Sponge phase transitions from a lattice model

We use Monte Carlo simulations to obtain thermodynamic functions and correlation functions in a lattice model we propose for sponge phases. We demonstrate that the surface-density correlation function dominates the scattering only along the symmetric-sponge (SS) to asymmetric-sponge (AS) phase boundary but not the boundary between the sponge-with-free-edges (SFE) and symmetric-sponge phases. At this second thermodynamic transition the scattering is dominated instead by an edge-density (or seam-density) correlation function. This prediction provides an unambiguous diagnostic for experiments in search of the SS-SFE transition.

Evaluation of hexane and ethyl acetate extracts of the sponge Jaspis diastra collected from Mauritius Waters on HeLa cells

Objectives Based on previous screening results, the cytotoxic effect of the hexane (JDH) and ethyl acetate extracts (JDE) of the marine sponge Jaspis diastra were evaluated on HeLa cells and the present study aimed at determining their possible mechanism of cell death. Methods Nuclear staining, membrane potential change, flow cytometry analysis of cell cycle distribution and annexin V staining were undertaken to investigate the effects of JDE and JDH. Electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) and nuclear magnetic resonance were used to characterize an isolated bioactive molecule. Key findings JDE displayed an IC50 25 times more significant than the JDH. Flow cytometry analysis revealed JDE induced apoptosis in HeLa cells accompanied by the collapse of mitochondrial membrane potential. Fractionation of JDE resulted in the isolation of the known cytotoxic cyclodepsipeptide, Jaspamide. Conclusions Taking our results together suggest that JDE can be valuable for the development of anticancer drugs, especially for cervical cancer. Further investigations are currently in progress with the aim to determine and isolate other bioactive compounds from this extract.

Cruise Report NOAA Ship McARTHUR II Cruise AR-04-04: Leg 2 (June 1-12, 2004): A pilot survey of deepwater coral/sponge assemblages and their susceptibility to fishing/harvest impacts at the Olympic Coast National Marine Sanctuary (OCNMS)

Summary: The offshore shelf and canyon habitats of the OCNMS (Fig. 1) are areas of high primary productivity and biodiversity that support extensive groundfish fisheries. Recent acoustic surveys conducted in these waters have indicated the presence of hard-bottom substrates believed to harbor unique deep-sea coral and sponge assemblages. Such fauna are often associated with shallow tropical waters, however an increasing number of studies around the world have recorded them in deeper, cold-water habitats in both northern and southern latitudes. These habitats are of tremendous value as sites of recruitment for commercially important fishes. Yet, ironically, studies have shown how the gear used in offshore demersal fishing, as well as other commercial operations on the seafloor, can cause severe physical disturbances to resident benthic fauna. Due to their exposed structure, slow growth and recruitment rates, and long life spans, deep-sea corals and sponges may be especially vulnerable to such disturbances, requiring very long periods to recover. Potential effects of fishing and other commercial operations in such critical habitats, and the need to define appropriate strategies for the protection of these resources, have been identified as a high-priority management issue for the sanctuary. To begin addressing this issue, an initial pilot survey was conducted June 1-12, 2004 at six sites in offshore waters of the OCNMS (Fig. 2, average depths of 147-265 m) to explore for the presence of deep-sea coral/sponge assemblages and to look for evidence of potential anthropogenic impacts in these critical habitats. The survey was conducted on the NOAA Ship McARTHUR-II using the Navy’s Phantom DHD2+2 remotely operated vehicle (ROV), which was equipped with a video camera, lasers, and a manipulator arm for the collection of voucher specimens. At each site, a 0.1-m2 grab sampler also was used to collect samples of sediments for the analysis of macroinfauna (> 1.0 mm), total organic carbon (TOC), grain size, and chemical contaminants. Vertical profiles of salinity, dissolved oxygen (DO), temperature, and pressure were recorded at each site with a small SeaCat conductivity-temperature-depth (CTD) profiler. Niskin bottles attached to the CTD also obtained near-bottom water samples in support of a companion study of microbial indicators of coral health and general ecological condition across these sites. All samples except the sediment-contaminant samples are being analyzed with present project funds. Original cruise plans included a total of 12 candidate stations to investigate (Fig. 3). However, inclement weather and equipment failures restricted the sampling to half of these sites. In spite of the limited sampling, the work completed was sufficient to address key project objectives and included several significant scientific observations. Foremost, the cruise was successful in demonstrating the presence of target deepwater coral species in these waters. Patches of the rare stony coral Lophelia pertusa, more characteristic of deepwater coral/sponge assemblages in the North Atlantic, were observed for the first time in OCNMS at a site in 271 meters of water. A large proportion of these corals consisted of dead and broken skeletal remains, and a broken gorgonian (soft coral) also was observed nearby. The source of these disturbances is not known. However, observations from several sites included evidence of bottom trawl marks in the sediment and derelict fishing gear (long lines). Preliminary results also support the view that these areas are important reservoirs of marine biodiversity and of value as habitat for demersal fishes. For example, onboard examination of 18 bottom-sediment grabs revealed benthic infaunal species representative of 14 different invertebrate phyla. Twenty-eight species of fishes from 11 families, including 11 (possibly 12) species of ommercially important rockfishes, also were identified from ROV video footage. These initial discoveries have sparked considerable interests in follow-up studies to learn more about the spatial extent of these assemblages and magnitude of potential impacts from commercial-fishing and other anthropogenic activities in the area. It is essential to expand our knowledge of these deep-sea communities and their vulnerability to potential environmental risks in order to determine the most appropriate management strategies. The survey was conducted under a partnership between NOAA’s National Centers for Coastal Ocean Science (NCCOS) and National Marine Sanctuary Program (NMSP) and included scientists from NCCOS, OCNMS, and several other west-coast State, academic, private, and tribal research institutions (see Section 4 for a complete listing of participating scientists). (PDF contains 20 pages)

Observations of deep coral and sponge assemblages in Olympic Coast National Marine Sanctuary, Washington. Cruise Report: NOAA Ship McArthur II Cruise AR06-07/07

From May 22 to June 4, 2006, NOAA scientists led a research cruise using the ROPOS Remotely Operated Vehicle (ROV) to conduct a series of dives at targeted sites in the Olympic Coast National Marine Sanctuary (OCNMS) with the goal of documenting deep coral and sponge communities. Dive sites were selected from areas for which OCNMS had side scan sonar data indicating the presence of hard or complex substrate. The team completed 11 dives in sanctuary waters ranging from six to 52 hours in length, at depths ranging from 100 to 650 meters. Transect surveys were completed at 15 pre-selected sites, with additional observations made at five other sites. The survey locations included sites both inside and outside the Essential Fish Habitat (EFH) Conservation Area, known as Olympic 2, established by the Pacific Fishery Management Council, enacted on June 12, 2006. Bottom trawling is prohibited in the Olympic 2 Conservation Area for nontribal fishermen. The Conservation Area covers 159.4 square nautical miles or about 15 percent of the sanctuary. Several species of corals and sponges were documented at 14 of the 15 sites surveyed, at sites both inside and outside the Conservation Area, including numerous gorgonians and the stony corals Lophelia pertusa and Desmophyllum dianthus, as well as small patches of the reef building sponge Farrea occa. The team also documented Lophelia sp. and Desmophyllum sp. coral rubble, dead gorgonians, lost fishing gear, and other anthropogenic debris, supporting concerns over potential risks of environmental disturbances to coral health. (PDF contains 60 pages.)

Survey report of NOAA Ship McArthur II cruises AR-04-04, AR-05-05 and AR-06-03: Habitat classification of side scan sonar imagery in support of deep-sea coral/sponge explorations at the Olympic Coast National Marine Sanctuary

Habitat mapping and characterization has been defined as a high-priority management issue for the Olympic Coast National Marine Sanctuary (OCNMS), especially for poorly known deep-sea habitats that may be sensitive to anthropogenic disturbance. As a result, a team of scientists from OCNMS, National Centers for Coastal Ocean Science (NCCOS), and other partnering institutions initiated a series of surveys to assess the distribution of deep-sea coral/sponge assemblages within the sanctuary and to look for evidence of potential anthropogenic impacts in these critical habitats. Initial results indicated that remotely delineating areas of hard bottom substrate through acoustic sensing could be a useful tool to increase the efficiency and success of subsequent ROV-based surveys of the associated deep-sea fauna. Accordingly, side scan sonar surveys were conducted in May 2004, June 2005, and April 2006 aboard the NOAA Ship McArthur II to: (1) obtain additional imagery of the seafloor for broader habitat-mapping coverage of sanctuary waters, and (2) help delineate suitable deep-sea coral/sponge habitat, in areas of both high and low commercial-fishing activities, to serve as sites for surveying-in more detail using an ROV on subsequent cruises. Several regions of the sea floor throughout the OCNMS were surveyed and mosaicked at 1-meter pixel resolution. Imagery from the side scan sonar mapping efforts was integrated with other complementary data from a towed camera sled, ROVs, sedimentary samples, and bathymetry records to describe geological and biological (where possible) aspects of habitat. Using a hierarchical deep-water marine benthic classification scheme (Greene et al. 1999), we created a preliminary map of various habitat polygon features for use in a geographical information system (GIS). This report provides a description of the mapping and groundtruthing efforts as well as results of the image classification procedure for each of the areas surveyed. (PDF contains 60 pages.)

O Complexo Cliona celata Grant, 1826 (Porifera, Demospongiae) na América do Sul: uma abordagem molecular e morfológica

Este trabalho visou a averiguação do status taxonômico das esponjas bioerosivas do complexo Cliona celata da América do Sul por meio de técnicas moleculares, utilizando como marcadores a subunidade I da Citocromo c oxidase (cox1) e os Espaçadores Internos Transcritos do RNAr nuclear (ITS1 e ITS2), além de testar outros marcadores. Igualmente, avaliou o grau de variabilidade morfológica encontrado nessas espécies, principalmente por meio da morfometria dos tilóstilos, a fim de estabelecer uma diagnose para elas. Ainda, tentou determinar as relações filogenéticas dessas espécies com as demais esponjas bioerosivas utilizando o gene 28S do RNAr nuclear. Foi possível determinar a existência de cinco clados de esponjas bioerosivas do complexo Cliona celata para a América do Sul, e dois outros clados não-sulamericanos, por meio dos marcadores moleculares utilizados. Embora seja discutida a validade desses clados como espécies distintas, continua impossível, por meio de caracteres morfológicos, distingui-los, e dessa forma, a proposição formal de novas espécies é evitada. Através da reconstrução filogenética do grupo, é possível verificar que as esponjas bioerosivas analisadas se apresentaram como um grupo monofilético, e se separa em três principais clados: Pione, Spirastrellidae, e Clionaidae. Por meio desta, é sugerida a alocação das espécies do complexo C. viridis e C. schimidti dentro de Spirastrella, além de ser necessária a criação de um novo gênero para alocar as espécies do novo complexo identificado aqui, o complexo C. delitrix.

Poluentes marinhos como fatores de estresse em esponjas e mexilhões

A biota marinha está exposta a uma elevada quantidade de substâncias tóxicas que podem causar graves problemas ao ambiente. As esponjas (Porifera) e os mexilhões (Mollusca) por serem sésseis e filtradores são utilizados como bioindicadores de poluição. A experimentação com aquários permite a realização de ensaios controlados, acompanhamento da resposta a diversos poluentes, concentrações e tempo de exposição. Os objetivos deste estudo foram: I). avaliar a imunocompetência através da expressão de proteínas do sistema imune Fator Inflamatório de Enxerto AIF -1 e pP38 por teste de ELISA (do inglês, Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay) em esponjas expostas a poluentes, II) acompanhar a expressão das proteínas AIF-1 e pP38 nas cinco espécies de esponjas marinhas: Aplysina fulva (Pallas, 1766), Chondrilla aff. nucula Schimidt, 1862, Dysidea robusta Vilanova e Muricy 2001, Polymastia janeirensis (Boury-Esnault, 1973) e Hymeniacidon heliophila (Parker, 1910) após exposição a lipopolisacarídeo (LPS) de E. Coli III) avaliar a expressão das proteínas AIF-1 e pP38 nas espécies C. aff. nucula e P. janeirensis após exposição a dodecil sulfato de sódio (SDS) IV) avaliar a mortalidade de mexilhões quando expostos ao dispersante Triton X-100 e esgoto doméstico in natura. Os resultados indicam que as esponjas A. fulva, C. aff. nucula, D. robusta e P. janeirensis expostas a 20 μg/mL de LPS por 30 minutos, uma, três, 24 e 48 horas apresentaram aumento de expressão da proteína AIF-1 em relação ao controle, com diferentes tempos de resposta para cada espécie. A esponja H. heliophila exposta a 30 μg/mL de LPS apresentou diferença significativa na expressão de AIF-1 em relação ao controle na exposição por 30 min, uma, quatro, 24 e 48 horas. Contudo, não houve diferença significativa na expressão de outra proteína, a quinase pP38, nesses ensaios. As esponjas C. aff. nucula e P. janeirensis foram expostas a 0,25 mg/L de dodecil sulfato de sódio (SDS) por 24 e 48 horas. C. aff. nucula apresentou aumento da expressão de AIF -1 quando comparada ao controle em 24 e 48 horas, mas para P. janeirensis não houve diferença significativa. Os mexilhões Perna perna foram expostos a poluentes de duas maneiras a detergente Triton X-100 0,10 g/L por três, seis, 12 e 18 horas que induziu diferença significativa na mortalidade em seis, 12 e 18 horas em comparação com o controle e a a esgoto doméstico in natura diluído na proporção de 1:50 não houve mortalidade no tratamento ou no controle. A variação da expressão da proteína AIF-1 observada nas cinco espécies de esponjas marinhas confirma a utilização dessa proteína como eficiente biomarcador de estresse. Os mexilhões foram bons bioindicadores da poluição por detergente.

Predação, eutrofização e respostas metabólicas em comunidades incrustantes de substratos artificiais na Baía da Ilha Grande, RJ

As comunidades marinhas são afetadas por diversos fatores, que dentro do contexto de estrutura trófica, podem ser divididos em forças bottom-up (forças ascendentes), como por exemplo, a disponibilidade de nutrientes, e forças top-down (forças descendentes), como por exemplo, a predação. Além de modificações na estrutura das comunidades e populações de organismos, essas forças podem influenciar a produção de metabólitos secundários pelos organismos. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito das perturbações ambientais geradas pelas manipulações separadas e interativas de exclusão de macropredadores e enriquecimento com nutrientes sobre a estrutura e sobre as respostas metabólicas de comunidades marinhas incrustantes de substratos artificiais no costão rochoso de Biscaia, Baía da Ilha Grande, RJ. O desenho experimental utilizou blocos de concreto como substrato artificial, os quais foram espalhados aleatoriamente na região de infralitoral do costão rochoso. O experimento compreendeu o uso de blocos Controle (ausência de manipulação) e quatro tratamentos, todos com cinco réplicas cada. Os tratamentos foram: tratamento Exclusão de predação (gaiola contra a ação de macropredadores), tratamento Nutriente (sacos de fertilizante de liberação lenta), tratamento Nutriente + exclusão de predação (gaiola contra ação de macropredadores e sacos de fertilizante de liberação lenta) e o tratamento Controle de artefatos (gaiola semifechada para avaliar geração de artefatos). Uma área de 15 x 15 cm do bloco foi monitorada a cada 20 dias, totalizando dez medições. Foram utilizados métodos de monitoramento visual e digital de porcentagem de cobertura por espécie. O enriquecimento com nutrientes foi avaliado através de medições da concentração dos nutrientes Ortofosfato, Nitrato, Nitrito e Amônio na água do entorno do bloco. Para analisar os possíveis artefatos foi realizado experimento de fluxo de água (método Clod card) e a luminosidade dentro das gaiolas foi medida. Os dados demonstraram modificações na estrutura das comunidades bentônicas incrustantes dos substratos artificiais devido às manipulações realizadas, ou seja, pelo enriquecimento com nutrientes, pela exclusão de predação e pela interação entre os dois fatores (Nutriente + exclusão de predação). Além disso, diferenças metabólicas foram detectadas nas substâncias extraídas dos organismos dos diferentes tratamentos do experimento. Esses resultados indicam a existência de controle top-down e bottom-up sobre a comunidade bentônica do local.

Filogenia molecular, evolução de características morfológicas, variabilidade populacional, biogeografia e metabolômica comparativa: rumo a uma biologia integrativa para o gênero Mycale Gray, 1867 (Porifera)

O objetivo desta tese foi abordar a diversidade de Mycale Gray, 1867 sob um ponto de vista multidisciplinar. No Capítulo 1 foram realizadas reconstruções filogenéticas supra- e subgenéricas com base em dados moleculares, utilizando os marcadores 16S, 28S e cox1, a fim de estabelecer uma hipótese evolutiva para o grupo. No capítulo 2 são realizadas reconstruções ancestrais das características morfológicas do gênero dada a hipótese filogenética estabelecida no capítulo anterior, além de determinar limites na variação morfológica das anisoquelas tipo I por meio de análises morfométricas e estimar o padrão evolutivo das dimensões dos principais tipos espiculares de Mycale. No Capítulo 3 foi estimada a variabilidade genética do complexo Mycale (Carmia) microsigmatosa Arndt, 1927 por meio de análise de haplótipos do gene 16S do RNA ribossomal mitocondrial, além de correlacionar a sua variabilidade morfológica, estimada por meio de dimensões espiculares, com fatores genéticos e geográficos. No Capítulo 4 foram estabelecidas hipóteses biogeográficas para Mycale por meio de análise de três itens tendo como base as reconstruções filogenéticas moleculares e também foram determinados padrões de distribuição geográfica do gênero a partir da ocorrência de espécies em áreas de endemismo. Por fim, no Capítulo 5, os perfis metabólicos de três espécies do gênero Mycale foram obtidos por espectroscopia de ressonância magnética nuclear dos núcleos de hidrogênio (RMN 1H) e comparados estatisticamente, além de suas similaridades terem sido contrastadas com suas relações filogenéticas e suas diferenças entre grupos de indivíduos metabolicamente relacionados determinadas.

Comportamento alimentar de nudibrânquios no litoral do Rio de Janeiro (Gastropoda, Nudibranchia, Doridacea)

Os nudibrânquios gastrópodes são carnívoros e muitas espécies têm dietas especializadas, consumindo uma única ou poucas espécies de esponjas marinhas. No Brasil não existe, até o momento, nenhum estudo específico sobre a ecologia das espécies de nudibrânquios abordando qualquer interação com outros grupos de animais marinhos. Também não existem estudos sobre ensaios biológicos que avaliem o comportamento alimentar e a mediação química existente entre os nudibrânquios e suas presas. Os objetivos deste trabalho foram: a) registrar in situ a predação de nudibrânquios doridáceos sobre esponjas marinhas no litoral do Estado do Rio de Janeiro, identificar as espécies envolvidas, e comparar com os padrões de alimentação observados em outras regiões do mundo e b) avaliar o comportamento de quimiotaxia positiva de nudibrânquios em relação às suas presas. Observações sobre a dieta dos nudibrânquios foram realizadas através de mergulhos livres ou autônomos e o comportamento destes em relação às esponjas foi registrado. Um total de 139 observações foram realizadas em 15 espécies de nudibrânquios doridáceos: Felimida binza; Felimida paulomarcioi; Felimare lajensis; Tyrinna evelinae; Cadlina rumia; Diaulula greeleyi; Discodoris evelinae; Geitodoris pusae; Jorunna spazzola; Jorunna spongiosa; Rostanga byga; Taringa telopia; Doris kyolis; Dendrodoris krebsii e Tayuva hummelincki. A predação foi confirmada em 89 (64%) das 139 observações e em 12 (80%) das 15 espécies de nudibrânquios. A principal interação ecológica existente entre os nudibrânquios e as esponjas no Estado do Rio de Janeiro é a de consumo (predação). Em laboratório, o comportamento alimentar das espécies Cadlina rumia e Tyrinna evelinae foi avaliado em ensaios de preferência com dupla escolha oferecendo esponjas frescas. Experimentos de oferta de esponjas vivas, pó de esponjas liofilizadas e extratos brutos orgânicos das esponjas foram utilizados para investigar se a percepção dos moluscos às suas presas é modulada por sinais químicos. O nudibrânquio Cadlina rumia não consumiu nenhuma das esponjas oferecidas, mas detectou o sinal químico das esponjas vivas, e não detectou o sinal químico da esponja Dysidea etheria, liofilizada em pó, incorporada em alimentos artificiais. Tyrinna evelinae detectou o sinal químico da esponja D. etheria oferecida de duas maneiras diferentes: viva e liofilizada em pó. Foi confirmada em laboratório, a predação in situ da esponja D. etheria pelo nudibrânquio T. evelinae, constituindo o primeiro registro de predação observado in situ e in vitro para o gênero Tyrinna. De uma maneira geral, os resultados das observações de campo corroboram os padrões de alimentação observados em outras regiões do mundo e as esponjas da Classe Demospongiae são recursos fundamentais para a dieta dos nudibrânquios doridáceos no Rio de Janeiro. A sinalização química e a taxia positiva foi evidente para o nudibrânquio que possui dieta mais especializada, Tyrinna evelinae, e não para aquele que se alimenta de várias esponjas, Cadlina rumia.

The Origin of the Florida Sponge Fishery

Sponges were used domestically by Key West, Fla., pioneers soon after the town was settled in 1822 (Collins, 1887). Fortunately, aroung 1852, it was discovered that Florida sponges were able to compete with imported sponges from the Mediterranean, and they soon became commercially successful (Moore, 1910). These Florida-caught sponges were shipped to markets in New York and sold for domestic cleaning and personal hygiene, as upholstery stuffing and packing material, and for cleaning military cannons.