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.

Effect of water chemistry on the physiology and toxicity assessment in Daphnia

Todos os sistemas aquáticos estão potencialmente expostos a alterações nos parâmetros da água em consequência de fenómenos ambientais tais como deposição ácida, lixiviação de iões dos solos e alterações climáticas. Dado que os parâmetros químicos da água estão geralmente correlacionados, é pertinente estudar os seus efeitos combinados para o biota aquático. Assim, o principal objetivo desta tese é avaliar a importância ecológica da variação simultânea dos principais parâmetros fisico-químicos da água nos parâmetros de história de vida dos crustáceos tanto na ausência como na presença de metais. Foram estudados os seguintes parâmetros: dureza (0.5 - 3.5 mM), alcalinidade (0.3 - 2.3 mM), pH (5.7 - 9.0) e temperatura (13 - 30ºC). A Daphnia magna foi usada como espécie modelo representando os crustáceos aquáticos. A variação simultânea da dureza e alcalinidade afetou significativamente o crescimento, reprodução e crescimento populacional de Daphnia; no entanto, os efeitos da dureza excederam os efeitos da alcalinidade. Pareceu haver interação entre a dureza e alcalinidade na reprodução dos dafnídeos, o que sugere que os efeitos da variação da dureza para Daphnia e provavelmente outros crustáceos poderão depender do nível de alcalinidade. O pH e dureza da água exerceram efeitos combinados para Daphnia, sendo os efeitos do pH mais pronunciados do que os efeitos da dureza. A diminuição do pH reduziu a sobrevivência, crescimento, reprodução, taxa de ingestão e crescimento populacional dos dafnídeos. No entanto, os efeitos do pH baixo foram mais adversos a baixa dureza, o que sugere uma interação entre estes parâmetros. Assim, a diminuição do pH em lagos de água mole pode ser um estressor determinante para os crustáceos sensíveis à acidez, ameaçando a sua sobrevivência e, consequentemente, afetando a estrutura das cadeias alimentares aquáticas. A temperatura e a química da água (dureza e alcalinidade) interagiram entre si nos parâmetros de história de vida de Daphnia; no entanto, os efeitos da temperatura excederam os efeitos da química da água. De um modo geral, temperaturas extremas reduziram o crescimento, reprodução e, consequentemente, o crescimento populacional de Daphnia. Os efeitos do aumento da temperatura foram mais adversos a baixa dureza e alcalinidade, aumentando a preocupação com os efeitos ecológicos do aquecimento global em águas moles. A dureza e alcalinidade da água também desempenharam um papel importante na toxicidade aguda e subletal (inibição da ingestão) dos metais para Daphnia. A diminuição da dureza aumentou a toxicidade aguda do zinco. Por outro lado, a diminuição da alcalinidade aumentou a toxicidade aguda e subletal do cobre, mas reduziu a toxicidade subletal do zinco, tornando evidente o importante papel da alcalinidade na toxicidade subletal dos metais para Daphnia. Globalmente, os parâmetros fisico-químicos da água parecem interagir entre si, afetando os parâmetros de história de vida e o crescimento populacional de Daphnia e também afetam a toxicidade dos metais. Em particular, a baixa dureza agrava os efeitos adversos da diminuição do pH, aumento da temperatura e toxicidade dos metais, o que aumenta a preocupação com os efeitos ecológicos da sua variação simultânea sobre os crustáceos e, portanto, sobre as cadeias alimentares aquáticas.

Effect assessment of nanoparticles toxicity in the terrestrial compartment

Over 11 million tons of nanomaterials (NMs) have been produced in 2012 and predictions point the increase in production. Despite predictions and extended usage via consumer products and industry, the understanding of the potential impact of these materials on the environment is virtually absent. The main aim of this thesis is to understand how a selected group of nanomaterials (metal based particles) may impact soil invertebrates, with special focus on the mechanisms of response. Since a case-by-case Environmental Risk Assessment (ERA) of all the emerging contaminants (particularly NMs) is impossible, among others due to time and cost reasons, to gain understanding on the mechanism of action and response is very important to reach a common paradigm. Understanding the modes of action provides predictive characters in cross particle extrapolation. Besides, it also provides insight for the production of new and sustainable materials. Overall, the effects of the selected NMs (Copper and Silver, Titanium and Zirconium oxides) and the respective salt forms, were investigated at the gene expression (using high-throughput tools, microarray and qPCR technology), biochemical (using enzymatic assays for analysis of oxidative stress markers) and organism (survival and reproduction as in OECD test guidelines) levels, this using standard soil species (Enchytraeus albidus, Enchytraeus crypticus, Eisenia fetida). Gene expression analysis provided valuable information on the mechanisms affected by each of the NMs. The gene expression profile highlighted a (nano)material signature and the effect of the duration of exposure. The functional analyses integrated with the biochemical and organism data, revealed a good understanding power. The biochemical parameters (oxidative stress related) were distinct across the materials and also influenced by duration of exposure and concentration. The standardized organismal responses differed the least between the various materials. The overall outcome is that, in this context of NMs effect assessment, gene expression and enzymatic assays introduced a very important knowledge gap, which could not had been achieved by the standard organismal effects alone. A reoccurring issue with some metal based NMs is the possible dissolution and subsequent release of ions that then causes toxicity e.g. Cu-NPs or Ag-NPs release Cu2+ or Ag+. The oxidation state of the particles was investigated, although this was not the focus of the thesis. The study of fate, e.g. dissolution of NPs, is also only in its beginning and the appropriate techniques are currently being developed. The results showed a specific nanoparticle effect. The UV exposure with titanium dioxide nanoparticles increased its effect.

Developmental Antecedents of Proactive and Reactive Rebelliousness: The Role of Parenting Style, Childhood Adversity, and Attachment

Adolescence is a time of developmental transition that for one in five young people is characterised by feelings of oppositionality, rebellion, and negativism. Despite the prevalent experience of teen turbulence and despite its significance within the phenomenological framework provided by reversal theory (RT), the childhood antecedents of rebelliousness in adolescence and adulthood have not been given extensive empirical attention within RT, although such work has been carried out using other constructs and theories. We examined recalled parenting style, childhood adversity, and attachment style in adulthood as correlates of proactive and reactive rebelliousness in a sample of 80 participants, aged 18 to 50 years. Each participant responded to a questionnaire package containing the revised Adult Attachment Scale, the Parental Bonding Instrument, the Childhood Experience of Care and Abuse Questionnaire, and the Negativism Dominance Scale. We found that paternal abusive parenting, followed by paternal parenting style, paternal neglect, and paternal antipathy were independently predictive of scores on proactive rebelliousness, the sensation-seeking form. Maternal and paternal indifferent parenting styles each were found to equivalently and independently predict scores on reactive rebelliousness, the interpersonal disaffection form. The results of this study suggest these two forms of rebelliousness may have distinctly different antecedents. A longitudinal study is needed to examine the potentially causal pathways that are suggested by the results of this cross-sectional research. We consider reversal theory explanations of these results and contrast them with complementary theoretical frameworks.

Face matching impairment in developmental prosopagnosia

Developmental prosopagnosia (DP) is commonly referred to as ‘face blindness’, a term that implies a perceptual basis to the condition. However, DP presents as a deficit in face recognition and is diagnosed using memory-based tasks. Here, we test face identification ability in six people with DP, who are severely impaired on face memory tasks, using tasks that do not rely on memory. First, we compared DP to control participants on a standardised test of unfamiliar face matching using facial images taken on the same day and under standardised studio conditions (Glasgow Face Matching Test; GFMT). DP participants did not differ from normative accuracy scores on the GFMT. Second, we tested face matching performance on a test created using images that were sourced from the Internet and so vary substantially due to changes in viewing conditions and in a person’s appearance (Local Heroes Test; LHT). DP participants show significantly poorer matching accuracy on the LHT relative to control participants, for both unfamiliar and familiar face matching. Interestingly, this deficit is specific to ‘match’ trials, suggesting that people with DP may have particular difficulty in matching images of the same person that contain natural day-to-day variations in appearance. We discuss these results in the broader context of individual differences in face matching ability.

Assessment of the mineralogenic toxicity of aquatic pollutants

In ecotoxicology a major focus is in the aquatic environment, not only because it presents a great economic value to man but it is an ecosystem widely affected by the growing anthropogenic pollution. Most of the studies performed relate to adverse effects in development, reproductive or endocrine disruption but little is known about the possible effects in bone formation and skeletal development. In this study, we set out to evaluate the effects of 8 aquatic pollutants on the skeletal development using an in vivo system, the zebrafish larvae aged 20 days post-fertilization, through chronic exposure. Several endpoints were considered such as the cumulative mortality, total length, occurrence of skeletal deformities and marker gene expression. We were able to establish LD50 values for some pollutants, like 3-methylcholanthrene, lindane, diclofenac, cobalt and vanadate and found that the total length was not affected by any of the pollutants tested. Cobalt was the most harmful chemical to affect hatching time, severely affecting the ability of the zebrafish embryos to hatch and overall the number of deformities increased upon exposure to tested chemicals but no patterns of deformities were identified. We also propose that 3-methylcholanthrene has an osteogenic effect, affecting osteoblast and osteoclast function and that op levels can act as a mediator of 3-methylcholanthrene toxic stress to the osteoblast. In turn we found naphthalene to probably have a chondrogenic effect. Our results provided new insights into the potential osteotoxicity of environmental pollutants. Future studies should aim at confirming these preliminary data and at determining mechanisms of osteotoxicity.

Impact of an evidence-based online module on best practice in physical therapy for children with developmental coordination disorder: a mixed methods study

Aims : This study evaluates the impact of a Developmental Coordination Disorder (DCD) evidence-based online module including synthesized resources, practical strategies, and interactive component on self-reported physical therapist (PT) knowledge, skills, and practice. Methods : PTs from across Canada completed questionnaires before, immediately after, and 2 months following completion of the module. Questionnaires used 7-point Likert scale items and short open-ended questions; analyzes used paired t-tests and a thematic approach. Results : Fifty PTs completed both pre- and post-questionnaires; 41 of these completed the follow-up questionnaire. Most items (79%) evaluating self-reported knowledge and skills increased significantly following module completion and this increase was maintained two months later. Most participants (92%) reported an increase in their confidence to provide DCD evidence-based services. Participants plan to modify their evaluative practices (e.g., involving children in goal setting) and their management of DCD (e.g., using best practice principles, providing resources to families and physicians). At the 2- month follow-up, 46% of participants had returned to the module to review information (e.g., video, resources) or to download handouts. Conclusion : An online module developed collaboratively with PTs has the potential not only to increase PTs’ knowledge, but also to support them in implementing evidence-based services for children with DCD.

Working with physical therapists to develop and evaluate an evidence-based online module for Developmental Coordination Disorder (DCD): bridging the knowledge-to-practice gap

Aims: Developmental Coordination Disorder (DCD) is a chronic condition with potential negative health consequences. Clinicians working with children with DCD need access to tailored, synthesized, evidence-based DCD information; however a knowledge-to-practice gap exists. The aim of this study was to develop and evaluate an evidence-based online DCD module tailored to physical therapists’ (PTs) identified needs. Methods: Guided by the Knowledge to Action framework, we interviewed PTs working with children with DCD (n=9) to identify their information needs. Their recommendations, along with synthesized DCD research evidence, informed module development. PTs (n=50) responded to scaled items and open-ended questions to evaluate module usefulness. Results: The module incorporated important PT DCD content areas including: 1) Identification; 2) Planning Interventions and Goals; 3) Evidence-Based Practice; 4) Management; and, 5) Resources. Case scenarios, clinical applications, interactive media, links to resources, and interactive learning opportunities were also embedded. PTs perceived the module to be comprehensive and useful and provided feedback to improve module navigation. Conclusions: Involving end-users throughout the development and evaluation of an online PT DCD module contributed to its relevance, applicability, and utility. The ongoing clinical use of this module may have the potential to improve the quality of PT DCD services.

Cloning of the Bone Gla Protein gene from the teleost fish Sparus aurata (gilthead seabream). Molecular organization, developmental appearance and evolutionary implications

Tese de Doutoramento, Biologia Molecular, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Toxicity risks linked to cyanobacteria blooms in southern Portugal reservoirs

Tese de doutoramento, Ciências e Tecnologias do Ambiente, Escola Superior de Saúde, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Study of predictive biomarkers of manganese toxicity : control and prevention of neurotoxicity associated with parenteral nutrition

Tese de doutoramento, Farmácia (Toxicologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Brain-derived neurotrophic factor and adenosine signalling on amyloid-β peptide induced toxicity : impact on hippocampal function

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Characterization of alternative biomarkers to control n-hexane exposure and prevent 2,5-hexanedione toxicity

Tese de doutoramento, Farmácia (Toxicologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2015

Differential Benefit: Preschool Children, Quality of Early Childhood Education Environment and Developmental Gains Important for School Readiness

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2014

How does developmental plasticity differ between diverse types of nutrition regimes?

Tese de mestrado em Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016