Caracterização de microorganismos aquáticos por processamento digital de imagens e redes neurais artificiais

A identificação e o monitoramento de microorganismos aquáticos, como bactérias e microalgas, tem sido uma tarefa árdua e morosa. Técnicas convencionais, com uso de microscópios e corantes, são complexas, exigindo um grande esforço por parte dos técnicos e pesquisadores. Uma das maiores dificuldades nos processos convencionais de identificação via microscopia é o elevado número de diferentes espécies e variantes existentes nos ambientes aquáticos, muitas com semelhança de forma e textura. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a caracterização e classificação de microorganismos aquáticos (bactérias e microalgas), bem como a determinação de características cinemáticas, através do estudo da mobilidade de microalgas que possuem estruturas que permitem a natação (flagelos). Para caracterização e reconhecimento de padrões as metodologias empregadas foram: o processamento digital de imagens e redes neurais artificiais (RNA). Para a determinação da mobilidade dos microorganismos foram empregadas técnicas de velocimetria por processamento de imagens de partículas em movimento (Particle Tracking Velocimetry - PTV). O trabalho está dividido em duas partes: 1) caracterização e contagem de microalgas e bactérias aquáticas em amostras e 2) medição da velocidade de movimentação das microalgas em lâminas de microscópio. A primeira parte envolve a aquisição e processamento digital de imagens de microalgas, a partir de um microscópio ótico, sua caracterização e determinação da densidade de cada espécie contida em amostras. Por meio de um microscópio epifluorescente, foi possível, ainda, acompanhar o crescimento de bactérias aquáticas e efetuar a sua medição por operadores morfológicos. A segunda parte constitui-se na medição da velocidade de movimentação de microalgas, cujo parâmetro pode ser utilizado como um indicador para se avaliar o efeito de substâncias tóxicas ou fatores de estresse sobre as microalgas. O trabalho em desenvolvimento contribuirá para o projeto "Produção do Camarão Marinho Penaeus Paulensis no Sul do Brasil: Cultivo em estruturas Alternativas" em andamento na Estação Marinha de Aquacultura - EMA e para pesquisas no Laboratório de Ecologia do Fitoplâncton e de Microorganismos Marinhos do Departamento de Oceanografia da FURG. O trabalho propõe a utilização dos níveis de intensidade da imagem em padrão RGB e oito grandezas geométricas como características para reconhecimento de padrões das microalgas O conjunto proposto de características das microalgas, do ponto de vista de grandezas geométricas e da cor (nível de intensidade da imagem e transformadas Fourier e Radon), levou à geração de indicadores que permitiram o reconhecimento de padrões. As redes neurais artificiais desenvolvidas com topologia de rede multinível totalmente conectada, supervisionada, e com algoritmo de retropropagação, atingiram as metas de erro máximo estipuladas entre os neurônios de saída desejados e os obtidos, permitindo a caracterização das microalgas.

Estudo da variabilidade genética e ecológica de comunidades de Drosophila em regiões de Mata Atlântica de ilhas do continente de Santa Catarina

Foi realizado um estudo da dinâmica de assembléias de Drosofilídeos em oito amostras insulares e continentais de Santa Catarina através de dados coletados em várias visitas ao longo de dois anos. Dentre os resultados obtidos está a estimativa do grau de diversidade destas assembléias. Nossas coletas mostraram que a predição de qual espécie será dominante, num determinado período amostrado, é razoavelmente possível. A análise dos índices de diversidade nos indica que o Morro da Lagoa é o ponto de menor diversidade específica, seguido de Ratones Grande. Contudo, os dois pontos têm um grande número de espécies diferentes, sendo a sua diversidade baixa em função da alta dominância do subgrupo willistoni neles encontrada. Analisando o componente S (número de espécies) da diversidade, nas ilhas pontos de coleta, percebe-se que a ilha maior (Ilha de Santa Catarina) tem realmente um maior número de espécies coletadas – 46 no ponto A além de 10 espécies diferentes coletadas no ponto D (56 espécies no total) – do que as ilhas menores (42, 44, 40 e 50), o que corrobora a teoria da biogeografia de ilhas. No continente, a curva espécie/área se comportou da mesma forma que nas ilhas se considerarmos a diversidade como um todo. Realmente estes pontos foram uns dos que apresentaram maior diversidade, principalmente o ponto F, com um H’ de 2,22, que se manteve com Mata Atlântica Primária até o final do período de coletas, sendo portanto o ponto mais preservado de todos utilizados e, teoricamente, o que apresentava maior diversidade de nichos ecológicos para serem ocupados Outros Drosofilídeos como Zaprionus, Zygotricha, Gitona, Cladochaeta, Diathoneura, Micodrosophila, Leucophenga e Amiota foram coletados. Embora nosso interesse preliminar fosse apenas o gênero Drosophila, a inclusão destes outros gêneros em nosso estudo visou uma maior compreensão das possíveis associações que podem ocorrer entre eles e espécies de Drosophila. Os dois primeiros gêneros foram mais freqüentes nas nossas coletas. Zaprionus indianus foi considerada uma espécie invasora, pois surgiu com freqüências baixíssimas que aumentaram gradualmente nas coletas subsequentes, superando em freqüência as espécies nativas. Isto confirma o caráter generalista e polifágico deste tipo de espécie. Neste trabalho, é relatado o primeiro registro do Gênero Zaprionus (Diptera, Drosophilidae) para o Estado de Santa Catarina, na região litorânea central que inclui as Ilhas de Santa Catarina, Arvoredo, Ratones Grande, Ratones Pequeno e Campeche. Drosophila roerhae, D. unipunctata, D. schineri, D. bifilum, D. fuscolineata, D. meridionalis, D. neosaltans, D. bocainoides e D. platitarsus foram pela primeira vez registradas para a região Sul do Brasil, aumentando, portanto o limite meridional de suas distribuições. Como um ponto de partida para estudar o polimorfismo para inversões cromossômicas em D. neocardini, foi construído um fotomapa de referência dos cromossomos politênicos de glândulas salivares de larvas de terceiro estágio. Pelo menos 258 indivíduos (aproximadamente três núcleos por glândula) de sete diferentes localidades (Sertão do Peri, Ilha do Arvoredo, Serra do Tabuleiro, Ilha de Ratones Grande, Ilha de Ratones Pequeno, Morro da Lagoa da Conceição e Ilha do Campeche, todos no Estado de Santa Catarina) foram analisados e fotomicrografias foram obtidas, até se chegar a um consenso sobre a identidade dos elementos cromossômicos. Uma nova inversão no braço cromossômico IIIL foi registrada e denominada de IIILA. A variabilidade cromossômica encontrada nas espécies de Drosophila do grupo cardini em todas as localidades também foi pesquisada, e foi comparada visando contribuir para uma melhor compreensão da evolução destas comunidades. Analisando o polimorfismo cromossômico de D. polymorpha encontramos nove inversões diferentes pela primeira vez descritas. Uma das inversões novas foi encontrada no cromossomo X, duas outras foram encontradas para o braço IIL; quatro foram catalogadas para o braço cromossômico IIIR e duas inversões novas foram achadas no braço cromossômico IIIL. Com relação ao polimorfismo, em D. neocardini foi encontrada apenas uma nova inversão no braço IIIL e para D. cardinoides uma nova inversão no braço IIIL. O estudo discute as implicações ecológicas e evolutivas deste tipo de polimorfismo, para um maior entendimento da evolução deste grupo de espécies.

Avaliação da contaminação das águas subterrâneas na área de influência da usina de tratamento de resíduos s.a. UTRESA, em Estância Velha (RS)

Este trabalho objetiva avaliar a contaminação das águas subterrâneas em uma área de disposição de resíduos, originados, principalmente, nas indústrias pertencentes ao ramo coureiro-calçadista, a partir da comparação dos resultados das análises físicas e químicas realizadas em amostras de água subterrânea do aquífero freático à jusante da área, com os padrões de potabilidade da água estabelecidos na legislação vigente e com as características das águas subterrâneas do aquífero à montante da área de disposição de resíduos, através da determinação dos seguintes parâmetros: condutividade, SDT, Eh, pH, OD, temperatura, DQO, alcalinidade, turbidez, SST, cloreto, sulfato, nitrato, ferro, manganês, cromo, sódio, magnésio, potássio, cálcio, cádmio, cobre, chumbo, zinco e níquel. Objetiva, também, quantificar os diferentes tipos de resíduos dispostos na área e fornecer subsídios técnicos para o Sistema de Gerenciamento de Resíduos Sólidos Industriais da FEPAM, no que tange ao monitoramento da qualidade das águas subterrâneas em áreas de disposição de resíduos sólidos. A área estudada é a UTRESA - Usina de Tratamento de Resíduos S/A, que abrange 29 ha e está localizada no extremo sudoeste do município de Estância Velha- RS. A metodologia utilizada consistiu das seguintes etapas: quantificação dos resíduos depositados na área, seleção e instalação de nove poços de monitoramento, realização de quatro amostragens das águas subterrâneas, no período compreendido entre junho de 1999 e março de 2000 e tratamento dos dados, com a determinação de índices de qualidade de água subterrânea para cada poço de monitoramento. O monitoramento demonstrou que alguns parâmetros amostrados nos diferentes poços de monitoramento não atenderam os valores recomendados para a potabilidade das águas pelo Ministério da Saúde e pela Organização Mundial da Saúde, bem como apresentaram valores superiores quando comparados ao ponto controle, localizado à montante da área, observando-se o pior índice de qualidade das águas subterrâneas no PM 05, devido a presença de cromo, nitrato, sulfato, cloreto, sódio e SDT.

Tipos funcionais em vegetação campestre: efeitos de pastejo e adubação nitrogenada

Este estudo objetiva identificar na vegetação campestre, descrita por espécies e tipos funcionais de planta (TFs), respostas a diferentes intensidades de pastejo e níveis de adubação nitrogenada. O experimento, conduzido em Eldorado do Sul, RS, Brasil, avaliou efeitos de adubação nitrogenada (0, 30, 100, 170 e 200 kg N/ha) e de oferta de forragem (4,0; 5,5; 9,0; 12,5 e 14,0 kg de matéria seca de forragem verde por 100 kg de peso vivo de bovinos por dia). As 14 parcelas experimentais foram pastejadas em ciclo de pastejo de 3 dias com 35 dias de intervalo. O levantamento da vegetação, usando quadros de 0,25m2, foi realizado em dois períodos: Na primavera (novembro de 1999) e no verão (janeiro de 2000), foram descritos três quadros e dois quadros por parcela, respectivamente. A descrição da estrutura da vegetação envolveu a identificação de todas as espécies presentes em cada quadro e estimativa de sua abundância-cobertura. Cada espécie identificada no quadro foi então descrita considerando 21 atributos macromorfológicos qualitativos e quantitativos. A análise dos dados, através do aplicativo SYNCSA, objetivou encontrar um subconjunto ótimo de atributos de forma a maximizar a congruência ρ(D;∆), que é uma medida de correlação matricial entre a variação da vegetação (matriz de distâncias D) e do fator considerado (matriz ∆). Na análise, foram consideradas diferentes seqüências de transformação dos dados e escalas de observação. TFs foram identificados como sendo populações de plantas idênticas quanto aos atributos do subconjunto ótimo. A congruência máxima para o fator adubação nitrogenada foi de 0,66 quando os quadros em cada parcela experimental foram agregados e a vegetação foi descrita por TFs definidos pelos seguintes atributos: formato da lâmina, altura da biomassa, persistência, propagação vegetativa, largura da lâmina e resistência da lâmina à tração. Para o fator oferta de forragem, a congruência máxima foi de 0,57, com os quadros também agregados, e os TFs definidos por comprimento da lâmina, altura da biomassa, formato da lâmina, comprimento da bainha, resistência da lâmina a tração, largura da lâmina, tipo de tecido dos caules aéreos e indumento da lâmina. A análise de ordenação permitiu a identificação de TFs que apresentaram respostas, em termos de abundância-cobertura, mais evidentes para cada fator. A composição da vegetação, descrita pelos TFs definidos pelo subconjunto ótimo de atributos, foi comparada entre níveis de cada fator, por análise de variância multivariada com testes de aleatorização. Foram detectadas diferenças significativas para o efeito de adubação nitrogenada (P = 0,025), sendo significativos (α = 0,05) os contrastes entre 0 e 170, 0 e 200, e 30 e 200 kg N/ha. Também foram detectadas diferenças significativas para o efeito de oferta de forragem (P = 0,002), sendo significativos (α = 0,05) os contrastes entre 4,0 e 12,5; 5,5 e 12,5; 4,0 e 9,0 % PV. Não foram significativas as diferenças entre tratamentos, para os dois fatores, quando a composição da vegetação foi descrita por espécies. Conclui-se que os atributos que são ótimos para definição de TFs para um dado fator não necessariamente o serão para outro fator, provavelmente não existindo, portanto, uma classificação de plantas em TFs que seja ótima para qualquer fator ambiental considerado.

Zoneamento da vegetação e sua relação com metais pesados na mina Volta Grande, Lavras do Sul, RS

O conhecimento da vegetação em regiões de ocorrências minerais de cobre e ouro torna-se de grande importância para o desenvolvimento de tecnologias limpas na reabilitação de áreas degradadas pela mineração (fitorremediação) e na bioprospecção mineral no Estado. Buscou-se verificar a relação entre a organização espacial e fitossociológica das unidades e subunidades de vegetação na mina Volta Grande, Lavras do Sul, RS e a presença de cobre nas mineralizações. Com base em Ecologia de Paisagem, realizou-se investigações fitossociológicas, avaliação do conteúdo de cobre em raízes e folhas de Axonopus affinis, Eugenia uniflora, Heterothalamus alienus, Saccharum angustifolium, Schizachyrium microstachyum e Schinus lentiscifolius e o zoneamento da vegetação com sobreposição ao mapa de estruturas mineralizadas conhecidas. De acordo com os resultados obtidos, sugere-se que a distribuição das unidades e subunidades de vegetação (unidade de vegetação Eugenia uniflora – Scutia buxifolia, com subunidades Eugenia uniflora – Cupania vernalis e Eugenia uniflora – Allophylus edulis; unidade de vegetação Schinus lentiscifolius – Heterothalamus alienus; unidade de vegetação Eryngium horridum – Saccharum angustifolium, com subunidade Eryngium horridum – Piptochaetium montevidense e unidade de vegetação Axonopus affinis – Paspalum pumilum) pode estar relacionada à posição geomorfológica, à declividade, à umidade do solo e ao manejo para o uso do gado A unidade de vegetação Schinus lentiscifolius – Heterothalamus alienus parece estar relacionada às ocorrências de mineralizações (filões) de cobre e ouro, sendo necessária uma comparação com outras áreas mineralizadas e não-mineralizadas no Estado para utilizar esse dado em prospecção mineral. A espécie Axonopus affinis possui em suas raízes um conteúdo de cobre muito maior do que o considerado normal em plantas, sendo indicada para estudos mais detalhados quanto a sua aplicabilidade na reabilitação de áreas degradadas pela mineração no Rio Grande do Sul.

Unidades da paisagem e suas relações com características dos solos na área da mineração Volta Grande, Lavras do Sul, RS - uma visão em diferentes escalas

A resposta da vegetação às condições ambientais pode ser observada nos diferentes padrões da paisagem. Estas respostas são o reflexo da atuação de fatores bióticos e abióticos que são responsáveis pela distribuição complexa observada nos mosaicos paisagísticos, em diferentes escalas – espaciais e temporais. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo elucidar as possíveis relações entre a vegetação e as características edáficas, em uma área de mineralização de cobre, mina Volta Grande, Lavras do Sul, RS. Com bases na ecologia de paisagem, utilizamos diferentes ferramentas para analisar a vegetação - métodos dos pontos e determinação dos tipos funcionais de plantas – e o solo – determinação das características geomorfológicas, químicas e físicas do solo, e o processo pedogenético – tendo em vista o estabelecimento de unidades da paisagem - ecótopos. De acordo com os resultados obtidos, distinguiram-se 8 diferentes ecótopos vegetacionais, expressos nas três escalas de abordagem (meso, micro e macro escala). Os ecótopos com maior expressividade são os savanóides, estando estes provavelmente associados às ocorrências dos filões de cobre. Com relação às concentrações de cobre disponível no solo, não se observou, estatisticamente, nenhum valor de correlação entre a as características dos tipos funcionais e as concentrações deste metal nos solos estruturados. Os tipos funcionais revelaram a existência de adaptações escleromórficas nos indivíduos constituintes da vegetação de savana. Além disto, observamos a existência de um gradiente vegetacional – formações campestres, savanas e florestas, e um gradiente edáfico – afloramento rochoso, litossolos e cambissolos, ambos relacionados com a geomorfologia da área da mina.