Living on the intertidal/subtidal edge: ecology of the stalked barnacle Pollicipes Pollicipes and of the sea urchin Paracentrotus lividus

This thesis contributes to the knowledge of temperate rocky shore ecology, with direct implications in the management and conservation of two important local marine resources that inhabit the very edge of subtidal and intertidal habitats on wave-swept rocky shores: the sessile filter feeding stalked barnacle Pollicipes pollicipes and the mobile keystone herbivore sea urchin Paracentrotus lividus. Research was conducted along gradients of wave exposure on rocky shores of Southern Europe. The abundance of P. lividus was four times higher in SW Portugal than in NW Italy. Most of the variation in urchin abundance occurred at small spatial scales, probably shaped by habitat complexity. In SW Portugal, sea urchin attachment forces while in burrows were measured and related to burrow shape, urchin size and habitat. Burrowing behaviour enhances sea urchin attachment force and might be an adaptive response to hydrodynamic stress. Abundance of P. pollicipes in SW Portugal is highly and positively related to wave exposure at local and regional scales. Predation and recruitment processes seem to be important drivers of these abundance patterns. A distribution model of P. pollicipes abundance in relation to wave exposure was developed for the SW coast of Portugal and might be used for improvement of its management and conservation. Growth of P. pollicipes was studied by applying a novel method using fluorescent calcein for marking and to estimate growth. Growth rate decreased with barnacle size and was highly variable amongst individuals, particularly in smaller barnacles. No effect of shore level on barnacle growth was detected. An assessment of the state of the fishery, conservation and management of the stalked barnacle in different regions of continental Portugal was made, highlighting an overall negative tendency of this state and recommending a change into a co-management system; Resumo: Viver no limite intertidal / subtidal: ecologia do percebe Pollicipes pollicipes e do ouriço-do-mar Paracentrotus lividus Esta tese contribui para o conhecimento da ecologia do litoral rochoso e tem implicações diretas na gestão e conservação de dois recursos marinhos locais que habitam o interface subtidal/intertidal de costas rochosas sujeitas a agitação marinha: o percebe Pollicipes pollicipes, animal séssil e filtrador e o ouriço-do-mar Paracentrotus lividus, animal móvel e herbívoro. Foram realizados vários estudos ao longo de gradientes de hidrodinamismo em costas rochosas do sul da Europa. A abundância de P. lividus foi quatro vezes superior no sudoeste de Portugal relativamente ao noroeste de Itália. Grande parte da variação na abundância de P. lividus ocorreu a pequenas escalas espaciais, provavelmente influenciada pela complexidade do habitat. A força com que o ouriço-do-mar se fixa ao substrato foi medida no terreno no sudoeste de Portugal, tendo esta sido relacionada com a forma da depressão que ocupa, o tamanho individual e o habitat. O comportamento escavador desta espécie aumenta a sua força de fixação ao substrato e poderá ser uma resposta adaptativa ao hidrodinamismo.. A abundância de P. pollicipes na costa sudoeste de Portugal, a diferentes escalas espaciais, está relacionada de forma positiva com a agitação marinha, e é influenciada pela predação e pelo recrutamento desta espécie. Foi desenvolvido um modelo de distribuição e abundância de P. pollicipes para esta costa baseado na relação com a agitação marinha, cujos resultados podem ser usados para melhorar a gestão e conservação deste recurso. Um novo método com recurso a calceina fluorescente foi desenvolvido para marcar percebes e estudar o seu crescimento. A taxa de crescimento diminuiu com o tamanho do animal, sendo altamente variável entre indivíduos, sobretudos nos de menores dimensões. O estado da apanha, conservação e gestão do percebe em diferentes regiões de Portugal Continental apresentou uma tendência global negativa, e recomenda-se uma alteração para um sistema de cogestão deste recurso.

Genetic diversity and population structure of the sea lamprey (Petromyzon marinus L.) across its distributional range

Lampreys are a group of ancient vertebrates with 360 million years of existence. Throughout their evolution, they have acquired local adaptations to the colonized habitats, showing high plasticity and adaptive capacities. The sea lamprey (Petromyzon marinus L.) is a parasitic and anadromous species that occurs in both sides of the North Atlantic. The aims of this study were to analyse, using microsatellite markers, the genetic diversity and population structure of sea lamprey throughout its distributional range. Analyses demonstrated consistent signs of high population differentiation between European and North American samples (two-groups structure), most probably due to isolation by distance, but low differentiation among populations from the same coast. The apparent lack of homing in this species is in line with its high evolutive success, as homing may bring adults back to natal habitats that have changed, or that are intermittently unfavourable. Analyses also demonstrated higher levels of genetic diversity in North American samples; DIVERSIDADE GENÉTICA E ESTRUTURA POPULACIONAL DA LAMPREIA-MARINHA (PETROMYZON MARINUS L.) AO LONGO DA SUA ÁREA DE DISTRIBUIÇÃO Resumo: As lampreias são organismos ancestrais com cerca de 360 milhões de anos de existência. No decorrer da longa escala evolutiva têm vindo a adquirir adaptações aos locais que colonizaram, tendo uma forte capacidade evolutiva e adaptativa. A lampreia-marinha (Petromyzon marinus L.) é uma espécie parasita e anádroma que ocorre em ambas as costas do Atlântico Norte. Este estudo teve como principal objetivo estudar a diversidade genética e a estrutura populacional desta espécie ao longo da sua área de distribuição, através do uso de microssatélites. Os resultados demonstraram forte divergência entre populações das costas Este e Oeste do Atlântico Norte, provavelmente devido à elevada distância entre populações, mas pouca diferenciação entre populações da mesma costa. A ausência de homing nesta espécie terá contribuído para o seu sucesso evolutivo, uma vez que o homing pode levar indivíduos a reproduzirem-se em habitats que se tornaram desfavoráveis ou intermitentemente inapropriados. Os resultados demonstraram também uma maior variabilidade genética nas populações americanas.

How did the AD 1755 tsunami impact on sand barriers across the southern coast of Portugal?

Tsunamis are highly energetic events that may destructively impact the coast. Resolving the degree of coastal resilience to tsunamis is extremely difficult and sometimes impossible. In part, our understanding is constrained by the limited number of contemporaneous examples and by the high dynamism of coastal systems. In fact, longterm changes of coastal systems can mask the evidence of past tsunamis, leaving us a short or incomplete sedimentary archive. Here, we present a multidisciplinary approach involving sedimentological, geomorphological and geophysical analyses and numerical modelling of the AD 1755 tsunami flood on a coastal segment located within the southern coast of Portugal. In particular, the work focuses on deciphering the impact of the tsunami waves over a coastal sand barrier enclosing two lowlands largely inundated by the tsunami flood. Erosional features documented by geophysical data were assigned to the AD 1755 eventwith support of sedimentological and age estimation results. Furthermore, these features allowed the calibration of the simulation settings to reconstruct the local conditions and establish the run-up range of the AD 1755 tsunami when it hit this coast (6– 8 m above mean sea level). Our work highlights the usefulness of erosional imprints preserved in the sediment record to interpret the impact of the extreme events on sand barriers