Mercury in feral fish: distribution, accumulation and toxicity

O principal objectivo desta dissertação foi estudar a acumulação de mercúrio em vários tecidos de peixes marinhos, a sua relação com factores biológicos e as respectivas respostas bioquímicas. O trabalho realizado permitiu obter novos conhecimentos sobre a acumulação de mercúrio em peixes, possibilitando avaliar a influência da biodisponibilidade do elemento e as suas possíveis implicações no ambiente. O trabalho foi desenvolvido na Ria de Aveiro (Portugal), uma zona costeira onde existe um gradiente ambiental de mercúrio, o que oferece a oportunidade de estudar a sua acumulação e os seus efeitos tóxicos em condições realísticas. As amostragens foram efectuadas em dois locais considerados críticos em termos de contaminação por mercúrio – Largo do Laranjo (L1 e L2) e num local afastado da principal fonte de poluição, usado como termo de comparação (Referência; R); L1 e L2 corresponderam a locais moderadamente e altamente contaminados, respectivamente. Foram escolhidos juvenis de duas espécies ecologicamente diferentes e representativas da comunidade piscícola local, a tainha garrento (Liza aurata) e o robalo (Dicentrarchus labrax). Em cada local foram recolhidas amostras de água e de sedimento para determinação de mercúrio. Foram quantificadas as concentrações de mercúrio total (T-Hg) e orgânico (O-Hg) em vários tecidos dos peixes, escolhidos tendo em conta a sua função relativamente à toxicocinética e toxicodinâmica de metais. As respostas antioxidantes (Catalase- CAT, glutationa peroxidase- GPx, glutationa reductase- GR, glutationa –S-transferase- GST e conteúdo em glutationa total- GSHt), o dano peroxidativo (LPO) e o conteúdo em metalotioninas (MTs) foram também avaliados. A acumulação de T-Hg foi semelhante para as duas espécies de peixes estudadas, embora D. labrax tenha apresentado concentrações tendencialmente maiores. Ambas as espécies demonstraram capacidade de reflectir o grau de contaminação ambiental existente, indicando claramente que a acumulação depende da concentração ambiental. A acumulação revelou-se específica de cada tecido. O padrão da acumulação em L. aurata foi rim > fígado > músculo > cérebro > guelras > sangue e em D. labrax foi fígado > rim > músculo > cérebro ≈ guelras > sangue. Relativamente à acumulação de OHg, verificou-se que D. labrax exibiu concentrações mais elevadas que L. aurata. Todos os tecidos foram capazes de reflectir diferenças entre R e L2. Os níveis de O-Hg no fígado, músculo e nos conteúdos intestinais foram diferentes entre espécies, sendo mais elevados para D. labrax. As guelras e o intestino foram os tecidos onde se obtiveram os valores mais baixos de O-Hg e observaram-se valores idênticos para as duas espécies. Com excepção das guelras, as concentrações de O-Hg variaram em função do valor observado nos conteúdos intestinais, indicando que a alimentação é a via dominante da acumulação. As concentrações de O-Hg nos conteúdos intestinais revelaram ser uma informação relevante para prever a acumulação de O-Hg nos tecidos, pois verificou-se uma razão praticamente constante entre o teor de mercúrio no fígado, no músculo e nos conteúdos intestinais. A percentagem de O-Hg no músculo e no fígado variou de acordo com o grau de contaminação ambiental e com o tipo de assimilação preferencial do elemento (alimentação vs. água), sugerindo que o fígado exerce um papel protector em relação à acumulação de mercúrio nos outros órgãos. Ambas as espécies de peixes demonstraram ser boas sentinelas da contaminação ambiental com mercúrio (T-Hg e O-Hg), sendo o cérebro e o músculo os tecidos que melhor reflectiram o grau de acumulação com o elemento. A análise conjunta dos dados de bioacumulação e de respostas ao stress oxidativo permitiram estabelecer uma relação entre as concentrações de mercúrio nas guelras, fígado, rim e cérebro e a sua toxicidade. As respostas do cérebro aos efeitos tóxicos do mercúrio revelaram ser específicas de cada espécie. Enquanto que para o cérebro de L. aurata se verificou um decréscimo de todos os parâmetros antioxidantes estudados nos locais contaminados, sem haver evidência de qualquer mecanismo compensatório, no D. labrax observaram-se respostas ambivalentes, que indicam por um lado a activação de mecanismos adaptativos e, por outro, o decréscimo das respostas antioxidantes, ou seja, sinais de toxicidade. Embora em ambas as espécies de peixe fosse evidente uma condição pró-oxidante, o cérebro parece possuir mecanismos compensatórios eficientes, uma vez que não se verificou peroxidação lipídica. As respostas antioxidantes do cérebro de D. labrax foram comparadas em diferentes períodos do ano - quente vs. frio. O período quente mostrou ser mais crítico, uma vez que no período frio não se verificaram diferenças nas respostas entre locais, ou seja, a capacidade antioxidante do cérebro parece ser influenciada pelos factores ambientais. As guelras revelaram susceptibilidade à contaminação por mercúrio, uma vez que se verificou uma tendência para o decréscimo da actividade de CAT em L2 e ausência de indução em L1. O fígado e o rim demonstraram mecanismos adaptativos face ao grau de contaminação moderada (L1), evidenciados pelo aumento de CAT. O rim também demonstrou adaptabilidade face ao grau elevado de contaminação (L2), uma vez que se verificou um aumento GST. Embora o grau de susceptibilidade tenha sido diferente entre os órgãos, não se verificou peroxidação lipídica em nenhum. A determinação do conteúdo em MTs em D. labrax e em L. aurata revelou que este parâmetro depende não só da espécie, mas também do tecido em causa. Assim, em D. labrax foi observado um decréscimo de MTs no cérebro, bem como a incapacidade de síntese de MTs no sangue, guelras, fígado, rim e músculo. Em L. aurata observou-se um aumento do conteúdo em MTs no fígado e no músculo. Estes resultados indicam que a aplicabilidade das MTs como biomarcador de exposição ao mercúrio parece ser incerta, revelando limitações na capacidade de reflectir os níveis de exposição ao metal e por consequência o grau de acumulação. Este trabalho comprova a necessidade de se integrarem estudos de bioacumulação com biomarcadores de efeitos, de modo a reduzir os riscos de interpretações erróneas, uma vez que as respostas nem sempre ocorrem para os níveis mais altos de contaminação ambiental com mercúrio.

Endocrine regulation of extracellular matrix proteins in calcified tissue in teleost fish

Tese dout., Biologia, Universidade do Algarve, 2005

Structure, tissue distribution and estrogen regulation of splice variants of the sea bream estrogen receptor alpha gene

Estrogen actions are mainly mediated by specific nuclear estrogen receptors (ERs), for which different genes and a diversity of transcript variants have been identified, mainly in mammals. In this study, we investigated the presence of ER splice variants in the teleost fish gilthead sea bream (Sparus auratus), by comparison with the genomic organization of the related species Takifugu rubripes. Two exon2-deleted ERα transcript variants were isolated from liver cDNA of estradiol-treated fish. The ΔE2 variant lacks ERα exon 2, generating a premature termination codon and a putative C-terminal truncated receptor, while the ΔE2,3* variant contains an in-frame deletion of exon 2 and part of exon 3 and codes for a putative ERα protein variant lacking most of the DNA-binding domain. Both variants were expressed at very low levels in several female and male sea bream tissues, and their expression was highly inducible in liver by estradiol-17β treatment with a strong positive correlation with the typical wild-type (wt) ERα response in this tissue. These findings identify novel estrogen responsive splice variants of fish ERα, and provide the basis for future studies to investigate possible modulation of wt-ER actions by splice variants.

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.

Early nutritional programming in fish: tailoring the metabolic use of dietary carbohydrates

Tese de doutoramento, Ciências da Vida, do Mar, da Terra e do Ambiente (Nutrição), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Anàlisi cronològica de la pesca al Port de Llançà: període 1977-1996

A partir del buidatge exhaustiu dels fulls de subhasta del peix i de les fitxes tècniques de les embarcacions de la Confraria del Port de Llançà, es fa una anàlisi cronològica qualitativa i quantitativa dels darrers vint anys de pesca. La flota, inicialment constituïda per barques d'arrossegament i de pesca artesanal (palangre petit i tresmail), ha anat evolucionant, i ha quedat bàsicament constituïda actualment pel ròssec i el palangre de fons, que ha substituit progressivament la pesca artesanal. Les pesqueries, notablement multiespecífiques els primers anys, van donar pas, bàsicament amb la incorporació del radar, a una pesca molt més selectiva, dominada essencialment per la captura de lluç entre els anys 1980 i 1985. La progressiva incorporació del palangre de fons fa que a partir del 1986 es tendeixi novament cap a una captura més multiespecífica, perd amb canvis qualitatius importants en la composició d'espècies capturades en relació amb els primers anys

Avaluació de la toxicitat de metalls pesants i arsènic en diferents models biològics

En aquest estudi, la toxicitat de diversos metalls pesants i l'arsènic va ser analitzada utilitzant diferents models biològics. En la primera part d'aquest treball, el bioassaig de toxicitat Microtox, el qual està basat en la variació de l'emissió lumínica del bacteri luminiscent Vibrio fischeri, va ser utilitzat per establir les corbes dosi-resposta de diferents elements tòxics com el Zn(II), Pb(II), Cu(II), Hg(II), Ag(I), Co(II), Cd(II), Cr(VI), As(V) i As(III) en solucions aquoses. Els experiments es varen portar a terme a pH 6.0 i 7.0 per tal de mostrar que el pH pot influir en la toxicitat final mesurada d'alguns metalls degut als canvis relacionats amb la seva especiació química. Es varen trobar diferents tipus de corbes dosi-resposta depenent del metall analitzat i el pH del medi. En el cas de l'arsènic, l'efecte del pH en la toxicitat de l'arsenat i l'arsenit es va investigar utilitzant l'assaig Microtox en un rang de pHs comprès entre pH 5.0 i 9.0. Els valors d'EC50 determinats per l'As(V) disminueixen, reflectint un augment de la toxicitat, a mesura que el pH de la solució augmenta mentre que, en el cas de l'As(III), els valors d'EC50 quasi bé no varien entre pH 6.0 i 8.0 i només disminueixen a pH 9.0. HAsO42- i H2AsO3- es varen definir com les espècies més tòxiques. Així mateix, una anàlisi estadística va revelar un efecte antagònic entre les espècies químiques d'arsenat que es troben conjuntament a pH 6.0 i 7.0. D'altra banda, els resultats de dos mètodes estadístics per predir la toxicitat i les possibles interaccions entre el Co(II), Cd(II), Cu(II), Zn(II) i Pb(II) en mescles binàries equitòxiques es varen comparar amb la toxicitat observada sobre el bacteri Vibrio fischeri. L'efecte combinat d'aquests metalls va resultar ser antagònic per les mescles de Co(II)-Cd(II), Cd(II)-Zn(II), Cd(II)-Pb(II) i Cu(II)-Pb(II), sinèrgic per Co(II)-Cu(II) i Zn(II)-Pb(II) i additiu en els altres casos, revelant un patró complex de possibles interaccions. L'efecte sinèrgic de la combinació Co(II)-Cu(II) i la forta disminució de la toxicitat del Pb(II) quan es troba en presència de Cd(II) hauria de merèixer més atenció quan s'estableixen les normatives de seguretat ambiental. La sensibilitat de l'assaig Microtox també va ser determinada. Els valors d'EC20, els quals representen la toxicitat llindar mesurable, varen ser determinats per cada element individualment i es va veure que augmenten de la següent manera: Pb(II) < Ag(I) < Hg(II)  Cu(II) < Zn(II) < As(V) < Cd(II)  Co(II) < As(III) < Cr(VI). Aquests valors es varen comparar amb les concentracions permeses en aigues residuals industrials establertes per la normativa oficial de Catalunya (Espanya). L'assaig Microtox va resultar ser suficientment sensible per detectar els elements assajats respecte a les normes oficials referents al control de la contaminació, excepte en el cas del cadmi, mercuri, arsenat, arsenit i cromat. En la segona part d'aquest treball, com a resultats complementaris dels resultats previs obtinguts utilitzant l'assaig de toxicitat aguda Microtox, els efectes crònics del Cd(II), Cr(VI) i As(V) es varen analitzar sobre la taxa de creixement i la viabilitat en el mateix model biològic. Sorprenentment, aquests productes químics nocius varen resultar ser poc tòxics per aquest bacteri quan es mesura el seu efecte després de temps d'exposició llargs. Tot i això, en el cas del Cr(VI), l'assaig d'inhibició de la viabilitat va resultar ser més sensible que l'assaig de toxicitat aguda Microtox. Així mateix, també va ser possible observar un clar fenomen d'hormesis, especialment en el cas del Cd(II), quan s'utilitza l'assaig d'inhibició de la viabilitat. A més a més, diversos experiments es varen portar a terme per intentar explicar la manca de toxicitat de Cr(VI) mostrada pel bacteri Vibrio fischeri. La resistència mostrada per aquest bacteri podria ser atribuïda a la capacitat d'aquest bacteri de convertir el Cr(VI) a la forma menys tòxica de Cr(III). Es va trobar que aquesta capacitat de reducció depèn de la composició del medi de cultiu, de la concentració inicial de Cr(VI), del temps d'incubació i de la presència d'una font de carboni. En la tercera part d'aquest treball, la línia cel·lular humana HT29 i cultius primaris de cèl·lules sanguínies de Sparus sarba es varen utilitzar in vitro per detectar la toxicitat llindar de metalls mesurant la sobreexpressió de proteines d'estrès. Extractes de fangs precedents de diverses plantes de tractament d'aigues residuals i diferents metalls, individualment o en combinació, es varen analitzar sobre cultius cel·lulars humans per avaluar el seu efecte sobre la taxa de creixement i la capacitat d'induir la síntesi de les proteïnes Hsp72 relacionades amb l'estrès cel·lular. No es varen trobar efectes adversos significatius quan els components s'analitzen individualment. Nogensmenys, quan es troben conjuntament, es produeix un afecte advers sobre tan la taxa de creixement com en l'expressió de proteins d'estrès. D'altra banda, cèl·lules sanguínies procedents de Sparus sarba es varen exposar in vitro a diferents concentracions de cadmi, plom i crom. La proteïna d'estrès HSP70 es va sobreexpressar significativament després de l'exposició a concentracions tan febles com 0.1 M. Sota les nostres condicions de treball, no es va evidenciar una sobreexpressió de metal·lotioneïnes. Nogensmenys, les cèl·lules sanguínies de peix varen resultar ser un model biològic interessant per a ser utilitzat en anàlisis de toxicitat. Ambdós models biològics varen resultar ser molt adequats per a detectar acuradament la toxicitat produïda per metalls. En general, l'avaluació de la toxicitat basada en l'anàlisi de la sobreexpressió de proteïnes d'estrès és més sensible que l'avaluació de la toxicitat realitzada a nivell d'organisme. A partir dels resultats obtinguts, podem concloure que una bateria de bioassaigs és realment necessària per avaluar acuradament la toxicitat de metalls ja que existeixen grans variacions entre els valors de toxicitat obtinguts emprant diferents organismes i molts factors ambientals poden influir i modificar els resultats obtinguts.

The reproductive biology of Diplodus argenteus (Sparidae) in the coastal upwelling system of Cabo Frio, Rio de Janeiro, Brazil

The reproductive biology of the seabream Diplodus argenteus, a dominant coastal fishery species, was investigated over two consecutive seasons (2001-2002) at Cabo Frio, Brazil, a low-latitude upwelling system. The sex ratio was dominated by females (1.4:1.0) and the length-at-50% sexual maturity (females) was 203mm total length. Females were multiple spawners and the reproductive pattern appeared to be digynous protandrous hermaphroditism. Monthly variations in gonadosomatic index and proportion of ripe females indicated that reproductive activity occurred from late winter to summer (August-February), following coastal upwelling. Copyright © NISC Pty Ltd.

Optiminación Dinámica en la gestión del cultivo de la dorada en la región mediterranea y Canarias

[ES] El trabajo presenta un modelo de optimización dinámica aplicado a la gestión de un sistema de cultivo de la dorada en la región mediterránea española y canaria. El modelo incluye una función de crecimiento ajustada a partir de datos reales de cultivo de la especie. Las variables económicas incorporan las peculiaridades de ambas regiones, siendo el coste del transporte el factor diferenciador más relevante. Se obtienen recomendaciones de tasas de racionamiento a lo largo del periodo de engorde, que se encuentran siempre por debajo del nivel de saturación. Las tallas de mercado óptimas resultan mayores en la región canaria, debido a sus ventajas medioambientales, destacándose en esta decisión de producto la existencia de un factor de competitividad diferenciada.

Engorde de pulpo (Octopus vulgaris) alimentado exclusivamente con boga (Boops boops) de descarte de la acuicultura

[EN] The use of low value fish (Bogue, Boops boops), accidentally reared in seabream culture cages, as a sole food in octopus farming was tested in two different experiments located in Canary Islands. In a first experiment two different initial sizes were compared: 1,5 kg & 2,3 kg, both at a density of 11 kg/m3. Initial density was increased in a second experiments to 16 kg/m3 testing two lower initial weights: 1,0 kg & 0,8 kg. Bogue as a single feed was found to be good enough to sustain a good growth in octopus cage rearing. Best growth in terms of specific growth rate and average daily growth was obtained with the lowest grow size, 0,8 kg.

Effect of larval density and feeding sequence on meagre (Argyrosomus regius Asso, 1801) larval rearing

[EN] Meagre, has been proposed as a candidate for marine finfish diversification on commercial aquaculture (Quémèner, 2002, Mateos, 2007). Despite of the elevated on growing potential, the most important bottleneck of this specie is related to the limited production of fry. Larval rearing of this species, is performed mainly adapting seabream culture techniques with different success (Roo et al., 2007) However, since limited information about the optimal feeding sequences and nutritional requirements of meagre is available, more research is needed on larval rearing protocols and nutrition. Present results (elevated larval growth rate, high survival, short rotifers period) are very promising for a successful implementation at industrial scale, which helps to solve the continues lack of fry of this specie in the Mediterranean and Canary islands.

Diencephalic asymmetries: morphological, immunohistochemical and ultrastructural analysis of habenular nuclei in elasmobranchs and teleosts

The habenular nuclei are diencephalic structures present in Vertebrates and they form, with the associated fiber systems, a part of the system that connects the telencephalon to the ventral mesencephalon (Concha M. L. and Wilson S. W., 2001). In representative species of almost all classes of Vertebrates the habenular nuclei are asymmetric, both in terms of size and of neuronal and neurochemical organization, although different types of asymmetry follow different evolutionary courses. Previous studies have analyzed the spread and diversity of the asymmetry in species for which data are not clear (Kemali M. et al., 1980). Notwithstanding that, it’s still not totally understood the evolution of the phenomenon, and the ontogenetic mechanisms that have led to the habenular asymmetry development are not clear (Smeets W.J. et al., 1983). For the present study 14 species of Elasmobranchs and 15 species of Teleostean have been used. Brains removed from the animals have been fixed using 4% paraformaldehyde in phosphate buffer; brains have been analyzed with different tecniques, and I used histological, immunohistochemical and ultrastructural analysis to describe this asymmetry. My results confirm data previously obtained studying other Elasmobranchs species, in which the left habenula is larger than the right one; the Teleostean show some slightly differences regarding the size of the habenular ganglia, in some species, in which the left habenular nucleus is larger than the right. In the course of studies, a correlation between the habits of life and the diencephalic asymmetry seems to emerge: among the Teleostean analyzed, the species with benthic life (like Lepidorhombus boscii, Platichthys flesus, Solea vulgaris) seem to possess a slight asymmetry, analogous to the one of the Elasmobranchs, while in the other species (like Liza aurata, Anguilla anguilla, Trisopterus minutus) the habenulae are symmetrical. However, various aspects of the neuroanatomical asymmetries of the epithalamus have not been deepened in order to obtain a complete picture of the evolution of this phenomenon, and new searches are needed to examine the species without clear asymmetry, in order to understand the spread and the diversity of the asymmetry among the habenulae between the Vertebrates.

Determination of ages and fossil Coleoptera fauna from eight sites in the London region

These data sets report the fossil beetle assemblages identified from the Mesolithic to Late Bronze Age at eight sites in the London region. All but one of the study sites are within 2 km of the modern course of the Thames. The sites produced 128 faunal assemblages that yielded 218 identified species in 41 families of Coleoptera (beetles).  Beetle faunas of Mesolithic age indicate extensive wetlands near the Thames, bordered by rich deciduous woodlands. The proportion of woodland species declined in the Neolithic, apparently because of the expansion of wetlands, rather than because of human activities. The Early Bronze Age faunas contained a greater proportion of coniferous woodland and aquatic (standing water) species. An increase in the dung beetle fauna indicates the presence of sheep, cattle and horses, and various beetles associated with crop lands demonstrate the local rise of agriculture, albeit several centuries after the beginnings of farming in other regions of Britain. Late Bronze Age faunas show the continued development of agriculture and animal husbandry along the lower Thames. About 33% of the total identified beetle fauna from the London area sites have limited modern distributions or are extinct in the U.K. Some of these species are associated with the dead wood found in primeval forests; others are wetland species whose habitat has been severely reduced in recent centuries. The third group is stream-dwelling beetles that require clean, clear waters and river bottoms.

Biogeography of jellyfish in the North Atlantic

In recent years a global increase in jellyfish (i.e. Cnidarians and Ctenophores) abundance and a rise in the recurrence of jellyfish outbreak events have been largely debated, but a general consensus on this matter has not been achieved yet. Within this debate, it has been generally recognised that there is a lack of reliable data that could be analysed and compared to clarify whether indeed jellyfish are increasing throughout the world ocean as a consequence of anthropogenic impact and hydroclimatic variability. Here we describe different jellyfish data sets produced within the EU program EUROBASIN, which have been assembled with the aim of presenting an up to date overview on the diversity and standing stocks of North Atlantic jellyfish. Abundance and species composition were determined in samples collected in the epipelagic layer (0- 200m), using a net well adapted to quantitatively catching gelatinous zooplankton. The samples were collected in spring-summer (April-August) 2010-2013, in inshore and offshore North Atlantic waters, between 59-68LatN and 62W-5ELong. Jellyfish were also identified and counted in samples opportunistically collected by other sampling gears in the same region and in two coastal stations in the Bay of Biscay and in the Gulf of Cadiz. Continuous Plankton Recorder (CPR) samples collected in 2009-2012 were re-analysed with the aim of identifying the time and location of jellyfish blooms across the North Atlantic basin.