The impact of host biogeography, ecology, evolutionary history, and architecture on the structure of rolled-leaf beetle assemblages of Costa Rican Zingiberales

Abstract

Abstract. Determining the factors affecting the structure of insect herbivore communities is a major challenge in ecology. Previous research demonstrated that plant defenses determine plant-herbivore associations. However, non-defensive variables may also explain why some plant species are associated with more diverse insect herbivore assemblages than others. Neotropical rolled-leaf beetles (Cephaloleia and Chelobasis) complete their life cycle inside the young rolled leaves of their host plants in the order Zingiberales. The diet breadth of each species in this assemblage is particularly well-known at our study site, La Selva Biological Station in Costa Rica. This study focused on the following non-defensive variables: host plant elevational and geographic range size, soil type, habitat, local abundance, plant size, and leaf size. Because plant characteristics among closely related plants are not independent, we analyzed these variables in a phylogenetic context. We detected a positive effect of leaf width on rolled-leaf beetle species richness (explaining 55% of the variation), abundance (28% of the variation and 57% when habitat is included in the model), diversity (37% of the variation), and community structure (6% of the variation, and 21%–26% when taxonomic family is included in the model). Our study demonstrates that Zingiberales leaf width influences positively rolled-leaf beetle species richness, abundance, and diversity. This effect varies among plant families. Our study shows that plant architecture plays an important role in structuring insect herbivore assemblages in Zingiberales. Our results highlight the importance of including variables beyond plant defenses to understand the ecology and evolution of plant-herbivore interactions.

Resumen. Determinar los factores que afectan a la estructura de las comunidades de insectos herbívoros es un reto importante en ecología. Investigaciones anteriores demostraron que las defensas de las plantas determinan las asociaciones planta-herbívoro. Sin embargo, las variables no defensivas también pueden explicar por qué algunas especies de plantas se asocian con conjuntos de insectos herbívoros más diversos que otras. Los escarabajos de hojas enrolladas neotropicales (Cephaloleia y Chelobasis) completan su ciclo vital dentro de las hojas enrolladas jóvenes de sus plantas hospedadoras del orden Zingiberales. La amplitud de la dieta de cada especie en este ensamble es particularmente bien conocida en nuestro sitio de estudio, la Estación Biológica La Selva en Costa Rica. Este estudio se enfocó en las siguientes variables no defensivas: elevación de la planta hospedera y tamaño del rango geográfico, tipo de suelo, hábitat, abundancia local, tamaño de la planta y tamaño de la hoja. Debido a que las características de las plantas entre plantas estrechamente relacionadas no son independientes, analizamos estas variables en un contexto filogenético. Detectamos un efecto positivo de la anchura de la hoja sobre la riqueza de especies de escarabajos de hoja enrollada (explicando el 55% de la variación), la abundancia (28% de la variación y 57% cuando se incluye el hábitat en el modelo), la diversidad (37% de la variación) y la estructura de la comunidad (6% de la variación y 21%-26% cuando se incluye la familia taxonómica en el modelo). Nuestro estudio demuestra que la anchura de las hojas de Zingiberales influye positivamente en la riqueza, abundancia y diversidad de especies de escarabajos de hoja enrollada. Este efecto varía entre familias de plantas. Nuestro estudio muestra que la arquitectura de las plantas juega un papel importante en la estructuración de los ensamblajes de insectos herbívoros en Zingiberales. Nuestros resultados destacan la importancia de incluir variables más allá de las defensas de las plantas para comprender la ecología y la evolución de las interacciones planta-herbívoro.