Ecology of the common octopus "Octopus vulgaris" (Cuvier, 1797) in the Atlantic Iberian coast : life cycle strategies under different oceanographic regimes

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultura), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Planning and management of marine protected areas : methodological approaches to cope with data scarcity

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultura), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Effectiveness of resilience assessment tools in different case studies

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultura), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Enrichment of bioactive compounds in microalgae for aquaculture

Microalgae are promising microorganisms for the production of food and fine chemicals. Several species of microalgae are used in aquaculture with the purpose of transfer bioactive compounds up to the aquatic food chain. The main objective of this project was to develop a stress–inducement strategy in order to enhance the biochemical productivity of Nannochloropsis gaditana, Rhodomonas marina and Isochrysis sp. for aquaculture purposes having in account their growth and organizational differences. In this regard, two experiments were design: the first one consisted on the alteration of overall nutrient availabilities in growth medium; and the second one comprised changes in nitrogen and sulfur concentrations maintaining the concentrations of the other nutrients present in a commercial growth medium (Nutribloom plus), which is frequently used in aquaculture. Microalgae dried biomass was characterized biochemically and elemental analysis was also performed for all samples. In first experimental design: linear trends between nutrient availability in growth media and microalgae protein content were obtained; optimum productivities of eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic acids (DHA) were attained for both R. marina and N. gaditana in growth media enriched with 1000 L L-1 of nutrient solution whereas for Isochrysis sp. the double of Nutribloom plus was needed; the decrease of glucans and total monosaccharides with nutrient availability for R. marina and Isochrysis sp. showed the occurrence of a possible depletion of carbohydrates towards lipids and proteins biosynthesis. Second experimental desing: N. gaditana exhibited the highest variation in their biochemical composition against the applied perturbation; variations observed for microalgae in their biochemical composition were reflected in their elemental stoichiometry; in N. gaditana the highest nitrogen concentrations lead to overall maximum productivities of the biochemical parameters. The results of the present work show two stress-inducement strategies for microalgae that may constitute a base for further investigations on their biochemical enhancement.

Materiais e dispositivos sensores para a Norfloxacina

O trabalho consistiu no desenvolvimento e caracterização de sensores potenciométricos com base em polímeros de impressão molecular para a determinação de um antibiótico, a norfloxacina, em aquacultura. A simplicidade, o baixo custo e a interação rápida e reversível dos sensores potenciométricos com os analitos fizeram com que este fosse o tipo de sensor escolhido. O material sensor foi obtido por tecnologia de impressão molecular, baseada em polimerização em bulk, em que a NOR foi a molécula molde e foram utilizados como monómeros para autoconstrução dos sensores o pirrol, isoladamente, ou em conjunto com partículas de sílica gel funcionalizadas com 3-aminopropil. Também foi obtido material sensor, para controlo, em que a molécula molde NOR não estava presente (NIP). As características dos materiais sensores foram sujeitas a análise de microscopia eletrónica SEM e análise por espectrómetro de infravermelhos com transformada de Fourier. Os materiais sensores foram incluídos em membranas poliméricas, que seriam incorporadas em elétrodos. A avaliação do desempenho dos elétrodos foi feita através de curvas de calibração em diferentes meios (PBS, MES e HEPES). Também foi efetuada com sucesso a análise da sensibilidade dos elétrodos em água dopada. As diversas avaliações e análises efetuadas levaram a concluir que o MIP de pirrol com aditivo aniónico, foi o material sensor testado que permitiu obter melhores propriedades de resposta.

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.

Enrichment of bioactive compounds in microalgae for aquaculture

Microalgae are promising microorganisms for the production of food and fine chemicals. Several species of microalgae are used in aquaculture with the purpose of transfer bioactive compounds up to the aquatic food chain. The main objective of this project was to develop a stress–inducement strategy in order to enhance the biochemical productivity of Nannochloropsis gaditana, Rhodomonas marina and Isochrysis sp. for aquaculture purposes having in account their growth and organizational differences. In this regard, two experiments were design: the first one consisted on the alteration of overall nutrient availabilities in growth medium; and the second one comprised changes in nitrogen and sulfur concentrations maintaining the concentrations of the other nutrients present in a commercial growth medium (Nutribloom plus), which is frequently used in aquaculture. Microalgae dried biomass was characterized biochemically and elemental analysis was also performed for all samples. In first experimental design: linear trends between nutrient availability in growth media and microalgae protein content were obtained; optimum productivities of eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic acids (DHA) were attained for both R. marina and N. gaditana in growth media enriched with 1000 L L-1 of nutrient solution whereas for Isochrysis sp. the double of Nutribloom plus was needed; the decrease of glucans and total monosaccharides with nutrient availability for R. marina and Isochrysis sp. showed the occurrence of a possible depletion of carbohydrates towards lipids and proteins biosynthesis. Second experimental desing: N. gaditana exhibited the highest variation in their biochemical composition against the applied perturbation; variations observed for microalgae in their biochemical composition were reflected in their elemental stoichiometry; in N. gaditana the highest nitrogen concentrations lead to overall maximum productivities of the biochemical parameters. The results of the present work show two stress-inducement strategies for microalgae that may constitute a base for further investigations on their biochemical enhancement.

Effects of climate change on fisheries : from a global to a regional perspective

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultura), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Salema, Sarpa salsa (Linnaeus 1758) : stock structure in the eastern atlantic and biological characterizatin off the portuguese coast

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultura), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Evaluation of photoperiod effect on the growth and protein content of microalgae

Os recursos renováveis têm recebido um especial interesse nos últimos anos e as microalgas são uma excelente fonte renovável e natural. Estes organismos são fonte de proteínas e lípidos e são aplicadas em aquacultura e na produção de biodiesel. Neste estudo, foi avaliado o efeito do fotoperíodo (Luz: Escuro) 12:12; 18:6; 24:0) e fase de crescimento (logarítmica e estacionária) no conteúdo de proteína em três sistemas modelo biológico: Arthrospira maxima (Cyanobacteria) foi selecionada como espécie de água doce a estudar e para explorar microalgas marinhas foram escolhidas Isochrysis galbana (Haptophyta) e Tetraselmis chuii (Chlorophyta) devido às suas aplicações em aquacultura marinha. Diferentes métodos de rutura celular foram também testados na extração de proteína em fase aquosa. Arthrospira maxima exibiu melhor produção de biomassa e conteúdo de proteína no fotoperíodo de 18L:6D. O mesmo fotoperíodo também atingiu melhor produção de biomassa e conteúdo de proteína em Isochrysis galbana quando comparado com os outros fotoperíodos em estudo. Tetraselmis chuii exibiu melhor produção de biomass no fotoperíodo de 24L:0D, enquanto que o fotoperíodo 18L:6D atingiu melhor conteúdo de proteína.

Análise dos hábitos alimentares e de consumo de pescado das populações de Leiria e Peniche

Presentemente, o consumidor encontra à sua disposição uma diversidade de produtos alimentares que tornam a seleção dos alimentos uma tarefa muito mais complexa quando comparada com o passado. Diferenças culturais, sociais, pessoais e psicológicas influenciam o comportamento e as perceções dos consumidores. Sendo Peniche uma península com forte tradição piscatória procurou-se junto da população, perceber se as influências da região são refletidas nos seus hábitos de consumo e se diferem muito de uma região que não tenha as mesmas influências. Com base nas considerações acima referidas, o objetivo deste estudo foi avaliar os hábitos de consumo de pescado das populações de Leiria e Peniche através de um inquérito por questionário com apoio presencial, visando delinear o hábito de consumo, bem como a frequência, as preferências e restrições associadas ao consumo de pescado. Além disso, são relatadas as perceções dos consumidores em relação ao pescado selvagem e de aquacultura. Portugal é atualmente o país da União Europeia com o maior consumo anual de pescado por pessoa, e o terceiro do mundo, só ultrapassado pela Islândia e pelo Japão. O estudo foi realizado em 383 indivíduos residentes em Leiria e em 374 residentes em Peniche, maioritariamente do sexo feminino, com idades compreendidas entre os 30 e os 45 anos e detentores de grau de ensino superior. Os resultados mostram que os inquiridos consomem peixe, preferencialmente, cozido e grelhado, entre uma a três vezes por semana sendo que o bacalhau, o carapau, o salmão e a pescada estão entre as espécies mais consumidas. Devido à conveniência, pronta disponibilidade e preços acessíveis, os supermercados são os locais preferidos dos consumidores para comprarem peixe fresco e congelado. Além disso, a população de Peniche mantém o hábito de adquirir peixe fresco na peixaria e diretamente ao pescador. Apesar das duas populações exibirem uma maior propensão para consumir pescado selvagem, em Leiria o consumo de espécies de aquacultura aumenta com o grau de ensino. Por conseguinte, o pescado selvagem é considerado mais saudável, mais nutritivo, saboroso e mais seguro, sobretudo pela população que vive na zona costeira e que segue hábitos alimentares tradicionais. O pescado é percebido como um alimento saudável que possui alto teor em proteínas e ácidos gordos Omega-3, e baixo teor de gordura. No entanto, o preço elevado, a falta de disponibilidade para a sua confeção e as preocupações com os contaminantes presentes no pescado e consequentes riscos para a saúde são barreiras ao consumo de pescado. Os consumidores com mais idade mostram-se pouco recetivos à oferta de produtos inovadores à base de pescado por considerarem estes produtos de fraca qualidade. Com o avançar dos tempos, os habitantes de Peniche foram adquirindo novos hábitos de consumo e hoje em dia o consumo de pescado não difere muito da população de Leiria.

The use of animal processed proteins and fat on the growth performance of rainbow trout (Onchorynchus mykiss)

Hoje em dia a industria da aquacultura enfrenta novos desafios para manter a sustentabilidade econômica de uma forma responsável para o meio ambiente e consumidores. Um dos maiores desafios que apresenta hoje em dia, é o aumento do preço da farinha e óleo de peixe que são os constituintes maioritários da alimentação para os peixes de aquacultura. As PAP’s e gorduras de animais terrestres parecem ser uma alternativa viável, sustentável e menos problemática do que as farinhas e óleos vegetais para substituir a farinha e óleo de peixe. Por esta razão neste trabalho nos procuramos substituir uma pequena parte da farinha e óleo de peixe por alguns produtos provenientes de animais terrestres. Este estudo foi um teste de crescimento para a truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss). Inicialmente foram formuladas 4 dietas (CTRL, PAP2, PAP3 and PAP4). Exceptuando o dieta controlo (CTRL) que foi uma dieta comercial, os outros alimentos foram desenhados para substituir a farinha de peixe e outras farinhas vegetais por PAP’s (proteína animal processada) como hidrolisado de farinha de penas, farinha de sangue de suíno e gordura animal processadas como a gordura de aves. O teste foi feito ao longo de 112 dias com checkpoints no dia (30, 60 e 112), onde os peixes eram pesados com excepção do dia 112 onde foram também amostrados para composição corporal e índice hepatossomático. O peso inicial médio dos peixes dos grupos foi 219,7g e o peso médio final foi 488,7g. Não existiram alterações comportamentais nem preferência por nenhuma ração testada e não foram verificadas diferenças estatisticamente significativas (P>0,05) no consumo de ração, crescimento e outros parâmetros de crescimento com a exceção da taxa de eficiência proteica. Foram também verificadas diferenças estatísticas significativas para alguns aspectos da composição corporal, ganhos e retenções. Os resultados demonstram que as substituições feitas não tiveram impacto no crescimentos da truta arco íris mas sim na composição corporal. Apesar disso os resultados não sugerem nenhum problema importante relacionado com o uso de PAP’s na formulação de ração para peixes.

Desenvolvimento de um novo protocolo alimentar para Linguado, Solea senegalensis, à base de copépodes congelados

A qualidade do alimento é essencial para que as larvas obtenham os nutrientes necessários para um desencolvimento normal. Como as larvas de peixes marinhos têm um elevado potencial de crescimento, têm igualmente necessidades nutritivas específicas e elevadas. Copépodes são considerados o melhor alimento para a maioria das larvas marinhos, uma vez que o perfil nutricional preenche os requisitos das larvas de peixes. Os copépodes são uma uma excelente fonte de ácidos gordos insaturados (HUFAs) e poliinsaturados (PUFAs), não necessitando de enriquecimento, como a Artemia spp.. A utilização de copépodes congelados (Planktonic AS, Noruega) é uma nova e vantajosa alternativa para a aquacultura, no qual estão disponiveis durante todo o ano e mantêm a composição bioquímica ao longo do ano. Inicialmente estudou-se o comportamento alimentar do linguado face a este novo produto, pois o mesmo não apresenta movimento. Foi desenvolvido um protocolo para a coloração dos copépodes congelados. Taxa de ingestão e/ou comportamento alimentar foram avaliados quando as larvas foram alimentadas com copépodes corados, não corados e artémia. Observou-se que a coloração aumenta a ingestão de copépodes congelados pelas larvas de peixe, embora a uma taxa inferior quando comparado com a artémia. O objetivo deste estudo foi desenvolver um protocolo alimentar à base de copépodes congelados, em substituição das presas habitualmente utilizadas (rotíferos e artémia), durante o período larvar do linguado, Solea senegalensis. Foram testados 2 protocolos alimentares, 50:50 e Agressivo, com a substituição de 50% e 90%, respectivamente, de presas vivas do protocolo alimentar para liguado habitualmente utilizado na Estação Piloto de Piscicultura de Olhão (EPPO), sendo este consideradoo Controlo. O ensaio larvar decorreu desde a abertura de boca até aos 40 dias após a eclosão (DAE). As amostras foram recolhidas periodicamente para avaliar o crescimento, sobrevivência e a condição nutricional das larvas, através da determinação do índice ARN:ADN e da proteína total. Para avaliar a condição das pós-larvas, peixes de todos os tratamentos foram sujeitos a um desmame aos 40 DAE, com uma dieta inerte com incorporação de 10% de copépodes. O desempenho dos peixes foi seguido até aos 50 DAE. As larvas do tratamento Controlo apresentaram maior crescimento e uma maior taxa de ingestão de presas vivas, no entanto as larvas do protocolo 50:50 apresentaram um melhor índice de ARN:ADN. Estes dados sugerem que para o linguado, os copépodes podem substituir quase 50% das presas vivas.

Efeito da incorporação de microalgas e copépodes em alimentos para peixe-palhaço, Amphiprion percula

O hobby da aquariofilia é uma das atrações mais populares, representando uma grande oportunidade de crescimento económico para a aquacultura ornamental, bem como uma contribuição para a sustentabilidade dos stocks naturais das várias espécies cultivadas (Wabnitz et al., 2003). O peixe-palhaço, Amphiprion percula, é uma espécie de elevado valor comercial, devido à sua coloração laranja intensa e comportamento de simbiose interessante com várias espécies de anémonas, sendo uma espécie chave para a aquacultura ornamental (Madhu et al., 2006). Juvenis de A. percula foram expostos a três novas formulações de dietas, contendo diferentes suplementos, com o objetivo de avaliar o seu efeito no crescimento, sobrevivência e alterações na pigmentação dos indivíduos. As dietas eram suplementadas com copépodes, Chlorella e uma mistura das duas anteriores, sendo usada como controlo uma formulação comercial. Peixes-palhaço com peso médio de 0,13±0,06g foram mantidos em sistema RAS, composto por 12 aquários de 40L e foram alimentados com as dietas experimentais até à saciedade, três vezes ao dia, durante 93 dias. No final do ensaio foram expostos a pesagem e medição para avaliação do seu crescimento. Três indivíduos de cada aquário foram retirados para análise da pigmentação da pele através de espectrofotometria, e fotografias tiradas ao longo do ensaio foram analisadas através do modelo HSB (Matiz-Saturação-Brilho). Embora todas as dietas tenham demonstrado eficácia em promover crescimento e sobrevivência nos juvenis de A. percula, a suplementação com copépodes parece ser a mais eficaz para um rápido crescimento e aumento da pigmentação laranja na pele dos peixes. A melhoria destes aspetos é bastante importante, não só porque permite acelerar a produção em larga escala de indivíduos em cativeiro, nunca esquecendo o seu bem-estar, bem como a melhoria da pigmentação que os torna mais desejados, evitando a sobre exploração dos stocks de indivíduos selvagens.

Bioremediation of phosphates in seawater: approach for recirculating marine aquaculture effluents

Marine Recirculating Aquaculture Systems (RAS) produce great volume of wastewater, which may be reutilized/recirculated or reutilized after undergoing different treatment/remediation methods, or partly discharged into neighbour water-bodies (DWW). Phosphates, in particular, are usually accumulated at high concentrations in DWW, both because its monitoring is not compulsory for fish production since it is not a limiting parameter, and also because there is no specific treatment so far developed to remove them, especially in what concerns saltwater effluents. As such, this work addresses two main scientific questions. One of them regards the understanding of the actual (bio)remediation methods applied to effluents produced in marine RAS, by identifying their advantages, drawbacks and gaps concerning their exploitation in saltwater effluents. The second one is the development of a new, innovative and efficient method for the treatment of saltwater effluents that potentially fulfil the gaps identified in the conventional treatments. Thereby, the aims of this thesis are: (i) to revise the conventional treatments targeting major contaminants in marine RAS effluents, with a particular focus on the bioremediation approaches already conducted for phosphates; (ii) to characterize and evaluate the potential of oyster-shell waste collected in Ria de Aveiro as a bioremediation agent of phosphates spiked into artificial saltwater, over different influencing factors (e.g., oyster-shell pre-treatment through calcination, particle size, adsorbent concentration). Despite the use of oyster-shells for phosphorous (P) removal has already been applied in freshwater, its biosorptive potential for P in saltwater was never evaluated, as far as I am aware. The results herein generated showed that NOS is mainly composed by carbonates, which are almost completely converted into lime (CaO) after calcination (COS). Such pre-treatment allowed obtaining a more reactive material for P removal, since higher removal percentages and adsorption capacity was observed for COS. Smaller particle size fractions for both NOS and COS samples also increased P removal. Kinetic models showed that NOS adsorption followed, simultaneously, Elovich and Intraparticle Difusion kinetic models, suggesting that P removal is both a diffusional and chemically rate-controlled process. The percentage of P removal by COS was not controlled by Intraparticle Diffusion and the Elovich model was the kinetic model that best fitted phosphate removal. This work demonstrated that waste oyster-shells, either NOS or COS, could be used as an effective biosorbent for P removal from seawater. Thereby, this biomaterial can sustain a cost-effective and eco-friendly bioremediation strategy with potential application in marine RAS.