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.

Discriminação de ambientes aquáticos poluídos e não poluídos através da amplificação e clivagem do rDNA 16S

O crescimento desordenado da população e a expansão mal planejada das cidades, tem levado a precariedade das condições de saneamento e abastecimento hídrico, tornando a água um importante meio de desenvolvimento e transporte de microrganismos, muitos destes patogênicos. Desta maneira, torna-se necessário além da busca de soluções, o monitoramento eficiente e constante dos níveis e focos de contaminação. O presente trabalho teve como objetivo principal diferenciar ambientes aquáticos poluídos de não poluídos por contaminação de origem fecal, através de padrões moleculares. Para tanto foram escolhidos os arroios Feijó e Carvão, localizados na região metropolitana de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, de onde foram coletadas amostras de água no verão e no inverno de 2001, submetidas a determinação do número mais provável (NMP) de coliformes totais e fecais, através da fermentação em tubos múltiplos. No Arroio Feijó foram observados índices de coliformes fecais superiores ao arroio Carvão, portanto o primeiro foi considerado modelo de ambiente aquático poluído e o segundo, não poluído. Seguiu-se a extração do DNA total das amostras brutas, amplificação do rDNA 16S pela PCR e clivagem destes com as enzimas de restrição Rsa I, Taq I e Alu I. Os padrões de clivagens observados com Rsa I sugerem a discriminação destes ambientes, uma variação sazonal foi observada entre as amostras de verão e inverno. O método mostrou-se sensível para uma análise comparativa entre estruturas de comunidades bacterianas em ambientes aquáticos.

Análise dos principais fatores intervenientes no comportamento hidrodinâmico do banhado do Taim (RS)

Os ecossistemas conhecidos como banhados são corpos d’água rasos de grande importância ecológica, embora apenas recentemente isso começou a ser reconhecido. Além de servirem de habitat para uma diversidade de espécies de seres vivos e constituírem áreas de transição entre ambientes aquáticos e terrestres, os banhados ainda são responsáveis pela atenuação de cheias, melhoria da qualidade da água e recarga/descarga de águas subterrâneas. Ao lado da oscilação natural do nível da água, conhecido como hidroperíodo, a circulação da água desempenha um papel de fundamental importância na estrutura e no funcionamento dos banhados. Tais ecossistemas são caracterizados por pequenas lâminas d’água e pela grande presença de macrófitas aquáticas, que são sensíveis a alterações no nível e no padrão de circulação da água. Isso tem ocorrido no banhado do Taim (RS), objeto deste estudo, em decorrência da ação antrópica, como a captação de água para orizicultura e a operação das comportas de saída para a lagoa Mirim. Neste trabalho, aplicou-se um modelo hidrodinâmico bidimensional horizontal (modelo IPH-A), associado a um algoritmo de secagem/inundação, ao sistema formado pela lagoa Mangueira e pelo banhado do Taim, procurando analisar os principais fatores intervenientes no comportamento hidrodinâmico do banhado. Foram avaliados os efeitos decorrentes da ação de cisalhamento do vento na superfície da água, da resistência ao escoamento e da proteção contra a ação do vento proporcionados pelas macrófitas aquáticas e a interação com a lagoa Mangueira. A resistência da vegetação ao escoamento foi representada na modelagem pela adoção de um coeficiente de Manning superior ao das áreas consideradas sem vegetação e, para representar o efeito protetor contra a ação do vento, considerou-se uma redução da tensão de cisalhamento na superfície da água nas áreas com vegetação. Verificou-se, através das simulações numéricas, que os fatores analisados têm papel fundamental sobre a hidrodinâmica do Taim, estando fortemente associados entre si. Em particular, os resultados mostraram que a distribuição espacial da vegetação norteia o padrão geral da circulação da água no banhado e sua ocorrência, principalmente na interface com a lagoa, diminui a influência desta sobre o Taim, significativamente. Outro fato relevante é que, conforme o nível da água, diferentes regiões do banhado ficam secas, resultando padrões hidrodinâmicos distintos, que também diferem quanto à influência que sofrem do vento e da lagoa Mangueira.

Comunidades fúngicas endofítica, epifítica e rizosférica em diferentes ecossistemas

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de três ecossistemas sobre, a ocorrência de fungos rizosféricos, endofíticos e epifíticos. As áreas de estudo estão localizadas em uma propriedade rural, situada na cidade de Venâncio Aires, RS. Os fungos endofíticos e epifíticos foram isolados de amostras de raízes de guajuvira, (Patagonula americana L.), coletadas na mata (área 1), de uva-do-japão (Hovenia dulcis Thunb.), na área intermediária (área 2) e de fumo ou de milho, na lavoura (área 3) e, os fungos rizosféricos isolados de solo coletado junto as raízes dos vegetais citados. As amostras foram coletadas nos meses de janeiro, maio, setembro e novembro de 2004 e 2005. Os fungos foram identificados segundo características morfológicas com auxílio de chaves de identificação. As áreas 2 e 3 foram mais similares com relação aos fungos rizosféricos e epifíticos, enquanto, que, as áreas 1 e 2 foram mais similares com relação aos fungos endofíticos. A diversidade dos fungos isolados das três áreas não diferiu ao longo dos dois anos de coleta. A presença de Fusarium spp., em vegetais sem sintomas de doença indica que, as mesmas podem ser raças avirulentas ou patógenos latentes em equilíbrio com o hospedeiro e o ambiente. A presença de fungos antagonistas, principalmente Trichoderma spp. também, são responsáveis por esse equilíbrio, o qual ocorre nas três áreas.