Dissertação/Tese HISTÓRIA EVOLUTIVA DA VEGETAÇÃO EM ECÓTONE SAVANA-FLORESTA: perspectivas para flutuações e variações climáticas - PPGCF

Flutuações climáticas de períodos geológicos dinâmicos do Quaternário moldaram a diversidade de espécies e suas histórias demográficas nas transições de Savana-Floresta da América do Sul. No entanto, vivenciamos um cenário de “emergência climática”, intensificado pelas atividades antrópicas de emissão de gases de efeito estufa e novos sistemas de uso da terra. Nesse contexto, a sobrevivência das espécies no futuro pode ocorrer por meio de uma combinação de três processos principais: rastrear habitas adequados, tolerar condições dentro de suas características ecológicas e/ou adaptar-se às novas condições por meio de evolução rápida. Portanto, para previsões mais precisas da resposta dos ecossistemas a este cenário de mudanças, é fundamental entender a influência de fatores contemporâneos e pretéritos sobre padrões de distribuição da vegetação. Assim, nesta tese utilizamos diferentes abordagens para compreender processos evolutivos da flora arbórea atual de Savanas e Florestas Sazonais, bem como suas flutuações durante mudanças climáticas na Reserva da Biosfera da Serra do Espinhaço (RBSE), sudeste do Brasil. Os artigos estão estruturados em ordem crescente na escala de tempo (Figura 1). No Artigo Científico I, utilizamos proxies bioindicadores fósseis (principalmente fitólitos) para rastrear mudanças da vegetação em resposta ao clima pretérito. No Artigo Científico II investigamos os padrões de estrutura e diversidade filogenética da flora arbórea e sua relação com o ambiente e clima atual. No Artigo Científico III identificamos a composição funcional de cada vegetação e existência de conservadorismo filogenético. Por fim, no Artigo Cientifico IV, utilizamos modelagem preditiva para identificar áreas ambientalmente adequadas para distribuição deste ecótone em diferentes cenários. No geral, demonstramos que numa porção da RBSE não houve mudanças nos limites entre Savana-Floresta durante o Holoceno, apenas redução na cobertura da vegetação no período prolongado de seca. Esta influência da disponibilidade hídrica (via clima e solo), associada à processos históricos, também foi verificada como determinante para os padrões de diversidade evolutiva da vegetação. Também encontramos que florestas e savanas divergiram em termos estrutura filogenética e composição funcional. Ainda, verificamos que espécies florestais foram governadas por estratégias ecológicas (compatíveis com áreas úmidas) evolutivamente conservadas. Corroborando à estes resultados, projeções futuras sugeriram que estas formações tendem a retrair para zonas de maior precipitação e menor temperatura na RBSE, porém sem perdas extensivas de áreas até o final deste século. Tais achados reforçam a importância das áreas ecotonais como refúgio climático, fundamentais para manutenção dos processos de evolução e fluxo gênico ao longo do tempo. Além disto, demonstramos que cada formação é única, sendo responsáveis por salvaguardar diferentes componentes da biodiversidade numa mesma paisagem. A abordagem desta pesquisa traz, portanto, importantes resultados para fomentar o delineamento de ações prioritárias para conservação in situ de savanas e florestas, garantindo sua valiosa diversidade biológica e serviços ecossistêmicos no futuro.

Climatic fluctuations of dynamic Quaternary geological periods shaped the diversity of species and their demographic histories in the savanna-forest transitions of South America. greenhouse effect and new land use systems. In this context, the survival of species in the future can occur through a combination of three main processes: tracking suitable habitats, tolerating conditions within their ecological characteristics, and/or adapting to new conditions through rapid evolution. Therefore, for more accurate predictions of ecosystem response to this changing scenario, it is essential to understand the influence of contemporary and past factors on vegetation distribution patterns. Thus, in this thesis we use different approaches to understand evolutionary processes of the current arboreal flora of savannas and seasonal forests, as well as their fluctuations during climate change in the Espinhaço Range Biosphere Reserve (RBSE), southeastern Brazil. The papers (chapters) are structured in ascending order on the time scale (Figure 1). In Scientific Paper I, we used fossil bioindicator proxies (mainly phytoliths) to track vegetation changes in response to past climate. In Scientific Paper II we investigated the patterns of structure and phylogenetic diversity of arboreal flora and its relationship with the current environment and climate. In Scientific Article III we identified the functional composition of each vegetation and the existence of phylogenetic conservatism. Finally, in Scientific Paper IV, we used predictive modeling to identify environmentally suitable areas for the distribution of this ecotone in different scenarios. Overall, we demonstrate that in a portion of the RBSE there were no changes in the savanna-forest boundaries during the Holocene, only a reduction in vegetation cover in the prolonged dry period. This influence of water availability (via climate and soil), associated with historical processes, was also verified as a determinant for the evolutionary diversity patterns of vegetation. Such patterns diverged between savannas and seasonal forests, which demonstrated a dichotomy in relation to phylogenetic structure (random versus clustered) and functional identity. While savannas showed evolutionary lability for most traits, forest species were governed by evolutionarily conserved ecological (wetland-compatible) strategies. Corroborating these results, future projections suggested that these formations tend to retract to zones of higher precipitation and lower temperature in the RBSE, but without extensive loss of areas until the end of this century. Thus, we reinforce the importance of the ecotonal areas of the RBSE as a climatic refuge, fundamental for the maintenance of the processes of evolution and gene flow over time. In addition, we demonstrate that each formation is unique, being responsible for safeguarding different components of biodiversity in the same landscape. The approach of this research brings, therefore, important results to foment the design of priority actions for the in situ conservation of savannas and seasonal forests, guaranteeing their valuable biological diversity and ecosystem services in the future.