THE IMPACT OF GRAZING ON COMMUNITIES OF GROUND-DWELLING SPIDERS (ARANEAE) IN UPLAND VEGETATION TYPES

Adult spider communities were sampled by pitfall trapping over a 24-month period in plots subjected to a range of grazing regimes on five vegetation types on a hill farm in County Antrim, north-east Ireland. Spider community composition was influenced by vegetation type and grazing regime. Variation in the number of individuals and species diversity was also apparent between vegetation types and grazing regime. Plots grazed by all herbivores were characterised by the predominance of species characteristic of disturbed land. Inbye land and areas where grazing had ceased had characteristic coloniser species. The spiders Erigone dentipalpis, Allomengea scopigera and Centromerita bicolor were trapped with greater success in vegetation types where grass species dominated.

ASSESSMENTS AND DECISIONS IN METELLINA-SEGMENTATA (ARANEAE, METIDAE) - EVIDENCE OF A PHEROMONE INVOLVED IN MATE GUARDING

Assessments and decision-making underlying the initiation of mate guarding in a common web-building spider, Metellina segmentata, are examined in a series of field and laboratory studies. Adult males do not build webs but wander in search of females and mating opportunities. Adult males then wait at the edge of the webs of females and guard them prior to courtship and mating. Guarded females were heavier, larger and carried more mature eggs than solitary females. An active process of information gathering is apparent from introductions of males to the webs of females. Males make accurate assessments about female quality, even in the absence of the resident female. Cues involving web architecture are not used. Males may assess pheromonal cues on the web of the female in deciding whether to guard or abandon a female.

Marine reserve designation, trophic cascades and altered community dynamics

Marine ecosystems and their associated populations are increasingly at risk from the cumulative impacts of many anthropogenic threats that increase the likelihood of species extinction and altered community dynamics. In response, marine reserves can be used to protect exploited species and conserve biodiversity. The increased abundance of predatory species in marine reserves may cause indirect effects along chains of multi-trophic interactions. These trophic cascades can arise through direct predation, density-mediated indirect interactions (DMIIs), or indirect behavioural effects, termed trait-mediated indirect interactions (TMIIs). The extent of algal cover and the abundance of 4 primary consumers were determined in Lough Hyne, which was designated Europe's first marine nature reserve in 1981. The primary consumers were the sea urchin Paracentrotus lividus, the topshell Gibbula cineraria, the oyster Anomia ephippium, and the scallop Chlamys varia. The abundances of 3 starfish species (Marthasterias glacialis, Asterias rubens, and Asterina gibbosa) were also determined, as were 2 potential crustacean predators, Necora puber and Carcinus maenas. These data were compared with historical data from a 1962 (prey) and a 1963 (predator) survey to determine the nature of community interactions over adjacent trophic levels. The present study reveals a breakdown in population structure of the 4 surveyed prey species. Marine reserve designation has led to an increase in predatory crabs and M. glacialis, a subsequent decrease in primary consumers, especially the herbivore P. lividus, and an increase in macroalgal cover which is indicative of a trophic cascade. The study shows that establishing a Marine Reserve does not guarantee that conservation benefits will be distributed equally.

Shock avoidance by discrimination learning in the shore crab (Carcinus maenas) is consistent with a key criterion for pain

Nociception allows for immediate reflex withdrawal whereas pain allows for longer-term protection via rapid learning. We examine here whether shore crabs placed within a brightly lit chamber learn to avoid one of two dark shelters when that shelter consistently results in shock. Crabs were randomly selected to receive shock or not prior to making their first choice and were tested again over 10 trials. Those that received shock in trial 2, irrespective of shock in trial 1, were more likely to switch shelter choice in the next trial and thus showed rapid discrimination. During trial 1, many crabs emerged from the shock shelter and an increasing proportion emerged in later trials, thus avoiding shock by entering a normally avoided light area. In a final test we switched distinctive visual stimuli positioned above each shelter and/or changed the orientation of the crab when placed in the chamber for the test. The visual stimuli had no effect on choice, but crabs with altered orientation now selected the shock shelter, indicating that they had discriminated between the two shelters on the basis of movement direction. These data, and those of other recent experiments, are consistent with key criteria for pain experience and are broadly similar to those from vertebrate studies. © 2013. Published by The Company of Biologists Ltd.

Composite materials based on silk proteins

A number of animals have evolved to produce silk-based composite materials for a variety of task-specific applications. The review initially focuses on the composite structure of silk fibers produced naturally by silkworms and spiders, followed by the preparation and applications of man-made composite materials (including fibers, films, foams, gels and particulates) incorporating silk proteins in combination with other polymers (both natural and synthetic) and/or inorganic particles. 

Silk-inspired polymers and proteins

The biocompatibility and biodegradability of natural silk fibres and the benign conditions under which they (with impressive mechanical properties) are produced represent a biomimetic ideal. This ideal has inspired people in both academia and industry to prepare silk-mimetic polymers and proteins by chemical and/or biotechnological means. in the present paper, we aim to give an overview of the design principles of such silk-inspired polymers/proteins, their processing into various materials morphologies, their mechanical and biological properties, and, finally, their technical and biomedical applications.

Polymeric materials based on silk proteins

Silks are protein-based fibers made by arthropods for a variety of task-specific applications. In this article, we review the key features of silk proteins. This article initially focuses on the structure and function of silk proteins produced naturally by silkworms and spiders, followed by the biological and technical processing of silk proteins into a variety of morphologies (including capsules, fibers, films, foams, gels and spheres). Finally, we highlight the potential applications of silk-based materials. 

Effects of baited crab pots on cultivated mussel (Mytilus edulis) survival rates

The shore crab, Carcinus maenas, is recognized as a voracious predator of blue mussels, Mytilus edulis, having the potential to greatly reduce stocks in the benthic cultivation industry. As a consequence, baited crab pots are often deployed on and around cultivated benthic mussel beds to trap and remove crabs, in an attempt to reduce predatory pressure. Little is known about how C. maenas behaves around crab pots, but for many other crustacean fisheries, the trapping efficiency of pots is often low. Crabs may be attracted towards but not enter pots, instead feeding on cultivated mussels outside pots on the surrounding substratum. We tested whether the rate of loss of mussels attached to plates differed in areas next to baited pots compared with unbaited pots and to areas without any pots, at two sea loughs (60 km apart) in Northern Ireland. In Strangford Lough, more mussels were lost from plates next to baited pots than the other treatments. In Carlingford Lough, however, we found no difference in the number of mussels lost from plates in any treatment. This difference could be attributed to the different assemblages of mobile benthic predators at the two loughs. The presence of the starfish Asterias rubens, which was absent from experimental sites in Carlingford Lough, was thought to be responsible for increased predation rates near baited pots in Strangford. It is, therefore, important to consider local predator communities when deploying crab pots as a predator mitigation technique to ensure predation rates are in fact reduced and not enhanced. This study is of relevance not only to attempts to limit predation on commercial stocks of benthic cultivated mussels but also in situations where baited traps are deployed close to species vulnerable to mobile benthic predators.

Size-balanced community reorganization in response to nutrients and warming

It is widely accepted that global warming will adversely affect ecological communities. As ecosystems are simultaneously exposed to other anthropogenic influences, it is important to address the effects of climate change in the context of many stressors. Nutrient enrichment might offset some of the energy demands that warming can exert on organisms by stimulating growth at the base of the food web. It is important to know whether indirect effects of warming will be as ecologically significant as direct physiological effects. Declining body size is increasingly viewed as a universal response to warming, with the potential to alter trophic interactions. To address these issues, we used an outdoor array of marine mesocosms to examine the impacts of warming, nutrient enrichment and altered top-predator body size on a community comprised of the predator (shore crab Carcinus maenas), various grazing detritivores (amphipods) and algal resources. Warming increased mortality rates of crabs, but had no effect on their moulting rates. Nutrient enrichment and warming had near diametrically opposed effects on the assemblage, confirming that the ecological effects of these two stressors can cancel each other out. This suggests that nutrient-enriched systems might act as an energy refuge to populations of species under metabolic constraints due to warming. While there was a strong difference in assemblages between mesocosms containing crabs compared to mesocosms without crabs, decreasing crab size had no detectable effect on the amphipod or algal assemblages. This suggests that in allometrically balanced communities, the expected long-term effect of warming (declining body size) is not of similar ecological consequence to the direct physiological effects of warming, at least not over the six week duration of the experiment described here. More research is needed to determine the long-term effects of declining body size on the bioenergetic balance of natural communities.

Breaking and Entering: Examining the role of stress and aerial exposure in predator-prey relationships between the common shore crab (Carcinus maenas) and cultivated blue mussels (Mytilus edulis).

During benthic cultivation Mytilus edulis (blue mussels) are subject to predation pressure from a number of predators including Carcinus maenas (shore crabs). This predator can be responsible for substantial losses of mussels from the fishery and a full understanding of the predator–prey relationship between M. edulis and C. maenas is required to ensure attempts that reduce predatory pressure and subsequent commercial loss are successful. Whilst much work has examined the prey–predator size relationships between C. maenas and M. edulis, far less research has investigated how stress, such as periods of extended aerial exposure, may affect these relationships. We tested whether profit in terms of calories gained by crabs consuming mussels stressed by aerial exposure for 48 h differed from that of mussels at ambient conditions and whether being stressed affected the mussel's likelihood of predation. We also tested whether the size relationship between predators and their prey differed when mussels were stressed. We found that the profitability of prey (calories gained per second of handling time) did not vary between stressed and unstressed mussels. Handling times for stressed and unstressed mussels were similar, even when crabs were presented with mussels of the maximum size that they are able to consume. Small crabs were more likely to reject a mussel of preferred size if it was unstressed, suggesting that crabs may be able to assess that these mussels would require extra effort to break into and consume. Our findings suggest that the predator–prey relationship between mussels and crabs is not altered when mussels are stressed. C. maenas remains a voracious predator and regardless of the condition of mussels laid on commercial beds there is a need to control this predator in attempt to reduce losses in the benthic fishery.

Moytirra:Discovery of the first known deep-sea hydrothermal vent field on the slow-spreading Mid-Atlantic Ridge north of the Azores

Geological, biological, morphological, and hydrochemical data are presented for the newly discovered Moytirra vent field at 45^oN. This is the only high temperature hydrothermal vent known between the Azores and Iceland, in the North Atlantic and is located on a slow to ultraslow-spreading mid-ocean ridge uniquely situated on the 300 m high fault scarp of the eastern axial wall, 3.5 km from the axial volcanic ridge crest. Furthermore, the Moytirra vent field is, unusually for tectonically controlled hydrothermal vents systems, basalt hosted and perched midway up on the median valley wall and presumably heated by an off-axis magma chamber. The Moytirra vent field consists of an alignment of four sites of venting, three actively emitting "black smoke," producing a complex of chimneys and beehive diffusers. The largest chimney is 18 m tall and vigorously venting. The vent fauna described here are the only ones documented for the North Atlantic (Azores to Reykjanes Ridge) and significantly expands our knowledge of North Atlantic biodiversity. The surfaces of the vent chimneys are occupied by aggregations of gastropods (Peltospira sp.) and populations of alvinocaridid shrimp (Mirocaris sp. with Rimicaris sp. also present). Other fauna present include bythograeid crabs (Segonzacia sp.) and zoarcid fish (Pachycara sp.), but bathymodiolin mussels and actinostolid anemones were not observed in the vent field. The discovery of the Moytirra vent field therefore expands the known latitudinal distributions of several vent-endemic genera in the north Atlantic, and reveals faunal affinities with vents south of the Azores rather than north of Iceland. © 2013. American Geophysical Union. All Rights Reserved.

Pre- and post-settlement processes regulating recruitment of the shore crab Carcinus maenas

O sucesso do recrutamento em espécies com ciclos de vida complexos, i.e. com duas ou mais fases de desenvolvimento, depende do fornecimento de larvas aos locais apropriados do assentamento (mecanismos de pré-assentamento) e na consequente sobrevivência destas larvas até aos estágios bentónicos iniciais (mecanismos de pós-assentamento). O estudo dos principais processos físicos que controlam a variabilidade intra-anual do recrutamento do caranguejo Carcinus maenas foi possível com à obtenção em séries diárias da abundância de megalopas no plâncton e do seu assentamento em substratos artificiais de assentamento, e de parâmetros físicos relacionados com a amplitude de maré e o upwelling, durante os meses da época reprodutiva deste caranguejo. Os nossos resultados demonstraram um padrão cíclico de fornecimento de megalopas de C. maenas aos estuários na costa ocidental de Portugal, relacionado com a amplitude de maré e favorecido pelos ventos de sul. O assentamento de megalopas nos substratos artificiais de assentamento mostrou-se desacoplado do fornecimento nos dois estuários. Os dados obtidos sugerem que as megalopas são transportadas para a costa após a acção de ventos de downwelling, e o fornecimento para os estuários ocorre por transporte selectivo por corrente de maré. A utilização de substratos artificiais para medir densidades de juvenis de Carcinus maenas deve ser ponderada, uma vez que se verificou que em habitats estruturalmente menos complexos os juvenis utilizam os colectores como refúgio; em habitats mais complexos, os juvenis preferiram refugiar-se nas ervas marinhas existentes. No entanto, a estimativa de abundâncias diárias medidas nos colectores permitiu a descrição das abundâncias dos vários estádios de desenvolvimento juvenis, bem como as respectivas taxas de crescimento. As capacidades locomotoras de diferentes classes de tamanho de juvenis de C. maenas foram estimadas mediante o cálculo de um índice de locomoção. Os nossos resultados sugerem que os juvenis mais pequenos estão relativamente protegidos em habitats com vegetação densa, provavelmente porque este tipo de habitats inibe os movimentos dos juvenis de maiores dimensões. Foram também encontradas evidências da existência de segregação temporal na actividade locomotora das diferentes classes de juvenis, que funcionará como um mecanismo que permite reduzir o canibalismo e, consequentemente, aumentar a capacidade de suporte dos habitats juvenis. Foi realizado um estudo sobre o canibalismo nos juvenis de C. maenas na Ria de Aveiro, in situ e utilizando densidades reais. Verificou-se que as presas mais pequenas eram as mais vulneráveis, sendo os juvenis de maiores dimensões os predadores mais eficazes. Por outro lado, as taxas de canibalismo foram menores em habitats com elevadas densidades de refúgio (Zostera noltii). A estimativa das taxas diárias de mortalidade devidas ao canibalismo são aproximadamente metade das taxas diárias de mortalidade devidas aos processos de pré-assentamento, indicando que esta população de C. maenas será regulada pelo fornecimento larvar, i.e., será uma população regulada essencialmente por mecanismos préassentamento.

Population genetics of C. Maenas : oceanography and larval dispersal

Decifrar a complexa interacção entre os ciclos de vida de espécies marinhas e a oceanografia revela-se fundamental para a compreensão do fluxo genético e da conectividade no meio marinho. Nas espécies marinhas com desenvolvimento indirecto o fluxo de genes entre populações depende da distância que separa as populações, bem como da interacção entre a duração do desenvolvimento larvar, do comportamento das larvas e dos padrões de circulação oceânica. A conectividade larvar influencia uma variedade de processos como a dinâmica de stocks e de populações, a distribuição e limites geográficos das espécies, a estrutura genética das populações e a dispersão de espécies invasivas e reveste-se consequentemente de uma importância fundamental na identificação das unidades populacionais evolucionariamente relevantes e para a gestão e conservação marinhas. Os marcadores genéticos e os Modelos Individuais Acoplados a Modelos Físico-Biológicos (“ICPBMs”) são actualmente ferramentas fundamentais para o estudo dos padrões de dispersão larvar e para avaliar o nível de conectividade populacional. A presente tese respeita à avaliação das escalas espaciais de conectividade de populações de uma espécie costeira, o caranguejo Carcinus maenas, e utiliza conjuntamente informação de marcadores genéticos, análise de séries temporais de fornecimento de larvas e um modelo numérico de circulação oceânica. O primeiro capítulo introduz a temática da conectividade em espécies marinhas e inclui algumas referências aos métodos moleculares, analíticos e de modelação seguidos ao longo da tese. Através da utilização de múltiplas ferramentas – avaliação da estrutura genética geográfica de C. maenas na sua distribuição nativa com recurso a marcadores de DNA (microssatélites) (Capítulo 2), avaliação da estrutura genética temporal das larvas que formam os eventos de fornecimento larvar à Ria de Aveiro, NW Portugal (Capítulo 3), descrição da variabilidade inter-anual do fornecimento larvar à Ria de Aveiro, NW Portugal (Capítulo 4) e validação de um modelo ICPBM que descreve os padrões observados de fornecimento (Capítulo 5) – esta tese espera poder contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos que regulam o fluxo de genes e a conectividade entre populações de organismos marinhos. No Capítulo 6 são apresentadas as principais conclusões da investigação. A análise genética com recurso a microssatélites indicou que as populações de C. maenas são geneticamente homogéneas ao longo de várias centenas de km, dentro da distribuição nativa da espécie. Paralelamente, não foram encontrados indícios da existência de reprodução por “sweepstakes” em C. maenas de populações da costa oeste da Península Ibérica, visto que não se obtiveram diferenças genéticas significativas entre os eventos larvares. Também não se encontrou qualquer estrutura familiar entre as larvas que formam cada episódio de fornecimento, e não houve nenhuma redução significativa da variabilidade genética das larvas quando comparada com a de caranguejos adultos. A análise de séries temporais de suprimento de larvas na Ria de Aveiro em cinco anos estudados indica que este é um fenómeno episódico e variável, sendo os maiores episódios de fornecimento coincidentes com as marés vivas e acentuados por fortes ventos de sul. O modelo ICPBM foi validado com sucesso e parece fornecer uma estimativa realística das escalas espaciais e temporais de dispersão larvar, de acordo com as observações da estrutura genética e da ausência de reprodução por “sweepstake” em C. maenas da costa oeste da Península Ibérica

Microphytobenthos vs Hydrobia: trophic coupling in estuarine environment

Os estuários são ambientes complexos, biologicamente diversos e muito importantes no que respeita à produtividade primária. As zonas intertidais destes ecossistemas são ocupadas por organismos que possuem uma elevada capacidade de sobrevivência e adaptação face às variadas e rápidas alterações nos factores ambientais (tais como temperatura, salinidade, conteúdo hídrico, etc.). As cadeias tróficas com origem no ecossistema estuarino bentónico são essencialmente herbívoras, regulando o fluxo de energia desde o fundo sedimentar e através do ecossistema. Nas áreas estuarinas intertidais a produção primária é essencialmente suportada pelo microfitobentos (MPB). Estas comunidades de microalgas bênticas constituem uma importante fonte de matéria orgânica e são por si só a principal fonte alimentar para as populações de Hydrobia. Neste contexto, a interacção MPB - Hydrobia é um modelo-chave na investigação da cadeia trófica estuarina de origem bentónica, actuando como um importante canal de transporte de energia para os níveis tróficos superiores, especialmente se considerarmos que Hydrobia é uma importante presa para peixes, aves e caranguejos. O presente estudo tem por objectivos gerais: i) a investigação do controlo ambiental (particularmente da luz e do teor em água do sedimento) e endógeno na migração vertical do MPB e ii) a identificação e potencial utilização de marcadores tróficos (pigmentos e ácidos gordos) úteis à investigação da interacção MPB – Hydrobia em laboratório e em condições naturais, considerando a existência de uma elevada plasticidade trófica por parte da Hydrobia e a elevada densidade populacional que estes organismos podem apresentar. A primeira fase de investigação resultou na comparação do papel dos estímulos ambientais e do controlo endógeno nos padrões de comportamento migratório vertical do microfitobentos, demonstrando a existência de um controlo essencialmente endógeno na formação e desintegração do biofilme superficial. A regulação e manutenção da biomassa à superfície do sedimento são claramente controladas pela variação dos factores ambientais, em especial da luz, cuja presença é essencial à formação total do biofilme microalgal à superfície do sedimento intertidal. Foi proposta uma nova abordagem metodológica com vista à estimativa nãodestrutiva do teor de água de sedimentos intertidais vasosos , possibilitando o estudo da influência da acção do vento no conteúdo hídrico dos sedimentos e o consequente impacto da dessecação na comunidade microfitobêntica. Observou-se que a dessecação provoca efeitos limitantes não só na biomassa superficial mas também na actividade fotossintética dos biofilmes microfitobênticos, conduzindo à diminuição da produtividade primária. No que respeita à dinâmica trófica da interacção MPB - Hydrobia foi estabelecido o uso do pigmento feoforbide a, quantificado nas partículas fecais da fauna, como marcador trófico que permite estimar a quantidade de biomassa de microalgas (clorofila a) incorporada pelos organismos animais.Para tal foi investigada e comprovada a existência de uma relação significativa entre a concentração de feopigmentos excretados e a concentração de clorofila a ingerida. Estes estudos foram desenvolvidos numa primeira fase à escala diária, considerando os efeitos dos ciclos sazonais, dia-noite e maré, e depois com a validação em condições naturais, numa escala mensal. A taxa de ingestão média de indivíduos de H. ulvae varia ao longo do dia, com o máximo em torno dos períodos diurnos de maré baixa, o que pode estar relacionado com a disponibilidade de MPB. As taxas de ingestão (TI) de H. ulvae variam ainda em função da estação do ano (TI verão > TI primavera) e em função da densidade de indivíduos (> densidade, < ingestão). Verificou-se um efeito negativo na concentração de clorofila disponível após herbívoria independentemente da densidade de indivíduos. Finalmente, a comparação dos perfis de ácidos gordos de H. ulvae provenientes de diferentes habitats com os perfis de potenciais fontes alimentares permitiu demonstrar que os ácidos gordos são ferramentas úteis na identificação do habitat ocupado por estes organismos. No entanto, apesar da ocupação de diferentes habitats e da integração de múltiplas fontes de produção primária na sua dieta foram sempre observados significativos níveis de ácidos gordos específicos de microalgas (em particular diatomáceas), reforçando o papel importante das comunidades de microalgas bênticas na dieta das populações de H. ulvae.

Distribuição e padrões de utilização das conchas de caranguejos eremitas (Anomura) da Costa do Algarve

Dissertação mest., Biologia Marinha - Ecologia e Conservação Marinha, Universidade do Algarve, 2008