calopterygidae) e Zenithoptera lanei (Anisoptera: Libellulidae)
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Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
CAPÍTULO II – O comportamento territorial e reprodutivo de três espécies
Neotropicais de Odonata: Chalcopteryx scintillans (Zygoptera: Polythoridae),
Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae) e Zenithoptera lanei (Anisoptera:
Libellulidae)
Resumo
Para melhor compreender a evolução da coloração como sinais intra-específicos é
necessário o estudo detalhado do comportamento sexual e territorial dos animais. O
presente estudo realizou observações comportamentais com o intuito de descrever o
comportamento de corte e de luta dos machos de três espécies de libélulas neotropicais.
Os resultados mostram que os machos apresentam comportamentos que envolvem
displays com as asas durante interações com machos rivais e com fêmeas. Estes
resultados criaram a base para os estudos da função da coloração nestes
comportamentos nos capítulos seguintes.
Palavras-chave: comportamento reprodutivo, etologia, história natural, cortejo.
53
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Introdução
Estudos comportamentais são a base para estudos sobre a evolução da
comunicação intra-específica nos animais. Estes estudos permitem identificar
comportamentos que permitem estudos mais complexos focados em aspectos distintos
da biologia do animal. Em Odonata, tanto o comportamento reprodutivo com o
comportamento territorial são bem estudados em espécies da América do Norte, Europa
e Japão (Corbet 1999), mas dados para grupos tropicais ainda são escassos.
O presente estudo teve como objetivo descrever o comportamento de corte e de
luta das espécies de estudo utilizadas nesta tese: Chalcopteryx scintillans (Zygoptera:
Polythoridae), Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae) e Zenithotera lanei
(Anisoptera: Libellulidae).
A família Polythoridae consiste de 57 espécies Neotropicais, distribuídas entre os
Andes e a floresta Amazônica (Garrison et al. 2010). Pouco se sabe sobre seu
comportamento e, embora a maioria apresente padrões conspícuos de coloração nas
asas, não há detalhamento de displays territoriais e de corte neste grupo.
Em Calopterygidae, embora o comportamento de espécies Neárticas e Paleárticas
é bem documentado, o comportamento de grandes grupos tropicais como Mnesarete,
SaphoeUmmaainda são desconhecidos. Este estudo pode fornecer informações valiosas
não apenas sobre a evolução e biologia destes animais, mas também dados para
distinção taxonômica dos grupos. Por exemplo, uma vez que não existem caracteres
suficientes para a separação dos gêneros MnesareteeHetaerina (Garrison 2006), o
último não apresentando corte (Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011, Córdoba-Aguilar
& Cordero-Rivera 2005), estudos com Mnesarete species podem apresentar traços que
permitam a separação dos dois gêneros. De fato, Garrison (2006) previu que diferenças
54
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
no
comportamento
de
corte
eventualmente
podem
ser
encontradas
entre
HetaerinaeMnesarete.
Para Libellulidae, o comportamento territorial e reprodutivo é bem estudado, com
poucas variações e ausência de comportamento de corte e displays territoriais (Corbet
1999). Entretanto, o padrão de coloração, a morfologia da cera epicutilar, as traquéias
nas asas (Capítulo 1) e o comportamento de fechar as asas (Pujol-Luz & Vieira 1998)
únicos deZenithopteratornam este gênero em uma incógnita, merecedor de um estudo
detalhado de seu comportamento.
Material e métodos
O estudo foi conduzido com C. scintillans em um igarapé na Reserva Florestal
Adolpho Ducke, Manaus, Amazonas, Brasil (2º57'07.4"S/ 59º 57'27.6"W; altitude 75 m)
em Novembro de 2012 e com M. pudica e Z. laneiem um riacho e uma lagoa em Assis,
São Paulo, Brasil (22º38’S, 50º27’W; altitude 522 m) entre Março e Julho de 2010 e
entre Setembro e Dezembro de 2012. Foram feitas observações comportamentais das
10:00 h (quando os machos estão ativos) às 15:00 h (quando a atividade territorial
declina). Os machos foram marcados com tinta corretiva branca atóxica no tórax e
abdômen.
Pra descrever os comportamentos de corte e de luta, o método de amostragem de
sequências (sequence sampling method, Altmann 1974) e o método ad libitum
(Altmann 1974). O comportamento territorial foi classificado de acordo com as
seguintes categorias (Pajunen 1966): (i) peseguição, um macho persegue um rival por
um curto period (<5s) sem nenhum padrão comportamental específico; (ii)
55
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
ameaçafrontal, os machos voam face a face exibindo as asas um para o outro; (iii)
ameaça reversa, um macho voa com abdômen direcionado para o rival; (iv) ameaça
lateral, os machos voam lado a lado, (v) voo em círculos, os machos voam em círculos
em perseguição mútua; (vi) voo ―rocking‖, os machos ascendem em voo e mergulham
fazendo displays mútuos de ameaça em círculos ou ziguezague.
O comportamento de corte foi categorizado de acordo com as seguintes
categorias: (i) voo de corte (Heymer 1973), quando o macho paira no ar e se movimenta
formando um arco na frente da fêmea; (ii) display em cruz (Waage 1973), quando o
macho pousa e abre suas asas formando um ―X‖; (iii) display flutuante (Gibbons & Pain
1992), o macho pousa na água e flutua; (iv) o display ―wingclapping‖, quando o macho
abre as asas lentamente e as fecha em um movimento súbito (Bick & Bick 1978). Estes
comportamentos, de luta e corte, são descritos para Calopterygidae e, portanto, podem
existir variações para Chalcopteryx e Mnesarete e inexistência em Zenithoptera, mas
não existe descrição do comportamento para estes gêneros.
Resultados
Chalcopteryx scintillans
O comportamento de corte (Fig. 19a) inicia quando a fêmea se aproxima do
território do macho. O macho intercepta a fêmea em voo e apresenta seu voo de corte
(i), pairando na frente da fêmea segurando as asas posteriores imóveis enquanto voa
com as asas anteriores (N=6). A fêmea pode pousar e fazer um display de rejeição,
abrindo as asas, e se retirar do território (N=2) ou corresponder ao display do macho
(N=4) e exibir um padrão de voo similar ao display de ameaça frontal dos machos,
56
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
seguindo o macho até o recurso de oviposição defendido pelo macho (i.e. tronco caído
no igarapé).
A fêmea pousa no território e o macho agarra seu protórax com os cercos,
assumindo a posição do tandem e iniciando a cópula. Após a cópula, o macho libera a
fêmea e paira sobre o local de oviposição com as asas posteriores imóveis e pousa sobre
o tronco e realiza o display ―wingclapping‖ (iv). A fêmea pode tentar abandonar o local
e ser novamente cortejada pelo macho, em uma aparente tentativa de convencê-la a
ovipositar no seu território (N=2), às vezes com sucesso (N=1), ou pousar diretamente
sobre o tronco e iniciar a oviposição (N=4). Durante a oviposição, o macho e a fêmea
fazem o display ―wingclapping‖ um para o outro. Não foram observados o display em
cruz (ii) ou o display flutuante (iii). As cópulas (N=6) duram 628 ± 297 segundos (de
390 a 1140 segundos) e as oviposições (N=6) duram 52 ± 42 minutos (de 7 a 112
minutos).
As interações entre os machos (Fig. 19b) consistiam de ―rounds‖, onde os machos
lutavam entre si por um período e, após uma pausa, voltavam a lutar. Todas as lutas
(N=33 rounds) envolveram disputas aéreas compostas de displays de ameaça (ii) frontal
e (iii) reversa, com voos ―rocking‖ ascendentes (vi) ocasionais em círculos (v) (N=6
rounds). Nenhuma perseguição (i) foi observada, uma vez que todos os machos
observados entraram em longas disputas. As lutas duraram 308 ± 1013 segundos (de 10
a 5160 segundos).
57
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Figura 19. O comportamento de corte (a) de Chalcopteryx scintillans (Zygoptera:
Polythoridae), com o macho voando com as asas anteriores enquanto segura as asas
posteriores imóveis; e o comportamento de luta (b) com dois machos exibindo as asas
um para o outro em um display de ameaça frontal.
58
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Mnesarete pudica
Machos e fêmeas foram geralmente encontrados perto da água, mas alguns
indivíduos foram observados lutando e cortejando até 5 m longe das margens do riacho.
Quando uma fêmea se aproximava de um território, o macho geralmente não respondia
à sua presença até que voasse em patrulha pelo seu território, quando o macho
finalmente voa em direção à fêmea e se aproxima dela.
Com a aproximação do macho, a fêmea pode imediatamente apresentar um de
três comportamentos distintos: (a) a fêmea apresenta o display de rejeição (35/111,
31.53%), o que faz com que o macho se retire; (b) a fêmea pode voar e abandonar seu
poleiro e escapar do macho (32/111, 28.83%), ou (c) a fêmea bate as asas em um
display de receptividade (wingflapping, Guillermo-Ferreira & Bispo 2012) (44/111,
39.64%), que leva o macho a realizar o seu display de corte completo.
O display de corte começa com o (i) voo de cortejo; entretanto, o macho não
paira em arco na frente da fêmea (como em outros calopterigídeos), mas voa em
círculos ao redor da fêmea (Fig. 20). Após o voo de cortejo, o macho pousa perto da
fêmea e abre as suas asas (Fig. 21a), balançando o corpo de um lado para outro (Fig.
21b) e ocasionalmente girando ao redor do poleiro enquanto o segura (N=5). Este
comportamento pode ser considerado o (ii) display em cruz desta espécie. O macho
geralmente repete esta sequencia de voo de cortejo seguido pelo display em cruz por até
cinco vezes consecutivas e ininterruptas para a mesma fêmea. O (iii) display flutuante
não foi observado nesta espécie, mas o ―wingclapping‖ (iv) foi bastante observado
(N=110) quando os machos estão pousados em seu território.
59
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Figura 20. O comportamento de corte em Mnesarete pudica (Zygoptera:
Calopterygidae), em que o macho voa em círculos ao redor da fêmea.
Após o display de corte, se a fêmea para de bater as asas e fica imóvel, o macho
monta na fêmea agarrando a parte dorsal de suas asas e, com os cercos abdominais,
agarra o seu protórax formando o tandem pré-cópula. O display dura 5.23±1.65 s
(N=52; de 1–9 s), e o macho geralmente para de cortejar e permanece imóvel perto da
fêmea se ela continuar a bater as asas. O macho também pode tentar agarrar a fêmea a
força sem display de corte.
60
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Figura 21. A sequência comportamental do comportamento de corte em
Mnesarete pudica (Zygoptera: Calopterygidae), em que os machos pousam após voarem
em círculos, e abrem as asas (a) balançando o corpo de uma lado para o outro com as
asas abertas (b).
Os encontros entre machos e fêmeas (Fig. 22) podem ser divididos em três tipos
de acordo com as sequencias comportamentais: (a) tipo I, quando a interação se inicia
quando o macho encontra a fêmea após patrulhar o território; (b) tipo II, quando um
macho tenta copular com uma fêmea durante uma disputa territorial; (c) tipo III, quando
a fêmea pousa no território do macho e este se aproxima.
Dos 111 eventos de corte, 93 foram classificados como tipo I, 12 como tipo II e
seis como tipo III. Notavelmente, apenas duas cópulas foram resultantes das 111
interações observadas. Após a cópula, o macho libera e volta a defender o território,
enquanto a fêmea abandona o território para ovipositar em outro lugar.
61
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Figura 22. Fluxograma das interações entre machos e fêmeas de Mnesarete
pudica: Tipo I, o macho patrulha o território e encontra uma fêmea pousada; Tipo II, o
macho interage com a fêmea durante uma disputa territorial com outro macho; Tipo III,
a fêmea pousa no território e o macho se aproxima imediatamente. Legendas: quadrados
significam ações dos machos e círculos ações das fêmeas. O fluxo segue da esquerda
para a direita, os números e a espessura das linhas representam a quantidade de eventos
observados. Abreviações: PER = o macho persegue a fêmea; COP = Cópula; CRT =
Corte; DPT = disputa territorial entre machos; PSR = a fêmea pousa no território do
macho; FUG = a fêmea foge do macho; TND = o macho tenta assumir a posição de
tandem com a fêmea; PTR = o macho patrulha o território; STP = o macho cessa o
comportamento de corte; X = a fêmea abre as asas em sinal de recusa.
62
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
O comportamento de luta pôde ser classificado com perseguições curtas (i) e
longas disputas com displays de ameaça. As disputas aéreas geralmente se iniciavam
quando um macho encontra um rival em seu território após uma patrulha ou intercepta
um intruso em voo. Estas disputas eram compostas de displays de ameaça reversos (iii)
e laterais (iv), nunca frontais (ii). Ocasionalmente os machos exibiam o voo ―rocking‖
(vi, Fig. 23) com trajetória em ziguezague (N=4), em formato de ―8‖ (N=7) ou em
forma elíptica (N=46), mas nunca ascendente ou em círculos, enquanto o rival observa.
Figura 23. A disputa territorial em Mnesarete pudica, mostrando a trajetória de
voo de um dos machos (a), que pode ser elíptica, em forma de ―8‖ ou em ziguezague,
enquanto o rival observa (b).
63
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Zenithoptera lanei
Os machos geralmente são encontrados pousados no território, patrulhando de
tempos em tempos (N=18). Estes machos realizam o display de abrir e fechar as asas
quando pousados no território (Fig. 24a,b), mesmo quando sozinhos. Entretanto, quando
outro indivíduo se aproxima, macho ou fêmea, o macho ergue o abdômen e direciona a
cabeça para o intruso ou para a fêmea e abre as asas totalmente, expondo a superfície
azul das asas (Fig. 24c, N=10). As lutas consistem de perseguições com trajetórias
aleatórias até os machos subirem em espiral no ar e pairar exibindo suas asas (N=8). As
cópulas acontecem quando a fêmea pousa no território do macho (N=6), o qual voa até
ela e a agarra imediatamente, sem comportamento de corte. Após a cópula, o macho
pode acompanhar a fêmea durante a oviposição (N=4) ou deixa-la sozinha (N=2).
Figura 24. Displays dos machos de Zenithoptera lanei: macho pousado
realizando os displays de abrir (a) e fechar as asas (b), e o display direcionado às fêmeas
e aos intrusos (c).
64
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
Discussão
O comportamento de C. scintillans se assemelha ao comportamento de Neurobasis
(Calopterygidae) (Kumar & Prasad 1977, Günther 2006), em que os machos lutam com
displays de ameaça e voos ascendentes, e cortejam as fêmeas voando com as asas
hialinas anteriores enquanto mantêm as asas anteriores imóveis mostrando a superfície
dorsal iridescente das asas. Este comportamento provavelmente foi selecionado em
concordância com as cores estruturais das asas que dependem do ângulo de incidência
da luz (Capítulo 1). A coloração cobre-metálica das asas posteriores é derivada de uma
combinação entre a cera epicuticular e os sistema multi-camadas da exocutícula que
geram interferência e dependência angular (Capítulo 1). A espessura e os respectivos
índices de refração destas camadas são responsáveis pela variação nos espectros de
reflectância (Land et al. 2007), e portanto podem influenciar nos resultados das lutas e
da corte. Os aspectos funcionais da coloração dos machos foram testados no Capítulo 6.
O comportamento de corte em M. pudica pode ser considerado tão complexo
como o comportamento de grupos próximos como Calopteryx maculata (Johnson 1962,
Waage 1973), C. aequabilis (Waage 1973), C. virgo (Pajunen 1966), C.
haemorrhoidalis (Córdoba-Aguilar 2000), C. dimidiata (Waage 1988) eC. amata (Meek
& Herman 1990). Nestas espécies, os machos também mostram as asas para as fêmeas
durante a corte. Entretanto, M. pudica os machos apresentam certas diferenças que
devem ser consideradas: (I) machos deCalopteryx voam em arco na frente da fêmea,
enquanto voam em círculos ao redor da fêmea em M. pudica fly; (II) Calopteryx realiza
o display em cruz pousado ou voando sobre o substrato de oviposição, mostrando-o
para a fêmea, enquanto M. pudica realiza este display diretamente para a fêmea,
65
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
pousando ao seu lado e mostrando as asas; (III) emCalopteryxexiste o display flutuante,
o qual não foi observado em M. pudica; (IV) emC. maculata (Waage 1973) eP. caligata
(Robertson 1982), o comportamento de corte se inicia principalmente quando o macho
intercepta uma fêmea em voo, enquanto emM. pudica a corte se inicia quando macho
patrulha seu território e encontra uma fêmea pousada.
As fêmeas podem passar horas dentro do território, mas o macho não as corteja
enquanto não voar em patrulha. Este comportamento sugere que os machos procuram
ativamente por fêmeas quando estão voando, inclusive durante as disputas aéreas com
outros machos. Após a corte, o macho simplesmente para com os displays sem nenhuma
razão aparente, o que também se difere das outras espécies que possuem altas taxas na
frequência de cópulas (e.g. Waage 1973, Córdoba-Aguilar 2000).
Também foram observados eventos em que os machos cortejam as mesmas
fêmeas várias vezes no mesmo dia. Alguns estudos sugerem que em algumas espécies, o
cortejo dos machos possuem vários componentes e, por este motivo, as fêmeas
necessitam de repetições para que possam avaliar a qualidade do macho (Borgia 1995,
Sullivan 1994, Patricelli et al. 2002). Portanto, as repetidas cortes de M. pudicapodem
ocorrer porque as fêmeas precisam de sinais cumulativos provenientes dos machos para
exercer a sua escolha.
Durante o display em cruz, os machos de M. pudicabalançam de um lado para o
outro enquanto seguram no poleiro, um comportamento nunca observado em Odonata.
Porque o sinal recebido pelas fêmeas pode variar de acordo com o ângulo de incidência
e reflexão da luz (Capítulo 1, Schultz & Fincke 2009), sugere-se que este
comportamento possa ser interpretado como uma adaptação para aumentar o sinal da
pigmentação vermelha recebido pelas fêmeas de acordo com o ângulo, similar à mesma
66
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
adaptação em pavões (Dakin & Montgomerie 2009). Nas lutas, da mesma forma, os
machos mudam de posição e realizam displays complexos na frente dos machos rivais.
Os aspectos funcionais da coloração das asas dos machos na corte foram testados no
Capítulo 3, no reconhecimento específico no Capítulo 4 e nas lutas no Capítulo 6.
O fato de que M. pudica possuir um comportamento complexo de luta e de corte é
surpreendente, uma vez que o gênero irmão Hetaerina (Garrison 2006) não apresenta
nenhuma corte e as lutas são apenas voos em círculos (Guillermo-Ferreira & Del-Claro
2011, Córdoba-Aguilar & Cordero-Rivera 2005). Portanto, como Garrison (2006) havia
previsto, estudos comportamentais com espécies de Mnesaretepodem apresentar traços
que podem separar estes dois gêneros, se outras espécies também apresentarem
comportamentos complexos.
Em Z. lanei, o comportamento é único em Libellulidae (Corbet 1999), em que os
machos mostram a coloração azul da parte dorsal das asas com a aproximação de um
intruso (e.g. Pujol-Luz & Vieira 1998) ou de uma fêmea.
Provavelmente, esta
coloração é um sinal de ameaça para intrusos e/ou um sinal de cortejo para as fêmeas.
Considerando que este padrão de coloração é proveniente de nanoestruturas presentes
na cobertura de cera das asas, este sinal pode ter variação nos machos e ser um
indicador da qualidade do macho para rivais e para potenciais parceiras. No Capítulo 5,
a função da cera epicuticular nas interações entre os machos e as assimetrias entre os
machos na cobertura de cera e na cor foram testados.
67
Ferreira, R.G.N.
Capítulo II
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70
CAPÍTULO III
A função das asas no comportamento de corte de Mnesarete pudica
(Odonata: Calopterygidae)
71
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
CAPÍTULO III – A função das asas no comportamento de corte de
Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae)
Resumo
A coloração das asas de machos de Calopterygidae são geralmente indicadores da
qualidade do macho de seu sucesso reprodutivo. Entretanto, a influência da
pigmentação alar e os sinais usados por machos e fêmeas durante o comportamento de
corte ainda não são bem compreendidos. Portanto, o presente estudo teve como objetivo
investigar a função da coloração das asas como um indicador da qualidade dos machos e
seu papel na atração de fêmeas. Além disso, este estudo analisou os sinais usados por
machos e fêmeas durante a corte e suas interações, a fim de identificar comportamentos
que possam mediar a corte. Os resultados aqui obtidos sugerem que a pigmentação é um
indicador da qualidade do macho, influenciando na atração de fêmeas. A análise dos
sinais inter-sexuais sugere que o comportamento de corte do macho é mediado por
comportamentos da fêmea que pode estimular ou inibir o display de cortejo, ou até
sinalizar receptividade para a cópula. O presente estudo conclui que as fêmeas escolhem
os machos baseando-se na sua pigmentação, a qual indica o potencial do macho em
defender os melhores territórios.
Palavras-chave:
territorialidade, seleção
sexual,
comportamento
animal,
evolução, caracteres secundários.
72
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
Introdução
O comportamento de corte é um componente importante do sucesso reprodutivo
em vários táxons animais (Andersson 1994). A teoria da seleção sexual considera que as
perspectivas de machos e fêmeas durante interações sexuais podem diferir (Thornhill &
Alcock 1983). Estas interações geralmente envolvem sinais intersexuais, os quais
regulam os investimentos feitos por machos e fêmeas.
Os machos, por exemplo, precisam perceber a receptividade das fêmeas e
concentrar esforços em interações de potencial sucesso (Bonduriansky 2001, King
2005), uma vez que o cortejo de uma fêmea não receptiva implica em perda de tempo e
de energia (Hoefler 2008). As fêmeas geralmente utilizam sinais para indicar sua
receptividade de diversas maneiras, dentre as quais se podem citar sinais acústicos (e.g.
Wirmer et al. 2010), feromônios (e.g. Maxwell et al. 2010), sinais visuais e mecânicos
(e.g. Waage 1984).
Em espécies com comportamento de corte elaborado, as fêmeas geralmente
exibem sinais específicos para estimular este comportamento (e.g.Baird 2004),
demonstrar receptividade à cópula (e.g.Waage 1984), ou demonstrar que não estão
receptivas (Hughes & Hughes 1985). Os machos, por sua vez, modulam seu
comportamento de acordo com estes sinas das fêmeas (e.g. Waage 1984, Patricelli et al.
2002). Por exemplo, os machos de Ptilonorhynchus violaceus aumentam a intensidade
do comportamento de corte de acordo com o quanto as fêmeas se abaixam (Patricelli et
al. 2002).
Em Odonata, o comportamento de corte é bem estudado (Corbet 1999),
especialmente em Calopterygidae devido aos seus displays complexos e diferentes
73
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
estratégias de cópula (Córdoba-Aguilar & Cordero 2005). O comportamento de corte
varia bastante entre as espécies deste grupo, partindo de voos simples em que o macho
de Phaon paira no ar para exibir suas asas, a displays complexos em Calopteryx,
Vestalis, Mnais (Córdoba-Aguilar & Cordero 2005) eNeurobasis (Kumar & Prasad
1977, Günther 2006).
Neste grupo, os machos são territoriais, lutando contra rivais em displays aéreos
(Waage 1988, Córdoba-Aguilar 2000, Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011). Estes
também apresentam asas com uma pigmentação conspícua e marcante, a qual tem um
papel importante nos displays comportamentais complexos exibidos pelos machos
durante a corte e as disputas territoriais (Córdoba-Aguilar & Cordero 2005). Esta
pigmentação alar é um ornamento sexual que se correlaciona com a quantidade de
reservas de gordura e imunidade do macho, indicando a sua qualidade (Koskimaki et al.
2004, Contreras-Garduño et al. 2006) e influenciando nos resultados da competição
entre os machos (Grether 1996) e na escolha de parceiros sexuais das fêmeas (SivaJothy 1999).
No presente estudo, o caso da libélula neotropical M. pudica é apresentado,
procurando estender o conhecimento sobre a função da coloração das asas dos machos
no seu sucesso reprodutivo. Para isso, foi investigado o papel da coloração das asas dos
machos na atração de fêmeas e na indicação de qualidade do macho, assim como os
sinais visuais utilizados por fêmeas e machos para mediar as interações durante a corte.
74
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
Material e métodos
M. pudica é uma libélula comum do sudeste do Brasil (Costa 1986), e os machos
desta espécie são facilmente reconhecidos pela coloração vermelha (Costa 1986;
Garrison 2006). Todas as espécies de Mnesarete são confinadas na América do Sul
(Garrison 2006).
O estudo foi realizado em um córrego na Reserva Ecológica do ―Clube de Caça e
Pesca Itororó de Uberlândia‖, Uberlândia, Minas Gerais, Brasil (15°57′S, 48°12′W;
altitude 863 m; 640 ha) em Março e Julho de 2010, e em outro riacho localizado em
uma fazenda em Assis, São Paulo, Brasil (22°38′S, 50°27′W; altitude 522 m) em Julho
de 2010.
Foram feitas 30 h de observações comportamentais das 10h (quando os animais
iniciam comportamentos de corte e de luta) até às 15h (quando a atividade sexual e
territorial declina). Após este horário, os animais tendem a permanecer imóveis na beira
do riacho (Costa 1986).
Para estudar os sinais comportamentais inter-sexuais durante as interações entre
machos e fêmeas, fêmeas vivas foram coladas pela parte dorsal do tórax a uma linha de
algodão com Duco cement (e.g., Fincke 1994), uma cola especial de secagem
instantânea e de fácil remoção após o experimento, possibilitando a soltura do espécime
sem leva-lo à morte.
A linha foi então colada a uma varinha de madeira de 20 cm (e.g., Miller &
Fincke 1999), e finalmente, as fêmeas foram apresentadas para machos territoriais
pousados no riacho. As fêmeas eram apresentadas passando-se a varinha na frente do
macho testado. A linha media cerca de 2 cm, o que permitia a fêmea se movimentar na
75
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
varinha, mas não voar. A varinha era segura pelo observador, o qual a mantinha a 5 cm
do macho.
Este método é bastante utilizado em estudos comportamentais com Odonata, e foi
estabelecido como uma técnica que não interfere no comportamento dos animais ou em
sua sobrevivência. Após a apresentação, os machos se aproximaram da fêmea e as
respostas das fêmeas e o comportamento correspondente do macho foram anotados.
Seguindo Waage (1984), foram identificados três tipos de sinais femininos: (a)
estender das asas, considerado um display de rejeição, quando as fêmeas estendem as
quatro asas, levantam o abdômen e mantêm esta posição até o afastamento do macho;
(b) ―wingflipping‖, quando a fêmea bate as asas várias vezes em rápida sucessão, ainda
pousada, o que é um sinal de receptividade ao cortejo do macho; e (c) permanecer
imóvel, o que é um sinal neutro. Os machos geralmente respondem à imobilidade das
fêmeas como elas estivessem os convidando para a cópula (e.g., Calopteryx maculata,
Waage 1984).
Para simular os sinais femininos e confirmar o significado destes sinais através
do comportamento de resposta do macho, foi realizado um experimento com o mesmo
método descrito acima, utilizando uma varinha, mas com uma manipulação
experimental. Para simular o comportamento das fêmeas de permanecer imóvel com a
aproximação do macho, três fêmeas foram apresentadas com as asas coladas, de modo
que elas não poderiam nem bater nem estender as asas.
Também foram apresentadas seis fêmeas com as asas livres, as quais poderiam
realizar ambos os displays de rejeição e de receptividade. Cada fêmea foi apresentada
somente para três machos diferentes. Após o experimento, foram obtidas 11 respostas
dos machos a fêmeas que permaneceram imóveis (9 com manipulação e 2 eventos
76
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
naturais), cinco respostas dos machos a fêmeas que bateram as asas e 11 respostas a
fêmeas que estenderam as asas.
O comportamento de resposta dos machos foi classificado como: (a) parar,
quando o macho se aproximou da fêmea ou até tentou agarrá-la, mas se retirou; (b)
cortejo, quando o macho cortejou a fêmea; e (c) tandem, quando o macho assumiu a
posição de tandem que precede a cópula. A diferença entre as respostas dos machos aos
sinais comportamentais das fêmeas foi comparada utilizando-se o teste G no programa
Statistica 9.0.
Para avaliar a função da pigmentação no comportamento de corte, 21 machos
foram capturados, marcados e observados por 15 minutos utilizando o método do
animal focal (Altmann 1974), anotando o número de fêmeas visitantes que cada macho
cortejou. Para avaliar se a pigmentação dos machos é um indicador de qualidade, foi
anotado o número de machos intrusos em cada território, uma medida da qualidade do
território. Considerando que os machos em melhores condições defendem os melhores
territórios e cortejam mais fêmeas, a pigmentação foi correlacionada com estas variáveis
utilizando o coeficiente de correlação de Spearman no programa Statistica 10. A
pigmentação foi medida por fotografias digitais das asas no programa Adobe
Photoshop, medindo a porcentagem da área da asa coberta por pigmento. Todos os
machos rivais e as fêmeas também foram marcados com líquido corretivo branco no
tórax e abdômen.
77
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
Resultados
As respostas dos machos foram diferentes de acordo com os sinais das fêmeas (G
teste, gl=4, p<0.0001). Seis machos agarraram as fêmeas com asas imobilizadas sem
display de corte e assumiram o tandem, enquanto três outros machos se retiraram
(Tabela 3). Cinco machos responder com comportamento de corte às fêmeas que
bateram as asas. Nenhum macho prosseguiu para o tandem após o display de corte. Dez
machos se retiraram e um assumiu o tandem quando a fêmea estendeu as asas. Em dois
eventos, as fêmeas permaneceram imóveis naturalmente quando apresentadas para os
machos, o que levou os machos a formarem o tandem. Houve correlação positiva entre a
pigmentação alar dos machos e o número de fêmeas visitantes (coeficiente de Spearman
rs = 0,49; p = 0,02) e com a qualidade do território (coeficiente de Spearman rs = 0,67;
p = 0,0007).
Tabela 3. Respostas dos machos (Parou, Tandem e Corte) aos sinais das fêmeas
(Bater asas, Estender asas e Imóvel) em Mnesarete pudica.
Parou
Tandem Corte
Wingflipping
0
0
5
Estender asas
10
1
0
Imóvel
3
8
0
78
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
Discussão
A seleção sexual pode favorecer a habilidade de ajustar o comportamento de corte
de maneira efetiva em resposta ao comportamento das fêmeas (Patricelli et al. 2006).
Neste cenário, as fêmeas fornecem informações para os machos sobre a sua vontade
copular e sobre o desempenho da corte do macho e os machos, por sua vez, usam estas
informações para aumentar seu sucesso reprodutivo interagindo apenas com fêmeas
receptivas ao seu cortejo (West & King 1988; Patricelli et al. 2002, 2006).
O comportamento de corte em M. pudicaparece ser dependente dos sinais das
fêmeas. Os resultados mostram que as fêmeas batem as asas para estimular a corte dos
machos. Sem este display das fêmeas, os machos tendem a agarrar as fêmeas sem
nenhum cortejo e assumir o tandem, assim como ocorre em Calopteryx maculata
(Odonata: Calopterygidae) (Waage 1984). Os machos também evitam interações nas
quais as fêmeas abrem as asas em sinal de rejeição, assim como em Calopteryx (Waage
1984). Estes resultados corroboram a hipótese de Waage (1984) de que o display
―wingflipping‖ das fêmeas é um sinal de receptividade e mostram como o
comportamento de machos e fêmeas podem co-evoluir para criar sinais mútuos de
atração e repulsão.
Uma vez que as fêmeas sofrem com o assédio dos machos e cópulas forçadas, os
quais reduzem a longevidade das fêmeas (Córdoba-Aguilar 2009) e impedem as fêmeas
de avaliar os machos, a seleção pode ter favorecido fêmeas que exibem comportamentos
que regulam o comportamento dos machos. Portanto, sugere-se neste estudo que a
evolução em M. pudicapode ter selecionado um display que sinaliza a receptividade das
fêmeas à corte, mas não à cópula, permitindo às fêmeas a possibilidade de avaliar os
machos antes de copular e evitar cópulas forçadas sem repulsar os machos (e.g.
79
Ferreira, R.G.N.
Capítulo III
Patricelli et al. 2004). O comportamento de corte dos machos e a pigmentação das asas
podem ter evoluído em resposta a estes sinais femininos de maneira a mostrar a sua
qualidade para as fêmeas.
De fato, os resultados aqui obtidos sugerem que machos com asas mais
pigmentadas atraem mais fêmeas e cortejam mais, além de defenderem os melhores
territórios. Apenas um estudo com Calopterygidae mostra esta função da pigmentação
alar na atração de fêmeas em Odonata (Siva-Jothy 1999). Este autor sugere que os
machos com asas pigmentadas atraem mais fêmeas e possuem maior sucesso
reprodutivo. Portanto, o presente estudo permite a conclusão de que o comportamento
de corte em M. pudica é fruto de uma combinação entre sinais mecânicos de machos e
fêmeas e o sinal visual da pigmentação dos machos.
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Capítulo III
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CAPÍTULO IV
O papel da pigmentação, UV e fluorescência das asas como sinais em Mnesarete
pudica (Odonata: Calopterygidae)
85
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
CAPÍTULO IV - O papel da pigmentação, UV e fluorescência das asas como sinais
em Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae)
Resumo
Padrões de pigmentação, reflexão ultravioleta e emissão de fluorescência estão
geralmente envolvidos no reconhecimento sexual e funcionar como indicadores de
qualidade em vários táxons animais. No presente estudo, foram investigados os aspectos
funcionais da coloração das asas na libélula Mnesarete pudica. Nesta espécie, existe
dimorfismo sexual na coloração das asas e apresentam mudança ontogenética: os
machos e fêmeas jovens possuem asas com pigmentação negra, se tornando vermelha
nos machos e marrom nas fêmeas durante a maturação sexual. Primeiro, foi investigado
se a reflectância UV e a emissão de fluorescência também varia de acordo com sexo e
idade.
Segundo,
um
experimento
comportamental
investigou
as
respostas
comportamentais a estes sinais. A pigmentação e o UV foram manipulados para avaliar
se a resposta comportamental de machos e fêmeas altera após estes tratamentos. Os
resultados mostram que a pigmentação vermelha dos machos induz o comportamento
agressivo de outros machos e sexual das fêmeas. Os resultados também mostram que ao
reduzir a fluorescência e a reflexão UV, machos e fêmeas alteram seu comportamento e
não reconhecem os animais manipulados como co-específicos. Machos e fêmeas
também não reagiram a indivíduos jovens. Estes resultados sugerem que sinais UV,
assim como em aranhas e borboletas, têm um papel importante na comunicação intraespecífica nesta espécie, e possivelmente em Odonata.
Palavras-chave: seleção sexual, territorialidade, Zygoptera, coloração, cores
estruturais, espectrometria.
86
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Introdução
Desde a publicação da teoria da seleção sexual por Darwin (1874), os cientistas
têm se interessado nos aspectos funcionais, e na evolução da caracteres secundários nos
animais. Uma hipótese sugere que a seleção sexual pode dar forma aos ornamentos
coloridos através da competição entre os machos e da preferência das fêmeas por certo
ornamento (Darwin 1874; Andersson 1994) ou através do conflito sexual (Arnqvist &
Rowe 2005), favorecendo machos que pagam o alto custo envolvido em sua produção.
Um vasto número de estudos foram realizados no intuito de identificar múltiplas
fonts de coloração e seus aspectos funcionais na comunicação intra-específica. Por
exemplo, vários autores encontraram dimorfismo sexual em ornamentos iridescentes
(Lim & Li 2006, Button & Dawson 2008, Rutowski & Rajyaguru 2013), que refletem
ultravioleta (Pearn et al. 2001, 2003; Kemp 2006; Lim & Li 2007; Lim et al. 2007,
2008), emitem fluorescência (Arnold et al. 2002; Mazel et al. 2004; Lim et al. 2007,
Barreira et al. 2012) ou na pigmentação (Anderson & Grether 2010a,b) os quais
possuem um papel no reconhecimento específico e na seleção sexual. Estes vários
mecanismos produtores de coloração podem ser finalmente combinados para resultar
em efeitos visuais complexos (e.g. metálicos, iridescentes ou caleidoscópicos, Fox
1976; Farrant 1997; Kemp et al. 2012), ou para aumentar a efetividade do sinal (Mazel
et al. 2004; Bridge & Eaton 2005) que pode ter um efeito final na comunicação intraespecífica.
Recentemente, a coloração marcante das asas de Odonata tem tornado o grupo em
um modelo chave para o estudo da evolução da coloração em animais (Córdoba-Aguilar
87
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
2008). Neste grupo, os mecanismos de produção de cor vão de cores estruturais
(Vukusic et al. 2000, 2004; Vukusic 2006; Nixon et al. 2013), pigmentos (Chapman
1998; Hooper et al. 1999; Silsby 2001; Stavenga et al. 2012), reflexão ultravioleta (UV)
através da dispersão da luaz por filamentos de cera (Hilton 1986; Gorb et al. 2000) à
emissão de fluorescência pela excitação de resilina (Gorb 1999; Appel & Gorb 2011).
Em Calopterygidae, a pigmentação alar desenvolve gradualmente durante a
maturação sexual do adulto, se tornando um sinal dependente do status nutricional do
individuo (Alvarez et al. 2013), que correlaciona com sua imunidade, reservas de
gordura e sucesso reprodutivo (Córdoba-Aguilar et al. 2003; Contreras-Garduño et al.
2008). Evidências sugerem que a pigmentação é selecionada pelo favorecimento de
machos em melhores condições durante disputas territoriais e displays de corte, tendo
um papel importante na competição entre machos (Contreras-Garduño et al. 2008;
Koskimäki et al. 2004), na escolha de parceiros pelas fêmeas (Siva-Jothy 1999) e no
reconhecimento de parceiros sexuais (Svensson et al. 2007) através da sinalização das
asas.
Entretanto, somente um estudo investigou a função da coloracao estrutural como
um sinal intra-específico me Odonata (Schultz & Fincke 2009). De acordo com este
estudo, a iridescência UV das asas, proveniente da cera epicuticular, serve como um
sinal no reconhecimento sexual e pode indicar indiretamente o status territorial do
macho. Portanto, o presente estudo teve como objetivo estender o conhecimento sobre a
função da pigmentação e sinais dependentes do UV refletido pela cera cuticular na
comunicação intra-específica.
Em particular, foi estudada a espécie Neotropical Mnesarete pudica Hagen in
Selys (Zygoptera: Calopterygidae), dando atenção especial para a dependência etária e
88
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
no dimorfismo sexual na pigmentação, na reflexão ultravioleta e na emissão de
fluorescência das asas, com o intuito de testar seu papel no reconhecimento de parceiros
sexuais e potenciais rivais. Este teste foi realizado pela manipulação dos sinais visuais e
a observação da resposta comportamental de machos e fêmeas reprodutivos.
Material e métodos
Espécie de estudo
M. pudica é uma libélula comum da América do Sul, cujos machos possuem as
quarto asas cobertas parcialmente por um pigmento vermelho, enquanto as fêmeas
apresentam uma coloração pálida nas asas (Costa 1989). Os machos defendem
territórios em riachos, exibindo as asas para machos rivais durante disputas. Os machos
também apresentam um comportamento complexo de corte, em que os machos voam ao
redor das fêmeas e depois pousam para exibir as quatro asas abertas (Guillermo-Ferreira
& Bispo, 2012).
Diferenças sexuais e etárias
Os indivíduos de M. pudica (Fig. 25a) foram classificados de acordo com o sexo e
idade. Existe um dimorfismo sexual contrastante nesta espécie. As asas dos machos são
89
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
vermelhas enquanto as asas das fêmeas possuem uma coloração marrom pálida e
translúcida. Os machos com asas vermelhas foram classificados como ―machos
maduros‖ (Fig. 25b), e as fêmeas com asas translúcidas como ―fêmeas maduras‖ (Fig.
25c). Os indivíduos tenerais de ambos os sexos possuem asas brilhantes e flexíveis, com
uma pigmentação negra. Portanto, machos e fêmeas com estas características foram
classificados como ―machos juvenis‖ (Fig. 25d) e ―fêmeas juvenis‖ (Fig. 25e).
Indivíduos juvenis são raramente observados em interações sexuais ou territoriais.
Indivíduos sexualmente maduros apresentam asas com menor brilho e flexibilidade
(Raihani et al. 2008).
90
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Figura25. Imagens de Mnesarete pudica: (a, b) macho maduro, (c) fêmea
madura, (d) macho juvenil, (e) fêmea juvenil. O círculo na imagem (a) representa o
local onde foram medidos os espectros de reflectância.
91
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Análise da reflexão UV, da emissão de fluorescência e da pigmentação das asas de
machos e fêmeas
Espectros de emissão. Os espectros de emissão das asas de machos e fêmeas
foram feitos com um Microscópio Confocal de Fluorescência acoplado a um
espectrômetro Maya 2000 Pro (Ocean Optics). O instrumento é base do em um
microscópio Olympus com um controlador piezelétrico digital e uma estação (PI
modelos E-710.3CD e P-517.3CD) para o escaneamento nanométrico. A excitação foi
providencia por uma fonte de luz Coherent Cube 405 nm CW, um diodo operando a
baixa tensão de 10 mW. A excitação foi convertida em um feixe de laser circular
polarizado usando placas de zero ordem (Del Mar Photonics) e focado sobre a amostra
na objetiva Olympus ,UPLFLN 40X. A emissão foi separada do laser de excitação
usando cubos dicróicos (Chroma z405lp e z532lp) e filtros Notch (Semrock NF02405U-25 e NF01-532U-25). As asas foram colocadas em uma placa de petri (Ted Pella).
Espectros de reflectância.Os espectros de reflectância foram obtidos com uma
fonte de luz halógena de deutério tungstênio (Ocean Optics) que iluminou as asas
através de uma fibra ótica de quartzo (Ocean Optics) orientada diretamente para a
amostra em um ângulo de 90º. Uma segunda fibra ótica de quartzo coletou a luz
refletida e a guiou até um espectrômetro de 200-800nm (USB4000 – Ocean Optics). Os
espectros foram medidos na região marcada na Figura. Os resultados são apresentados
como médias (± SE) de quatro asas.
92
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Com estas análises, foi possível caracterizar as diferenças sexuais e etárias na
coloração. Foi calculada a media (± SE) do matiz UV (ʎmax, o pico de reflectância
entre 300 nm e 400 nm) e brilho (a soma das intensidades de 300 nm to 400 nm) das
asas (e.g. Schultz & Fincke 2009), e as diferenças entre os sexos e as idades foram
analisadas utilizando o teste t de Student. Os testes foram feitos para todos os controles
e tratamentos descritos a seguir (N=4 em cada categoria).
Experimento comportamental
O trabalho de campo foi realizado entre Novembro de 2010 e Janeiro de 2011 em
um riacho localizado em Assis, São Paulo, Brasil (22º38’S, 50º27’W; altitude 522 m). O
experimento comportamental foi feito colando-se os animais (modelos) à ponta de uma
linha branca de algodão com Duco cement (e.g. Fincke 1994). A outra ponta foi colada
em uma varinha de madeira (e.g. Miller & Fincke 1999; Schultz & Fincke 2009).
Os modelos foram apresentados para machos e fêmeas sexualmente ativos
(indivíduos teste) pousados na lagoa, fazendo movimentos com o modelo imitando o
seu comportamento de voo e permitindo-o pousar perto dos indivíduos teste. Foram
apresentados quatro indivíduos em cada tipo de controle e tratamento. Cada modelo foi
apresentado para apenas cinco indivíduos teste, os quais foram previamente marcados
com corretivo branco no tórax e abdômen, para evitar reações do mesmo animal. Desta
forma, cada indivíduo teste foi testado apenas uma vez. O experimento foi realizado
entre 10:00 e15:00 h, período de atividade territorial e sexual.
93
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Os modelos foram coletados com uma rede entomológica imediatamente antes das
sessões experimentais. Estes animais estavam ativos no local e, após a captura, foram
utilizados no experimento e colocados em um recipiente de plástico para futuras
análises de espectrometria. Todo o processo não durou mais de 10 minutos. Todos os
machos maduros utilizados e testados no experimento foram identificados como machos
territoriais ativos, observando seu comportamento de defesa de território. Todas as
fêmeas maduras estavam pousadas na vegetação em torno do riacho e apresentaram
sinais de receptividade à corte dos machos.
A reação dos machos foi categorizada como: sexual (o macho realizou um display
de corte ou tentou assumir a posição de tandem com o modelo); agressiva (o macho
realizou um display de ameaça); neutral (o macho abriu as asas, ignorou ou se
aproximou do modelo, mas logo se retirou sem interação alguma). A reação das fêmeas
foi categorizada como: sexual (a fêmea realizou o display ―wing-flipping‖); agressiva (a
fêmea atacou o modelo); neutra (a fêmea abriu as asas, ignorou o modelo ou mudou de
poleiro). O display de ―wing-flipping‖ é um sinal de receptividade das fêmeas (Waage
1984; Guillermo-Ferreira & Bispo 2012). O sinal de ameaça é um sinal territorial
utilizado pelos machos durante as lutas (Pajunen 1966). O comportamento de abrir as
asas, também utilizado contra outros insetos, é um comportamento para repelir alguém
que se aproxime demais (Corbet 1999).
Para analisar a resposta de machos e fêmeas à pigmentação dos machos, a
coloração das asas de fêmeas foi manipulada pintando-as totalmente de vermelho com
uma caneta marcadora (Faber Castell®). O marcador vermelho foi usado para simular o
pigmento vermelho das asas dos machos. Para investigar o efeito do UV, a reflexão UV
e a fluorescência foram reduzidas experimentalmente aplicando-se em todas as asas
94
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
uma solução de dois ingredientes comuns em protetor solar que absorvem a luz UV.
Estes componentes foram o Parsol® MCX, que absorve UV-B, e Parsol® 1789, que
absorve UV-A. Este método é reconhecido para a redução da reflexão UV e da
fluorescência (Arnold et al. 2002; Heiling et al. 2005).
A solução foi espalhada suavemente sobre as asas com a ajuda de um cotonete,
com o cuidado de deixar uma fina camada sobre as asas. Para investigar o papel da
pigmentação e do UV como sinais etários, machos e fêmeas jovens também foram
utilizados no experimento, comparando-se a resposta comportamental dos indivíduos
teste e os espectros de reflectância dos indivíduos modelo.
Machos e fêmeas maduros sem nenhuma manipulação da cor foram utilizados
como controles. Portanto, os modelos apresentados foram: (N=4 modelos N=20
indivíduos teste em cada controle e tratamento): (a) Macho maduro; (b) Fêmea madura;
(1) Fêmea madura com as asas pintadas de vermelho (Fêmea vermelha); (2) Macho
juvenil; (3) Macho maduro com solução bloqueadora de UV (Macho UV-); (4) Fêmea
juvenil; (5) Fêmea madura com solução bloqueadora de UV (Fêmea UV-). Cada
tratamento foi comparado com seu respectivo controle com o teste do qui-quadrado com
correção de Yates: 1 vs. a; 2 vs. a; 3 vs. a; 4 vs. b; 5 vs. b.
95
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Resultados
Análise da reflexão UV, da emissão de fluorescência e da pigmentação das asas de
machos e fêmeas
Quando as asas são focadas no microscópio sob excitação em 405 nm, os padrões
de emissão obtidos mostram auto-fluorescência. Os espectros de emissão (Fig. 26) das
asas sob excitação UV mostram que o pigmento vermelho do macho emite
fluorescência vermelha em 650 nm quando excitado, ao contrário da fêmea que emite
moderadamente com pico em torno de 520 nm. Isso significa que o pigmento possui
fluoróforos absorvendo luz em 405 nm que podem emitir energia em um comprimento
de onda 200 nm maior. Este comportamento espectral aponta para a combinação da
reflexão primária do pigmento com os padrões secundários de emissão. Ododata é
conhecido por ter receptores visuais na região do vermelho 600 – 650 nm, concordando
o espectro de emissão do pigmento vermelho (Briscoe & Chittka 2001).
96
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Figura 26. Espectros de emissão das asas de machos (linha vermelha) e fêmeas (linha
pontilhada) de Mnesarete pudicasob excitação em 405nm, indicando que as asas dos
machos emitem fluorescência vermelha sob luz UV.
Os resultados mostram que os espectros de reflectância das fêmeas com as asas
pintadas de vermelho se assemelham ao dos machos (Fig. 27a). Os espectros dos
machos juvenis são diferentes dos espetros dos machos maduros (Fig. 27b). Os
resultados também mostram que o Parsol® aplicado nas asas de machos (Fig. 27c) e
fêmeas (Fig. 28a) reduz a reflectância no UV. Comparando-se fêmeas juvenis e
maduras, percebe-se que a reflectância das asas reduz com a idade (Fig. 28b). Não há
diferença entre machos e fêmeas com relação ao brilho UV (t=-0.3, p>0.05), mas os
machos apresentam menores valores de UV ʎmax (t=3.47, p=0.013). Não há diferença
no UV ʎmax de machos e fêmeas pintadas de vermelho (t=-0.2857, p>0.05), assim
como no brilho UV (t=0.6889, p>0.05). Machos maduros possuem maior UV
97
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
ʎmaxquando comparados a juvenis (t=8.52, p=0.001), e machos UV- (t=-11.62,
p=0.0003). Machos maduros também apresentaram maior brilho UV quando
comparados a juvenis (t=2.92, p=0.02) e machos UV- (t=3.91, p=0.03). Fêmeas
maduras apresentaram maior UV ʎmax que juvenis (t=3.4641, p=0.02) e fêmeas UV(t=5.63, p=0.03). Fêmeas maduras possuem maior brilho UV quando comparadas com
juvenis (t=4.374, p=0.005) e fêmeas UV- (t=7.0936, p=0.0004).
98
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Figura 27. Espectros de reflectância das asas de machos maduros (linhas sólidas)
e (a) fêmea com asas pintadas de vermelho, (b) macho juvenile e (c) macho com
redução de UV (300-400nm) (todos representados por linhas pontilhadas).
99
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Figura28. Espectros de reflectância das asas de fêmeas maduras (linha sólida) e
(a) fêmeas com redução de UV (300-400nm) e (b) fêmeas juvenis (ambas representadas
por linhas pontilhadas). The reflectance spectra of the wings of mature female (solid
line) and (a) juvenile female and (b) UV- female (both represented by dashed lines). UV
(300-400nm).
100
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Experimento comportamental
Os machos responderam sexualmente às fêmeas controle e agressivamente aos
machos controle (Tabela 4). As fêmeas responderam sexualmente aos machos controle e
com comportamentos neutros às fêmeas controle. Isto implica que a manipulação
experimental não alterou o comportamento dos animais.
Machos territoriais reagiram agressivamente e fêmeas sexualmente a fêmeas
pintadas de vermelho (Tabela 4). Ao aplicar Parsol® (UV-) nas asas de machos e
fêmeas, tanto machos como fêmeas reagiram de forma neutral. As respostas de machos
e fêmeas maduros foram neutras em relação às respostas a indivíduos maduros (Tabela
4).
101
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Tabela 4. Respostas dos machos e fêmeas de Mnesarete pudica a machos e
fêmeas com padõres de coloração naturais e manipulados. Valores de P são dados para
testes de qui-quadrado com correção de Yates, usados para comparar os resultados de
cada tratamento com seu respectivo controle (1 vs a; 2 vs a; 3 vs a; 4 vs b; 5 vs b).
Resposta do macho
Sexual
Agressiva
Neutra
P
a) Macho maduro
0
15
5
b) Fêmea madura
16
0
4
1) Fêmea vermelha
2
15
3
0.71
2) Macho juvenil
1
0
19
0.00004
3) Macho UV-
0
4
16
0.006
4) Fêmea juvenil
5
0
15
0.001
5) Fêmea UV-
5
0
15
0.001
Resposta da fêmea
Sexual
Agressiva
Neutra
P
a) Macho maduro
16
0
4
b) Fêmea madura
3
6
11
1) Fêmea vermelha
12
0
8
0.3
2) Macho juvenil
5
0
15
0.001
3) Macho UV-
8
0
12
0.023
4) Fêmea juvenil
1
0
19
0.048
5) Fêmea UV-
2
0
18
0.06
102
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
Discussão
Em vários grupos animais, a reflexão UV e a emissão de fluorescência têm um
papel importante na sinalização intra-específica, influenciando no reconhecimento
sexual e na escolha de parceiros (Pearn et al. 2001, 2003; Arnold et al. 2002; Mazel et
al. 2004; Kemp 2006; Lim & Li 2006, 2007; Lim et al. 2007, 2008; Barreira et al.
2012). No presente estudo, os resultados mostraram o dimorfismo sexual na reflexão
UV e na fluorescência na libélula M. pudica. Após examinar os efeitos da redução do
UV nos comportamentos agressivos e de corte, os resultados sugerem que o UV pode
efetivamente ter um papel na sinalização sexual em Odonata.
Os resultados também mostram que a combinação do UV com a pigmentação dos
machos é um pré-requisito para a corte e para as disputas territoriais, uma vez que as
respostas intra-sexuais foram menos expressivas quando o pigmento refletia mas o UV
foi reduzido. Adicionalmente, a simples adição de um pigmento a asas de fêmeas
fizeram ambos machos e fêmeas confundi-las com machos. As evidências sugerem que
o UV pode afetar a pigmentação, combinando com o pigmento para criar outros efeitos
visuais (Fox 1976; Farrant 1997), ou para acentuar o sinal (Bridge & Eaton 2005, Mazel
et al. 2004) – afetando a percepção do sinal por outros indivíduos (Mougeot et al. 2007).
Estudos com outros invertebrados também mostraram que cores estruturais,
iridescência e reflexão em UV podem ser sinais dependentes da condição fisiológica
(e.g. status nutricional) direcionados a co-específicos (Kemp & Rutowski 2007; Lim &
Li 2007). Estes sinais UV podem indicar a qualidade e o status reprodutivo do animal,
influenciando na escolha das fêmeas (Kemp 2007), no reconhecimento sexual e etário
(Lim & Li 2006, 2007). Em Odonata, as estruturas responsáveis pela reflexão UV são
103
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
cristais e filamentos de cera que refletem a luz UV (e.g. Capítulo 1; Gorb 1999; Gorb et
al. 2000) e resilina que, quando excitada no UV, emite fluorescência (Gorb 1999; Appel
& Gorb 2011). Recentemente, Kuitunen e Gorb (2011) mostraram que as variações
inter-machos podem ocorrer na cobertura de cera cutilar no corpo de Calopteryx
splendens (Harris 1782) e C. virgo (Linnaeus 1758). Uma vez que a boa condição das
estruturas das asas, como a cera, pode ser necessária para a impermeabilização das asas,
propriedades mecânicas, voo, termorregulação e comunicação (Gorb et al. 2000; Gorb
et al. 2009), os sinais UV podem também ser indicadores dependentes da qualidade do
macho em Odonata, influenciando na longevidade, territorialidade e sucesso
reprodutivo.
Em termos do papel da pigmentação e do UV como sinais etários, machos e
fêmeas juvenis apresentam uma pigmentação escura nas asas e reduzida reflexão UV. A
maturação da coloração com a idade é comum em Odonata (e.g. Cordero 1987;
Córdoba-Aguilar 1993). Nos machos, os resultados parecem indicar que o pigmento
negro é um estado não desenvolvido do pigmento vermelho, que se desenvolve com o
tempo.
Contreras-Garduño et al. (2008) mostram que a pigmentação em outro
calopterigídeo, Hetaerina americana, pode levar cerca de 20 dias para desenvolver
completamente. O mesmo pode ocorrer com as fêmeas, que também possuem
pigmentos nas asas. O experimento comportamental mostrou que esta diferença na
coloração dos indivíduos juvenis pode ser um sinal para o reconhecimento etário, como
observado em outros invertebrados (Lim & Li 2007; Kemp 2006). Deste modo, ambos
pigmento e UV dos juvenis podem funcionar como um traço de isolamento. Por
exemplo, a coloração das fêmeas pode servir como uma maneira de evitar p assédio dos
104
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
machos e custos inerentes (Córdoba-Aguilar 2009). Para os machos, o desenvolvimento
tardio da coloração pode ter a mesma função como em pássaros, considerado uma
estratégia de mimetismo de fêmeas (Rohwer et al. 1980) ou um sinal de subordinação
para evitar os custos envolvidos com as lutas durante a maturação sexual (Lyon &
Montgomerie 1986).
A coloração das asas, aliada à capacidade tricromática dos olhos compostos de
odonatos (Bybee et al. 2012), transformaram as asas em instrumentos para a
comunicação intra-específica, contendo informações interpretadas por indivíduos da
mesma espécie, ou até hetero-específicos. Sinais coloridos são geralmente selecionados
sexualmente, e há evidências de que a pigmentação nos machos de Calopterygidae é um
ornamento dependente da condição do macho (Contreras-Garduño et al. 2008; CórdobaAguilar et al. 2003) que tem influência na preferência das fêmeas (Siva-Jothy 1999).
Diferentes componentes da cor em libélulas podem ter sido selecionadas para aumentar
a intensidade do sinal (Endler 1990), para conter diferentes informações (Grether et al.
2004) e/ou para servir em diferentes propósitos e ocasiões (Rutowski et al.
2010).Estudos futuros devem avaliar estes aspectos na sinalização UV em Odonata e
outros invertebrados, uma vez que existem estudos recentes que sugerem o papel da
coloração UV na comunicação intra-específica (Lim & Li 2007; Kemp & Rutowski
2007) e no sucesso reprodutivo (Kemp 2007; Detto and Backwell 2009).
O presente estudo conclui que a pigmentação, a reflexão UV e a emissão de
fluorescência em libélulas, podem agir juntas na comunicação destes animais, criando
sinais visuais de reconhecimento sexual e etário, pré-requisitos para o comportamento
reprodutivo e territorial. Assim como foi sugerido para borboletas e aranhas (Lim & Li
105
Ferreira, R.G.N.
Capítulo IV
2007; Kemp & Rutowski 2007), odonatos podem também se tornar um modelo para o
estudo do papel da reflexão UV e da fluorescência na comunicação de invertebrados.
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114
CAPÍTULO V
Aspectos funcionais da pruinosidade das asas de Zenithoptera lanei
(Odonata: Libellulidae)
CAPÍTULO V - Aspectos funcionais da pruinosidade das asas de
Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae)
115
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Resumo
Várias espécies de libélulas possuem uma cobertura de cera no corpo que fornece
impermeabilidade e reflete ultravioleta (UV), comumente chamada de pruinosidade.
Machos de Zenithoptera são conhecidas pela coloração azul conspícua de suas asas,
cuja origem se baseia em cristais de cera complexos na suoerfície dorsal das asas.
Embora a reflexão UV da cera seja conhecida, não há evidências da função desta
estrutura no comportamento destes animais. Portanto, o presente estudo investigou os
aspectos funcionais da cobertura de cera das asas de machos de Z. lanei, uma espécie
comum no Cerrado brasileiro. Foram feitas medidas de espectrometria de reflectância e
imagens de microscopia eletrônica de varredura, a fim de analisar a correlação entre
variações morfológicas nas nanoestruturas de cera presentes nas asas dos machos e
variações nas suas propriedades óticas, no intuito de identificar assimetrias entre os
machos na coloração das asas. Também foi realizada uma manipulação experimental em
que a cera foi parcialmente removida das asas para testar se a agressão dos machos é
reduzida quando se deparam com indivíduos com menor quantidade de cera nas asas.
Os resultados mostram que existe correlação entre a coloração e formato dos cristais de
cera na epicutícula. Os resultados também mostram que esta variação morfológica pode
influenciar no comportamento agressivo de machos rivais. Portanto, o presente estudo
conclui que a pruinosidade em Z. lanei pode ser um caractere indicador da qualidade do
macho e influenciar em disputas territoriais.
Palavras-chave: morfologia funcional, territorialidade, ótica, competição.
116
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Introdução
A pruinosidade em Odonata é reconhecida com um tipo de coloração estrutural
que reflete a luz ultravioleta (Hilton 1986), derivada de filamentos e cristais
epicuticulares que cobrem o corpo de adultos (Gorb 1995, Gorb et al. 2000). Entretanto,
os aspectos funcionais desta característica de odonatos ainda são pouco explorados e,
não há evidência de sua influência no comportamento e sucesso reprodutivo dos
animais.
As libélulas do gênero Zenithoptera apresentam nas asas uma pruinosidade azul
singular (e.g. Pujol-Luz 1993) que, auxiliado ao fato de pertencerem a um dos dois
únicos gêneros de Anisoptera capazes do dobrar as asas (Ris 1910, Jurzitza 1982), as
torna únicas. Pujol-Luz & Vieira (1998) sugeriram que os machos de Zenithoptera
abrem as asas mostrando a pruinosidade dorsal em um display territorial contra machos
intrusos, fechando as asas quando em repouso. Entretanto, estes autores apresentam
apenas especulações e não realizaram nenhum experimento para testar esta hipótese.
Portanto, o presente estudo teve como objetivo investigar os aspectos funcionais da
pruinosidade na superfície dorsal das asas de machos de Zenithoptera lanei, avaliando o
seu papel como um sinal utilizado durante disputas territoriais.
No Capítulo 1, os resultados mostraram que a pruinosidade nesta espécie é
derivada de uma estrutura única entre Odonata, composta por duas camadas de cera,
uma filamentosa e uma em forma de folhas. Deste modo, este estudo procurou
identificar variações individuais na cobertura de cera e na coloração, e também
117
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
manipulou a cera epicutilar dorsal para imitar esta variação e observar seu efeito no
comportamento de machos rivais.
Material e métodos
Espécie de estudo. Machos de Z. lanei apresentam colorações distintas nas duas
superficies das asas. A superfície dorsal é coberta pro uma pruinosidade azul (Fig. 29a)
enquanto a superfície ventral é quase inteiramente negra como reflexões vermelhometálicas dependendo da incidência da luz (Fig 29b).
Para responder se existe variação individual no formato da cera e na consequente
coloração das asas, análises de espectrometria e de microscopia foram feitas nas asas de
dez machos, procurando uma relação entre a variação individual na coloração e a
morfologia dos cristais de cera epicuticulares.
118
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Figura 29. Um macho de Zenithoptera lanei mostrando a superfície dorsal das
asas com pruinosidade azul (a) e a superfície ventral com pigmentação negra (b).
Medidas de reflectância. As propriedades óticas das asas de machos foram
medidas em cinco pontos pré-estabelecidos com base nas nervuras (i.e. triângulo, prénodais, pós-nodais, oblíqua e pterostigma).Os espectros de reflectância foram medidos
com uma fonte de luz alógena de Deutério Tungstênio (DH-2000-BAL, Ocean Optics
Inc, Dunedin, Florida, EUA) direcionada para a amostra em uma inclinação de 90o. A
fonte de luz produz luz do ultravioleta ao infravermelho (200 a 1100 nm) e foi guiada
através de uma fibra-ótica de 200 µm posicionada a 2 mm da amostra. A luz refletida
foi coletada pela mesma fibra-ótica e guiada a um espectrômetro (HR-4000, Ocean
Optics), o qual transferiu os dados ao software Spectra Suite (Ocean Optics).
119
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Microscopia eletrônica de varredura (MEV). As asas foram analisadas em vista
dorsal, ventral e em seção longitudinal para a caracterização e medição dos cristais de
cera presentes na superfície. Ouro-paládio foi pulverizado sobre as amostras (espessura
de 10 nm), e examinadas em um MEV (Hitachi S-4800; Hitachi Ltd., Tóquio, Japão) a 3
kV. Cinco fotografias foram tiradas em cada uma das cinco posições pré-estabelecidas
em magnitude de 300.000x e 10.000x.
Os cristais de cera foram classificados de acordo com o formato: i) formato de
filamento (Fig. 30a); ii) formato de folha (Fig. 30b); e de acordo com o dano: i) intacto
(Fig. 30a,b); ii) dano severo ou colapso dos cristais (Fig. 30c); iii) arranhões ou pouco
dano (Fig. 30d). As imagens foram feitas nas mesmas regiões das asas onde as os
espectros foram feitos, e a correlação entre a coloração e o formato dos cristais ou o
nível de dano foi analisada através de uma ANOVA fatorial no programa Statistica 10.
Para estimar a cor, foram calculados os valores de brilho, tonalidade e croma
(Endler 1990) de acordo com o padrão internacional CIELAB para medidas de
coloração. A tonalidade foi medida como o ângulo de tom de acordo com a roda de
cores; croma foi medida como a saturação da cor e brilho como a intensidade da luz
refletida pela amostra. Estas variáveis foram calculadas da seguinte forma:
∫
Onde B1 é a reflectância total, Bx é a reflectância relativa em intervalos
específicos de comprimento de onda (i.e. r = 600– 700, y = 500–600, g = 400–500, & b
120
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
= 300–400), R é a proporção de luz refletida no comprimento de onda (λ) i. Todas estas
medidas foram feitas usando o software CLR v. 1.05 (Montgomerie 2008). Dos valores
de saturação, foram extraídos os valores da saturação no ultravioleta (300-400nm) e no
azul (400-450nm).
Figura 30. Cristais de cera intactos com formato filamentoso (a) e com formato
de folhas (b). A figura (c) mostra cristais com dano severo e a figura (d) mostra
arranhões na cera. Barras representam 1µm em (a,b,c) e 50µm em (d).
121
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Experimento comportamental. O experimento comportamental foi feito em uma
lagoa em Assis, São Paulo, Brasil (22º38’S, 50º27’W; altitude 522 m) entre Outubro de
2011e Janeiro de 2012. Foram feitas observações comportamentais das 10:00 h (quando
os machos estão ativos) às 15:00 h (quando a atividade territorial declina). Os machos
foram marcados com tinta corretiva branca atóxica no tórax e abdômen.
Os machos usados neste experimento (modelos) foram colados a uma linha com
Duco cement e apresentados a machos territoriais (e.g. Schultz & Fincke 2009,
Guillermo-Ferreira & Bispo 2012).
Os modelos foram apresentados para machos territoriais pousados na lagoa,
fazendo movimentos com o modelo imitando o seu comportamento de voo e
permitindo-o pousar perto dos indivíduos testados. Foiapresentado um total de seis
machos, três com a cera na superfície dorsal das asas removida com uma caneta
marcadora preta (Faber Castell) na ponta da asa (região do pterostigma, <15%) e três
com a cera removida até a base das asas (região do triângulo, >50%). Cada modelo foi
apresentado para apenas cinco machos territoriais, e as respostas comportamentais
destes machos foram observadas. Estas respostas foram classificadas como: (a) não
territorial, quando o macho territorial apenas se aproximou do modelo, mas logo
retornou ao seu território ou o macho territorial tentou assumir a posição de tandem com
o modelo; (b) territorial, quando o macho pairou no ar exibindo as asas pro rival ou o
atacou agarrando-o com as pernas e mordendo suas asas. As respostas comportamentais
foram comparadas entre controles (com a cera removida apenas nas pontas das asas) e
tratamentos (com a cera removida até a base das asas) através do teste do qui-quadrado
no programa Statistica 10.
122
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Resultados
Os resultados mostram que existe relação entre a morfologia dos cristais de cera e
o brilho e a saturação da cor, mostrando que existe variação na estrutura e na coloração
das asas dos machos (Tabela 5). O brilho e a saturação da cor são maiores onde há
maior quantidade de cristais de cera em forma de folha (Figura 31). Os resultados do
experimento comportamental (Tabela 6) mostram que esta variação influencia no
comportamento de resposta de machos rivais, uma vez que são mais agressivos com
machos com maior quantidade de cera nas asas (Qui-quadrado, g.l.=1, p=0,02).
Tabela 5. Resultados de ANOVA fatorial entre o formato e o dano dos cristais de cera
nas asas de Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae) e variáveis relacionadas com a
coloração das asas (i.e. brilho, saturação, tonalidade, saturação UV e saturação Azul).
Coloração
Brilho
Saturação
Tonalidade
Saturação UV
Saturação Azul
Fonte de coloração
F
p
Formato
6,24
0,01
Dano
0,1
0,89
Formato
9,57
0,003
Dano
0,12
0,87
Formato
2,16
0,14
Dano
0,72
0,48
Formato
0,6
0,44
Dano
0,35
0,7
Formato
1,56
0,21
Dano
0,69
0,5
ANOVA fatorial, resultados significativos marcados em negrito.
123
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Figura 31. Relação entre o formato da cera (filamento ou folha) e o brilho (a) e a
saturação (b) da cor das asas de machos de Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae)
Tabela 6. Resultados do teste do qui-quadrado comparando a resposta comportamental
de machos de Zenithoptera lanei (Odonata: Libellulidae) a machos com a cera
epicuticular removida na ponta das asas (<15%) ou até a base das asas (>50%).
Coloração
Não territorial
Territorial
p
Ponta da asa
3
12
0,02
Base da asa
9
6
124
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Discussão
Como Pujol-Luz & Vieira (1998) sugeriram, os resultados aqui apresentados
mostram que a coloração azul das asas de Zenithoptera podem ser sinais de qualidade
dos machos que os utilizam em disputas territoriais. Esta coloração é proveniente dos
cristais de cera presentes na superfície dorsal das asas, cujo formato de folhas se
assemelha a cristais que produzem o mesmo efeito no corpo de algumas libélulas,
dispersando a luz em efeito Tyndall, produzindo a coloração azul (Parker 2000).
Os resultados aqui apresentados também sugerem que existe variação entre
machos na densidade relativa entre cristais filamentosos e cristais em forma de folha. Os
resultados ainda sugerem que o formato de folha dos cristais é o que fornece brilho e
saturação à cor, o que pode afetar o sinal visual na comunicação intra-específica.
Considerando o pico de reflectância da pruinosidade em Z. lanei no ultravioleta (UV), o
sinal UV nesta espécie pode se assemelhar com o sinal produzido por aranhas e
borboletas, os quais são dependentes da condição fisiológica do macho e influenciam na
seleção sexual e nas disputas territoriais (Lim & Li 2007; Kemp and Rutowski 2007).
A espessa e complexa camada de cera em Z. laneipode significar um grande custo
fisiológico pros machos, custos que nem todos conseguem pagar e cobrir a asa com
estes cristais complexos. Portanto, o presente estudo conclui que há variação entre os
machos na pruinosidade das asas, o que afeta as interações territoriais entre machos, e
sugere que a cera em Z. lanei é um sinal dependente da condição dos machos, indicando
sua qualidade para machos e fêmeas.
125
Ferreira, R.G.N.
Capítulo V
Referências
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Capítulo V
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127
CAPÍTULO VI
A função da coloração das asas no comportamento territorial deChalcopteryx
scintillans (Odonata: Polythoridae) e Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae)
128
Capítulo VI - A função da coloração das asas no comportamento territorial
deChalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae) e Mnesarete pudica (Odonata:
Calopterygidae)
Resumo
A pigmentação das asas em Odonata é conhecida como um ornament sexual que
influencia em disputas territoriais dos machos. Lutas aéreas em libélulas são
consideradas como corridas até a exaustão e desistência de um dos oponentes. Durantes
estas lutas, espera-se que os machos avaliem características morfológicas ou
fisiológicas, que ditam o resultado das disputas e indica o potencial de defesa de recurso
dos machos. Em teoria, os machos adquirem informações dos rivais e decidem se lutam
ou não para evitar gastos de energia desnecessários. Considerando os pigmentos e
estruturas presentes nas asas de odonatos, o presente estudo investigou os aspectos
funcionais da coloração das asas de machos de duas espécies de Zygoptera, testando se
os machos avaliam estes caracteres durante as lutas. Os resultados sugerem que os
machos podem avaliar a pigmentação dos oponentes na espécie Chalcopteryx scintillans
e tomam decisões baseadas no potencial do rival, mas não no seu próprio potencial. Já
em Mnesarete pudica, os machos lutam em avaliação mútua, avaliando também o
próprio potencial de luta.
Palavras-chave: territorialidade, teoria dos jogos, libélula, comportamento
territorial, competição.
129
Introdução
Lutas por recursos são eventos comuns entre machos de várias espécies de
animais (Huntingford & Turner 1987). Uma vez que encontros agressivos são
energeticamente caros (Marden & Waage 1990), algumas espécies apresentam
comportamentos complexos de exibição durante as lutas e ornamentos morfológicos
que sinalizam o seu potencial de defesa de recurso (PDR, Parker 1974). Teóricos
predizem que os machos adquirem informações do rival através destes displays e
ornamentos, decidindo se retirar da luta quando os custos de lutar são potencialmente
altos (Enquist & Leimar 1983, Kemp & Alcock 2003, Keil & Watson 2010).
Em Odonata, os machos geralmente se enfrentam em disputas aéreas sem contato
físico, sendo que o resultado das lutas é frequentemente determinado pela pigmentação
alar dos machos (Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011, Contreras-Garduño et al. 2008),
um indicador de qualidade e PDR (Córdoba-Aguilar 2002, Contreras-Garduño et al
2006, Serrano-Meneses et al 2007). Disputas aéreas entre libélulas são atualmente
consideradas ―energetic wars of attrition‖ ((E-WOA, Marden & Waage 1990), um
modelo teórico que prediz que os machos avaliam apenas a si mesmos através de um
limiar energético, ou seja, lutando até a fadiga (Elwood & Arnott 2012). Entretanto,
considerando o grande número de espécies com asas coloridas, os diversos mecanismos
de produção de cor em Odonata e a influência destes caracteres no resultado das lutas, é
possível que os machos avaliem a coloração das asas durante as disputas.
A avalição entre competidores geralmente é compreendida como um evento em
que os machos comparam as suas habilidades, em um modelo teórico que prediz que o
resultado da luta é decidido pela diferença no PDR dos machos rivais (Enquist &
130
Leimar 1983). Recentemente, Elwood & Arnott (2012) enumeraram cinco modelos
básicos de avaliação durante as disputas e os classificaram de acordo com a relação
entre o PDR dos rivais e a duração da disputa: (i) auto-avaliação pura (Arnott & Elwood
2009), quando o PDR do macho perdedor se correlaciona positivamente com a duração
da disputa, enquanto o PDR do vencedor apresenta uma pequena correlçao positiva ou
nenhuma correlação com a duração da luta; (ii) avaliação somente do oponente (Arnott
& Elwood 2009), quando o PDR do perdedor não se relaciona com a duração, enquanto
o PDR do vencedor se correlaciona negativamente com a duração da luta; e (iii) o
modelo gavião/pombo (Maynard Smith & Price 1973), o modelo da avaliação
cumulativa (Payner 1998) e o modelo de avaliação sequencial (Enquist & Leimar 1983),
em que nestes três modelos existe correlação positiva entre a duração das lutas e o PDR
do perdedor e negativa com o PDR do vencedor (Elwood & Arnott 2012).
Portanto, baseando-se nas previsões de Elwood & Arnott (2012), o presente
estudo teve como objetivo analisar a função da coloração das asas de Odonata nas
disputas territoriais, investigando se os machos avaliam diferentes componentes da
coloração durante as lutas.
Material e métodos
O estudo foi realizado com as espécies Chalcopteryx scintillansMcLachlan, 1870
(Zygoptera: Polythoridae), cujo habitat se encontra nos igarapés da Floresta Amazônica,
e Mnesarete pudica Hagen in Selys (1853), cujo habitat se encontra em riachos do
Cerrado.
O estudo foi conduzido com C. scintillans em um igarapé na Reserva Florestal
Adolpho Ducke, Manaus, Amazonas, Brasil (2º57'07.4"S/ 59º 57'27.6"W; altitude 75 m)
131
e com M. pudica em um riacho em Assis, São Paulo, Brasil (22º38’S, 50º27’W; altitude
522 m) entre Setembro e Dezembro de 2012. Foram feitas observações
comportamentais das 10:00 h (quando os machos estão ativos) às 15:00 h (quando a
atividade territorial declina). Os machos foram marcados com tinta corretiva branca
atóxica no tórax e abdômen. Foram observadas 20 lutas de M. pudica e 17 de C.
scintillans, onde foi observada a duração da disputa e a identidade de vencedores e
perdedores. O vencedor foi considerado o macho que permaneceu no território após a
luta, e o perdedor o macho que abandonou o local.
Para determinar se a coloração das asas se correlaciona com o PDR dos machos,
os machos foram coletados para avaliação da pigmentação alar, da coloração refletida e
transmitida pela asa. A pigmentação alar foi medida utilizando fotografias das asas e
analisadas no programa Adobe® Photoshop©. A pigmentação foi calculada pela relação
área pigmentada/área total da asa.
A coloração refletida e transmitida pelas asas foi medida através de
espectrometria. Os espectros de reflectância foram medidos com uma fonte de luz
alógena de Deutério Tungstênio (DH-2000-BAL, Ocean Optics Inc, Dunedin, Florida,
EUA) direcionada para a amostra em uma inclinação de 90o, a qual foi posicionada em
um suporte de veludo preto. A fonte de luz produz luz do ultravioleta ao infravermelho
(200 a 1100 nm) e foi guiada através de uma fibra-ótica de 200 µm posicionada a 2 mm
da amostra. A luz refletida foi coletada pela mesma fibra-ótica e guiada a um
espectrômetro (HR-4000, Ocean Optics), o qual transferiu os dados ao software Spectra
Suite (Ocean Optics). Os espectros de transmitância foram medidos através do mesmo
equipamento, mas a luz foi coletada e guiada ao espectrômetro por uma fibra-ótica
equipada com uma lente coletora posicionada sob a amostra.
132
Os espectros de reflectância foram plotados no software Origin 8 Pro, onde
tiveram os valores do espectro do veludo negro extraídos (controle escuro), e depois
divididos pelo espectro obtido de uma amostra padrão para referência (controle claro,
Ocean Optics) . Portanto, os resultados apresentados são referentes à porcentagem de
luz refletida referente à esta amostra padrão. Os espectros de transmissão passaram pelo
mesmo processo, mas foram divididos pelo espectro total da luz emitida pela fonte de
luz DH-2000-BAL.
Para estimar a cor, foram calculados os valores de brilho, tonalidade e croma
(Endler 1990) de acordo com o padrão internacional CIELAB para medidas de
coloração. A tonalidade foi medida como o ângulo de tom de acordo com a roda de
cores; croma foi medida como a saturação da cor e brilho como a intensidade da luz
refletida pela amostra. Estas variáveis foram calculadas da seguinte forma:
∫
Onde B1 é a reflectância total, Bx é a reflectância relativa em intervalos
específicos de comprimento de onda (i.e. r = 600– 700, y = 500–600, g = 400–500, & b
= 300–400), R é a proporção de luz refletida no comprimento de onda (λ) i. Todas estas
medidas foram feitas usando o software CLR v. 1.05 (Montgomerie 2008). Os valores
de saturação no vermelho e saturação no ultravioleta também foram comparados entre
os machos de M. pudica, uma vez que os espectros desta espécie possuem dois picos
nestes comprimentos de onda. Os valores da pigmentação alar, da tonalidade, do croma
133
e do brilho foram comparados entre vencedores e perdedores utilizando o teste pareado
de Wilcoxon.
Para responder se os machos avaliam o próprio PDR e o de rivais, a relação entre
a duração das disputas e o(s) indicador(es) do PDR (i.e. a pigmentação, a tonalidade, o
croma e/ou o brilho) de perdedores e vencedores, assim como a assimetria entre o PDR
dos oponentes, foi analisada utilizando o coeficiente de correlação de Spearman.
Adicionalmente, foi feito um experimento comportamental que consistiu da
apresentação de machos de M. pudica com pouca pigmentação alar (machos ―modelo‖
com pigmentação menor do que 90%) a dois tipos de machos territoriais: tipo I) machos
com pigmentação alar maior do que 90% e, tipo II) machos com pigmentação alar
menor do que 90%. Para isto, machos modelo (N=10)foram colados a uma linha com
Duco cement, a qual foi colada em uma varinha. Estes machos tiveram as asas
parcialmente pintadas de vermelho com um marcador (Faber Castell) e foram
apresentados para machos tipo I (N=20) e tipo II (N=20) e suas respostas
comportamentais foram anotadas.
As respostas foram classificadas como: a) neutra, quando o macho muda de
poleiro, ou se apenas se aproxima do macho modelo, mas recua imediatamente, ou abre
as asas em sinal de repulsão; b) ameaça, quando o macho paira no ar e exibe displays de
ameaça com as asas voltadas para o macho modelo; e c) ataque, quando o macho voa
em direção ao modelo, agarra e morde suas asas. Logo após estes testes, os machos
modelo tiveram as suas quatro asas completamente pintadas de vermelho com um
marcador (Faber Castell) que possui uma coloração semelhante a das asas (Capítulo 4),
e foram reapresentados para os mesmos machos, anotando suas respostas novamente.
Cada modelofoi apresentado para apenas quatro machos territoriais, totalizando cinco
machos modelo apresentados para cara tipo (I ou II). Todos os machos foram marcados
134
com líquido corretivo branco no tórax e abdômen. Se os machos avaliam o oponente,
espera-se que os machos alterem as respostas comportamentais após a manipulação. Se
os machos avaliam apenas a si mesmos, espera-se que não haja alteração nas respostas.
As respostas dos machos foram comparadas com o teste do qui-quadrado com correção
de Yates. Todos os testes estatísticos foram realizados no software Statistica 10©.
135
Resultados
C. scintillans (N=17)
Os vencedores apresentaram maior pigmentação alar quando comparados com os
machos perdedores (Wilcoxon, t=24.0, p<0.05, Fig. 32).
Figura 29. A diferença da pigmentação alar entre machos vencedores e
perdedores de disputas territoriais de Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae).
Barras representam o desvio padrão. O (*) denota diferença estatística.
Não houve diferença entre perdedores e vencedores quando comparados em
relação ao brilho (Wilcoxon, t=67.0, p>0.05), saturação (Wilcoxon, t=56.2, p>0.05),
mas sim com relação à tonalidade (Wilcoxon, t=33.5, p<0.05, Fig. 33) da superfície
136
dorsal. Não houve diferença entre perdedores e vencedores quando comparados em
relação ao brilho (Wilcoxon, t=58.0, p>0.05), saturação (Wilcoxon, t=60.0, p>0.05) e
tonalidade (Wilcoxon, t=59.0, p>0.05) da superfície ventral.
Não houve diferença significativa nos espectros de transmissão entre perdedores e
vencedores quando comparados em relação ao brilho (i.e. intensidade de luz
transmitida) (Wilcoxon, t=42.0, p<0.05), saturação (Wilcoxon, t=47.0, p>0.05), e
tonalidade (Wilcoxon, t=52.0, p<0.05).
Figura 33. Espectros de reflectância da superfícia dorsal mostrando a diferença da
coloração alar entre machos vencedores (azul) e perdedores (vermelho) de disputas
territoriais de Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae). Barras representam o
desvio padrão. As linhas verticais em azul e vermelho representam a tonalidade das asas
de vencedores e perdedores, respectivamente. O (*) denota diferença estatística com
relação à tonalidade.
137
A pigmentação dos vencedores foi negativamente correlacionada com a duração
das lutas (Spearman rs=-0,6429; p<0,01; Fig. 31), enquanto a pigmentação dos
perdedores não teve nenhuma relação com a duração das disputas (Spearman rs=0,2985; p>0,05). Não houve correlação entre a duração das lutas e a tonalidade da asa
de vencedores (Spearman rs=0.2074, p>0.05) e perdedores (Spearman rs=0,0592;
p>0,05). Não houve correlação entre a diferença entre a tonalidade da asa de vencedores
e perdedores e a duração das disputas (Spearman rs=-0,2238; p>0,05). Também não
houve correlação entre a duração das lutas e a diferença entre a pigmentação dos
machos rivais (Spearman rs=-0,1357; p>0,05).
Figura 31. Correlação entre a pigmentação alar de machos vencedores e a
duração das disputas em Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae). (Spearman
rs=-0.6429, p<0.01).
138
M. pudica (N=20)
Os vencedores apresentaram maior pigmentação alar quando comparados com os
machos perdedores (Wilcoxon, t=28,0; p<0,01; Fig. 32).
Figura 32. A diferença da pigmentação alar entre machos vencedores e perdedores de
disputas territoriais de Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae). Barras
representam o desvio padrão. O (*) denota diferença estatística.
Não houve diferença entre perdedores e vencedores quando comparados em
relação ao brilho (Wilcoxon, t=83,0; p>0,05), saturação no vermelho (Wilcoxon,
t=83,0; p>0,05), saturação no ultravioleta (Wilcoxon, t=73,0; p>0,05), saturação
(Wilcoxon, t=72,0; p>0,05), e tonalidade (Wilcoxon, t=95,0; p<0,05) dos espectros de
reflectância.
139
Houve diferença significativa nos espectros de transmissão entre perdedores e
vencedores quando comparados em relação ao brilho (i.e. intensidade de luz
transmitida) (Wilcoxon, t=45,0; p<0,05, Fig. 33), mas não em relação à saturação no
vermelho (Wilcoxon, t=95,0; p>0,05), saturação no ultravioleta (Wilcoxon, t=100,0;
p>0,05), saturação (Wilcoxon, t=80,0; p>0,05), e tonalidade (Wilcoxon, t=82,0;
p<0,05).
Figura 33. Espectros de transmissão mostrando a diferença da coloração alar
entre machos vencedores (azul) e perdedores (vermelho) de disputas territoriais de
Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae). Barras representam o desvio padrão. O
(*) denota diferença estatística com relação à intensidade de luz transmitida.
140
A pigmentação dos perdedores foi positivamente correlacionada com a duração
das lutas (Spearman rs=0,6832; p<0,001; Fig. 34), enquanto a pigmentação dos
vencedores não teve nenhuma relação com a duração das disputas (Spearman rs=0,0617; p>0,05). Não houve correlação entre a duração das lutas e a intensidade da luz
transmitida pelas asas de vencedores (Spearman rs=0,1159; p>0,05) e perdedores
(Spearman rs=0,0940; p>0,05). Houve correlação negativa entre a diferença entre a
pigmentação da asa de vencedores e perdedores e a duração das disputas (Spearman
rs=-0,5349; p<0,05). Não houve correlação entre a duração das lutas e a diferença entre
a intensidade da luz transmitida pela asa dos machos rivais (Spearman rs=-0,0263;
p>0,05).
Os resultados da manipulação experimental (Tabela 7) mostram que machos tipo I
(pigmentação >90%) alteram seu comportamento quando o oponente tem sua
pigmentação aumentada experimentalmente (Qui-quadrado x2 = 13,735; gl = 2;
p<0,001), mas machos tipo II (pigmentação <90%) não alteraram seu comportamento
(Qui-quadrado x2 = 0,63; gl = 2; p>0,05).
141
Tabela 7. Reposta comportamental dos machos territoriais de Mnesarete pudica a
machos com a pigmentação experimentalmente manipulada. Machos territoriais: Tipo I
(pigmentação >90%) e machos Tipo II (pigmentação <90%). Machos com pigmentação
manipulada: A (pigmentação <90%) e B (pigmentação 100%).
Neutra
Ameaça
Ataque
Tipo I x A
13
2
5
Tipo I x B
4
15
1
Tipo II x A
14
6
0
Tipo II x B
12
6
2
Figura 34. Correlação entre a pigmentação alar de machos perdedores e a duração
das disputas em Mnesarete pudica (Odonata: Calopterygidae). (Spearman rs=0.6832,
p<0.001).
142
Discussão
A coloração das asas em Odonata é proveniente de pigmentos e estruturas que
criam efeitos visuais conspícuos. Embora alguns estudos tenham abordado a função da
pigmentação das asas no comportamento territorial (Contreras-Garduño et al. 2008,
Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011) e reprodutivo (Siva-Jothy 1999), não há
evidência direta da função das cores estruturais além do reconhecimento específico
(Schultz & Fincke 2009). No presente estudo, os resultados mostram que as cores
estruturais de C. scintillans podem ser consideradas sinais para intra-específicos durante
disputas territoriais.
Estas cores são derivadas de camadas sobrepostas de diferentes índices de
refração, que criam um efeito visual cobre-metálico dependente do ângulo de incidência
da luz (Capítulo 1). A variação na espessura destas camadas (i.e. estrutura física da asa,
o que pode influenciar no voo) e na concentração de pigmentos (um indicador de
qualidade, necessário para o efeito visual) resulta em variações na coloração metálica,
tornando esta cor um possível indicador da qualidade dos machos (e.g. Lim & Li 2013).
Entretanto, o mesmo não pode ser dito para a reflexão UV proveniente da cera
epicuticular em M. pudica, a qual não teve nenhuma influência sobre as disputas.
Para machos de M. pudica, surpreendentemente a reflexão não parece ser
importante na sinalização intra-específica, mas sim a transmissão. Neste contexto, a cera
epicutilar pode ter um papel crucial, uma vez que pode reduzir a transmissão e aumentar
a reflexão do sinal (Capítulo 1). Um estudo anterior avaliou o papel da reflexão como
um sinal em outro calopterigídeo de asas translúcidas, Hetaerina americana (ContrerasGarduño et al. 2007), e também não encontrou relação entre a reflexão e os resultados
de lutas territoriais. Portanto, a pigmentação alar em calopterigídeos podem apresentar
143
dois componentes: a área da asa pigmentada e a concentração do pigmento, determinada
pela transmitância das asas.
O fato de M. pudica depender da transmissão para a sinalização e C. scintillans
depender da reflexão sugere que o ambiente pode ter exercido uma pressão seletiva para
o surgimento de diferentes caracteres secundários (i.e cera e pigmento), uma vez que M.
pudica habita locais abertos do Cerrado e C. scintillans florestas fechadas da Amazônia.
A evolução pode ter ocorrido de maneira a selecionar uma cera e um pigmento em M.
pudica que permite a transmissão da luz, enquanto em C. scintillans a cera e o pigmento
impedem a transmissão da luz e aumentam a sua reflexão (Capítulo 1).A função de
estruturas morfológicas que resultam em coloração estrutural foi observada em outros
grupos, como aranhas da família Salticidae que utilizam cores estruturais como sinais
intra-específicos de qualidade durante disputas territoriais (Lim & Li 2012).
Embora inúmeras evidências sugiram que padrões de coloração influenciam nos
resultados das lutas em insetos, tais estudos apenas focam nas assimetrias entre os
machos rivais e não consideram se os indivíduos avaliam de fato a coloração durante as
lutas. Portanto, o presente estudo investigou se a coloração das asas em Odonata é
avaliada pelos machos rivais durante as lutas. O modelo mais aceito para o grupo é o EWOA que prediz que os rivais lutam até um deles atingir um limiar energético mínimo e
desistir de lutar (Payne & Pagel 1996, 1997, Marden & Waage 1990).
Entretanto, embora as reservas de gordura torácicas predigam o resultado das lutas
em Odonata (Plaistow & Siva-Jothy 1996, Koskimaki et al. 2004, Contreras-Garduño et
al. 2006, Serrano-Meneses et al. 2008), os machos não desistem da luta baseando-se em
seu próprio status energético (Marden & Rollins 1994). Uma vez que estas reservas de
gordura alimentam o voo, os machos podem ser capazes de avaliar o status energético
do rival através do seu desempenho em voo (i.e. força muscular produzida) e decidir
144
abandonar a disputa baseando-se em assimetrias na taxa de degradação do desempenho
de voo (Marden & Rollins 1994, Marden & Cobb 2004).
Considerando que muitas espécies possuem asas coloridas, um ornamento que
influencia nas lutas (Grether 1996, Siva-Jothy 1999, Córdoba-Aguilar & CorderoRivera 2005, Guillermo-Ferreira & Del-Claro 2011) e é um sinal conspícuo do PDR do
macho, de sua reserva de gordura, imunidade (Rantala et al. 2000, Contreras-Garduño et
al. 2006, 2007, Serrano-Meneses et al. 2008) e força muscular (Contreras-Garduño et al.
2008), o presente estudo testou a hipótese de que os machos deveriam avaliar a
coloração das asas dos rivais para decidir lutar ou não.
Os resultados aqui apresentados para C. scintillans corroboram esta hipótese. Uma
vez que a duração das disputas se correlacionou negativamente com a pigmentação dos
machos vencedores e não teve nenhuma relação com PDR dos perdedores, este estudo
sugere que as lutas territoriais nesta espécie seguem o modelo de avaliação somente do
oponente (―opponent-only assessment model‖, Arnott & Elwood 2009, Elwood &
Arnott 2012). A ausência de correlação entre a duração das disputas e a diferença de
PDR entre os oponentes sugere que os machos não seguem o modelo de avaliação
mútua, corroborando o modelo de avaliação do oponente.
Já os resultados obtidos para M. pudica sugerem que esta espécie segue o modelo
de auto-avaliação pura (―pure self-assessment model‖, Arnott & Elwood 2009), em que
os machos não adquirem nenhuma informação do oponente. A duração das disputas
teve correlação positiva com o PDR dos perdedores, mas não teve correlação com o
PDR dos vencedores. Entretanto, ao analisar a correlação entre a duração das lutas e a
diferença de PDR entre os oponentes, os resultados sugerem uma avaliação mútua. A
manipulação experimental mostra que os machos avaliam o oponente para decidir se
lutam ou não. Aliado ao fato de haver agressão física entre oponentes de PDR
145
assimétricos, estes resultados sugerem que os machos avaliam a si mesmos e ao
oponente durante as lutas.
Em conclusão, o presente estudo sugere que diferentes espécies de Odonata,sob
diferentes pressões seletivas, podem apresentar padrões de coloração pigmentares e
estruturais únicos,os quais criam sinais específicos avaliados pelos machos durante
disputas territoriais. Tanto em C. scintillans como em M. pudica, os machos
aparentemente avaliam apenas a pigmentação, mas não a coloração em si. Entretanto,
uma vez que o pigmento
Uma vez que pigmentos em C. scintillans são difíceis de serem vistos em uma
floresta fechada, cores metálicas e brilhantes podem ser uma adaptação para serem
vistos em contraste com o ambiente escuro. Em M. pudica, os machos podem ter sido
selecionados para aproveitar o ambiente com alta insolação e se destacar contra o céu
azul. Em um ambiente ensolarado, uma asa altamente reflexiva poderia ofuscar o sinal
intra-específico e chamar a atenção de predadores. Futuros estudos devem investigar a
interação entre o ambiente e a coloração das asas sob uma perspectiva evolutiva e
filogenética.
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Conclusões gerais
Os resultados aqui obtidos sugerem que a coloração das asas em Odonata depende
de diferentes componentes: a estrutura da cera epicuticular, a estrutura da exocutícula,
do tipo de pigmento e da localização do pigmento. Os resultados também sugerem que
estes componentes atuam em conjunto para criar os efeitos óticos observados. Ao
estudar os aspectos funcionais destes padrões de coloração, conclui-se que as diferentes
estruturas combinadas com os pigmentos tem a função de sinalizar a qualidade dos
machos em disputas territoriais e nas interações com as fêmeas. Futuros estudos devem
aprofundar o conhecimento sobre a evolução destas estruturas e da coloração,
investigando principalmente a correlação destas características com a fisiologia destes
animais. Deste modo, estes estudos fornecerão dados que determinação se estas
estruturas morfológicas nas asas são dependentes da condição dos machos, assim como
é a pigmentação.
150
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J Insect Behav
DOI 10.1007/s10905-013-9406-4
The Role of Wing Pigmentation, UV and Fluorescence
as Signals in a Neotropical Damselfly
Rhainer Guillermo-Ferreira & Eralci M. Therézio &
Marcelo H. Gehlen & Pitágoras C. Bispo &
Alexandre Marletta
Revised: 20 July 2013 / Accepted: 24 July 2013
# Springer Science+Business Media New York 2013
Abstract Pigmentation patterns, ultraviolet reflection and fluorescent emission are
often involved in mate recognition and mate quality functions in many animal taxa.
We investigated the role of wing ultra-violet reflection, fluorescence emission, and
pigmentation on age and sexual signals in the damselfly Mnesarete pudica. In this
species, wings are sexually dimorphic in colour and exhibit age dependency: males
and females show a smoky black colouration when young, turning red in mature
males while it turns brown in females. First, we investigated wing UV patterns
through reflectance and emission spectra. Second, behavioural experiments were
undertaken to show male and female responses to manipulated wing pigmentation
and experimentally reduced UV (UV-). Reflectance spectra of the wings of juvenile
and mature males and females were used to show the differences between controls
and individuals with manipulated colouration used in the behavioural experiment.
UV-reduced, females with wings painted red, and control males and females were
R. Guillermo-Ferreira
Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão
Preto, SP, Brazil
E. M. Therézio : A. Marletta
Instituto de Física, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, Brazil
M. H. Gehlen
Instituto de Química de São Carlos-Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, Brazil
R. Guillermo-Ferreira : P. C. Bispo
Departamento de Ciências Biológicas, Faculdade de Ciências e Letras de Assis, Universidade Estadual
Paulista, Assis, SP, Brazil
R. Guillermo-Ferreira (*)
Departamento de Ciências Biológicas, LABIA-Laboratório de Biologia Aquática, Faculdade de
Ciências e Letras de Assis-UNESP, Av. Dom Antônio, 2100, 19.806-900 Assis, SP, Brazil
e-mail: [email protected]
E. M. Therézio
Depto. de Matemática, Universidade Federal de Mato Grosso, Campus Rondonópolis,
Rondonópolis, MT, Brazil
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tethered and presented to conspecific males and females, and their behavioral responses were recorded. The male red wing pigmentation and females with red wings
elicited an aggressive response in territorial males and a sexual response in females.
Both males and females showed neutral responses towards individuals with reduced
UV. Wing signals of juvenile individuals also provoked neutral responses. These
results suggest that UV, together with pigmentation, plays a role during mate recognition in males and females. Other than butterflies and spiders, it seems that fluorescence signals and UV reflectance can also be part of communication in odonates.
Keywords Sexual selection . territoriality . Odonata . Calopterygidae . colouration .
structural colour
Introduction
Since Darwin’s publication of sexual selection theory (1874), scientists have been
interested in the functional aspects and in the evolution of colourful traits in animals.
One hypothesis suggests that sexual selection may shape coloured ornaments via
mate competition (carried out mainly by males), mate choice (carried out mainly by
females) (Darwin 1874; Andersson 1994) or sexual conflict (Arnqvist and Rowe
2005), favouring males that pay the high costs involved in their production.
Extensive research has been devoted to the identification of multiple colouration
sources and their functional aspects in intra-specific communication. For instance,
authors have found sexual and age specific iridescence (Lim and Li 2006; Rutowski
and Rajyaguru 2013), ultraviolet reflection (Pearn et al. 2001, 2003; Kemp 2006; Lim
and Li 2007; Lim et al. 2007, 2008), fluorescence emission (Arnold et al. 2002; Mazel
et al. 2004; Lim et al. 2007; Barreira et al. 2012) and pigmentation (Anderson and
Grether 2010a, b) that play a role in species recognition and mate choice. Furthermore,
these colour-producing mechanisms can be combined to result in more complex visual
effects e.g. metallic, iridescent or kaleidoscopic (Fox 1976; Farrant 1997; Doucet and
Meadows 2009; Kemp et al. 2012), or increased output of the signal (Mazel et al. 2004;
Bridge and Eaton 2005) that may have an influence in signalling.
In recent times, the remarkable colours of Odonata wings have turned them into a key
model for the study of the evolution of animal colour patterns (Córdoba-Aguilar 2008). In
this group, the mechanisms of colour production range from structural colours (Vukusic
et al. 2000, 2004; Vukusic 2006; Nixon et al. 2013), pigments (Chapman 1998; Hooper et al.
1999; Silsby 2001; Stavenga et al. 2012), ultraviolet (UV) reflection through broadband
scattering by cuticular wax filaments (Hilton 1986; Gorb et al. 2000) to fluorescence
emission by the excitation of resilin (Gorb 1999; Appel and Gorb 2011).
Within the Odonata, no other group has received more attention in relation to
colouration than the Calopterygidae (reviewed by Córdoba-Aguilar and CorderoRivera 2005). In these animals, several species exhibit species-specific pigmentation
patterns on their wings (e.g. Silsby 2001) and iridescent structural colours (e.g.
Vukusic et al. 2004). Wing pigmentation develops gradually during adult sexual
maturation and is a condition dependent signal (Alvarez et al. 2013), that correlates
with male immunocompetence, fat reserves and male reproductive success (CórdobaAguilar et al. 2003; Contreras-Garduño et al. 2008).
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Several pieces of evidence suggest that wing pigmentation is selected by favouring
males in better condition during territorial contests and courtship displays, playing an
important role in male-male competition (Contreras-Garduño et al. 2008; Koskimäki
et al. 2004), female choice (Siva-Jothy 1999) and mate recognition (Svensson et al.
2007) by signalling individual quality. Furthermore, pigmentation patterns seem to be
used along with behavioural displays for sexual discrimination and species identification (Waage 1975, 1979; Anderson and Grether 2010a, b).
However, only one study has addressed the function of wing structural colouration as
signals in inter and intra-sexual signalling in Odonata (Schultz and Fincke 2009).
According to this study, UV iridescence and UV-reflecting wax filaments on the wings
may serve as signals in mate recognition and may indicate male quality and territorial
status. Thus, here we have extended the knowledge on the function of pigmentation and
UV in intra-specific signaling. In particular, we have studied the Neotropical damselfly
Mnesarete pudica Hagen in Selys (Zygoptera: Calopterygidae), testing the prediction
that UV reflection, fluorescence emission and wing pigmentation would be used as
signals of development status and sexual identity in this species.
This study was carried out by recording the behavioral response of conspecific males
and females to individuals of different sex and age according to the following considerations: 1) if UV and fluorescence are sexual signals, we expected to find sexual
dimorphism in these traits and reduced reaction of conspecifics when the signal from
these traits were experimentally reduced; 2) if male wing pigmentation is a signal of
sexual identity, we expected that conspecifics would react to females with their wings
painted red as if they were males; 3) if UVand wing pigmentation of juveniles is a signal
of age, we expected to find differences in these traits between mature and juvenile
individuals, as well as neutral responses from mature individuals towards juveniles.
Materials and Methods
Study Species
M. pudica is a common South American calopterygid damselfly, in which males have
the four wings covered by a red pigmentation and those of the females present a dull
brown colouration (Costa 1986). The males defend stream patches, chasing and
engaging in long contests with other males, during which the males make territorial
displays showing their wings to each other. The males also show a complex courtship
display, in which the male hovers around the female and perches near her to display
his wings (Guillermo-Ferreira and Bispo 2012).
Ethics Statement
All necessary permits were obtained for the described field studies. Animal collection
and manipulation in all field and laboratory experiments conform to Brazilian law
under the permanent license numbered 11364–1 from IBAMA (Brazilian Institute of
Environment and Renewable Natural Resources), the Brazilian regulatory body
concerned with protection of wildlife. Field study was approved and consented to
by the farmland owner. The study species is not endangered or under protection.
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Sexual and Age Differences
The individuals in M. pudica (Fig. 1a) were classified according to age and sex. There
is a highly contrasting sexual dimorphism in this species. The wings of sexually
mature males are covered by a bright red pigment, while the wings of females present
a dull brown colouration. Males with red wings were classified as “mature males”
(Fig. 1b), and females with light brown wings were classified as “mature females”
(Fig. 1c). The juvenile individuals of both sexes present shiny and flexible wings,
with a smoky black pigmentation. Thus, males and females with these characteristics
were classified as “juvenile males” (Fig. 1d) and “juvenile females” (Fig. 1e).
Juveniles are rarely observed in territorial or sexual interactions. Mature individuals
present a less shiny colouration and the wings are not as flexible as those of juveniles
(see Raihani et al. 2008 for a similar method).
Analysis of UV Reflection, Fluorescence Emission and Pigmentation Colours
of the Wings of Males and Females
All the following measurements were made to investigate sexual dimorphism and age
dependency of UV and pigmentation. Measurements were made in the basal part of
Fig. 1 Images of Mnesarete pudica: a a mature male in perched position, the white circle shows the region
where the spectra were measured (b) right forewings of a mature male (c) of a mature female, d of a
juvenile male, and (e) of a juvenile female
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the right forewing (Fig. 1a) of four individuals in each sex and age category. Animals
for these analyses were collected in Assis – SP, Brazil by one of the authors (RGF)
and are stored as voucher specimens in the collection of aquatic insects of the
Laboratory of Aquatic Biology of the São Paulo State University in Assis – SP.
Emission Spectra The emission spectra of the wings of mature males and females were
measured using Confocal Fluorescence Microscopy. Fluorescence images were
obtained using a plate-scanning confocal microscope setup. The instrument is based
on an IX71 Olympus microscope with a digital piezoelectric controller and stage (PI
models E-710.3CD and P-517.3CD) for nanometric sample scanning. The excitation
light was provided by a Coherent Cube 405 nm CW diode operating at a low power of
10 mW. The excitation was converted into a circularly polarised laser beam using zero
order quarter wave plates (Del Mar Photonics) and focussed over the sample with an
Olympus objective UPLFLN 40X. The emission signal was separated from the laser
excitation beam by using dichroic cube Chroma z405lp and Notch filter Semrock NF02405U-25. Emission spectra were obtained in a spectrometer Maya 2000 Pro-Ocean
Optics fiber coupled to the binocular side port of the Olympus IX71 microscope. The
damselfly wings were supported in a glass-bottom Petri dish (Ted Pella).
Reflectance Spectra The reflectance spectra were obtained with a deuterium tungsten
halogen light source (Ocean Optics) that illuminated the wings through a quartz
optical fiber (Ocean Optics) orientated directly at the wings with an angle of 90°. A
second quartz optical fiber (Ocean Optics) collected the reflected light and guided it
to a 200–800 nm spectrophotometer (USB4000 – Ocean Optics). The analysed
materials were the wings of the model individuals. Results are presented as mean
(± SE) of four wings of each model.
With these analyses, it was possible to characterise the age and sexual differences
of wing colour patterns. We calculated the mean (± SE) UV hue (λmax, the highest
percentage of reflectance from 300 nm to 400 nm) and brightness (the summed
percentage of reflection amplitudes from 300 nm to 400 nm) of wings (e.g. Schultz
and Fincke 2009), and differences between sexes and age classes were analysed using
the Student’s t-test. Tests were made for all control and treatments described below
(N=4 in each category).
Behavioural Experiment
Fieldwork was performed between November 2010 and January 2011 at a stream
located in Assis, São Paulo State, Brazil (22º38′S, 50°27′W; altitude 522 m). The
behavioural experiment was made by tethering the individuals (model individuals) to
the tip of a line using Duco cement (e.g. Fincke 1994). The other tip of the line was
tied to a wooden stick (e.g. Miller and Fincke 1999; Schultz and Fincke 2009).
The individuals were then presented to males and females (tested individuals) perched
at the stream, making “flying movements” with the model and allowing it to perch near
the tested individuals. Model presentation did not exceed 10 min. We presented four
individuals of each type of manipulation and controls. Each model individual was
presented to only five unique tested individuals that were previously marked with white
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correction fluid on thorax and abdomen, to avoid repeated reactions of the same animal.
This way, each tested individual was assessed only once. This experiment was made
between 10:00 and 15:00, which is the daily period of sexual activity.
The models were collected with an insect net immediately before each experiment
session took place. These individuals were active on the site and, after capturing, were
immediately used in the experiment and stored in a plastic vial right after it (a process
that took no more than 10 min). All mature males used in this experiment (tested and
model individuals) were identified as territorial males, by observing their behaviour of
territory defence. All mature females were perched on the vegetation around the stream,
inside the territories of males, and have shown signs of receptivity to male courtship.
The male reaction was categorised as: sexual (male made a courtship display, grabbed,
and sometimes tried to assume tandem); aggressive (male made a threat display); neutral
(male made the wingspread display, ignored or approached the model and retreated). The
female reaction was categorised as: sexual (the female made the wing-flipping display);
aggressive (the female grabbed the model); neutral (the female made the wingspread display,
ignored the model, or changed perch). The wing-flipping is an active display of receptivity
by females (Waage 1984; Guillermo-Ferreira and Bispo 2012). The threat display is a
territorial signal made by males during contests (Pajunen 1966). The wingspread display is a
warding-off signal, also used when other insects approach (Corbet 1999).
To gather evidence of male and female responses to male wing pigmentation, we
manipulated female wings using a red marker (Faber Castell®). The red marker was used
to simulate the male red pigment by painting the four wings entirely. To investigate the
effect of UV, we experimentally reduced fluorescence and UV reflection of males and
females by applying a solution of two common ingredients of sunscreens that absorb UV
light. These components were 2-ethylhexyl-p-methoxycinnamate (Parsol®) MCX), a UVB light absorber, and 4-tert-butyl-4- methoxydibenzoylmethane (Parsol® 1789), a UV-A
light absorber. This method is known to reduce UV reflection and fluorescence emission
(Arnold et al. 2002; Heiling et al. 2005). The solution was evenly spread on the four
wings, with the help of a cotton swab and care was taken to leave a thin coat of the blocker
in each treatment. To provide evidence of the role of UV and pigmentation as age signals,
we used juvenile and mature individuals to compare the behavioural responses. Mature
non-manipulated males and females were used as controls. Summarizing, the presented
models were (N=4 models and N=20 tested individuals in each control and treatment): (a)
Mature male; (b) Mature female; (1) Mature female with the wings painted red (Red
female); (2) Juvenile male; (3) Mature male with UV absorbing solution (UV- male); (4)
Juvenile female; (5) Mature female with UV absorbing solution (UV- female). Each
treatment was compared to its respective control with the Chi-square test with Yates’
correction, as follows: 1 vs. a; 2 vs. a; 3 vs. a; 4 vs. b; 5 vs. b.
Results
Analysis of UV Reflection, Fluorescence Emission and Pigmentation Colours
of the Wings of Males and Females
When the wings of males were imaged in the scanning confocal microscope with UV
excitation at 405 nm, the emission patterns obtained show clearly that auto-fluorescence
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occurs. The emission spectra of the wings with excitation in the near UV at 405 nm are
illustrated in Fig. 2. In the case of female wings, the emission spectrum has only
moderate intensity with a maximum centered near 520 nm. On the other hand, the male
red wing gives a strong emission shifted by more than 250 nm with a maximum in
650 nm. This means that some of the intrinsic fluorophores absorbing at 405 nm can
sensitise the red pigment of the male wing, producing its emission at a longer wavelength. This spectral behavior points to the role of the red pigment in mate recognition
by primary colour and secondary emission patterns.
The results show that the reflectance spectrum of the female with red painted wings (Red
Female) resembles the male reflectance spectrum (Fig. 3a). The reflectance spectrum of
juvenile males is different from the mature male spectrum (Fig. 3b). The results also show
that the UV-absorbing Parsol® applied to male (Fig. 3c) and female wings (Fig. 4a) reduce
the UV reflectance. By comparing juvenile and mature female spectra we notice that wing
reflection decreases with ageing (Fig. 4b). There was no difference between male and female
UV brightness (t = −0.3, p>0.05), but males presented lower values of UV λmax (t = 3.47,
p = 0.013). There was no difference between the red painted wings of females and mature
males wings UV λmax (t = −0.2857, p>0.05) and UV brightness (t = 0.6889, p>0.05).
Mature males had higher UV λmax than juveniles (t = 8.52, p = 0.001) and UV- males (t =
−11.62, p = 0.0003). Mature males also presented higher UV brightness when compared to
juveniles (t = 2.92, p = 0.02) and UV- males (t = 3.91, p = 0.03). Mature females presented
higher UV λmax than juveniles (t = 3.4641, p = 0.02) and UV- females (t = 5.63, p = 0.03).
Mature females had higher UV brightness when compared to juveniles (t = 4.374, p = 0.005)
and UV- females (t = 7.0936, p = 0.0004). The red-orange peak in the juvenile male
spectrum may derive from developing red pigmentation in these individuals.
Behavioural Experiment
The males responded sexually to the control females and aggressively to the control males
(Table 1). The females responded sexually to the control males and mostly neutrally to the
Fig. 2 Emission spectra of male and female wings with excitation at 405 nm
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Fig. 3 The reflectance spectra of the wings of mature male (solid line) and (a) red female, (b) juvenile male
and (c) UV- male (all represented by dashed lines). UV (300–400 nm). Bars represent standard error
control females. This implies that tethering the individuals did not affect the behavioural
responses.
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Fig. 4 The reflectance spectra of the wings of mature female (solid line) and (a) juvenile female and (b)
UV- female (both represented by dashed lines). UV (300–400 nm). Bars represent standard error
As predicted, the territorial males reacted with aggressive displays and the females
responded sexually to females with the wings painted red (Table 1). By applying the UVabsorbing Parsol® (UV- individuals) to the wings of males and females, both territorial
males and females responded mostly with neutral behaviors. The male responses to UVtreatments were significantly different from the responses to control individuals. However, UV- treatment did not affect female response towards other females, but decreased
female reaction to mature males (Table 1). Territorial male response to juvenile males and
females was significantly different from the response to male and female controls. The
female response to juvenile males and females is significantly different from the response
to mature individuals (Table 1).
Discussion
As predicted, our results show the sexual dimorphism in UV reflection and fluorescence in the damselfly M. pudica. After examining the effect of the UV reduction
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Table 1 Reponses by males and females of Mnesarete pudica to males and females with different natural
and manipulated color patterns. P values are given for Chi-square tests with Yates’ correction, used to
compare the results of each treatment with its relative control (1 vs a; 2 vs a; 3 vs a; 4 vs b; 5 vs b)
Male response
Sexual
Aggressive
Neutral
P
a) Mature male
0
15
5
b) Mature female
16
0
4
1) Red female
2
15
3
0.71
2) Juvenile male
1
0
19
0.00004
3) UV- male
0
4
16
0.006
4) Juvenile female
5
0
15
0.001
5) UV- female
5
0
15
0.001
Female response
Sexual
Aggressive
Neutral
P
a) Mature male
16
0
4
b) Mature female
3
6
11
1) Red female
12
0
8
0.3
2) Juvenile male
5
0
15
0.001
3) UV- male
8
0
12
0.023
4) Juvenile female
1
0
19
0.048
5) UV- female
2
0
18
0.06
treatment on courtship and aggressive behavior consistency, the results suggest that
UV may play a role in sexual signalling in this damselfly. In many animal taxa, UV
reflection and fluorescent emission play an important role in intraspecific signalling,
influencing in sexual recognition and mate choice (Pearn et al. 2001, 2003; Arnold
et al. 2002; Mazel et al. 2004; Kemp 2006; Lim and Li 2006, 2007; Lim et al. 2007,
2008; Barreira et al. 2012).
The results also corroborate our second prediction, since the simple addition of a
red pigment to female wings made both males and females take the female models
(red females, with red pigment and UV) as males. Additionally, the results also show
that the combination of UV and male pigmentation is a prerequisite for courtship and
territorial behaviours, since inter and intra-sexual response was lower when the red
pigment was reflecting but UV was decreased (UV- males). Since Odonata is known
to have visual receptors for red light in the region of 600–650 nm matching the
emission spectrum of the male red pigment (see Briscoe and Chittka 2001), red
emission in UV may combine to the pigment reflection to create the visual signal
(e.g. Mazel et al. 2004).
These results corroborate our initial predictions that male red pigmentation, along
with UV and fluorescence emission, may function as signals during territorial fights
and courtship displays. Indeed, evidence suggests that UV may affect the visual
signal by combining with the pigmentation to create other visual effects (Fox 1976;
Farrant 1997), or to accentuate the signal (Bridge and Eaton 2005; Mazel et al. 2004),
also affecting the signal perception by others (Mougeot et al. 2007).
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In terms of the role of pigmentation and UV in age signalling, both juvenile males
and females of M. pudica present a smoky brown/black pigmentation on wings and
reduced UV reflection. The results presented here confirm our initial predictions,
suggesting that juvenile wing pigmentation and UV may function as signals of
development status. The maturation of colouration with age is common in odonates
(e.g. Cordero 1987; Córdoba-Aguilar 1993). In males, the results from the reflectance
spectra seem to indicate that the pigment may be present in the wings of juvenile
males but in a much lower concentration or in an undeveloped stage, that do not allow
a clear definition of the wing colour as occurs in the mature males, resembling the
wing colouration of females (e.g. Calopteryx japonica, Stavenga et al. 2012).
Contreras-Garduño et al. (2008) mentioned that the pigmentation of Hetaerina
americana can take up to 20 days to develop completely. The same may occur in
females that also have pigmented wings. The behavioural experiment results show that
these colouration differences have an influence on age recognition, as observed in other
invertebrates (Lim and Li 2007; Kemp 2006). Hence, both pigment and UV wing
colouration of juveniles may function as an isolation trait. For instance, the colouration
of females may serve to avoid male harassment and inherent costs (Córdoba-Aguilar
2009). For males, the delayed development of colouration may have the same function
as in birds, which has been considered a female mimicry strategy (Rohwer et al. 1980)
and a subordination signal to avoid fights (Lyon and Montgomerie 1986). In M. pudica,
observations suggest that males may try to mate with juvenile males, which never
engaged in a fight (RGF pers. observations).
In conclusion, our study suggests that wing pigmentation, UV reflection and
fluorescent emission in this calopterygid damselfly, may act together in intraspecific communication by creating visual signals of sex and age, potential prerequisites for mate recognition, courtship behavior and territoriality. Since colourful
signals are usually sexually selected, and there are evidences that male wing pigmentation is a condition-dependent ornament (Contreras-Garduño et al. 2008; CórdobaAguilar et al. 2003) that has an influence on mate preference in calopterygid
damselflies (Siva-Jothy 1999), UV reflection and fluorescent emission may also have
a role in quality signaling (e.g. Schultz and Fincke 2009).
Wing colouration, along with the trichromatic capability of odonate compound
eyes (Bybee et al. 2012), has transformed wings into visual communication signals,
which carry information for conspecifics that are able to interpret them. Studies in
other invertebrates have shown that structural colour patterns, iridescence and UV
reflection can be condition-dependent (i.e. nutritional status) signals directed to cospecifics (Kemp and Rutowski 2007; Lim and Li 2007). These UV signals may then
indicate individual quality and reproductive status, influencing female mate choice
(Kemp 2007), and mate and age recognition (Lim and Li 2006, 2007).
In Odonata, the structures responsible for UV are probably wax crystals and
filaments that may reflect UV light (e.g. Gorb 1999; Gorb et al. 2000) and resilin
that is excited under UV and emits fluorescence (Gorb 1999; Appel and Gorb 2011).
Recently, Kuitunen and Gorb (2011) found that inter-male variations may occur in
cuticular wax coverage in Calopteryx splendens (Harris 1782) and C. virgo (Linnaeus
1758). Considering that wing structures, such as wax coverage (lipids) and resilin
(protein), may imply physiological costs to the organism and that their good condition
may be necessary for wing waterproofing and mechanical properties, flight,
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J Insect Behav
thermoregulation and communication (Gorb et al. 2000, 2009), UV reflection and
fluorescence can also be a condition-dependent signals in odonates, with possible
influence on male longevity, territorial status and mating success.
As it has been shown for butterflies and spiders (Lim and Li 2007; Kemp and
Rutowski 2007), odonates may also be a model for the study of the role of UV
reflectance and fluorescence in invertebrate communication. Different components in
colour patterns of these damselflies may have been selected to enhance signal output
(Endler 1990), to contain different kinds of information (Grether et al. 2004) and
exhibit different functions (Rutowski et al. 2010). Thus, future studies should address
these aspects of UV signals in Odonata and other invertebrate groups, since there is
recent evidence of the condition dependence of UV colouration (Lim and Li 2007;
Kemp and Rutowski 2007) and its role in mate choice (Kemp 2007; Detto and
Backwell 2009).
Acknowledgments We acknowledge Ana Carolina Vilarinho for field assistance. We thank Gregory Grether
for valuable comments on the manuscript. RGF thanks CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de
nível Superior) for financial support. MHG thanks FAPESP (São Paulo Research Foundation) for financial
support (projects 4617–6 and 8399–9) that allowed buildup of the fluorescence confocal microscope, and
Professors Dr Johan Hofkens and Dr Kris P. F. Janssen for the use of the SIS software from MDS Laboratory
of Department of Chemistry of Katholieke Universiteit Leuven. EMT and AM thanks to FAPEMIG (Minas
Gerais Research Foundation), CAPES, CNPq (National Counsel of Technological and Scientific Development)
and nanobio/INCT (National Institute of Science and Technology). PCB thanks to FAPESP (04/09711-8; 09/
53233-7; 12/21196-8) and to CNPq (477349/2007-2; 301652/2008-2; 30757712011–2) for continuous support.
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DOI 10.1007/s10211-012-0122-4
ORIGINAL PAPER
Male and female interactions during courtship
of the Neotropical damselfly Mnesarete pudica
(Odonata: Calopterygidae)
Rhainer Guillermo-Ferreira & Pitágoras C. Bispo
Received: 14 July 2011 / Revised: 19 November 2011 / Accepted: 3 February 2012
# Springer-Verlag and ISPA 2012
Abstract The courtship behavior in calopterygid damselflies is well documented; however, the behavior of the large
Neotropical genus Mnesarete is still unknown. Thus, here
we present the first description of male–female interactions
in Mnesarete pudica, a common damselfly in the Neotropical
Savanna. The male–female interactions were composed of
courtship displays, mounting, and chasing. The courtship
behavior lasted 5.23±1.65 s and is very different from other
calopterygids, consisting of hovering flights and the cross
display made in front of females rather than on the oviposition
site. The arrival and presence of females on a male territory are
not sufficient to initiate sexual interactions; the male usually
interacts with the female only after a patrolling flight. The
females may present three distinct behaviors in response to
Electronic supplementary material The online version of this article
(doi:10.1007/s10211-012-0122-4) contains supplementary material,
which is available to authorized users.
R. Guillermo-Ferreira
Departamento de Biologia, Faculdade de Filosofia,
Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo,
Ribeirão Preto,
São Paulo, Brazil
R. Guillermo-Ferreira : P. C. Bispo
Departamento de Ciências Biológicas,
Faculdade de Ciências e Letras de Assis,
LABIA–Laboratório de Biologia Aquática,
Universidade Estadual Paulista,
Assis, São Paulo, Brazil
e-mail: [email protected]
R. Guillermo-Ferreira (*)
Departamento de Ciências Biológicas,
Faculdade de Ciências e Letras de Assis–UNESP,
LABIA–Laboratório de Biologia Aquática,
Av. Dom Antônio, 2100,
19.806-900 Assis, SP, Brazil
e-mail: [email protected]
male approach: (a) warding off signal (31.53%), (b) escape
(28.83%), (c) and wing flipping (39.64%), which seems to
stimulate male courtship. Females also may sit still, which
induces males to react as if females were signaling they are
willing to mate. In this paper, we also suggest that male
courtship behavior is mediated by female signals.
Keywords Reproductive behavior . Mnesarete .
Calopterygidae . Odonata . Mate choice
Introduction
Courtship behavior is an important trait for reproductive
success in many animal taxa (Andersson 1994). Sexual
selection theory considers that male and female perspectives
in sexual interactions may differ (Thornhill and Alcock
1983). These interactions often involve intersexual signals,
which regulate the investment of males and females.
Males, for example, have to perceive female receptivity
to concentrate efforts in potentially successful interactions
(Bonduriansky 2001; King et al. 2005) since courting a nonreceptive female would imply a waste of time and energy
(Hoefler 2008). Females usually signal their receptivity by
several ways, among which we may cite acoustic signals (e.g.,
Wirmer et al. 2010), pheromones (e.g., Maxwell et al. 2010),
and mechanical signals (e.g., Waage 1984). In species with
elaborate courtship behavior, females often exhibit unique
signals to stimulate courtship (e.g., displays by female collared lizards, Baird 2004), demonstrate receptivity to mounting (e.g., Calopteryx damselflies, Waage 1984), or even to
show non-receptivity (female whitespotted sawyer, Hughes
and Hughes 1985). Furthermore, males modulate courtship
behavior according to these female signals (e.g., Waage 1984;
Patricelli et al. 2002). For example, male satin bowerbirds
acta ethol
(Ptilonorhynchus violaceus) increase display intensity according to female crouching intensity (Patricelli et al. 2002).
In Odonata, male courtship behavior is well studied
(Corbet 1999). The calopterygid damselflies are an intriguing
group due to their complex behavioral displays and mating
strategies (reviewed by Cordoba-Aguilar and Cordero 2005).
The courtship behavior varies greatly among the species,
going from simple hovering flights in Phaon to elaborated
courtship displays in Calopteryx, Vestalis, and Mnais
(reviewed by Cordoba-Aguilar and Cordero 2005) and
Neurobasis (Kumar and Prasad 1977; Günther 2006).
In calopterygids, males are usually territorial, defending
oviposition sites and engaging in aerial contests for territories
(Waage 1988; Córdoba-Aguilar 2000; Guillermo-Ferreira and
Del-Claro 2011). This group also presents a remarkable wing
pigmentation, which plays an important role in the complex
behavioral displays exhibited during male courtship and territorial contests (Cordoba-Aguilar and Cordero 2005). This
wing pigmentation is a condition-dependent ornament that
correlates with male fat reserves and immunocompetence
(Koskimaki et al. 2004; Contreras-Garduño et al. 2006) and
also influences on male–male competition (Grether 1996) and
female mate choice (Siva-Jothy 1999).
Although the behavior of Nearctical and Palearctical
species is well documented, the behavior of large tropical
groups like Mnesarete, Sapho, and Umma is still unknown.
Such behavioral studies may provide valuable information
about the evolution and ecology of this group, as well as
useful data for the distinction of taxonomic groups. For
example, since there are insufficient morphological characters that separate the genus Mnesarete from Hetaerina
(Garrison 2006), which presents no courtship behavior
(Guillermo-Ferreira and Del-Claro 2011; Cordoba-Aguilar
and Cordero-Rivera 2005), behavioral studies of other
Mnesarete species may present a possible trait that can
separate both genera. Indeed, Garrison (2006) predicted that
differences in courtship patterns would eventually be found
to exist between Hetaerina and Mnesarete.
Therefore, the objective of this study was to make the first
description of male–female interactions in a Mnesarete species. We then present the case of Mnesarete pudica, describing
male–female interactions, with special attention to the role of
female signals on the stimulation and discouragement of male
courtship and mounting behaviors. The behavior of M. pudica
is also compared with the current data for other calopterygids
and pertinent issues are discussed.
Materials and methods
M. pudica is a common damselfly in southeastern Brazil
(Costa 1986), and the males of this species are easily recognized by the bright red wing pigmentation (Costa 1986;
Garrison 2006). All Mnesarete species are confined to South
America (Garrison 2006). We conducted our study of M.
pudica in one stream at the Ecological Reserve of the
“Clube de Caça e Pesca Itororó de Uberlândia”,
Uberlândia, State of Minas Gerais, Brazil (15°57′S, 48°12′
W; altitude 863 m; 640 ha) in March and July 2010, and in
another stream in a farm located in Assis, State of São
Paulo, Brazil (22°38′S, 50°27′W; altitude 522 m) in July
2010. We made 30 h of behavioral observations from 1000
(when males begin to fight and court females) to 1500 hours
(when sexual and fighting activity declines). After this time
of the day, the damselflies tend to remain immobile (Costa
1986).
To describe courtship behavior, we used the sequence sampling method (Altmann 1974), which consists of behavioral
observations focused on the description of behavioral sequences. When a male–female interaction began, we noted the
sequence of behaviors exhibited by both males and females
until the end of the interaction. The classification of the courtship behavior (N0111 male–female interactions) was made
according to the following categories: (1) courtship flight
(Heymer 1973), when the male hovers in arc in front of the
female; (2) cross display (Waage 1973), the male perches and
spreads his wings forming an “X”; and (3) float display
(Gibbons and Pain 1992), when the male falls to the water
and floats with the current. Following Waage (1973) and
Robertson (1982), we elaborated flow charts to describe
male–female interactions based on 111 behavioral sequences
observed using the sequence sampling method. Video recordings (Sony handycam) were used to record male courtship for
the description of male and female wing movements. Data for
male and female behavioral sequences come from direct observation. A hand chronometer was used to measure the duration of 52 courtship displays.
To study the intersexual signals during male–female
interactions, we tethered live females to a line using Duco
cement (e.g., Fincke 1994). The line was then glued to a 20cm wood stick (e.g., Miller and Fincke 1999), and finally,
the females were presented to males at the stream by holding
and gently waving the stick in front of them. The line was
around 2 cm long so that females could move freely but
could not fly. The stick was held by one of the observers,
who kept the stick around 5 cm away from the male. This
method is widely used in Odonata behavioral studies, and it
is established as a non-interfering technique to assess female
normal behavior.
The males approached the tethered female, and both the
female behavior and the corresponding male behavioral
response were recorded. Following Waage (1984), we identified three different female signals: (a) wing spread, when
the female spreads the four wings, raises the abdomen, and
keeps this position until the male retreats, which is a rejection
signal, (b) wing flipping, when the female flaps her wings
acta ethol
several times in rapid succession, which is a receptivity signal,
and (c) sit still, which is a neutral signal. Males usually react to
female sitting still as if they were inviting copulation (e.g.,
Calopteryx maculata, Waage 1984).
To simulate female signals, we made a series of manipulations. To simulate a female sitting still, we presented three
females with their wings glued to avoid them to spread or flip
the wings. We also presented six other females with their wings
free, which could display both wing spread and wing flipping.
Each of the females was presented to only three different
males. After the experiment, we had a final number of 11 male
responses to females sitting still (9 manipulated and 2 natural
events), 5 male responses to females that presented the wing
flipping display, and 11 male responses to female wing spread
display. Male behavior was classified as: (a) stop, when the
male approached or even grabbed the female but then
retreated, (b) courtship, when the male courted the female,
and (c) tandem, the male assumed the tandem with the female.
The difference between male responses to female signals was
compared using the G test in the software Statistica 9.0.
Results
Male courtship behavior and female response
to male courtship
The males and females are usually found at the water, but
some individuals were found fighting and courting up to 5 m
away from the stream margins. When a female approaches a
territory, the male usually does not respond until patrolling
the territory, when the male finally flies towards the female
and approaches her. With a male approach, the female may
immediately present three distinct behaviors: (a) the females
spreads her wings in a refusal display (35/111, 31.53%),
which makes the male retreat; (b) the female leaves her
perch and escapes from the male (32/111, 28.83%), or (c)
the female starts to flap her wings rapidly (44/111, 39.64%),
which leads the male to give his full courtship display as
shown in the video (Electronic supplementary material 1).
The courtship display starts with the (1) courtship flight;
however, the male does not hover in arc in front of the
female (like other calopterygids do), but flies rapidly in
circles around the female (Fig. 1). After the courtship flight,
the male perches near the female and spreads his wings
(Fig. 2a), swinging the body alternatively to the right and
to the left (Fig. 2b) and occasionally spinning around the
perch while holding it (N05). This behavior may be considered the (2) cross display in this species. The male
usually repeats this sequence of courtship flight and cross
display for up to five consecutive and uninterrupted times to
the same female. At no time did we observe a (3) float
display. After the courtship display, if the female sits still,
Fig. 1 A male M. pudica hovering around a female and showing his
wings. The male is represented by the dark winged damselfly and the
female by the clear winged damselfly. The arrows indicate the male
movements and the line the female perch. The wing positions during
the flight were determined by analyzing video footage
the male grabs the female wings and clasps her prothorax
with his abdominal appendages to form the wheel position.
This display lasts 5.23±1.65 s (N052; range, 1–9 s), and
the male usually stops courting the female and stays immobile on the same perch occupied by the female. The male
may also try to mount and chase the female without any
courtship. The male–female encounters (Fig. 3) may be
divided into: (a) type I, when the encounter initiates with
the male finding a female after patrolling the site; (b) type II,
when a male tries to mate with a female during a territorial
contest; (c) type III, when the female lands and the male
approaches. Of the 111 courtship events observed, 93 were
classified as type I, 12 as type II, and 6 as type III. Interestingly
Fig. 2 The male M. pudica perches near the female and spreads his
wings (a), swinging from the middle of the perch to the left and to the
right, while the female flaps her wings (b). The male is represented by
the dark winged damselfly and the female by the clear winged damselfly. The line represents the perch
acta ethol
Fig. 3 Flow chart for male–female encounters in M. pudica: type I,
male patrols and finds the female; type II, during a male–male contest,
the male interacts with the female; type III, the female lands on the
territory and the male approaches. Squares indicate male actions and
circles, female actions. The flow is from left to right, and the numbers
in the lines and the relative thickness of the lines indicate the number
and percentage of encounters following a particular pathway. Numbers
within the symbols indicate the number of times that the event occurred. CHS Chase female, COP copulation, CRT courtship, FGT
male–male fighting, FLP female wing-flipping display, LND female
lands on the territory, LVE female leaves the territory, MNT the male
tries to mount the female, PTR patrol the territory, STP the male stops
courting the female, and X the female spreads her wings in a refusal
display
though, in such a vast number of courtships only two copulations could be observed, and these females did not oviposit
inside the territory, being released by the male right after
copulation. As for the males, they returned to their territory,
fighting rival males and courting females. One male was
observed to court the female he had just mated five consecutive times. We found no ovipositing female, and seven males
defended areas with no apparent oviposition resource. Other
two males defended a site 5 m away from water, and they were
still visited by females.
Discussion
Male response to female signals
Male responses differed according to female signals (G test,
df04, p<0.0001). Six males grabbed those females whose
wings were immobilized without any courtship attempt and
assumed the tandem, while the other three males retreated
(Table 1). Five females with free wings made the wingflipping display and were courted by males. None of the
courtships proceeded to tandem. Eleven females made the
wing-spread display, leading ten males to retreat and one to
assume the tandem. Two females with free wings sat still,
leading males to assume the tandem.
The courtship behavior in M. pudica can be considered as
complex as the behavior of related species such as C. maculata (Johnson 1962; Waage 1973), Calopteryx aequabilis
(Waage 1973), Calopteryx virgo (Pajunen 1966), Calopteryx
haemorrhoidalis (Cordoba-Aguilar 2000), Calopteryx dimidiata (Waage 1988), and Calopteryx amata (Meek and
Herman 1990). In these species, the males also show the
wings to females during courtship. However, M. pudica males
present certain differences that must be considered: (1)
Calopteryx males fly in arc in front of the females, while M.
pudica fly in circles around the female; (2) Calopteryx males
make the cross display perching or hovering over the oviposition site, while M. pudica makes it perched near the female,
Table 1 Male responses (stop, tandem, and courtship) to female
signals (wing flipping, wing spread, and sitting still) in M. pudica
Wing flipping
Wing spread
Sit still
Stop
Tandem
Courtship
0
10
3
0
1
8
5
0
0
acta ethol
spreading his wings in front of her; (3) in Calopteryx, there is
the float display, that we did not observe in M. pudica; (4) in
C. maculata (Waage 1973) and Platycypha caligata
(Robertson 1982), the courtship initiates mainly when the
male intercepts the female, while in M. pudica the courtship
initiates when the male patrols the territory and finds a female
perched inside it.
Interestingly, the males court the female after patrolling
or fighting. The females may spend hours perched near a
male, and he does not court them until he flies in a patrol or
engages in a fight. This suggests that males only court
females when they fly in search for them. After courtship,
the male just stops courting the female with no apparent
reason in most cases, and does not proceed to copulation,
which is also different from other species with high mating
rates (e.g., Waage 1973, Cordoba-Aguilar 2000).
We also observed males courting the same female several
times during the day. Some studies suggest that in species
where male courtship has multiple traits, females require
repeated displays to assess male quality (Borgia 1995;
Sullivan 1994; Patricelli et al. 2002). Thus, repeated courtship in M. pudica may occur because females need cumulative input signals from males to exert mate choice.
During the cross display, M. pudica males swing to the
right and to the left, a behavior that has never been observed
in Odonata. Because the wing color reflection may vary
with angle of view (Schultz and Fincke 2009), we suggest
that this behavior could be interpreted as an adaptation to
enhance the output of the color signal according to the
female angle of view and sunlight direction, similar to the
adaptation that occurs in peacocks (Dakin and Montgomerie
2009).
Sexual selection may favor the ability to adjust courtship
effectively in response to female behaviors (Patricelli et al.
2006). In this scenario, females provide information for
males about their willingness to mate and male courtship
effectiveness, and males use this information to enhance
their reproductive success (West and King 1988; Patricelli
et al. 2002, 2006).
Male courtship behavior in M. pudica seems to be dependent on female signals. The results showed that females
flip their wings to stimulate male courtship. Without the
wing-flipping display, the males tend to grab the females
without previous courtship and assume the tandem, similar
to what occurs in C. maculata (Waage 1984). The males
also avoided interactions when the females made the wingspread display, just like in Calopteryx (Waage 1984). These
results corroborate Waage (1984) and show how male and
female behavior may have co-evolved to create mutual
signals of attraction and repulse.
Since females suffer from male harassment and forced
copulations, which decrease female longevity (CordobaAguilar 2009) and prevent females from assessing mates,
selection should favor females that exhibit behaviors that
regulate male courtship and mounting attempts. Thus, we
suggest that in M. pudica selection may have favored a
display that signals female receptivity to courtship but not
to copulation, which avoids forced copulations but does not
repulse potential mates (e.g., Patricelli et al. 2004). Through
this signal, females have the opportunity to assess male
quality and exert mate choice. Male courtship would then
evolve in response to this female signal in a way they could
show their quality to females.
The fact that M. pudica has a complex courtship behavior is
surprising since the close related genus Hetaerina (Garrison
2006) presents no courtship behavior (Guillermo-Ferreira and
Del-Claro 2011; Cordoba-Aguilar and Cordero-Rivera 2005).
Therefore, as Garrison (2006) predicted, behavioral studies of
other Mnesarete species may present a possible trait that
can separate both genera, if they also present such complex
behaviors like M. pudica. The study of other Neotropical
Mnesarete and Hetaerina species may also provide important
data on the evolution of courtship behavior and male–female
signals in Calopterygidae.
Acknowledgments We acknowledge Ana Carolina Vilarinho for
field assistance. RGF thanks CAPES for the financial support. PCB
thanks FAPESP (04/09711-8; 09/53233-7) and CNPq (477349/2007-2;
301652/2008-2) for the constant support. We thank Ricardo Cardoso
Leite, Aurélio Fajar Tonetto and Sérgio H. R. Batista for valuable
comments on the manuscript.
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ISSN 1175-5326 (print edition)
Article
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urn:lsid:zoobank.org:pub:7F10C3CC-F9BF-4A49-A4A3-34AAF755C48C
Description of the larva of Mnesarete pudica (Hagen in Selys, 1853)
(Odonata: Calopterygidae) and notes on known genera of South American
Calopterygidae larvae
RHAINER GUILLERMO-FERREIRA1,2 & PITÁGORAS C. BISPO2
1
Departamento de Biologia, Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto,
São Paulo, Brazil. E-mail: [email protected]
2
Departamento de Ciências Biológicas, Faculdade de Ciências e Letras de Assis, Universidade Estadual Paulista, Assis, São Paulo,
Brazil. E-mail: [email protected]
Abstract
The final instar larva of Mnesarete pudica is described and illustrated based on reared specimens collected in Brazil. This
species can be distinguished from others by presenting: a) five palpal and three premental setae; b) no posterodorsal hooks
on abdominal segments; c) lateral spines only in S9-10. M. pudica is compared to other South American calopterygids and
biological notes are presented.
Key words: dragonfly, damselfly, nymph, naiad, taxonomy, Brazil, neotropical
Introduction
Damselflies of the family Calopterygidae present a wide distribution and are commonly associated with running
waters. Adults are known by their colorful wings and complex sexual and territorial behaviors (Cordoba-Aguilar &
Cordero-Rivera 2005). The family is represented by approximately 18 genera, of which five occur in South America.
The two larger genera of Calopterygidae from South America are the New World genus Hetaerina Hagen in
Selys and the exclusively South American genus Mnesarete Cowley (Garrison, 1990; 2006). The morphological
discrimination between these two genera has been difficult, causing taxonomic confusion (Garrison 1990, 2006). In
a recent revision of South American Calopterygidae, Garrison (2006) solved many taxonomic issues of Mnesarete
taxonomy and described two new genera: Ormenophlebia and Bryoplathanon. However, although larvae of several
Hetaerina have been studied (Geijskes 1943; Santos 1970ab, 1972; De Marmels 1985; 2007; Pessaq and Muzón
2004), the final instar larva of only one Mnesarete, M. grisea (Ris), has been described (Garrison 2006).
As Mnesarete comprises 27 species, many of which are known from Brazil and may be sympatric with the
other calopterygid genera (Garrison 2006), difficulties may arise in correctly applying names to larvae in taxonomic and ecological studies. Garrison (2006) was unable to reliably define generic traits to larvae assigned to
three genera: Hetaerina, Mnesarete, and Ormenophlebia. Thus, descriptions of larvae of Mnesarete, Ormenophlebia, and Bryoplathanon are needed to better understand their taxonomy and to fashion a key for South American
Calopterygidae larvae.
Hence, in this paper, we describe the final instar larva of M. pudica (Hagen in Selys), a common damselfly
from southern Brazil, and present biological and taxonomical notes.
Methodology
Last-instar larvae were collected at a first-order stream in Assis, São Paulo, Brazil (22º38’S, 50º27’W; altitude 522
m) by RGF and are deposited in the Aquatic Insects Collection of the Aquatic Biology Laboratory (FCLA, State
Accepted by D. Paulson: 18 May 2012; published: 13 Sept. 2012
77
University of São Paulo). Relationship between adult and larvae was ascertained by rearing last instar larvae in the
laboratory. Exuviae were preserved in 80% alcohol, and molted adults were placed in plastic containers allowing
hardening of the exoskeleton. Mandibular formulae follow Watson (1956). Abdominal segments are given as
S1–10; all measurements are in mm.
Results and discussion
Mnesarete pudica (Hagen in Selys, 1853)
(Fig. 1)
Material examined. Assis, São Paulo, Brazil (22º38’S, 50º27’W; altitude 522 m); 1♂ and 4♀ (reared), 13/III/
2011; 2♂ and 1♀ exuviae.
Measurements (mm, N=5).
Total length (without caudal lamella; measurements taken dorsally): 14.02±1.1. Head: head length: 2.17±0.2
from labrum to occiput, head width: 3.2±0.11; prementum length: 3.19±0.25 along midline, prementum maximum
width: 2.07±0.012, outer premental seta: 0.2. Thorax and legs: inner wing pads length: 4.16±0.13, outer wing pads
length: 3.67±0.48; femur I1: 2.76±0.21; femur II2: 3.29±0.26; femur III3: 4.01±0.36; tibia 1: 3.01±0.19; tibia 2:
3.6±0.19; tibia 3: 4.08±0.26. Abdomen: total length: 8.24±1.29; S9 length: 0.65±0.08; S10 length: 0.66±0.09; cerci
length: 0.24; female gonapophyses length: 1.05±0.13; lateral caudal lamella length: 6.23±0.5, width: 1.33±0.07.
Description of final instar larva. Head: with rounded posterolateral margin and postocular tubercle; occiput
concave (Fig. 1a), 2.25 times wide as long at its widest point; antenna seven segmented (Fig. 1b), first the longest,
1.83 longer than head; relative size of antennomeres: 1, 0.3, 0.2, 0.1, 0.06, 0.06, 0.06; labium with three premental
setae on each side of cleft (Fig. 1c), one longer than the other two; exterior margin of ligula serrated; anterior margin of labial palp with three well developed and strongly incurved hooks (Fig. 1d), the inner one smallest; movable
hook as long as external margin of palp; two large and three minute palpal setae; prementum when appressed
extending to middle of second thoracic segment between mesothoracic coxae. Laccinia with six teeth (Fig. 1e).
Mandibular formula: L 12345 x a(m1234)b/R 12345 y ab (Fig. 1f,g). Thorax: pronotum with one prominent midlateral projection on each side (Fig. 1h); wing pads extending to middle of S4 (Fig. 1i). Legs: with two dark bands
on femur and tibia; no setae on femur, two mid-dorsal spines and several small setae on posterior edge of tibia (Fig.
1j). Abdomen: tan with posterior transversal darker stripes; no posterodorsal hooks on abdominal segments (Fig.
1i), a middorsal spined projection on S10 forming a ridge (Fig. 2a,b), lateral spines on S9-10 (Fig. 2c); female
gonapophyses not reaching distal margin of S10 (Fig. 2b); male cercus cultriform and slightly curved downward
(Fig. 1i, 2a); female cercus conical and not curved (Fig. 2b); lateral lamella lanceolate, triquetral, with spines along
margins (Fig. 2d); central lamella foliaceous with rounded apex, not triquetral, with setae-like spines along margins
(Fig. 2e).
Biological notes. Larvae were collected in rapid flow streams, clinging to submerged grassy vegetation.
Adults were also found at the stream. Both males and females aggregated on surrounding vegetation. Although
adults can be found throughout the year, greater numbers of adults and last-instar larvae were found in March and
April, possibly indicating a reproductive season immediately following the rainy season. Males of this species
present broad wings covered by a red pigment, used in a remarkable courtship display when males show their colorful wings to females (Guillermo-Ferreira & Bispo 2012).
Taxonomic notes. Mnesarete pudica larva differs from other South American calopterygids (with the exception of Hetaerina cruentata) in lacking lateral spines on S8. The combination of five palpal and three premental
setae serves to differentiate this species from other calopterygids. Heckman (2008) diagnosed larvae of the genus
Mnesarete by the presence of lateral spines on S8-10, which do not occur in M. pudica and thus cannot be used as a
generic trait. We suggest that this genus may be diagnosed by the combination of the following characters: first
segment of antenna not armed with setae and shorter than head and prothorax combined; and no posterodorsal
hooks on S4–9. Since there are no remarkable characters that separate South American calopterygid genera, we
present some comments that may help on the identification of the most common species.
Comments on final instar larvae of South American Calopterygidae genera. Morphological data for this
note were extracted from the following descriptions: Hetaerina (H. caja, Geijskes 1943; H. medinai, De Marmels
78 · Zootaxa 3482 © 2012 Magnolia Press
GUILLERMO-FERREIRA & BISPO
2007; H. rosea, Pessaq & Muzón 2004); Iridictyon (I. trebbaui, De Marmels 1992); Ormenophlebia (O. imperatrix,
Garrison 2006); Mnesarete (M. grisea, Garrison 2006; M. pudica, this paper).
When comparing the larvae of M. pudica and M. grisea with Hetaerina larvae, we notice that these genera can
be distinguished by the presence of setae on the first segment of the antenna in Hetaerina.
FIGURE 1. Mnesarete pudica, final instar larva. (A) head, dorsal view; (B) antenna; (C) labium, dorsal view; (D) labial palp;
(E) laccinia, ventral and lateral views; (F) left mandible, inner view; (G) right mandible, inner view; (H) pronotum, dorsal view;
(I) lateral view of abdominal segments 4–10; (J) tibia.
MNESARETE PUDICA LARVA
Zootaxa 3482 © 2012 Magnolia Press ·
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FIGURE 2. Mnesarete pudica, final instar larva. (A) caudal view of male S10 showing spines and cerci; (B) lateral view of
S8–10 showing female gonapophyses and cercus; (C) ventrolateral view of lateral carinae of S7–10 and male gonapophyses;
(D) lateral lamella, with detail of part of border; (E) central lamella, with detail of part of border.
Iridictyon larvae present the following characters that are not present in Mnesarete: meso- and metathoracic
legs extending beyond apex of abdomen (CAUTION: check to see that abdominal segments are not collapsed or
telescoped into each preceding segment); first antennal segment approximately as long as head and prothorax.
Ormenophlebia imperatrix larva presents posterodorsal hooks on S4-S9, which cannot be found on Mnesarete
larvae.
These notes may be useful to identify the most common species in South America until a revision and a definitive key can be provided with sufficient data.
Acknowledgements
We thank Dr. Rosser W. Garrison, Dr. Natalia von Ellenrieder, Dr. Dennis Paulson and an anonymous referee for
valuable comments. RGF thanks CAPES for financial support. PCB thanks FAPESP (04/09711-8; 09/53233-7) and
CNPq (477349/2007-2; 301652/2008-2) for constant support.
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GUILLERMO-FERREIRA & BISPO
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MNESARETE PUDICA LARVA
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