Benefits from ants to plants with a special scrutiny on protection against herbivory: a revisit on the Cecropia-Azteca system

Abstract

Mutualism and herbivory are antagonic ecologic relations. Mutualism is an interaction with mutual benefits for the involved species. Herbivory, on the other hand, is a predation interaction, in which a herbivore species benefits feeding on a usually impaired plant. Both interactions are found in myrmecophytic systems. In such mutualistic systems, plants offer shelter and food to ants, that, in exchange, benefit plants through many mechanisms, being herbivory protection the most evident. In parallel, plants can also use other strategies, like the production of chemical compounds and morphological structures. Moreover, plant physical and physiological responses to herbivory can change throughout its development. Our aim was to investigate all the known potential benefits from ants to plants. In addition, we addressed the effects of herbivory on plant growth along its ontogenetic development. Through an long-term experiment, we monitored Cecropia glaziovii individuals during 54 months. We collected data monthly on plant growth, herbivory, nutrition, investiment in chemical and physical defenses and colonization by ants. We showed here that Azteca muelleri ants benefit their host plants growth via protection against herbivores and pathogens, nutrition and energy saving from other defensive strategies. Moreover, herbivory only impairs plants in the phase after the ant colonization. Here, we conclusively demonstrate the beneficial effects of ants to plants, beyond the classic herbivory protection. In addition, we showed that plant ontogenetic stage is determinant to its response to herbivory.

Mutualismo e herbivoria são relações ecológicas com características distintas. Enquanto o mutualismo é uma interação que gera benefícios mútuos para as espécies envolvidas, a herbivoria é uma relação de predação, em que uma espécie herbívora é beneficiada se alimentando da planta. Essas relações são evidentes nos sistemas de plantas mirmecófitas. Nesses sistemas mutualísticos, as plantas oferecem abrigo e alimento para formigas, que, por sua vez, oferecem diversos benefícios às suas hospedeiras, sendo a proteção contra herbivoria a mais evidente. Para se proteger, as plantas ainda possuem outras estratégias, como a produção de compostos químicos e estruturas morfológicas especializadas em proteção. Além disso, as respostas das plantas à herbivoria em suas características físicas e fisiológicas podem mudar ao longo do seu desenvolvimento. Neste trabalho, nosso objetivo foi investigar todos os potenciais benefícios conhecidos das formigas Azteca muelleri para suas plantas hospedeiras, Cecropia glaziovii. Além disso, investigamos os efeitos da herbivoria sobre o crescimento das plantas ao longo do seu desenvolvimento ontogenético. Por meio de um estudo experimental de longo prazo, nós acompanhamos o desenvolvimento de plantas de C. glaziovii por 54 meses. Com coletas mensais, acessamos dados sobre crescimento, herbivoria, nutrição, investimento em defesas químicas e físicas e a colonização das formigas. Demonstramos que as formigas A. muelleri favorecem o crescimento de suas plantas hospedeiras por meio de proteção contra herbívoros e patógenos. As formigas ainda nutre a planta e reduzem gastos energéticos com produção de tricomas. Ademais, a herbivoria só se torna prejudicial para a planta depois que esta é colonizada por formigas. Apresentamos aqui uma definição conclusiva sobre os efeitos benéficos das formigas para as plantas, que vão além da clássica defesa contra herbivoria. Além disso, mostramos que a fase ontogenética da planta parece ser determinante para seu tipo de resposta à herbivoria.