The aquatic biota of the now extinct lacustrine complex of the Mexico basin

The commonest organisms of the original Mexico lake complex are listed, including those that exist today in the Lago Viejo. In addition, a brief hydraulic history of this endorheic basin is given.

Testable models of aquatic systems: A NERC special topic for integrating experiments and modelling

A major part of the support for fundamental research on aquatic ecosystems continues to be provided by the Natural Environment Research Council (NERC). Funds are released for ”thematic” studies in a selected special topic or programme. ”Testable Models of Aquatic Ecosystems” was a Special Topic of the NERC, initiated in 1995, the aim of which was to promote ecological modelling by making new links between experimental aquatic biologists and state-of-the-art modellers. The Topic covered both marine and freshwater systems. This paper summarises projects on aspects of the responses of individual organisms to the effects of environmental variability, on the assembly, permanence and resilience of communities, and on aspects of spatial models. The authors conclude that the NERC Special Topic has been highly successful in promoting the development and application of models, most particularly through the interplay between experimental ecologists and formal modellers.

Exotic species and genetically modified organisms in aquaculture and enhanced fisheries: ICLARM's position

This article contains a discussion paper on the use of exotic species and genetically modified organisms in aquaculture and enhanced fisheries, together with a summary of ICLARM's (International Center for Living Aquatic Resources Management, Philippines) current position on this important topic.

Physical and chemical characteristics of major aquatic ecosystems in the Victoria and Kyoga lake basins

The physical-chemical characteristics of any aquatic ecosystem include pH, conductivity, and temperature, water transparency, nutrient and the chlorophyll-a levels. Physical and chemical factors of any ecosystem determine the type and quality of flora present in it and these forms the basis on which the system operates. The elements required in largest amounts for plant productions are carbon, phosphorus, nitrogen, and silicon, which is important for diatoms as a major component of the cell wall. Nutrients may limit algal productivity in the tropics despite the high temperature there allowing rapid nutrient recycling. Nutrients most likely to be limiting African lakes are nitrogen (Talling & Talling 1965; Moss 1969; Lehman & Branstrator 1993, 1994) and phosphorus (Melack.et al l982; Kalff 1983) while silicon may limit diatom growth (Hecky & Kilham 1988). The objective of the study is to investigate the impact of physical-chemical characteristics on the distribution and abundance of organisms in the major aquatic ecosystems.

Genetic fingerprinting of plankton community provides new insights into aquatic ecology

Over the past two decades, molecular techniques have been widely used in ecological study and molecular ecology has been one of the most important branches of ecology. Meanwhile, genetic fingerprinting analyses have significantly enhanced our knowledge of the diversity and evolutionary relations of the planktonic organisms. Compared with conventional approaches in ecological study (e. g. morphological classification), genetic fingerprinting techniques are simpler and much more effective. This review provides an overview of the principles, advantages and limitations of the commonly used DNA fingerprinting techniques in plankton research. The aim of this overview is to assess where we have been, where we are now and what the future holds for solving aquatic ecological problems with molecular-level information.

Partitioning, bioavailability and effects of oestrogens and xeno-oestrogens in the aquatic environment

This review provides insights into the distribution and impact of oestrogens and xeno-oestrogens in the aquatic environment and highlights some significant knowledge gaps in our understanding of endocrine disrupting chemicals. Key areas of uncertainty in the assessment of risk include the role of estuarine sediments in mediating the fate and bioavailability of environmental (xeno)oestrogens (notably their transfer to benthic organisms and estuarine food chains), together with evidence for endocrine disruption in invertebrate populations. Emphasis is placed on using published information to interpret the behaviour and effects of a small number of model compounds thought to contribute to oestrogenic effects in nature; namely, the natural steroid 17 beta -oestradiol (E2) and the synthetic hormone 17 alpha -ethinyloestradiol (EE2), together with the alkyl-phenols octyl- and nonyl-phenol (OP, NP) as oestrogen mimics. Individual sections of the review are devoted to sources and concentrations of (xeno)oestrogens in waterways, sediment partitioning and persistence, bioaccumulation rates and routes, assays and biomarkers of oestrogenicity, and, finally, a synopsis of reproductive and ecological effects in aquatic species.

Isolation of microplastics in biota-rich seawater samples and marine organisms

Microplastic litter is a pervasive pollutant present in aquatic systems across the globe. A range of marine organisms have the capacity to ingest microplastics, resulting in adverse health effects. Developing methods to accurately quantify microplastics in productive marine waters, and those internalized by marine organisms, is of growing importance. Here we investigate the efficacy of using acid, alkaline and enzymatic digestion techniques in mineralizing biological material from marine surface trawls to reveal any microplastics present. Our optimized enzymatic protocol can digest >97% (by weight) of the material present in plankton-rich seawater samples without destroying any microplastic debris present. In applying the method to replicate marine samples from the western English Channel, we identified 0.27 microplastics m−3. The protocol was further used to extract microplastics ingested by marine zooplankton under laboratory conditions. Our findings illustrate that enzymatic digestion can aid the detection of microplastic debris within seawater samples and marine biota.

Historical data reveal power-law dispersal patterns of invasive aquatic species.

Understanding how invasive species spread is of particular concern in the current era of globalisation and rapid environmental change. The occurrence of super-diffusive movements within the context of Lévy flights has been discussed with respect to particle physics, human movements, microzooplankton, disease spread in global epidemiology and animal foraging behaviour. Super-diffusive movements provide a theoretical explanation for the rapid spread of organisms and disease, but their applicability to empirical data on the historic spread of organisms has rarely been tested. This study focuses on the role of long-distance dispersal in the invasion dynamics of aquatic invasive species across three contrasting areas and spatial scales: open ocean (north-east Atlantic), enclosed sea (Mediterranean) and an island environment (Ireland). Study species included five freshwater plant species, Azolla filiculoides, Elodea canadensis, Lagarosiphon major, Elodea nuttallii and Lemna minuta; and ten species of marine algae, Asparagopsis armata, Antithamnionella elegans, Antithamnionella ternifolia, Codium fragile, Colpomenia peregrina, Caulerpa taxifolia, Dasysiphonia sp., Sargassum muticum, Undaria pinnatifida and Womersleyella setacea. A simulation model is constructed to show the validity of using historical data to reconstruct dispersal kernels. Lévy movement patterns similar to those previously observed in humans and wild animals are evident in the re-constructed dispersal pattern of invasive aquatic species. Such patterns may be widespread among invasive species and could be exacerbated by further development of trade networks, human travel and environmental change. These findings have implications for our ability to predict and manage future invasions, and improve our understanding of the potential for spread of organisms including infectious diseases, plant pests and genetically modified organisms.

Historical data reveal power-law dispersal patterns of invasive aquatic species

Understanding how invasive species spread is of particular concern in the current era of globalisation and rapid environmental change. The occurrence of super-diffusive movements within the context of Lévy flights has been discussed with respect to particle physics, human movements, microzooplankton, disease spread in global epidemiology and animal foraging behaviour. Super-diffusive movements provide a theoretical explanation for the rapid spread of organisms and disease, but their applicability to empirical data on the historic spread of organisms has rarely been tested. This study focuses on the role of long-distance dispersal in the invasion dynamics of aquatic invasive species across three contrasting areas and spatial scales: open ocean (north-east Atlantic), enclosed sea (Mediterranean) and an island environment (Ireland). Study species included five freshwater plant species, Azolla filiculoides, Elodea canadensis, Lagarosiphon major, Elodea nuttallii and Lemna minuta; and ten species of marine algae, Asparagopsis armata, Antithamnionella elegans, Antithamnionella ternifolia, Codium fragile, Colpomenia peregrina, Caulerpa taxifolia, Dasysiphonia sp., Sargassum muticum, Undaria pinnatifida and Womersleyella setacea. A simulation model is constructed to show the validity of using historical data to reconstruct dispersal kernels. Lévy movement patterns similar to those previously observed in humans and wild animals are evident in the re-constructed dispersal pattern of invasive aquatic species. Such patterns may be widespread among invasive species and could be exacerbated by further development of trade networks, human travel and environmental change. These findings have implications for our ability to predict and manage future invasions, and improve our understanding of the potential for spread of organisms including infectious diseases, plant pests and genetically modified organisms.

Study of pesticide effects on non-target organisms

A utilização insustentável de pesticidas, especialmente em zonas com elevado valor ecológico constitui uma ameaça à integridade dos ecossistemas. Sendo um problema à escala mundial, e também no contexto nacional, o presente trabalho pretende ser um contributo para a avaliação dos efeitos de pesticidas em organismos não alvo terrestres e, principalmente, aquáticos, em contextos de progressiva relevância ecológica. Neste sentido, o estudo foi direccionado para áreas (A1 e A2) integradas numa zona agrícola extensa em Portugal, utilizada para a produção de milho e, principalmente, de arroz (Baixo Mondego), a qual sustenta uma elevada biodiversidade. O estudo teve início na área A1, onde a monitorização físico-química e os ensaios com amostras naturais (ensaios WET - whole effluent tests) provenientes desta área evidenciaram que, apesar da ausência de pesticidas, as amostras de água colhidas no canal que atravessava os arrozais foram as mais nocivas para o crescimento de Pseudokirchneriella subcapitata e Chlorella vulgaris. Uma vez que outras fontes de contaminação (produção de gado) actuavam em A1, o estudo prosseguiu apenas na área A2. Assim, em A2, começou-se por determinar a toxicidade individual e da mistura de dois herbicidas formulados aplicados nos campos de arroz (Viper®) e milho (Mikado®) em condições laboratoriais. Viper® foi o herbicida mais tóxico, tanto para o crescimento de P. subcapitata e C. vulgaris, como para a sobrevivência, reprodução e crescimento de Daphnia longispina e Daphnia magna. Adicionalmente, estimou-se que a mistura Viper®/Mikado® induz efeitos antagonistas no crescimento de P. subcapitata e efeitos sinérgicos no crescimento de C. vulgaris e na sobrevivência dos dafnídeos. A avaliação da toxicidade destes herbicidas formulados e seus ingredientes activos no comportamento de minhocas terrestres (Eisenia andrei), usando solos naturais, demonstrou que Viper® e penoxsulam causaram uma % de evitamento superior nos organismos expostos. Contudo, o risco para E. andrei será à partida reduzido se as taxas de aplicação dos herbicidas forem respeitadas. Ensaios WET foram novamente usados para testar amostras naturais da área A2. Verificou-se que a qualidade do sistema aquático e do arrozal diminuiu durante a estação agrícola, em paralelo com a presença de nutrientes e pesticidas. O crescimento algal foi inibido, apesar dos parâmetros de história de vida dos dafnídeos terem sido estimulados. O resultado desta avaliação subestimou, em certos casos, os impactos reais causados pela aplicação de pesticidas. A avaliação in situ simultânea à aplicação de herbicidas nos arrozais demonstrou que os efeitos registados foram de facto restritos aos pulsos de herbicidas. A inibição das taxas de alimentação de D. longispina e D. magna forneceram um sinal precoce de alterações no sistema, seguido pela diminuição da sua sobrevivência e do crescimento de P. subcapitata. Em suma, as diferentes fases da avaliação efectuada confirmaram a existência de condições desfavoráveis devido às práticas agrícolas, reforçando a necessidade de se conjugar ensaios laboratoriais com avaliações in situ de maior relevância ecológica, para reduzir o grau de incerteza aliado à determinação dos riscos.

Toxicity assessment of essential metals in aquatic detritivores

Os contaminantes provenientes quer de fontes naturais quer como consequência da atividade humana, têm contribuído para a degradação dos ecossistemas aquáticos. Entre estes encontram-se os metais que podem, ou não ser essenciais mediante o papel que desempenham no metabolismo dos organismos. O cobre e o zinco são exemplos de metais essenciais, contudo quando atingem concentrações elevadas podem tornar-se tóxicos. Os detritívoros aquáticos desempenham um papel fundamental na decomposição da matéria orgânica, alimentando-se de carcaças e partes de plantas que caem nos cursos de água. Assim, estes organismos permitem que o ciclo dos nutrientes se complete e servem como elo de ligação entre todos os grupos funcionais do ecossistema mantendo o seu equilíbrio estrutural e funcional. Sendo a matéria orgânica a sua principal fonte de energia estão sujeitos à contaminação existente no meio, pelo que é de todo o interesse proceder-se à avaliação dos efeitos da toxicidade de metais nestes organismos. Uma vez que as diferenças comportamentais consequentes desta exposição podem originar variações na densidade e diversidade, o que se refletirá a nível das comunidades, originando alterações na estrutura e funcionamento do ecossistema. Tendo em vista a avaliação dos efeitos da contaminação por metais em detritívoros, o principal objetivo deste trabalho foi comparar a sensibilidade a metais essenciais de dois detritivoros aquáticos, o camarão Atyaephyra desmarestii e o anfípode Echinogammarus meridionalis. Para tal, avaliaram-se os efeitos do cobre e do zinco a diferentes níveis de organização biológica. Primeiro, foram determinadas as preferências alimentares de A. desmarestii e E. meridionalis considerando tanto a área das folhas como a contaminação por metais das folhas. Em seguida, avaliaram-se os efeitos do cobre e do zinco na sobrevivência e inibição alimentar de ambas as espécies. Finalmente, avaliaram-se os efeitos destes mesmos metais a nível bioquímico utilizando uma bateria de biomarcadores que incluiu enzimas de stresse oxidativo, o sistema de defesa antioxidante e as colinesterases. Ambos os organismos não mostraram preferência em relação a folhas de área diferente. A presença de uma maior ou menor concentração de metais essenciais no alimento não teve qualquer influência na sua escolha pelo alimento (contaminado ou não). Os ensaios agudos de cobre e zinco mostraram que o cobre é mais tóxico para ambas as espécies do que o zinco. O camarão demonstrou ser mais sensível ao zinco que o anfípode, tendo este sido mais sensível ao cobre ( CL50 do cobre para A. desmarestii foi de 0,128 mg.l-1 e o de E. meridionalis foi de 0,050 mg.l-1; os valores correspondentes para o zinco foram 7,951 e 11,860 mg.l-1, respectivamente. Em relação aos efeitos subletais, o cobre teve efeitos notórios na taxa de alimentação de E. meridionalis, mas não afectou a de A. desmarestii. No que diz respeito à exposição ao zinco, ambas as espécies parecem apresentar tendência para inibir a alimentação. A caracterização das colinesterases revelou que a principal forma presente em ambas as espécies é a acetilcolinesterase, a qual que não foi afetada pela presença dos metais, no caso do camarão, mas parece ser inibida pelo zinco no caso do anfípode. O cobre inibiu o sistema de defesa enzimático de ambas as espécies, sem sinais de danos lipídicos. Para além disto, inibiu uma das enzimas antioxidantes (GPx) do anfípode. Apesar de não ter ocorrido dano lipídico após exposição ao cobre, observou-se um ligeiro aumento dos níveis das LPO, o que pode ser indicativo de uma potencial existência de dano oxidativo, como resultado da falha do sistema de defesa antioxidante. Por outro lado, o zinco induziu o sistema de defesa em E. meriodionalis prevenindo o dano lipídico. Enquanto em A. desmarestii o sistema enzimático antioxidante não respondeu, tendo ocorrido dano celular oxidativo considerando-se, assim, que o sistema de defesa antioxidante do camarão pode ser comprometido por exposição a metais. Ainda que os danos celulares oxidativos tivessem ocorrido a baixas concentrações de zinco. A exposição a este metal também induziu a actividade da GST de E. meriodionalis. Considerando que a taxa de alimentação foi severamente reduzida no caso deste organismo, o zinco parece ser o metal cuja concentração no ecossistema requer maior atenção. Integrando as respostas dos biomarcadores parece também evidente que A. desmarestii responde de uma maneira geral a maiores concentrações dos dois metais, enquanto a resposta de E. meridionalis ocorre a concentrações inferiores. Pelo que, E. meridionalis parece ser mais sensível ao nível bioquímico. Neste trabalho, os dois detritívoros, com ligeiras diferenças no modo como utilizam a matéria orgânica disponível, apresentam diferenças na sensibilidade aos metais essenciais a vários níveis de organização biológica, sendo o zinco o metal que poderá causar maior preocupação a nível bioquímico, enquanto o cobre parece ser o mais tóxico ao nível do organismo, causando mortalidade a concentrações mais baixas.

Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment

Pharmaceuticals are biologically active and persistent substances which have been recognized as a continuing threat to environmental stability. Chronic ecotoxicity data as well as information on the current distribution levels in different environmental compartments continue to be sparse and are focused on those therapeutic classes that are more frequently prescribed and consumed. Nevertheless, they indicate the negative impact that these chemical contaminants may have on living organisms, ecosystems and ultimately, public health. This article reviews the different contamination sources as well as fate and both acute and chronic effects on non-target organisms. An extensive review of existing data in the form of tables, encompassing many therapeutic classes is presented.