Water structure and chaotropicity: their uses, abuses and biological implications

The concept of "water structure" has been invoked to explain all manner of aqueous phenomena. Here we look at the origins of this tendency to understand solute hydration in terms of structural changes in bulk water, and consider the validity of one particular example: the classification of small solutes as chaotropic or kosmotropic, and the putative relation of this terminology to notions of structure-making and structure-breaking in the solvent. We doubt whether complex phenomena such as Hofmeister and osmolyte effects on macromolecules can be understood simply on the basis of a change in solvent structure. Rather, we argue that chaotropicity, if understood in the original sense, arises from the activities that solutes exert on macromolecular systems, as well as from deviations of solvation water from bulk-like behaviour. If applied judiciously, chaotropicity remains a potent, biologically pertinent parameter useful for classifying and understanding solution phenomena in all types of living system.

Biogeography, macroecology and species’ traits mediate competitive interactions in the order Lagomorpha

1. In addition to abiotic determinants, biotic factors, including competitive, interspecific interactions, limit species’ distributions. Environmental changes in human disturbance, land use and climate are predicted to have widespread impacts on interactions between species, especially in the order Lagomorpha due to the higher latitudes and more extreme environmental conditions they occupy.
2. We reviewed the published literature on interspecific interactions in the order Lagomorpha, and compared the biogeography, macroecology, phylogeny and traits of species known to interact with those of species with no reported interactions, to investigate how projected future environmental change may affect interactions and potentially alter species’ distributions.
3. Thirty-three lagomorph species have competitive interactions reported in the literature; the majority involve hares (Lepus sp.) or the eastern cottontail rabbit (Sylvilagus floridanus). Key regions for interactions are located between 30-50°N of the Equator, and include eastern Asia (southern Russia on the border of Mongolia) and North America (north western USA).
4. Closely related, large-bodied, similarly sized species occurring in regions of human-modified, typically agricultural landscapes, or at high elevations are significantly more likely to have reported competitive interactions than other lagomorph species.
5. We identify species’ traits associated with competitive interactions, and highlight some potential impacts that future environmental change may have on interspecific interactions. Our approach using bibliometric and biological data is widely applicable, and with relatively straightforward methodologies, can provide insights into interactions between species.
6. Our results have implications for predicting species’ responses to global change, and we advise that capturing, parameterizing and incorporating interspecific interactions into analyses (for example, species distribution modelling) may be more important than suggested by the literature.

Coherence and discontinuity in the scaling of species' distribution patterns

The spatial distribution of a species can be characterized at many different spatial scales, from fine-scale measures of local population density to coarse-scale geographical-range structure. Previous studies have shown a degree of correlation in species' distribution patterns across narrow ranges of scales, making it possible to predict fine-scale properties from coarser-scale distributions. To test the limits of such extrapolation, we have compiled distributional information on 16 species of British plants, at scales ranging across six orders of magnitude in linear resolution (1 in to 100 km). As expected, the correlation between patterns at different spatial scales tends to degrade as the scales become more widely separated. There is, however, an abrupt breakdown in cross-scale correlations across intermediate (ca. 0.5 km) scales, suggesting that local and regional patterns are influenced by essentially non-overlapping sets of processes. The scaling discontinuity may also reflect characteristic scales of human land use in Britain, suggesting a novel method for analysing the 'footprint' of humanity on a landscape.

Interspecific comparison of estrogen and testosterone concentrations in three species of amphipods (Gammarus duebeni celticus, G. pseudolimnaeus, and G. pulex)

The presence and biological significance of vertebrate-related steroid sex hormones in aquatic invertebrates are poorly understood. We compared the concentrations of estrogen (17β-estradiol) and testosterone between amplexing male and female freshwater amphipods of three species from two continents: Gammarus duebeni celticusLiljeborg, 1852 and G. pulex(L., 1758) from Europe, and G. pseudolimnaeusBousfield, 1958 from North America. All three species were found to have measureable concentrations of both hormones in whole body lysate samples but the concentrations differed between species, with testosterone differing significantly between species only for male amphipods and estradiol differing significantly between species only for female amphipods. Concentrations of both testosterone and estrogen differed between males and females in two of the three species ( G. duebeni celticusand G. pseudolimnaeus). Females had the highest concentration of both hormones in G. duebeni celticusand the lowest concentration of both hormones in G. pseudolimnaeus. These results contribute to a growing body of evidence that these hormones are endogenously produced and biologically relevant in amphipods. Such evidence is particularly important in light of increasing prevalence of endocrine-disrupting compounds in the environment and the central role played by amphipods in aquatic ecosystems.

Immunological determination of the pharmaceutical diclofenac in environmental and biological samples

A highly sensitive and specific competitive ELISA on 96-microwell plates was developed for the analysis of the nonsteroidal anti-inflammatory drug diclofenac. Within the water cycle in Europe, this is one of the most frequently detected pharmaceutically active compounds. The LOD at a signal-tonoise ratio (S/N) of 3, and the IC ₅₀, were found to be 6 ng/L and 60 ng/L respectively in tap water. In a comparative study using ELISA and GC-MS, diclofenac levels in wastewater from 21 sewage treatment plants were determined and a good correlation between these methods was found (ELISA vs. GCMS: r = 0.70, slope = 0,90, intercept = 0.37, n = 24). An average degradation rate of -25% can be calculated. Labscale-experiments on the elimination of diclofenac in continuous pilot sewage plants revealed a removal rate of only 5% over a period of 13 weeks. In a further study, the ELISA was applied to a number of extracts of various animal tissues from a range of species, and again a very good relationship between ELISA and LC-ESI/MS data sets was obtained (r = 0.90, p<0.0001; n = 117). The ELISA has proven to be a simple, rapid, reliable and affordable alternative to otherwise costly and advanced techniques for the detection of diclofenac in matrix diverse water samples and tissue extracts after only relatively simple sample preparation. © 2007 American Chemical Society.

Identification of arsenic species in sheep-wool extracts by different chromatographic methods

Sheep on the island of North Ronaldsay (Orkney, UK) feed mostly on seaweed, which contains high concentrations of dimethylated arsenoribosides. Wool of these sheep contains dimethylated, monomethylated and inorganic arsenic, in addition to unidentified arsenic species in unbound and complexed form. Chromatographic techniques using different separation mechanisms and detectors enabled us to identify five arsenic species in water extracts of wool. The wool contained 5.2 ± 2.3 μg arsenic per gram wool. About 80% of the arsenic in wool was extracted by boiling the wool with water. The main species is dimethylarsenic, which accounted for about 75 to 85%, monomethylated arsenic at about 5% and the rest is inorganic arsenic. Depending on the separation method and condition, the chromatographic recovery of arsenic species was between 45% for the anion exchange column, 68% for the size exclusion chromatography (SEC) and 82% for the cation exchange column. The SEC revealed the occurrence of two unknown arsenic compounds, of which one was probably a high molecular mass species. Since chromatographic recovery can be improved by either treating the extract with CuCl/HCl (CAT: 90%) or longer storage of the sample (CAT: 105%), in particular for methylated arsenic species, it can be assumed that labile arsenic -protein-like coordination species occur in the extract, which cannot be speciated with conventional chromatographic methods. It is clear from our study of sheep wool that there can be different kinds of 'hidden' arsenic in biological matrices, depending on the extraction, separation and detection methods used. Hidden species can be defined as species that are not recordable by the detection system, not extractable or do not elute from chromatographic columns. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.

Invasive alien species disrupt spatial and temporal ecology and threaten extinction in an insular, small mammal community

The impact of invasive bank vole (Myodes glareolus) and greater white-toothed shrew (Crocidura russula) on indigenous Irish small mammals, varies with season and habitat. We caught bank voles in deciduous woodland, young coniferous plantations and open habitats such as rank grass. The greater white-toothed shrew was absent from deciduous woods and plantations but did use open habitats with low level cover in addition to field margins. Numbers of both invasive species in field margins during summer were higher than in the previous spring. The indigenous wood mouse (Apodemus sylvaticus) and pygmy shrew (Sorex minutus), differed in degrees of negative response to invasive species. Wood mice with bank voles in hedgerows had reduced recruitment and lower peak abundance. This effect was less extreme where both invasive species were present. Wood mice numbers along field margins and open habitats were significantly depressed by the presence of the bank vole with no such effect in deciduous woodland or coniferous plantations. Summer recruitment in pygmy shrews was reduced in hedgerows with bank voles. Where greater white-toothed shrew was present, the pygmy shrew was entirely absent from field margins. Species replacement due to invasive small mammals is occurring in their major habitat i.e. field margins and open habitats where there is good ground cover. Pygmy shrew will probably disappear from these habitats throughout Ireland. Wood mice and possibly pygmy shrew may survive in deciduous woodland and conifer plantations. Mitigation of impacts of invasive species should include expansion of woodland in which native species can survive.

Functional identity and diversity of animals predict ecosystem functioning better than species-based indices

Drastic biodiversity declines have raised concerns about the deterioration of ecosystem functions and have motivated much recent research on the relationship between species diversity and ecosystem functioning. A functional trait framework has been proposed to improve the mechanistic understanding of this relationship, but this has rarely been tested for organisms other than plants. We analysed eight datasets, including five animal groups, to examine how well a trait-based approach, compared with a more traditional taxonomic approach, predicts seven ecosystem functions below- and above-ground. Trait-based indices consistently provided greater explanatory power than species richness or abundance. The frequency distributions of single or multiple traits in the community were the best predictors of ecosystem functioning. This implies that the ecosystem functions we investigated were underpinned by the combination of trait identities (i.e. single-trait indices) and trait complementarity (i.e. multi-trait indices) in the communities. Our study provides new insights into the general mechanisms that link biodiversity to ecosystem functioning in natural animal communities and suggests that the observed responses were due to the identity and dominance patterns of the trait composition rather than the number or abundance of species per se.

Mineralogy, chemistry and biological contingents of an early-middle Miocene Antarctic paleosol and its relevance as a Martian analogue

Fossil mesofauna and bacteria recovered from a paleosol in a moraine situated adjacent to the inland ice, Antarctica, and dating to the earliest glacial event in the Antarctic Dry Valleys opens several questions. The most important relates to understanding of the mineralogy and chemistry of the weathered substrate habitat in which Coleoptera apparently thrived at some point in the Early/Middle Miocene and perhaps earlier. Here, Coleoptera remains are only located in one of six horizons in a paleosol formed in moraine deposited during the alpine glacial event (> 15 Ma). A tendency for quartz to decrease upward in the section may be a detrital effect or a product of dissolution in the early stage of profile morphogenesis when climate was presumably milder and the depositing glacier of temperate type. Discontinuous distributions of smectite, laumontite, and hexahydrite may have provided nutrients and water to mesofauna and bacteria during the early stage of biotic colonization of the profile. Because the mesofauna were members of burrowing Coleoptera species, future work should assess the degree to which the organisms occupied other sites in the Dry Valleys in the past. Whereas there is no reasonable expectations of finding Coleoptera/insect remains on Mars, the chemistry and mineralogy of the paleosol is within a life expectancy window for the presence of microorganisms, principally bacteria and fungi. Thus, parameters discussed here within this Antarctic paleosol could provide an analogue to identifying similar fossil or life-bearing weathered regolith on Mars.

Macroinvertebrate traits as biomonitoring tools in agricultural scenarios

Os ecossistemas de água doce – responsáveis por funções ambientais importantes e pelo fornecimento de bens e serviços insubstituíveis – têm vindo a ser severamente afectados por perturbações antropogénicas. A conversão de floresta em terreno agrícola afecta os sistemas aquáticos através de uma série de mecanismos: sedimentação; excesso de nutrientes; contaminação; alterações hidrológicas; e remoção de vegetação ripícola. As comunidades de macroinvertebrados de água doce – devido à sua diversidade, ubiquidade e sensibilidade às perturbações ambientais – revelam-se como particularmente adequadas para estudos de avaliação da integridade ecológica destes sistemas expostos simultaneamente a múltiplos factores de impacto. O uso sistemático de respostas biológicas para avaliação de mudanças ambientais – ou biomonitorização – pode ser levado a cabo através de diversas metodologias, que, de uma forma geral, não consideram aspectos funcionais das comunidades biológicas e têm aplicabilidade geograficamente restrita. A biomonitorização através de atributos biológicos (características que reflectem a adaptação das espécies ao seu meio ambiente) revela-se como uma ferramenta promissora na resolução dos problemas referidos, apresentando vantagens adicionais: relações causa-efeito directas; melhoria na diferenciação de impactos; e integração da variabilidade natural. O presente estudo apresenta uma revisão critica do estado-da-arte actual na área do uso de atributos biológicos em biomonitorização. Até à data de publicação, não estava disponível nenhum outro trabalho com a base conceptual do uso de atributos de macroinvertebrados enquanto descritores de comunidades e para efeitos de biomonitorização e gestão de sistemas de água doce. Descrevem-se as teorias ecológicas de suporte destas metodologias (conceitos de habitat-molde e de filtros paisagísticos) e os estudos que aplicaram estas teorias em cenários reais, tendo-se chamado a atenção para questões técnicas e possíveis soluções. As necessidades futuras nesta área englobam: o desenvolvimento de uma só ferramenta de biomonitorização de aplicação alargada; uma maior compreensão da variabilidade natural nas comunidades biológicas; diminuição dos efeitos de soluções de compromisso biológico e sindromas; realização de estudos autoecológicos adicionais; e detecção de impactos específicos em cenários de impacto complexos. Um dos objectivos deste estudo foi contribuir para a melhoria das técnicas de biomonitorização através de atributos, focalizando em comunidades de macroinvertebrados ribeirinhas em diferentes regiões biogeográficas (as bacias hidrográficas dos rios: Little e Salmon em New Brunswick, Canadá; Anllóns na Galiza, Espanha; Reventazón em Cartago, Costa Rica). Em cada região, foram estudados gradientes de uso agrícola de solo, incluindo desde bacias hidrográficas quase exclusivamente cobertas por floresta até bacias sob a influência maioritária de actividades agrícolas intensivas. Em cada gradiente de uso de solo, a caracterização da comunidade biológica (por amostragem de macroinvertebrados em troços de rápidos) foi acompanhada pela caracterização do habitat circundante (incluindo propriedades da bacia hidrográfica, análise química das águas e outras propriedades à escala local). A comunidade de macroinvertebrados foi caracterizada através de informação taxonómica, métricas estruturais, índices de diversidade, métricas de tolerância, índices bióticos e através da compilação de atributos biológicos e fisiológicos gerais, de história de vida e de resistência a perturbações. Análises estatísticas univariadas e multivariadas foram usadas para evidenciar os gradientes biológicos e físico-químicos, confirmar a sua co-variação, testar a significância da discriminação de níveis de impacto e estabelecer comparações inter-regionais. A estrutura de comunidades revelou os complexos gradientes de impacto, que por sua vez co-variaram significativamente com os gradientes de uso de solo. Os gradientes de impacto relacionaram-se sobretudo com entrada de nutrientes e sedimentação. Os gradientes biológicos definidos pelas medidas estruturais seleccionadas co-variaram com os gradientes de impacto estudados, muito embora apenas algumas variáveis estruturais tenham individualmente discriminado as categorias de uso de solo definidas a priori. Não foi detectada consistência nas respostas das medidas estruturais entre regiões biogeográficas, tendo-se confirmadado que as interpretações puramente taxonómicas de impactos são difíceis de extrapolar entre regiões. Os gradientes biológicos definidos através dos atributos seleccionados também co-variaram com os gradientes de perturbação, tendo sido possível obter uma melhor discriminação de categorias de uso de solo. Nas diferentes regiões, a discriminação de locais mais impactados foi feita com base num conjunto similar de atributos, que inclui tamanho, voltinismo, técnicas reproductivas, microhabitat, preferências de corrente e substrato, hábitos alimentares e formas de resistência. Este conjunto poderá vir a ser usado para avaliar de forma predictiva os efeitos das modificações severas de uso de solo impostas pela actividade agrícola. Quando analisadas simultaneamente através dos atributos, as comunidades das três regiões permitiram uma moderada mas significativa discriminação de níveis de impacto. Estas análises corroboram as evidências de que as mudanças nas comunidades de macroinvertebrados aquáticos em locais sob a influência de agricultura intensiva podem seguir uma trajectória convergente no espaço multidimensional, independentemente de factores geográficos. Foram fornecidas pistas para a identificação de parâmetros específicos que deverão ser tidos em conta no planeamento de novos programas de biomonitorização com comunidades de macroinvertebrados bentónicos, para aplicação numa gestão fluvial verdadeiramente ecológica, nestas e noutras regiões. Foram ainda sugeridas possíveis linhas futuras de investigação.

Genotoxicity in humans and indicator species exposed to uranium wastes

Os riscos dos resíduos provenientes da extração do urânio estão associados ao seu conteúdo em metais e radionuclídeos, o que levanta preocupações às autoridades governamentais e à população em geral. As populações humanas e outras espécies animais que vivem em zonas de exploração de urânio poderão estar expostas à radiação através de resíduos e poeiras radioactivase também através de água e alimentos contaminados. A determinação dos riscos deste tipo de contaminantes é feita, principalmente, através da análise química de amostras ambientais, dando-se menos importância à determinação de efeitos biológicos. A determinação de efeitos biológicos causados pela exposição a poluentes, tem-se revelado muito importante para uma avaliação da qualidade ambiental, de modo a providenciar indicações acerca dos efeitos negativos nos seres vivos e também para complementar a informação dada pelas análises químicas de amostras ambientais. Este facto levou ao estabelecimento de biomarcadores, que consistem em respostas biológicas adversas que são específicas de uma exposição a toxinas ambientais, para serem usadas como ferramentas de avaliação da qualidade ambiental. Neste trabalho foram analisadas respostas a nível molecular e celular, em minhocas, ratinhos do campo e humanos, a fim de determinar o risco químico e radiológico dos resíduos provenientes da mina de urânio da Cunha Baixa. Este trabalho teve também como objectivo a clarificação das respostas subjacentes à exposição a metais e radionuclídeos, a fim de permitir o desenvolvimento de potenciais novos biomarcadores moleculares. Durante este trabalho foram efectuados ensaios com minhocas, em que estas foram expostas durante 56 dias a solo contaminado proveniente da mina de urânio da Cunha Baixa, em laboratório e in situ. Durante a exposição foram analisados vários parâmetros, como o crescimento, reprodução, bioacumulação de metais e radionuclídeos, histopatologia, danos no DNA, citotoxicidade e perfil de expressão genética. Para além disso, foram amostrados ratinhos do campo na mina de urânio da Cunha Baixa e numa área de referência para determinação de danos no DNA, níveis de expressão e mutações em genes supressores de tumores e também bioacumulação de metais. Por fim, foram recolhidas amostras de sangue em voluntários saudáveis pertencentes à população da aldeia da Cunha Baixa, para determinação de danos no DNA, imunofenotipagem e quantificação de metais no sangue. Os resultados revelaram que as minhocas assim como os ratinhos do campo foram negativamente afetados pela exposição aos resíduos mineiros em todos os níveis de organização biológica aqui analisados, o que faz destes organismos bons indicadores para a determinação do risco destas áreas contaminadas, evidenciando o potencial risco da exposição a estes contaminantes. Para além disso, o estudo feito à população da Cunha Baixa revelou danos no ADN e diminuição de populações importantes de células imunitárias (nomeadamente linfócitos T e NK), o que poderá resultar da exposição aos resíduos da mina, tornando as pessoas mais susceptíveis ao desenvolvimento de processos de carcinogénese. O presente estudo contribuiu significativamente para a caracterização dos riscos da exposição a resíduos provenientes de minas de urânio abandonadas, evidenciando os seus efeitos negativos a nível molecular e celular, que potencialmente poderão causar instabilidade genómica e aumentar o risco de desenvolvimento de doenças genéticas.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.

Integration of geochemical and biological modifications in mining areas: waters, sediments and diatoms

The development of mining activities over thousands of years in the region of Aljustrel is nowadays visible as a vast area of ore tailings, slag and host rocks of sulphides mineralization. The generation of acidic waters by the alteration of pyritic minerals - Acid Mine Drainage (AMD) - causes a significant impact on the river system both in the south of the village (Rib ª. Água Forte) and in the north of it (Rib ª. Água Azeda and Barranco do Farrobo), which is reflected in extremely low pH values (< 3) and high concentrations of As, Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn and sulphates. This study aimed to assess the environmental impacts extent, integrating geochemical (surface waters and stream sediments) and biological (diatoms) parameters. Three groups of sites were defined, based on sediments and water analysis, which integration with diatom data showed the same association of groups: Group 1- impacted, with acidic pH (1.9-5.1), high metal contents (0.4-1975 mg L-1) and Fe-Mg-sulphate waters, being metals more bioavailable in waters in cationic form (Me2+); mineralogically the sediments were characterized by phyllosilicates and sulphates/oxy-hydroxysulphate phases, easily solubilized, retaining a high amount of metals when precipitated; dominant taxon was Pinnularia aljustrelica (a new species); Group 2- slightly impacted, weak acid to neutral pH (5.0-6.8), metal contents not so high (0.2-25 mg L-1) and Fe-Mg-sulphate to Mg-chloride waters; dominant taxa were Brachysira neglectissima and Achnanthidium minutissimum; Group 3- unimpacted, alkaline pH (7.0-8.4), low metal contents (0-7 mg L-1) with Mg-chloride waters. In this group, metals were associated to the primary phases (e.g. sulphides), not so easily available; the existence of high chloride contents explained the presence of typical taxa of brackish/marine (e.g. Entomoneis paludosa) waters. Taxonomical aspects of the diatoms were studied (discovery of a new species: Pinnularia aljustrelica Luis, Almeida et Ector sp. nov.), as well as morphometric (size decrease of diatoms valves, as well as the appearance of deformed valves of Eunotia exigua in Group 1 and A. minutissimum in Group 2) and physiological (effective to assess the effects of metals/acidity in the photosynthetic efficiency through PAM Fluorometry) aspects. A study was carried out in an artificial river system (microcosm) that aimed to mimic Aljustrel’s extreme conditions in controlled laboratory conditions. The chronic effects of Fe, SO42- and acidity in field biofilms, inoculated in the artificial rivers, were evaluated as well as their contribution to the communities’ tolerance to metal toxicity, through acute tests with two metals (Cu and Zn). In general, the effects caused by low pH values and high concentrations of Fe and SO42- were reflected at the community level by the decrease in diversity, the predominance of acidophilic species, the decrease in photosynthetic efficiency and the increase of enzymatic (e.g. catalase, superoxide dismutase) and non-enzymatic activities (e.g. total glutathione and total phytochelatins). However, it was possible to verify that acidity performed a protective effect in the communities, upon Cu and Zn addition. A comparative study between Aljustrel mining area and New Brunswick mining area was carried out, both with similar mining and geological conditions, reflected in similar diatom communities in both mines, but in very different geographic and climatic areas.

Evaluation of the in vitro biological activities of extracts from carob tree and mediterranean oaks

Dissertação mest., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2009

The fishery for Norway lobster off the portuguese coast: a biological and economic assessment

Dissertação de mest., Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente, Universidade do Algarve, 2009