Relationship between phenotype and environment in marine calcifying organisms: exploring growth and shell properties of different mollusks species in past and modern scenario

Coastal ecosystems represent an inestimable source of biodiversity, being among the most productive areas on the planet. Despite the great ecological and economic value of those environments, many threats endanger the species living in this ecosystem, like the rapid warming and the sea acidification, among many other. Benthic calcifying organisms (e.g. mollusks, corals and echinoderms) in particular, are among the most exposed to those hazards. These organisms use calcium carbonate as a structural and protective material through the biomineralization process, biologically controlled by the organism, but nevertheless, strongly influenced by the environmental surroundings. Evaluating how a changing environment can influence the process of biomineralization is critical to understand how those species of great ecological and economic importance will face the ongoing climate change. This thesis investigates the mechanism of biomineralization in different mollusks’ species of the Adriatic Sea, providing detailed descriptions of shells skeletal, biometric and growth parameters. Applying a multidisciplinary and multi-scale research approach, the influence of external environmental factors on the process of shell formation has been investigated. To achieve this purpose analysis were conducted both on current populations and on fossil remain, which allows to investigate ecological responses to past climate transitions. Mollusks’ shells in fact are one of the best tools to understand climate change in the past, present and future, since they record the environmental conditions prevailed during their life, reflected on the geochemical properties, microstructure and growth of the shell. This approach allowed to overcome the time scale limit imposed by field and laboratory survey, and better understand species long term adaptive response to changing environment, a crucial issue to define proper conservation and management strategies. Furthermore, the investigation of fossil record of mollusks assemblages offered the opportunity to evaluate the long-term biotic response to anthropogenic stressors in the north Adriatic Sea.

Radiocarbon and stable isotopes in the shell organic matrix: a new approach for the use of mollusk shells in the study of human evolution

Mollusk shells are often found in archeological sites, given their great preservation potential and high value as a multipurpose resource. They are often the only available material to use for radiocarbon dating, due to a lack of well-preserved bones in many archeological sites, especially for the key period of the Middle to Upper Paleolithic transition. However, radiocarbon dating on mollusk shells is often regarded as less reliable compared to bones, wood, or charcoals due to the various factors influencing their radiocarbon content (e.g., Isotope fractionation, marine reservoir effect etc.). For the development of more accurate chronologies using shells, it is fundamental to continue improving the precision of the techniques applied, as has been done for other materials (wood and bones). Thus, improving the chemical pretreatment on mollusk shells might allow researchers to obtain more reliable radiocarbon determinations allowing for the construction of new radiocarbon chronologies in archeological sites where so far it has not been possible. Furthermore, mollusk shells can provide information on the climatic and environmental variables present during their growth. Using shells for paleoclimatic reconstruction adds more evidence helpful for the interpretation of scenarios of human migration, adaptation, and behavior. Standard methods for both radiocarbon and stable isotope studies use the carbonate fraction of the shell. However, being biogenic structures, mollusk shells also consist of a minor organic fraction. The shell organic matrix has an important role in the formation of the calcium carbonate structure and is still not fully understood. This thesis explores the potential of using the shell organic matrix for radiocarbon dating and paleoenvironmental studies. The results of the work performed for this thesis represent a starting point for future research to build on, and further develop the approach and methodology proposed here.

A plasticidade dos amorfos: fazendo pigmentos brancos com fosfato de alumínio

A new white pigment made out of nano-structured non-crystalline aluminum phosphate was recently launched as an industrial product. Pigment opacifying properties are not intrinsic to aluminum phosphate but they arise as the result of a rare hollow particle nano-structure. This is in turn derived from the core-and-shell structure of amorphous aluminum phosphate precipitated under well-defined conditions. The new pigment is a product of the often neglected chemistry of non-crystalline ionic solids that can probably be a rich source of new successful products. The text describes a short account of the R&D activities, from the initial ideas to the present.

Uso de fosfatos com diferentes relações flúor: fósforo na alimentação de poedeiras semipesadas na fase de produção

Um experimento foi conduzido para verificar os efeitos de diferentes relações flúor:fósforo (F:P) na dieta sobre o desempenho e as concentrações de cálcio, fósforo, magnésio e flúor na tíbia de poedeiras comerciais semipesadas. Foram utilizadas 160 galinhas poedeiras, distribuídas em delineamento inteiramente casualizado, com quatro tratamentos (fontes de fósforo com diferentes relações flúor:fósforo - 1:40; 1:60; 1:80; 1:100) e cinco repetições de oito aves. No final do experimento, foram abatidas duas aves de cada repetição para coleta da tíbia e análise dos teores de flúor, cálcio, fósforo e magnésio. As relações flúor:fósforo não afetaram o consumo de ração, a produção de ovos, a conversão alimentar, o peso dos ovos e a gravidade específica. Entretanto, a porcentagem de casca e a espessura da casca foram menores quando a relação F:P foi de 1:100. Apesar da ausência de efeitos na produção de ovos, verificou-se redução de 7,3; 5,4 e 9,8% na produção entre as aves que receberam ração com a maior relação F:P (1:100) em comparação àquelas alimentadas com as rações com as relações de 1:40; 1:60 e 1:80, respectivamente. A deposição óssea de flúor reduziu e a de magnésio aumentou nas aves alimentadas com a ração contendo as maiores relação de F:P. As fontes de fósforo, nas relações fluor:fósforo de 1:40 a 1:80, podem ser utilizadas em dietas para poedeiras comerciais, pois não afetam o desempenho e a qualidade da casca dos ovos.

Vitaminas D e C para poedeiras na fase inicial de produção de ovos

Um experimento foi conduzido com o objetivo de avaliar os efeitos de duas fontes de vitamina D e três níveis de vitamina C sobre as características de desempenho, a qualidade interna e externa dos ovos, os níveis de cálcio total e iônico séricos e a resistência óssea de poedeiras. Foram utilizadas 288 galinhas da linhagem ISA Babcock B300® com 23 semanas de idade, durante um período experimental de 12 semanas. Utilizou-se o delineamento inteiramente ao acaso em arranjo fatorial 2 × 3, com os fatores: fontes de vitamina D (colecalciferol e 25-hidroxicolecalciferol - 25(OH)D3) e de vitamina C (0, 100 e 200 ppm), totalizando seis tratamentos com oito repetições de seis aves. O nível basal de colecalciferol foi de 2.756 UI/kg, correspondendo a 5,51 g do produto comercial Hy.D®/t de ração, como fonte de 25(OH)D3. Os fatores estudados não influenciaram o consumo de ração, a produção, o peso e a massa de ovos. Observou-se efeito da interação de fontes de vitamina sobre a conversão alimentar, que foi melhor quando utilizado metabólito 25(OH)D3 na ausência de vitamina C. Interações foram observadas para porcentagem de albúmen e porcentagem de gema, que aumentaram na presença de 200 ppm de vitamina C. O peso específico dos ovos, as concentrações de cálcio sérico, cinzas ósseas e a resistência à quebra não foram influenciadas pelas fontes de vitamina D e C. Houve interação para porcentagem e espessura de casca, cujos maiores valores foram obtidos com a suplementação de vitamina C na presença de 25(OH)D3. Em poedeiras na fase inicial de produção, a conversão alimentar é melhor com a utilização do 25(OH)D3 e a espessura e porcentagem de casca também melhoram com a utilização de 25(OH)D3 e a suplementação de vitamina C nas dietas (100 ou 200 ppm, respectivamente).

Analyzing the n→π* Electronic Transition of Formaldehyde in Water. A Sequential Monte Carlo/Time-Dependent Density Functional Theory

The n→π* absorption transition of formaldehyde in water is analyzed using combined and sequential classical Monte Carlo (MC) simulations and quantum mechanics (QM) calculations. MC simulations generate the liquid solute-solvent structures for subsequent QM calculations. Using time-dependent density functional theory in a localized set of gaussian basis functions (TD-DFT/6-311++G(d,p)) calculations are made on statistically relevant configurations to obtain the average solvatochromic shift. All results presented here use the electrostatic embedding of the solvent. The statistically converged average result obtained of 2300 cm-1 is compared to previous theoretical results available. Analysis is made of the effective dipole moment of the hydrogen-bonded shell and how it could be held responsible for the polarization of the solvent molecules in the outer solvation shells.

Interações entre evolução sedimentar e ocupação humana pré-histórica na costa centro-sul de Santa Catarina, Brasil

Desde o começo da ocupação humana no litoral centro-sul de Santa Catarina, Brasil, a articulação entre processos naturais e antrópicos modelou uma paisagem fortemente domesticada, marcada pela construção massiva de concheiros de dimensões monumentais e pela permanência milenar. Na planície costeira entre Passagem da Barra (município de Laguna) e lago Figueirinha (município de Jaguaruna), 76 sambaquis foram mapeados, dos quais 48 possuem datação. O levantamento sistemático de sítios e datações permitiu identificar padrões de distribuição espacial nos sambaquis da região, quanto a contexto sedimentar da época de construção, estratigrafia e idade. Desse modo, reconheceram-se nos sítios da região: cinco contextos geológico-geomorfológicos de localização; três padrões estratigráficos; e quatro fases de ocupação sambaquieira baseadas na quantidade de sítios e no tipo de padrão construtivo dominante. O modelo integrado de evolução sedimentar e distribuição tempo-espacial de sambaquis indica que estes sítios eram construídos em áreas já emersas e pouco alagáveis, e que sítios interiores, afastados dos corpos lagunares, podem não se ter preservado ou não estarem expostos devido ao processo de assoreamento contínuo que caracterizou a região após a máxima transgressão holocênica. O cruzamento de dados aqui proposto evidencia a importância de abordagens integradas entre arqueologia e geociências no estudo da evolução das paisagens.

A new genus and a new species of Clausiidae (Crustacea, Copepoda) parasitic on Dipolydora armata (Polychaeta, Spionidae) in Brazil

A new genus and species of parasitic copepod (Clausiidae), Spionicola mystaceus, associated with the polychaete Dipolydora armata (Spionidae) is described and figured. The new copepod has an elongate body, 5-segmented antennule, 2-segmented rami on legs 1 and 2, 2 spines representing leg 3, no leg 4, leg 5 well developed and reduced armature elements on feeding limbs. The host is a mollusk-shell borer, collected off São Sebastião Island, State of São Paulo, Brazil.

A new species of Acteon (Opisthobranchia: Acteonidae) from Northeast Brazil

A new species of Acteon Montfort 1810, Acteon mirim sp. nov., from Canopus Bank, state of Ceará, Brazil is described based on shell morphology. The new species is compared with other species of the genus reported from Brazil. It differs from other Brazilian species in having a whitish color with dark orange-brown spiral bands and a shell surface covered with small spiral grooves, regularly rectangular.

The effects of the experimental infection from a focus of transmission of Schistosoma mansoni in a population of Biomphalaria tenagophila (D'Orbigny, 1835) in the region of "Vale do Ribeira de Iguape", Brazil

To observe the effects of the parasitic infection on the biology of B. tenagophila, field and laboratory populations of this mollusk from Itariri, in Vale do Ribeira, Brazil, were experimentally infected. Each mollusk received 10 miracidia of Schistosoma mansoni (SJ lineage) and was observed throughout the parasite's development. The biological variables were compared according to the criteria "group" and "infectious phase". The main damage caused by the parasitic infection manifested itself in reproduction, longevity and lesions on the shell of the mollusks in the patent phase. An infection rate of 58.8% was observed. Microanatomical study of the mollusk's digestive gland and ovotestis revealed the presence of evolving larval forms and cercariae. It was concluded that the effects of the parasitic infection on both populations were moderate, despite the low survival rate of the infected mollusks, the damage did not prevent either reproduction or the elimination of cercariae, which continued for a long time.

Morfologia dos órgãos genitais masculinos do Jurará Kinosternon scorpioides (Chelonia: Kinosternidae)

Kinosternon scorpioides é uma pequena tartaruga semi-aquática, típica de água doce, de distribuição geográfica bastante diversificada, encontrada no estado do Maranhão, onde é denominada de jurará ou muçuã. Sua carne é uma excelente fonte de proteína e a despeito da legislação vigente, é comercializado nas praias e feiras da cidade de São Luís e consumido nos restaurantes sob a forma de farofa servida em casquinha. Os órgãos genitais do macho foram estudados visando fornecer dados morfológicos da própria espécie, que poderão ser utilizados na biologia reprodutiva voltada para ações de preservação em cativeiro. Compõe-se a amostra de 10 machos adultos, obtidos mediante apreensões do IBAMA-MA (Proc. nº 020.12.002400/99-31, licença nº 002/01), os quais foram eutanaziados conforme normas do Comitê de Ética do Curso de Medicina Veterinária, Universidade Estadual do Maranhão. A cavidade celomática foi aberta e os órgãos fixados em solução aquosa de formaldeído 10%, e posteriormente dissecados. Os testículos possuem formato ovóide e coloração amarelo-ouro. Os epidídimos convolutos estavam aderidos dorsalmente à superfície medial dos testículos, terminando em um pequeno ducto deferente. Os ductos deferentes não forma-ram nenhuma ampola distinta, abrindo-se na cloaca. O pênis sulcado, localizado no assoalho da cloaca, estendeu-se até a cauda, composto de raíz, corpo e glande. A morfologia dos órgãos reprodutivos destes animais assemelha-se aos de outras tartarugas, sugerindo uma morfologia conservada entre as tartarugas.

Níveis de fósforo disponível e tamanho de partícula do fosfato bicálcico na dieta de poedeiras comerciais de 24 a 58 semanas de idade

Um experimento foi conduzido para verificar o efeito de níveis de fósforo e do tamanho de partícula do fosfato bicálcico na dieta de poedeiras comerciais na fase de produção. Utilizou-se um delineamento experimental inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 × 3 com dois tamanhos de partícula do fosfato (fino e granulado) e três níveis de fósforo disponível (0,28; 0,38 e 0,48%), totalizando seis tratamentos, cada um com cinco repetições de oito aves. As dietas experimentais foram isoproteicas, isocalóricas e isocálcicas. O consumo de ração, a produção de ovos, a massa de ovos, a conversão alimentar, a porcentagem de casca, a gravidade específica e os teores de cinzas, cálcio, fósforo e magnésio nos ossos não foram afetados pelas dietas. Dietas contendo fosfato bicálcico (fino ou granulado) e 0,28% de fósforo disponível atendem às exigências de fósforo de galinhas poedeiras semipesadas de 24 a 58 semanas de idade.

Lysine and zinc chelate in diets for brown laying hens: effects on egg production and composition

It was evaluated the effects of levels of digestible lysine and chelate zinc combined in the diet for laying on the egg quality. It was used 720 birds, from 48 to 60 weeks of age, distributed in a completely randomized design in a 3 × 5 factorial scheme with three levels of zinc and five levels of lysine, applied into six replicates in the experimental units of eight birds per plot. The levels were: 137, 309 and 655 ppm zinc and 0.482, 0.527, 0.582, 0.644 and 0.732% digestible lysine. It was not observed any interaction among digestible lysine and zinc for the primary variables of fractions and egg composition. Levels of zinc reduced egg weight, suggesting the lowest efficiency in nutrient intake. At the highest dietary concentration of zinc, the addition of digestible lysine coincided with a linear increase in shell weight. However, zinc addition, regardless of lysine level in the diet, resulted in the reduction of egg weight and of the percentage of mineral matter in the yolk, limiting the efficiency of mineral deposition in this fraction of the egg. Concentration of zinc that produced the best results was 137 ppm inasmuch as higher quantities limit the use of digestible lysine, with effects harming composition and egg quality. The study indicates the following requirement for digestible lysine: 0.639% from the 48th to the 52nd week, 0.679% from the 52nd to 56th week, and 0.635% from the 56th to the 60th week. Considering the total period from 48th to the 60th week, the level 0.638% of lysine or the daily intake of 707 mg of the amino acid met the requirement for egg quality of semi-heavy layers used in this study.

The effects of the experimental onfection from a focus of transmissopn of Schistosoma mansoni in a population of Biomphalaria tenagophila (D'Orbigny, 1835) in the region of "Vale do Ribeira de Iguape", Brazil

Com objetivo de observar os efeitos da infecção parasitária na biologia de B. tenagophila, foram realizadas infecções experimentais em populações de campo e laboratório, ambas procedentes de Itariri, Vale do Ribeira, Brasil. Cada molusco recebeu 10 miracídios de Schistosoma mansoni (linhagem SJ), sendo observado durante o desenvolvimento dos parasitos. As variáveis biológicas foram comparadas segundo os critérios "grupo" e "fase de infecção". Os principais danos decorrentes do parasitismo se manifestaram na reprodução, na longevidade e em lesões na concha dos moluscos na fase patente. Foi encontrada uma taxa de infecção de 58,8 por cento. O estudo microanatômico da glândula digestiva e do ovoteste do molusco revelou a presença de formas larvárias em evolução e cercárias. Concluiu-se que os efeitos da infecção parasitária, sobre as duas populações, foram moderados, uma vez que os danos não impediram a reprodução e a eliminação de cercárias que se manteve por um longo período, apesar da baixa sobrevivência dos moluscos parasitados

Unconstrained Finite Element for Geometrical Nonlinear Dynamics of Shells

This paper presents a positional FEM formulation to deal with geometrical nonlinear dynamics of shells. The main objective is to develop a new FEM methodology based on the minimum potential energy theorem written regarding nodal positions and generalized unconstrained vectors not displacements and rotations. These characteristics are the novelty of the present work and avoid the use of large rotation approximations. A nondimensional auxiliary coordinate system is created, and the change of configuration function is written following two independent mappings from which the strain energy function is derived. This methodology is called positional and, as far as the authors' knowledge goes, is a new procedure to approximated geometrical nonlinear structures. In this paper a proof for the linear and angular momentum conservation property of the Newmark beta algorithm is provided for total Lagrangian description. The proposed shell element is locking free for elastic stress-strain relations due to the presence of linear strain variation along the shell thickness. The curved, high-order element together with an implicit procedure to solve nonlinear equations guarantees precision in calculations. The momentum conserving, the locking free behavior, and the frame invariance of the adopted mapping are numerically confirmed by examples. Copyright (C) 2009 H. B. Coda and R. R. Paccola.