Cultivo y valoración de Hydropuntia cornea (Rhodophyta) y Ulva rigida (Chlorophyta) para la producción de biodiesel: dinámica de la disponibilidad de amonio y de las condiciones de irradiación sobre la calidad de la biomasa

Máster Oficial en Cultivos Marinos. VI Máster Internacional en Acuicultura. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Does depth and sedimentation interact with sea urchings to affect algal assemblage patterns on eastern atlantic reefs?

[EN]A range of factors may affect the composition and abundance of macroalgae on subtidal rocky reefs. We experimentally determined the interactive effect of the occurrence of the long-spine sea urchin, Diadema antillarum, depth and sedimentation levels on macroalgal assemblage structure on eastern Atlantic rocky reefs. Specifically, we manipulated sea urchin densities (removal of all individuals vs. untouched controls at natural densities) on rocky reefs devoid of erect vegetation, and predicted (1) that removal of sea urchins would differently affect macroalgal assemblage structure between deep (16-18 m) and shallow (8-9 m) reef strata, and that (2) the effect of sea urchin removal on macroalgae would be altered under different scenarios of sedimentation (ambient vs. enhanced). Experimental circular plots (2 m in diameter) were set up at 3 locations at Gran Canaria (Canarian Archipelago), and were maintained and monitored every 4 wk for 1 y. At the end of the experimental period, the structure of the algal assemblages differed between urchin treatments and depth strata, with a larger cover of turf and bushlike algae where urchins were removed and at the shallow reef stratum. More important, differences in algal assemblage structure between urchin treatments were irrespective of sedimentation levels, but shifted from the shallow to the deep stratum. This interactive effect was, in turn, observed for bushlike algae, as a result of a larger magnitude of response (i.e., larger cover) in the shallow stratum relative to the deep stratum, but was not detected for either turf or crustose coralline algae. These results highlight the importance of sorne physical conditions (here, differences in depth) to interact with biotic processes (here, urchin abundance) to create patterns in the organization of subtidal and benthic assemblages

Avances en ecofisiología planctónica y oceanografía bioquímica en la ULPGC

[EN] This seminar will report the latest activities of the ULPGC»s Plankton Ecophysiology group (PEG). This group studies respiration, growth, nitrogen metabolism, oceanic carbon flux, deep ocean metabolism, and plankton cultivation. It works with zooplankton, phytoplankton, bacteria, and macroalgae. The premise behind the group»s investigations is that enzyme biochemistry controls an organism»s physiology that, in turn, has a strong impact on ocean chemistry and ecology. This research team (PEG) uses as foils, the metabolic theory of ecology (MTE) and Kleiber»s law to argue the fact that respiratory metabolism is controlled not by biomass, but by the respiratory electron transport system (R-ETS). It has pointed out that the reason, zooplankton respiration statistically correlates with biomass, is because biomass packages mitochondria and mitochondria package the R-ETS. It has demonstrated, experimentally with Artemia salina, the superiority of using ETS as a respiration proxy rather than using biomass. Working with bacteria it has shown the inadequacy of the MTE in describing respiration in different growth phases of bacteria and has shown that a rival model based on enzyme kinetics works much better.

Exploring respiration and respiratory electron transport system (ETS) in Ulva spp.

[ES] Respiration is a key ecological index. For either individuals or communities, it can be use to assess carbon and energy, demand and expenditure as well as carbon flow rates through food webs. When combined with productivity measurements it can establish the level of metabolic balance. When combined with measurements of respiratory capacity, it can indicate physiological state. Here, we report pilot studies the metabolism of the green algae, Ulva rotundata that inhabits intertidal pools of Gran Canaria. As a starting point we used the electron transport system (ETS) to differentiate between different growing conditions in the natural environment. We suspected different levels of stress associated with these conditions and looked for the influence of this stress in the ETS measurements. This technique has been successfully applied to study bacteria, phytoplankton and zooplankton in the ocean, but it has not been used to study sessile marine macroalgae. These neritic and littoral macrophytes have major ecological and industrial importance, yet little is known about their respiratory physiology. Such knowledge would strengthen our understanding of the resources of the coastal ocean and facilitate its development and best use. Here, we modified the ETS methodology for Ulva rotundata. With this modified ETS assay we investigated the capacity of Ulva to resist anoxia. We measured respiration with optodes (Fibox 4, Presens) in the dark to the point of oxygen exhaustion and through 24 h of anoxia. Then we exposed the Ulva to light and followed the oxygen increase due to photosynthesis. We discuss here the capacity of Ulva to survive during anoxia.

Herbivory intensity over two coexisting macrophytes on soft bottoms of Gran Canaria Island

Máster en Oceanografía

Efecto de la irradiación y el flujo de nutrientes sobre el contenido en polisacáridos ácidos en macroalgas cultivadas

Máster Oficial en Cultivos Marinos. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Effects of habitat characteristics on cryptic fish assemblages

Habitat structure is known to influence the abundance of fishes on temperate reefs. Biotic interactions play a major role in determining the distribution and abundance of species. The significance of these forces in affecting the abundance of fishes may hinge on the presence of organisms that either create or alter habitat. On temperate reefs, for example, macroalgae are considered autogenic ecosystem engineers because they control resource availability to other species through their physical structure and provide much of the structure used by fish. On both coral and temperate reefs, small cryptic reef fishes may comprise up to half of the fish numbers and constitute a diverse community containing many specialized species. Small cryptic fishes (<100 mm total length) may be responsible for the passage of 57% of the energy flow and constitute ca. 35% of the overall reef fish biomass on coral reefs. These benthic fish exploit restricted habitats where food and shelter are obtained in, or in relation to, conditions of substrate complexity and/or restricted living space. A range of mechanisms has been proposed to account for the diversity and the abundance of small fishes: (1) lifehistory strategies that promote short generation times, (2) habitat associations and behaviour that reduce predation and (3) resource partitioning that allows small species to coexist with larger competitors. Despite their abundance and potential importance within reef systems, little is known of the community ecology of cryptic fishes. Specifically on habitat associations many theories suggested a not clear direction on this subject. My research contributes to the development of marine fish ecology by addressing the effects of habitat characteristics upon distribution of cryptobenthic fish assemblages. My focus was on the important shallow, coastal ecosystems that often serve as nursery habitat for many fish and where different type of habitat is likely to both play important roles in organism distribution and survival. My research included three related studies: (1) identification of structuring forces on cryptic fish assemblages, such as physical and biological forcing; (2) macroalgae as potential tools for cryptic fish and identification of different habitat feature that could explain cryptic fish assemblages distribution; (3) canopy formers loss: consequences on cryptic fish and relationship with benthos modifications. I found that: (1) cryptic fish assemblages differ between landward and seaward sides of coastal breakwaters in Adriatic Sea. These differences are explained by 50% of the habitat characteristics on two sides, mainly due to presence of the Codium fragile, sand and oyster assemblages. Microhabitat structure influence cryptic fish assemblages. (2) Different habitat support different cryptic fish assemblages. High heterogeneity on benthic assemblages reflect different fish assemblages. Biogenic components that explain different and diverse cryptic fish assemblages are: anemonia bed, mussel bed, macroalgal stands and Cystoseira barbata, as canopy formers. (3) Canopy forming loss is not relevant in structuring directly cryptic fish assemblages. A removal of canopy forming algae did not affect the structure of cryptic fish assemblages. Canopy formers algae on Conero cliff, does not seem to act as structuring force, probably due to its regressive status. In conclusion, cryptic fish have been shown to have species-specific associations with habitat features relating to the biological and non biological components afforded by fish. Canopy formers algae do not explain cryptic fish assemblages distribution and the results of this study and information from the literature (both from the Mediterranean Sea and elsewhere) show that there are no univocal responses of fish assemblages. Further exanimations on an non regressive status of Cystoseira canopy habitat are needed to define and evaluate the relationship between canopy formers and fish on Mediterranean sea.

Entwicklung einer online Kopplungsmethode von GC mit ECD- und ICPMS-Detektion zur Bestimmung biogener leichtflüchtiger bromierter und iodierter Kohlenwasserstoffe in Meerwasser und der Atmosphäre

In dieser Arbeit wurde ein zweidimensionales Kopplungssystem zur Bestimmung von leichtflüchtigen bromierten und iodierten Kohlenwasserstoffen (LHKW) in Wasser- und Luftproben entwickelt. Hierzu wurde ein Gaschromatograph mit einem Elektroneneinfangdetektor (ECD) on-line an ein elementselektives induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer (ICPMS) gekoppelt. Dieses extrem nachweisstarke Analysensystem ermöglicht eine simultane Identifizierung unbekannter und koeluierender Peaks sowie eine vereinfachte Quantifizierung mittels ICPMS. Beim Vergleich des GC-ECD-ICPMS-Kopplungssystem mit den herkömmlichen Detektionsmethoden wie dem Massenspektrometer mit Elektronenstoss-Ionisation und dem Atomemissionsdetektor mit mikrowelleninduziertem Plasma schnitt das neu entwickelte Kopplungssystem ausgezeichnet ab. Für die Isolierung der LHKW aus Meerwasserproben wurde die Purge und Trap Technik verwendet, Luftproben wurden durch Besaugung auf Adsorptionsmaterial angereichert. Im Rahmen des BMBF-Teilprojektes ReHaTrop/AFOHAL wurden im August 2001 und im April/Mai 2002 an der Deutschen Nordseeküste Probenahmen durchgeführt. Die Konzentrationen der Wasserproben lagen im Bereich von 0,1-158 ng L-1, die der Luftproben im Bereich von 0,01-470 pptv. Die Messungen bestätigen die wichtige Rolle von Makroalgen im Zusammenhang mit der Produktion von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Die Konzentration der iodierten und bromierten Kohlenwasserstoffe war immer höher in Proben, die direkten Kontakt mit Makroalgen hatten. Inkubationsexperimente zeigen für verschiedene braune und grüne Makroalgen individuelle „Fingerprints“ der biogenen LHKW-Produktion. Bei den Messungen an der Nordseeküste wurden Abhängigkeiten zwischen den LHKW und meteorologischen Parametern gefunden.

Effects of temperature and acidity on Mediterranean benthic calcifiers, in the face of globale climate change

The Mediterranean Sea is expected to react faster to global change compared to the ocean and is already showing more pronounced warming and acidification rates. A study performed along the Italian western coast showed that porosity of the skeleton increases with temperature in the zooxanthellate (i.e. symbiotic with unicellular algae named zooxanthellae) solitary scleractinian Balanophyllia europaea while it does not vary with temperature in the solitary non-zooxanthellate Leptopsammia pruvoti. These results were confirmed by another study that indicated that the increase in porosity was accompanied by an increase of the fraction of the largest pores in the pore-space, perhaps due to an inhibition of the photosynthetic process at elevated temperatures, causing an attenuation of calcification. B. europaea, L. pruvoti and the colonial non-zooxanthellate Astroides calycularis, transplanted along a natural pH gradient, showed that high temperature exacerbated the negative effect of lowered pH on their mortality rates. The growth of the zooxanthellate species did not react to reduced pH, while the growth of the two non-zooxanthellate species was negatively affected. Reduced abundance of naturally occurring B. europaea, a mollusk, a calcifying and a non-calcifying macroalgae were observed along the gradient while no variation was seen in the abundance of a calcifying green alga. With decreasing pH, the mineralogy of the coral and mollusk did not change, while the two calcifying algae decreased the content of aragonite in favor of the less soluble calcium sulphates and whewellite (calcium oxalate), possibly as a mechanism of phenotypic plasticity. Increased values of porosity and macroporosity with CO2 were observed in B. europaea specimens, indicating reduces the resistance of its skeletons to mechanical stresses with increasing acidity. These findings, added to the negative effect of temperature on various biological parameters, generate concern on the sensitivity of this zooxanthellate species to the envisaged global climate change scenarios.

Entwicklung und Anwendung massenspektrometrischer Methoden zur Spurenanalytik iodhaltiger Verbindungen und aliphatischer Amine in der marinen Umwelt

In der marinen Grenzschicht beeinflussen reaktive Iodspezies wie z.B. I2 sowie aliphatische Amine eine Vielzahl atmosphärischer Prozesse, vor allem bei der Partikelneubildung spielen sie eine entscheidende Rolle. Allerdings stellt die Quantifizierung dieser Verbindungen im Spurenbereich immer noch eine große analytische Herausforderung dar. rnAus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit das GTRAP-AMS (Gaseous compound trapping in artificially generated particles – aerosol mass spectrometry) entwickelt, um gasförmiges I2 und aliphatische Amine zu bestimmen. Hierbei wird ein Flugzeit-Aerosolmassenspektrometer (ToF-AMS), das ursprünglich für die on-line Charakterisierung von Aerosolen entwickelt wurde, mit einer GTRAP-Einheit gekoppelt. Im Fall von I2 werden mit Hilfe eines pneumatischen Zerstäubers a-Cyclodextrin/NH4Br-Partikel erzeugt, die mit dem gasförmigen I2 innerhalb der GTRAP-Einheit eine Einschlussverbindung bilden und dieses dadurch selektiv in die Partikelphase aufnehmen. Für die on-line Bestimmung gasförmiger aliphatischer Amine dagegen wurde Phosphorsäure als partikulärer Reaktionspartner eingesetzt. Nach Optimierung des GTRAP-AMS Systems wurde sowohl für I2 als auch für die aliphatischen Amine eine Nachweisgrenze im sub-ppb-Bereich für eine Zeitauflösung zwischen 1 und 30 min erhalten. Als erstes wurde das GTRAP-AMS System zur Charakterisierung von Permanentdenudern eingesetzt, um deren I2-Aufnahmefähigkeit und Wiederverwendbarkeit im Vergleich zu den herkömmlichen einmal verwendbaren a-Cyclodextrin Denudern zu testen.rnIm Anschluss daran wurde das GTRAP-AMS für die Bestimmung zeitlich aufgelöster I2- Emissionsraten ausgewählter Makroalgen unter dem Einfluss von Ozon eingesetzt. Die Kenntnis der Emissionsraten iodhaltiger Verbindungen der wichtigsten weltweit vorkommenden Makroalgen ist für die Modellierung der Iodchemie in der marinen Grenzschicht von besonderer Bedeutung. Die Resultate zeigen, dass verschiedene Makroalgen sowohl unterschiedliche zeitlich aufgelöste I2-Emissionsprofile als auch Gesamtemissionsraten liefern. Im Vergleich zu den iodorganischen Verbindungen ist die Gesamtemissionsrate an I2 allerdings eine bis zwei Größenordnungen größer. Dies und die deutlich kürzere atmosphärische Lebensdauer von I2 im Vergleich zu den iodorganischen Verbindungen führen dazu, dass I2 die dominierende iodhaltige Verbindung für die Bildung reaktiver Iodatome in der marinen Grenzschicht ist. rnDa über dem tropischen Atlantischen Ozean bislang jedoch nur ein geringer Anteil der IO-Konzentration durch die Oxidation von iodorganischen Verbindungen erklärt werden kann, wurden weitere Quellen für I2 erforscht. Deshalb wurden Kammerexperimente mit Mikrolagen durchgeführt, um deren Einfluss auf die I2-Freisetzung in die Atmosphäre zu untersuchen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Anwesenheit von Mikroalgen (z.B. Coscinodiscus Wailesii) im Meerwasser zu einer erhöhten Freisetzung von I2 aus dem Meerwasser in die Atmosphäre führen kann. rnDes Weiteren wurden auch Versuche zu abiotischen Bildungswegen von I2 durchgeführt. Die Ergebnisse der Atmosphärensimulationsexperimente haben gezeigt, dass partikuläre Iodoxide durch organische Verbindungen zu I2 reduziert werden können, welches im Anschluss von der Partikelphase in die Gasphase übergehen kann und dort wieder für Gasphasenprozesse zur Verfügung steht.rn

Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur Bestimmung von halogenierten Kohlenwasserstoffen in Luft mittels anreichernder Probenahme,Thermodesorption und GC,MS mit negativer chemischer Ionisation

Flüchtige organische Halogenverbindungen übernehmen in der Chemie der Troposphäre eine Schlüsselrolle. Photolytisch gebildete Halogenatome reagieren mit troposphärischem Ozon und können durch Oxidation, vor allem von Iod, zur Neubildung von Partikeln beitragen. Auf diese Weise beeinflussen Halogenalkane den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Aus analytischem Blickwinkel ist es wichtig die Konzentration der einzelnen Spezies zu untersuchen um Rückschlüsse auf deren biotische oder abiotische Quellen ziehen und die Emissionswege besser verstehen zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine sensitive Methode zur Untersuchung von halogenierten Kohlenwasserstoffen entwickelt, basierend auf anreichernder Probenahme mit anschließender Thermodesorption und der Analyse mittels Massenspektrometrie mit negativer chemischer Ionisation. Die Kennwerte der Methode sind: Nachweisgrenzen zwischen 0.11 pg und 5.86 pg bzw. zwischen 1.0 ppqV und 44.7 ppqV, Linearität zwischen R2=0.993 und R2=1.000, Reproduzierbarkeit (Triplikate) RSD < 15 % und ein sicheres Probenahmevolumen von 10 L. Die Methode wurde im Anschluss im Rahmen von zwei Feldmessungen, in Mace Head, Irland und auf einer Schiffskampagne im antarktischen Amundsen-Meer, angewendet. Durch die Ergebnisse aus Irland kann gezeigt werden, dass die Mischungsverhältnisse der Iodalkane mit denen früherer Studien vergleichbar sind, und dass die verschiedenen untersuchten Algenarten deutlich unterschiedliche Emissionsraten zeigen. Die Ergebnisse der Kampagne im Amundsen-Meer zeigen einen großen Einfluss der Windrichtung auf die Halogenalkan-Konzentrationen. So sind die Mischungsverhältnisse der Halogenalkane deutlich höher, wenn der Wind zuvor über die antarktischen Eisflächen strömt. Für die biotischen Quellen wurden die Emissionsraten ausgewählter Makroalgen unter dem Einfluss von Ozon untersucht. Die Emissionsrate der Iodalkane zeigt einen exponentiellen Zusammenhang, sowohl zur I2-Emission als auch zum Gesamtiodgehalt der Algen. Unter oxidativen Bedingungen zeigt L. Digitata eine linear steigende Iodalkanemission. Mit diesem Verhalten wird die These der Bildung von Iodalkanen als Nebenprodukt beim Abbau reaktiver Sauerstoffspezies unterstützt. Neben den Makroalgen wurden auch Mikroalgen als biotische Quellen untersucht. Hierbei können zwei unterschiedliche Emissionsmuster der Halogenalkane für Diatomeen und Phaeocystis sp. gezeigt werden. Im Gegensatz zur Iodalkan-Emission hängt die I2 Emission der Mikroalgenproben von der Ozonkonzentration der Luft ab. Durch die lineare Korrelation der I2-Emission mit der Iodid-Konzentration der wässrigen Phase einerseits, und dem Ozonverbrauch andererseits, kann die Bildung von I2 durch Oxidation von Iodid durch Ozon bestätigt werden. Für das Emissionsverhalten der Mikroalgenprobe aus dem Sylter Wattenmeer, welche keine Korrelation mit dem verbrauchten Ozon zeigt, gibt es zwei Erklärungen: Zum einen kann I2 durch den hohen Gehalt an organischen Verbindungen an diesen adsorbiert bzw. chemisch gebunden werden und wird dann nicht mehr in die Gasphase emittiert. Zum anderen können aktive organische Verbindungen das Gleichgewicht zwischen HOI und I2 in Richtung HOI verlagern. Im Versuch zur abiotischen Bildung von Iodalkanen aus Partikeln, bestehend aus I2O5 und verschiedenen Alkoholen, kann gezeigt werden, dass die Bildung von Iodmethan und Diiodmethan abläuft, dass jedoch die Emission bis zu zwei Größenordnungen kleiner ist als die von I2. Somit trägt die Bildung von Iodalkanen nur in einem sehr eingeschränkten Rahmen zum Recycling des Iods in der Atmosphäre bei. Der vorgestellte abiotische Bildungsweg hängt sowohl vom pH-Wert als auch vom Mischungsverhältnis im Partikel ab.

Physiological Responses to Environmental Variation in Intertidal Red Algae: Does Thallus Morphology Matter?

Morphological variation within and among many species of algae show correlated life history traits. The trade-offs of Life history traits among different morphs are presumed to be determined by morphology. Form-function hypotheses also predict that algae of different morphological groups exhibit different tolerances to physiological stress, whereas algae within a morphological group respond similarly to stress. We tested this hypothesis by comparing photosynthetic and respiratory responses to variation in season, light, temperature, desiccation and freezing among the morphologically similar fronds of Chondrus crispus and Mastocarpus stellatus and the alternate stage crust of M. stellatus. Physiological differences between fronds of the 2 species and crusts and fronds were consistent with their patterns of distribution and abundance in the intertidal zone. However, there was no clear relationship between algal morphology and physiological response to environmental variation. These results suggest that among macroalgae the correlation between Life history traits and morphology is not always causal. Rather, the link between life history traits and morphology is constrained by the extent to which physiological characteristics codetermine these features.

High resolution bathymetric compilation for Potter Cove, WAP, Antarctica, with links to data in ArcGIS format

The bathymetry raster with a resolution of 5 m x 5 m was processed from unpublished single beam data from the Argentine Antarctica Institute (IAA, 2010) and multibeam data from the United Kingdom Hydrographic Office (UKHO, 2012) with a cell size of 5 m x 5 m. A coastline digitized from a satellite image (DigitalGlobe, 2014) supplemented the interpolation process. The 'Topo to Raster' tool in ArcMap 10.3 was used to merge the three data sets, while the coastline represented the 0-m-contour to the interpolation process ('contour type option').