Earthworm biodiversity and their role as bioindicators in different land use systems and brazilian biomes

Orientador: Prof. Dr. George Gardner Brown

Coorientadora: Profa . Dra. Marie Luise Carolina Bartz e Prof. Dr. Luís Filipe das Neves Cunha

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências, Programa de Pós-Graduação em Solo e Ambiente. Defesa : Curitiba, 10/12/2024

Inclui referências

Área de concentração: Solo e Ambiente

Resumo: As minhocas têm sido amplamente utilizadas na avaliação da qualidade do solo devido à sua importância ecológica e relação com funções do solo, e o estudo de aspectos como sua abundância e riqueza tem se mostrado uma ferramenta fundamental para esse propósito. No Brasil, são registradas dez famílias de minhocas, sendo a Glossoscolecidae uma das mais biodiversas, especialmente em áreas com menor impacto e melhor saúde ambiental. Este trabalho integra análises ecológicas, taxonômicas e moleculares para explorar o potencial bioindicador das minhocas, além de descrever novas espécies dos gêneros Glossoscolex e Fimoscolex (Glossoscolecidae) e investigar as relações entre características morfológicas e evolutivas desses táxons. As coletas ocorreram em três sistemas de uso do solo distintos: vegetação nativa (VN), Sistema Plantio Direto (SPD) e área mal manejada (AMM), localizados nos biomas brasileiros Mata Atlântica e Cerrado. Foram coletadas 1769 minhocas, pertencentes a sete famílias e 24 espécies, das quais 13 são nativas e 11 exóticas. Entre as nativas, 11 são novas para a ciência. As maiores abundâncias foram registradas no bioma Mata Atlântica e em áreas de SPD, indicando que manejos mais conservacionistas favorecem a presença de minhocas, incluindo espécies nativas. Em relação ao potencial bioindicador, realizado pela análise de espécies indicadoras (IndVal), espécies exóticas apresentaram valores indicativos superiores a 50% para áreas agrícolas, enquanto espécies e famílias nativas foram associadas a ambientes preservados. Características do solo, como maior umidade, altos teores de argila e melhor fertilidade, mostraram correlação com espécies nativas, reforçando seu valor como bioindicadoras. Das novas espécies, nove foram descritas neste trabalho: sete do gênero Glossoscolex e duas do gênero Fimoscolex, com base na taxonomia clássica. Os principais caracteres diagnósticos utilizados incluem a quantidade de poros masculinos e câmaras copulatórias. No entanto, novas descobertas sobre essas características destacam a complexidade taxonômica dos gêneros. As análises moleculares foram realizadas com sequências obtidas neste trabalho e dados previamente disponíveis, utilizando o gene do citocromo oxidase subunidade I (COI). Os resultados indicam que os gêneros Glossoscolex e Fimoscolex são parafiléticos e apresentam convergências evolutivas que podem explicar adaptações específicas ou barreiras evolutivas enfrentadas por algumas espécies. Embora o COI tenha se mostrado eficiente para separar espécies, o uso combinado de outros marcadores genéticos pode ampliar a resolução taxonômica. Por meio de uma abordagem integrativa que combina dados ecológicos, morfológicos e moleculares, este estudo fornece uma visão abrangente da história evolutiva de dois gêneros de minhocas, associando aspectos ecológicos, taxonômicos e genéticos. Além disso, reforça o papel das minhocas como bioindicadoras confiáveis e agentes fundamentais na manutenção da qualidade do solo

Abstract: Earthworms have been widely used to assess soil quality due to their ecological importance and relationship with soil functions, and the study of aspects such as their abundance and richness has proven to be a fundamental tool for this purpose. In Brazil, ten families of earthworms are recorded, with Glossoscolecidae being one of the most biodiverse, especially in areas with lower impact and better environmental health. This work integrates ecological, taxonomic and molecular analyses to explore the bioindicator potential of earthworms, in addition to describing new species of the genera Glossoscolex and Fimoscolex (Glossoscolecidae) and investigating the relationships between morphological and evolutionary characteristics of these taxa. The collections occurred in three distinct land use systems: native vegetation (NV), NoTillage System (NTS) and bad management area (BM), located in the Brazilian Atlantic Forest and Cerrado biomes. A total of 1769 earthworms belonging to seven families and 24 species were collected, of which 13 are native and 11 are exotic. Among the native species, 11 are new to science. The highest abundances were recorded in the Atlantic Forest biome and in areas of NTS, indicating that more conservationist management favors the presence of earthworms, including native species. Regarding the bioindicator potential, performed by the analysis of indicator species (IndVal), exotic species presented indicative values higher than 50% for agricultural areas, while native species and families were associated with preserved environments. Soil characteristics, such as greater moisture, high clay content and better fertility, showed correlation with native species, reinforcing their value as bioindicators. Of the new species, nine were described in this work: seven from the genus Glossoscolex and two from the genus Fimoscolex, based on classical taxonomy. The main diagnostic characters used include the number of male pores and copulatory chambers. However, new findings on these traits highlight the taxonomic complexity of the genera. Molecular analyses were performed with sequences obtained in this work and previously available data, using the cytochrome oxidase subunit I (COI) gene. The results indicate that the genera Glossoscolex and Fimoscolex are paraphyletic and present evolutionary convergences that may explain specific adaptations or evolutionary barriers faced by some species. Although COI has proven efficient to separate species, the combined use of other genetic markers can broaden the taxonomic resolution. Through an integrative approach that combines ecological, morphological and molecular data, this study provides a comprehensive view of the evolutionary history of two genera of earthworms, associating ecological, taxonomic and genetic aspects. In addition, it reinforces the role of earthworms as reliable bioindicators and key agents in maintaining soil quality