Effect of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) on the proliferation and extracellular matrix mineralization and gene expression of gilthead seabream skeletal cell lines

The aquaculture industry aims at replacing significant amounts of marine fish oil by vegetable oils in fish diet. Dietary lipids have been shown to alter the fatty acid composition of bone compartments, which would impact the local production of factors controlling bone formation. Knowledge on the mechanisms underlying the nutritional regulation of bone metabolism is however scarce in fish. Two in vitro bone-derived cell systems developed from seabream (an important species for aquaculture in the Mediterranean region) vertebra, capable of in vitro mineralization and exhibiting prechondrocyte (VSa13) and pre-osteoblast (VSa16) phenotype, were used to assess the effect of certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs; arachidonic (AA), eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids) on cell proliferation, extracellular matrix (ECM) mineralization and gene expression. While all PUFAs promoted morphological changes in both cell lines, VSa16 cell proliferation appeared to be stimulated by PUFAs in a dose dependent manner until 100M, whereas proliferation of VSa13 cells was impaired at concentrations above 10M. AA, EPA and DHA inhibited VSa13 ECM mineralization, alone and in combination, while VSa16 ECM mineralization was only inhibited by AA and EPA. DHA had the opposite effect, increasing mineralization almost by 2 fold. When EFAs were combined, DHA apparently compensated for the inhibitory effect of AA and EPA. Expression of marker genes for bone and lipid metabolisms has been investigated by qPCR and shown to be regulated in pre-osteoblasts exposed to individual PUFAs. Our results show that PUFAs are effectors of fish bone cell lines, altering cell morphology, proliferation and mineralization when added to culture medium. This work also demonstrates the suitability of our in vitro cell systems to get insights into mineralization-related effects of PUFAs in vivo and to evaluate the replacement of fish oils by vegetable oil sources in fish feeds.

Dietary biodiesel-derived crude glycerol in gilthead seabream juveniles (Sparus aurata): effects on growth performance and metabolism

In the European Union the turn towards renewable energy sources has increased the production of biodiesel from rapeseed oil, leaving glycerol (also known as glycerin) as a valuable by-product. For every litre of biodiesel produced, approximately 79 g of crude glycerol are generated. As the biodiesel production grows, the quantity of crude glycerol generated will be considerable and its utilization will become an urgent topic. One possibility is the use of crude glycerol on animal feeds. Glycerol has been evaluated as a dietary energy source for several farm animals, including fish. A study was undertaken to assess the effect of dietary biodiesel-derived glycerol (from rapeseed oil) on the overall growth performance, digestive capacity and metabolic nutrient utilization in juvenile gilthead seabream fed a low fishmeal level diet. Two practical diets were formulated to be isonitrogenous (crude protein, 45.4% DM), isolipidic (18.5% DM) and isoenergetic (gross energy, 21.3 kJ/g DM). The control diet (CTRL) was formulated with intermediate levels of marine-derived proteins (19%). In the same basal formulation, 5% glycerol (GLY) was incorporated at the expenses of wheat. Each dietary treatment was tested in triplicate tanks over 63 days, with 20 gilthead seabream (Sparus aurata), with a mean initial body weight (IBW) of 27.9  0.12 g. At the end of the trial, fish fed the CTRL diet reached a final body weight of 84.3  2.2 g (more than 3-fold increase of initial body weight). Fish fed the GLY diet showed a significantly higher (P<0.05) growth, expressed in terms of final body weight and specific growth rate. Voluntary feed intake was similar between the two treatments, but both feed efficiency and protein efficiency ratio were significantly improved (P<0.05) in fish fed the GLY diet. Dietary glycerol had no effect (P>0.05) on the apparent digestibility of protein. In comparison to the control treatment, dietary glycerol significantly improved (P<0.05) protein and fat retention. Activities of digestive enzymes were significantly affected by the various dietary treatments. Fish fed the GLY diet showed an enhanced activity of alkaline phosphatase (ALP) and pepsin, while activities of lipase and leucine-alanine peptidase (LAP) were little affected by dietary glycerol. Fish show the ability to use crude glycerol as a dietary energy substrate.

Controlo da amónia no transporte de peixe: utilização de AmQuel em ensaios laboratoriais

O controlo da amónia durante o transporte de peixe vivo, é uma das problemáticas mais exigentes ao nível de controladores químicos. Até então, o AmQuel® apresenta-se como uma alternativa e possível solução para esta problemática. Este produto foi testado em diversas situações, manipulando-se concentrações iniciais e taxas de excreção de amónia. Na primeira parte (I), através do acompanhamento de um transporte efectivo de corvinas (Argyrosomus regius Asso, 1801) e duas simulações de transporte, de corvinas e de cavalas (Argyrosomus regius e Scomber japonicus Houttuyn, 1782). Na parte laboratorial (II), foram testadas diversas simulações de taxas de excreção de amónia e o efeito quelante do AmQuel® sobre estas. Pelos resultados obtidos verificou-se uma relação linear entre AmQuel® e amónia e uma possível inferência na concentração de cortisol libertada para a água. Os resultados obtidos laboratorialmente demonstraram que pequenas diferenças nas concentrações de cada cocktail escolhido poderão ter resultados distintos no controlo de amónia. O Cocktail B (15/15/7.5 ppm) demonstrou ser eficaz no controlo de amónia, para taxas de excreção inferiores a 5mg/h, mesmo com concentração inicial (0.25mg/L) de amónia no tanque. Cocktails inferiores a 15/15/7.5 ppm revelaram-se ineficazes no controlo de amónia, para taxas de excreção superiores a 1mg/h. Estes resultados irão facilitar a escolha do cocktail de AmQuel® mais adequado, consoante o tempo e características de cada transporte.

Interacções tróficas entre sardinha (S. pilchardus) e cavala (S. colias)

A sardinha Ibero-Atlântica (Sardina pilchardus) e a cavala (Scomber colias) são importantes espécies pelágicas dos ecossistemas marinhos do Atlântico, quer do ponto de vista ecológico, quer do ponto de vista económico. Esta tese tem por objectivo estudar a alimentação de sardinha e de cavala e possíveis interacções tróficas entre ambas as espécies visto que estas partilham espaço e recursos alimentares. Estudou-se a dieta das duas espécies, capturadas na costa sul portuguesa entre Junho e Setembro, através da análise de presas nos conteúdos estomacais. Verificou-se que as principais presas nas suas dietas foram crustáceos (maioritariamente copépodes) pertencentes aos mesmos grupos taxonómicos, não se tendo verificado uma partição do zooplâncton com base no tamanho para as duas espécies. Os dados obtidos apontaram para a existência de uma sobreposição das dietas e potencial para competição. A sardinha apresentou um coeficiente de vacuidade elevado que foi mais acentuado quando em presença da cavala e observou-se a existência de uma alteração na dieta de cavala passando a alimentar-se de itens de maiores dimensões à medida que aumentava de tamanho. Os resultados constatam a existência provável de interacções tróficas entre estas duas espécies, sardinha e cavala.

Cytogenetic and histological studies of the brook trout (Salvelinus fontinalis) x arctic charr (Salvelinus alpinus) hybrids

In aquaculture, application of fish hybrids has increased. This technique permits improvement of the fish production by providing specimens showing better growth rate when compared to the parental species. Indeed, sterile individuals are highly demanded because quite frequently parental fish mature before they reach the market size, which impairs their growth and decrease their economic value. Throughout the last years, the commercial and scientific interest in salmonids has increased rapidly, among them, the brook trout (Salvelinus fontinalis), Arctic charr (Salvelinus alpinus) are species that can be crossed to produce hybrids that might by cultured in the fish farms. In the present thesis, we have assessed chromosome numbers and evaluate gonadal sex in the brook trout X Arctic charr hybrid progenies. In our populations, the karyotype of the brook trout comprises 84 chromosomes: 16 bi-armed chromosomes (meta-submetacentric) and 68 one-armed chromosomes (telo-acrocentrics) and the chromosome arm number, NF= 100. Arctic charr karyotype shows variation related to the chromosome number (2n= 81-82) and stable chromosome arm number (NF= 100). 2n= 81 chromosomes consisted of 19 bi-armed and 62 one-armed chromosomes, while 2n= 82 karyotype was organized into 18 meta-submetacentric and 64 acrocentrics. The cytogenetic and histological analysis of the brook trout X Arctic charr hybrids (sparctics) was carried out to asses chromosome and chromosome arm number and gonadal sex of the studied specimens. Diploid chromosome number in the hybrids varied from 81 to 84 and individuals with 83 and 84 chromosomes were predominant. Most of the fish had chromosome arm number equal to 100. Robertsonian fusion in the Arctic charr and chromosome behaviour in the hybrid fish cells might lead to the observed variation in chromosome numbers in the hybrids. Among studied fish, 12 were males, 3 were females and 9 had intersex gonads. No correlation between chromosome number and disturbances in the gonadal development was found. This might suggest that intersex gonads might have been developed as a consequence of disturbances in the genetic sex determination process. Genetic sex determination acts properly in the parental species but in the hybrids this may not be as efficient.

Instrumentação e controlo para regulação de pH em sistemas de cultivo de organismos aquáticos

A Ria Formosa é um tesouro ambiental sem paralelo, preservando uma fauna e flora únicas no mundo. A riqueza deste habitat é de enorme importância para a região, e extremamente apetecível para cientistas oriundos de todas as partes do globo, que aqui frequentemente se deslocam para conduzirem estudos científicos e experiências. O Centro de Ciências do Mar (CCMAR) da Universidade do Algarve (que inclui o Centro Experimental do Ramalhete) conduz estudos e experiências neste palco, estudos que são de inquestionável valor para o conhecimento e desenvolvimento científico. Um assunto que está a merecer a atenção da comunidade científica mundial nos últimos anos é a questão da acidificação dos oceanos. A diminuição gradual do pH das águas pode vir a ter graves repercussões nos ecossistemas marinhos, e o Centro Experimental do Ramalhete tem vindo a conduzir experiências com fauna e flora provenientes da Ria Formosa em águas com níveis de pH mais reduzido, condições que se prevê que os oceanos venham a ter no futuro. Os equipamentos de instrumentação e controlo a que o Centro tem acesso condicionam as experiências que ali são levadas a cabo pelos investigadores, pelo que o desenvolvimento de equipamentos adequados incorporando tecnologias apropriadas permitiria a realização de novas e melhores experiências no campo da biologia marinha. Ao nível do controlo existe uma lacuna no mercado, entre controladores para aquariofilia demasiado simples e controladores industriais demasiado dispendiosos e complexos. Esta dissertação pretende colmatar essa lacuna através do desenvolvimento de um protótipo de um sistema distribuído microcontrolado para aquisição de dados e controlo de pH que vá ao encontro das necessidades dos investigadores do Centro e que se pretende simples, modular, flexível, económico e expansível no futuro. O foco centra-se no desenvolvimento da instrumentação necessária para as medições de temperatura e pH, e depois no estudo de uma malha de controlo PID utilizando como base um modelo do sistema obtido através de resultados experimentais, para o controlo automático do pH.

Caracterização dos ambientes intermareais nos deltas de enchente das barras da Ria Formosa recorrendo à aplicação de SIGS. Análise geomorfológica, sedimentar e hidrodinâmica

Um delta de enchente de uma barra pode-se definir como sendo um banco arenoso que resulta da acumulação de sedimentos marinhos imediatamente a montante da barra por processos hidrodinâmicos essencialmente controlados pela maré e pela fisiografia do sistema. Este trabalho teve como principal objetivo fazer uma caracterização dos vários ambientes intermareais nos seis deltas de enchente da Ria Formosa. Para esta caracterização recorreu-se a levantamentos batimétricos efetuados por um ROV, à identificação e caracterização in situ de vários ambientes intermareais, e por fim, a ferramentas SIG. Das principais conclusões deste trabalho realçam-se a caracterização dos deltas de enchente pela presença de megadunas de enchente, áreas de dunas, ripples e estrias de enchente, áreas de dunas de enchente parcialmente erodidas por dunas de vazante e por frentes de progradação de enchente. Realça-se também, que nos ambientes intermareais em estudo, associados às barras de São Luís e de Tavira, constataram-se taxas médias mensais de erosão da ordem dos 7206 m3/mês e dos 291 m3/mês, enquanto na Barra de Faro-Olhão, verificou-se uma tendência inversa, com uma taxa média mensal de sedimentação na ordem dos 57,7 m3/mês.

An integrated and comparative approach to genetic selection of the aquaculture species Dicentrarchus labrax

The European sea bass, Dicentrarchus labrax, is one of the most important marine species cultivated in Southern Europe and has not benefited from selective breeding. One of the major goals in the sea bass (D. labrax) aquaculture industry is to understand and control the complexity of growth associated traits. The aim of the methodology developed for the studies reported in the thesis was not only to establish genetic and genomic resources for sea bass, but to also develop a conceptual strategy to efficiently create knowledge in a research environment that can easily be transferred to the aquaculture industry. The strategy involved; i) establishing an annotated sea bass transcriptome and then using it to, ii) identify new genetic markers for target QTL regions so that, iii) new QTL analysis could be performed and marker based resolution of the DNA regions of interest increased, and then iv) to merge the linkage map and the physical map in order to map the QTL confidence intervals to the sea bass genome and identify genes underlying the targeted traits. Finally to test if genes in the QTL regions that are candidates for divergent growth phenotypes have modified patterns of transcription that reflects the modified whole organism physiology SuperSAGE-SOLiD4 gene expression was used with sea bass with high growth heterogeneity. The SuperSAGE contributed to significantly increase the transcriptome information for sea bass muscle, brain and liver and also led to the identification of putative candidate genes lying in the genomic region of growth related QTL. Lastly all differentially expressed transcripts in brain, liver and muscle of the European sea bass with divergent specific growth rates were mapped to gene pathways and networks and the regulatory pathways most affected identified and established the tissue specific changes underlying the divergent SGR. Owing to the importance of European sea bass to Mediterranean aquaculture and the developed genomics resources from the present thesis and from other studies it should be possible to implement genetic selection programs using marker assisted selection.

Produção integrada em tanques de terra: "estudo comparativo da produção integrada de cinco espécies de Sparideos em sistema de policultivo simples e em sistema integrado com ostras e holotúrias" e "abordagem teórica de um estudo económico para IMTA"

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de peixes em dois diferentes sistemas de cultivo, policultivo e aquacultura multi-trófica integrada, tomando como referência o crescimento das espécies, o estudo patológico das brânquias e análise de conteúdo estomacal das espécies envolvidas no ensaio (Sparus aurata, Diplodus cervinus, D. puntazzo, D. sargus e D. vulgaris), e por fim foi feita uma abordagem teórica para identificar os custos envolvidos no sistema. Para realização do ensaio foram usados seis tanques, sendo dois tratamentos, em regime triplicado. Os resultados indicam uma boa adaptação dos peixes em ambos os sistemas. A biomassa inicial foi de 0,12 Kg.mˉ3, sendo formada por: 12% Sparus aurata (119,5g), 33% Diplodus puntazzo (134,7g), 45% D. sargus (90,3g), 3% D. cervinus (37,6g) e 7% D. vulgaris (93,1g) e em três tanques também com 42 Kg de Holoturia tubulosa, pepinos do mar, e 75 Kg de Crassostrea angulata, ostras. D. cervinus, D. vulgaris e D. sargus apresentaram baixa taxa de crescimento, ≤ 0,7g/dia, ambas as espécies, e Diplodus cervinus apresentou baixa taxa de sobrevivência em ambos os sistemas (57,8% poli cultivo e 73,3% IMTA). Diplodus puntazzo foi a espécie que melhor se adaptou ao sistema de policultivo simples. Sparus aurata foi a espécie que apresentou melhor taxa de crescimento e melhor taxa de sobrevivência nos dois sistemas. Os conteúdos alimentares apresentaram semelhança entre Diplodus cervinus, D. vulgaris e Sparus aurata, semelhantes também foram os itens alimentares identificados em D. sargus e D. puntazzo, entretanto a preferência alimentar das últimas espécies citadas são opostas as das três primeiras. S. aurata e D. puntazzo que apresentaram maior peso médio foram preferencialmente infestadas por Lamellodiscus spp.. Nas espécies com pesos médios inferiores, como D. cervinus, D. sargus e D. vulgaris foram maiores as infestações por Microcotyle spp.

Chemical communication in the Mozambique tilapia: a role for amino acids

The Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) is a maternal mouthbrooding cichlid from the southern Africa. The olfactory sensitivity of the species to 20 amino acids was assessed using the electro-olfactogram (EOG). We estimated whether the olfactory potency of the polar fraction of male urine can be explained by the presence of identified amino acids. In addition, filtrate and amino acid mixture of the urine of Nile tilapia were used to estimate their olfactory potency for O.mossambicus. Finally, concentrations of the main amino acids were measured in the urine of males of different social status and the correlations between amino acid concentration and hierarchical status were explored. L-cysteine, L-glutamine and L-threonine were the most potent stimuli at M while L-proline and L-aspartate were the least potent. Four groups of amino acids were identified according to their thresholds of detection and three groups – according to the similarity of their ɣ-factors. The estimated threshold of detection for O.mossambicus mixture was higher than that for the filtrate. On the contrary, the threshold of detection for the mixture of Nile tilapia was lower than that for the filtrate The concentration of L-arginine in the urine was positively correlated with fish dominance index. Both L-arginine and L-glutamic acid concentrations had much greater variability in dominant males (DI˃0.5) than in subordinate males (DI˂0.5). The urinary concentrations of L-phenylalanine had similar variability in dominant and subordinate groups. The Mozambique tilapia has olfactory sensitivity to all twenty amino acids tested. The fish showed more acute sensitivity to conspecific urine filtrate than to the heterospecific. Olfactory potency of O.mossambicus filtrate can be largely but not fully explained by the presence of L-arginine, L-glutamic acid and L-phenylalanine. Larginine and L-glutamic acid may indicate the dominance status of the fish and, possibly, individual identity.

Evolution, gene regulation and functional analysis of BMP2 in fish

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multifunctional growth factors belonging to the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily with a central role in bone formation and mineralization. BMP2, a founding member of this family, has demonstrated remarkable osteogenic properties and is clinically used to promote bone repair and fracture healing. Lack of basic data on factors regulating BMP2 expression and activity have hampered a better understanding of its role in bone formation and bone-related diseases. The objective of this work was to collect new functional data and determine spatiotemporal expression patterns in a fish system aiming towards a better understanding of BMP2 function and regulation. Transcriptional and post-transcriptional regulation of gilthead seabream BMP2 gene was inferred from luciferase reporter systems. Several bone- and cartilage-related transcription factors (e.g. RUNX3, MEF2c, SOX9 and ETS1) were found to regulate BMP2 transcription, while microRNA 20a was shown to affect stability of the BMP2 transcript and thus the mineralogenic capacity of fish bone-derived host cells. The regulation of BMP2 activity through an interaction with the matrix Gla protein (MGP) was investigated in vitro using BMP responsive elements (BRE) coupled to luciferase reporter gene. Although we demonstrated the functionality of the experimental system in a fish cell line and the activation of BMP signaling pathway by seabream BMP2, no conclusive evidence could be collected on a possible interaction beween MGP and BMP2. The evolutionary relationship among the members of BMP2/4/16 subfamily was inferred from taxonomic and phylogenetic analyses. BMP16 diverged prior to BMP2 and BMP4 and should be the result of an ancient genome duplication that occurred early in vertebrate evolution. Structural and functional data suggested that all three proteins are effectors of the BMP signaling pathway, but expression data revealed different spatiotemporal patterns in teleost fish suggesting distinct mechanisms of regulation. In this work, through the collection of novel data, we provide additional insight into the regulation, the structure and the phylogenetic relationship of BMP2 and its closely related family members.

Bycatch and discards of commercial trawl fisheries in the south coast of Portugal

Bycatch and discards are a cause of great concern in commercial world fisheries, with important ecological, economic and conservation implications. With the recent inclusion of a discards ban (‘landing obligation’), in the reform of the EU CFP, these issues have gained a tremendous attention from the economic, scientific, political and social point of view. Demersal trawl fisheries off the southern coast of Portugal capture an extraordinary diversity of species and generate considerable amounts of bycatch and discards. Bycatch includes commercially valuable target-species and bycatch species with low or no commercial value, but the great majority consists of unmarketable species, that are discarded. Bony fishes are dominant in bycatch and discards and the most discarded are of low or no commercial value. The reasons for discarding are fundamentally economic in nature (lack of commercial value) for bycatch species, and legal and administrative (legal minimum landing size) for commercially important species. The study of the reproductive biology of Galeus melastomus, discarded by crustacean trawls, suggests that a minimum landing size should be established for this species, and explains the importance of such a study in the assessment and management of fisheries. The discovery of a new species of the ray Neoraja iberica n. sp. contributes to the knowledge of the local marine biodiversity in Portuguese waters and of the global marine biodiversity. The three cases of abnormal hermaphroditism recorded in Etmopterus spinax, are the first cases known to date of hermaphroditism in this species. There is a need to find solutions to the problem of bycatch and discards of trawl fisheries in the Algarve coast. A combination of technical, regulatory and economic measures to minimize bycatch and reduce discards, before implementing a ‘landing obligation’, is thought to be the best approach to apply in the southern Portuguese multispecies trawl fisheries.

Recreational shore fishing in southern Portugal: biological and socio-economic aspects and perspectives for management

Although overfishing is a concern for many fish stocks, it was for a long time only associated with commercial fishing exploitation, with less or no attention being given to the recreational fisheries. Recent research has shown however that the impact of recreational fishing on particular species can be considerable, and that the recreational harvest needs to be taken into account if fisheries are to be accurately assessed and effectively managed. In Portugal, the first recreational fishing regulations were only recently implemented. However, mirroring other European countries, regulations lacked scientific support, and specific knowledge of the activity was limited to a few studies with limited coverage. This thesis aimed to characterize the biological and socioeconomic aspects of the recreational shore angling activity in southern Portugal, to investigate whether the regulations in place were adequate and effective, and to provide recommendations for improved management and conservation of the inshore fisheries resources. A combined aerial-roving survey was conducted to gather data on fishing effort, catch, fishing trips and socioeconomic aspects (including anglers’ perceptions of regulations) of the recreational angling activity. The analysis of anglers’ catches suggested that compliance with daily bag limits was high, with less than 0.5% of creels exceeding the 10 kg angler-1 day-1 bag limit. Overall, 11.5% of the retained fishes were undersized, but non-compliance with minimum size limits was found to be high for some species (e.g. seabass, 73% undersized). In terms of the impact of recreational shore angling, the total estimated catches corresponded to less than 1% of the commercial landings for the same period (shared species). However, shore angling catches for white sea bream (Diplodus sargus) were found to be considerable, corresponding to 65% of the commercial landings (39.4% of total catch). In terms of anglers’ perceptions about the recreational fishing regulations in Portugal, the present study has shown that the majority of anglers accepted the existence of some kind of SRF regulations, but in general there was a partial or total disagreement with the recreational fishing restrictions recently put in place. Most anglers perceived themselves as not being involved in the decision-making process and claimed that some restrictions lacked a meaningful rationale (e.g. prohibition of fishing from piers/jetties). Fishers’ awareness with regard to specific aspects of the restrictions (such as the rationale for minimum size limits) was found to be very limited. During the same period, catches from sport fishing competitions were examined to test for differences with the recreational activity in terms of catches, and evaluate long term trends in catch and mean size of fish. Catches of the sport fishing competitions were found to be different from those observed for recreational fishing, being dominated by different species (e.g. garfish, mullets), and suggesting different fishing strategies of the the two types of anglers. High percentages of undersized fish were observed to be captured (and retained) during the competitions (in particular seabass, with 100% undersized), probably as a result of a single allowable minimum size (AMS) of 15 cm for all species in use in competitions. Lastly, catch and release fishing experiments were carried out to assess post-release mortality of three recreationally important species: two banded sea bream Diplodus vulgaris; black sea bream Spondyliosoma cantharus; and gilthead sea bream Sparus aurata. Post-release mortalities were found to be low (0-12%). The main predictor of mortality for Sparus aurata was anatomical hooking location, with 63% of the fishes that died being deeply hooked. The results support the release of fish, either from mandatory (e.g. minimum landing sizes) or voluntary practices. In summary, this thesis has demonstrated that the impact of recreational fishing for particular species is significant and needs to be taken into account for more effective management and stock assessment purposes. It has also highlighted several management issues that should be addressed in order to promote more adequate regulations in the future and prevent noncompliance issues. A periodic monitoring of the recreational fishing activity including all fishing modes (i.e. spear fishing, boat, and shore angling) would also be beneficial to ensure a timely knowledge on the global recreational fishing activity and support future management actions.

Effect of high CO2 and ocean acidification on photosynthesis and response to oxidative stress in seagrasses

Climate change scenarios comprise significant modifications of the marine realm, notably ocean acidification and temperature increase, both direct consequences of the rising atmospheric CO2 concentration. These changes are likely to impact marine organisms and ecosystems, namely the valuable seagrass-dominated coastal habitats. The main objective of this thesis was to evaluate the photosynthetic and antioxidant responses of seagrasses to climate change, considering CO2, temperature and light as key drivers of these processes. The methodologies used to determine global antioxidant capacity and antioxidant enzymatic activity in seagrasses were optimized for the species Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, revealing identical defence mechanisms to those found in terrestrial plants. The detailed analysis and identification of photosynthetic pigments in Halophila ovalis, H.stipulacea, Zostera noltii, Z marina, Z. capricorni, Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, sampled across different climatic zones and depths, also revealed a similarity with terrestrial plants, both in carotenoid composition and in the pigment-based photoprotection mechanisms. Cymodocea nodosa plants from Ria Formosa were submitted to the combined effect of potentially stressful light and temperature ranges and showed considerable physiological tolerance, due to the combination of changes in the antioxidant system, activation of the VAZ cycle and accumulation of leaf soluble sugars, thus preventing the onset of oxidative stress. Cymodocea nodosa plants living in a naturally acidified environment near submarine volcanic vents in Vulcano Island (Italy) showed to be under oxidative stress despite the enhancement of the antioxidant capacity, phenolics concentration and carotenoids. Posidonia oceanica leaves loaded with epiphytes showed a significant increase in oxidative stress, despite the increase of antioxidant responses and the allocation of energetic resources to these protection mechanisms. Globally, the results show that seagrasses are physiologically able to deal with potentially stressful conditions from different origins, being plastic enough to avoid stress in many situations and to actively promote ulterior defence and repair mechanisms when under effective oxidative stress.

Neuroendocrinologia do comportamento social no ciclídeo africano Oreochromis mossambicus: mecanismos reguladores e modulação social da reprodução

A reprodução em teleósteos é controlada pelo eixo hipotálamo-pituitária-gónada (HPG) que modula a gametogénese, o desenvolvimento dos caracteres secundários e a expressão do comportamento reprodutor. A informação sobre fatores endógenos e exógenos é integrada no cérebro e a atividade do eixo HPG é regulada, fazendo com que traços comportamentais sejam expressos no momento e no contexto certos. Fatores exógenos relacionados com condições físicas do ambiente (e.g. temperatura e fotoperíodo) têm o papel principal no controlo da reprodução. No entanto, o estatuto social e o contexto social têm sido menos estudados. Mecanismos hormonais e neuroendócrinos são muito conservados ao longo dos vertebrados, fazendo dos peixes um bom modelo para o estudo da endocrinologia do comportamento. Os objetivos gerais deste trabalho consistem em determinar de que forma o contexto social interfere na expressão do comportamento e o papel de mecanismos hormonais e neuroendócrinos nesse processo, sendo abordados dois mecanismos, os androgénios e os neuropéptidos arginina vasotocina (AVT) e Isotocina (IT), dando-se especial relevância à AVT. A tilápia moçambicana (Oreochromis mossambicus) foi o modelo usado. A a sua biologia é bem conhecida, é muito adaptável a condições artificiais, e que tem uma importância económica crescente. Esta espécie possui um sistema social elaborado, com machos a organizarem-se em arenas reprodutoras, onde escavam depressões no substrato, para as quais atraem as fêmeas para a reprodução. Todos os trabalhos apresentados nesta dissertação tiveram como como sujeito focal o macho. Esta tese está organizada quatro capítulos. No capítulo I- Introdução geral, é apresentada uma revisão da literatura relevante para enquadrar o presente trabalho. Os capítulos II e III englobam os 4 artigos científicos que foram redigidos, denominados de artigo 1 a 4, consoante a ordem em que são apresentados na tese. O capítulo II, intitulado “Modulação social da reprodução”, é apresentado um estudo (artigo 1) que aborda o efeito do ambiente social no comportamento e no estado fisiológico da tilápia moçambicana. Com este trabalho pretendia-se perceber qual o efeito do contexto de instabilidade social nos níveis plasmáticos hormonais e a influência destes contextos na criação de padrões de comportamento. Gerou-se com sucesso um cenário de instabilidade social, através da substituição de machos dominantes entre replicados, por oposição ao contexto social estável em que os animais foram retirados e reintroduzidos no mesmo aquário. Em contexto social instável verificou-se tal como esperado, um aumento do comportamento agonístico. Apesar da agressividade não ter sido acompanhada pelo aumento dos níveis hormonais, os resultados sugerem que os androgénios funcionam como fator de reforço da integração na criação de padrões comportamento em contexto social instável, mostrando assim uma otimização do comportamento em períodos de instabilidade social. No capítulo III, intitulado “Mecanismos reguladores do comportamento social”, são apresentados três artigos e foi dividido em duas secções. Na primeira é abordado o papel dos androgénios (artigo 2) e na segunda o papel da AVT e IT (artigo 3 e 4) na regulação do comportamento social. Em relação ao estudo do papel dos androgénios (artigo 2), pretendeu-se estudar o efeito da falta de androgénios em circulação na exibição do comportamento agonístico e reprodutor. Para tal, procedeu-se à castração de machos de tilápia. A remoção integral das gónadas baixou os níveis de androgénios em cerca de 90% para a testosterona e quase 100% para 11KT e provocou uma completa abolição do comportamento reprodutor (construção do ninho, coloração nupcial e corte), no entanto o comportamento agonístico não foi afetado. Revelou-se desta forma que o mecanismo de regulação do comportamento reprodutor e agonístico é diferente, com os androgénios como agentes mediadores do comportamento reprodutor e moduladores do comportamento agonístico, uma vez que a literatura existente relaciona os androgénios com o comportamento agonístico nesta espécie. O estudo da regulação da AVT e IT em função do estatuto social foi efetuado com duas abordagens diferentes, resultando em dois artigos científicos (artigo 3 e 4). A primeira tinha como objetivo perceber se a AVT e IT estava distribuída por todo o cérebro em quantidades mensuráveis ou apenas em alguma área específica, além de perceber qual a diferença dos níveis cerebrais e glândula pituitária entre machos dominantes e subordinados. Procedeu-se ao doseamento da AVT e IT no cérebro através de cromatografia de fase líquida (high performance liquid cromatography, HPLC) em machos dominantes e subordinados (com o estatuto estabilizado há pelo menos 5 semanas). O cérebro foi dividido em 7 áreas [bolbos olfativos, telencéfalo, teto ótico, diencéfalo, cerebelo, rombencéfalo e pituitária (considerada como área cerebral para efeitos comparativos)]. Verificou-se que a área que apresentou uma maior concentração de neuro péptidos (AVT e IT) foi a pituitária, seguida dos bolbos olfactivos e finalmente as restantes áreas. A existência destes neuropéptidos no bolbo olfactivo sugere que a AVT e IT estão implicadas no mecanismo de reconhecimento social. Esta relação tem particular importância para esta espécie uma vez que a Tilápia usa o mecanismo do olfacto, por exemplo para o reconhecimento do estado reprodutivo das fêmeas. Machos subordinados apresentaram concentrações de AVT superiores na pituitária, o que sugere a influência da AVT num processo fisiológico específico relacionado com a subordinação. Uma vez que machos subordinados armazenam menos urina do que machos dominantes (machos dominantes armazenam grandes quantidades de urina que libertação de forma pulsátil, de forma dependente do contexto, aumentando o número de pulsos na presença de machos rivais ou fêmeas pré-ovuladas). A AVT pode estar a exercer um efeito antidiurético nos machos subordinados diminuindo assim a produção de urina. Machos dominantes apresentaram valores superiores de IT no rombemcéfalo, sugerindo que a isotocina pode estar relacionada com o comportamento social em dominantes. Para avaliar o efeito do estatuto na organização dos grupos neuronais produtores de AVT (situados na área pré-ótica) foram criadas condições semelhantes à situação anterior, neste caso foram contabilizados os neurónios imunorreativos à AVT na área pré-ótica e medida a área dos corpos celulares em machos dominantes, subordinados e fêmeas. Os grupos neuronais da área pré-ótica são constituídos por células parvocelulares (pPOA), magnocelulares (mPOA) e gigantocelulares (gPOA). A literatura relaciona uma maior expressão de células pPOA em machos subordinados e gPOA em dominantes, no entanto os resultados do artigo 4 mostraram que machos subordinados aumentaram a área dos corpos celulares de todos os grupos neurais, e todos os grupos apresentam projeções para pituitária (apesar de projetarem para outra áreas) sugerindo que este aumento generalizado do tamanho das células implica um aumento da produção de AVT direcionada para a pituitária. As células (principalmente a área dos corpos celulares) correlacionaram-se negativamente com o comportamento agressivo e positivamente com o comportamento de fuga, sugerindo uma inibição geral do comportamento reprodutor e agonístico em machos subordinados. O tamanho das células mPOA está inversamente associado ao peso do rim o que sugere um efeito deste grupo neural no rim provavelmente implicado no mecanismo antidiurético em machos subordinados.