'Heat-sensing' TRP channel expression in human odontoblasts

Background: Thermal changes in the oral cavity are a common trigger of dental pain. Several members of the transient receptor potential (TRP) super family of ion channels are believed to play a critical role in sensory physiology, where they act as transducers for thermal, mechanical and chemical stimuli. Objectives: The present study was designed to determine the expression and functionality of the TRPV1 channel in human odontoblasts. Methods: Cultured human odontoblasts were derived from dental pulp cells induced with 2 mM beta-glycerophosphate. Molecular and protein expression of TRPV1 was confirmed by PCR, western blotting and immunohistochemistry. Functional expression of the ‘heat-sensing' TRPV1 channel was investigated using a Ca2+ microfluorimetry assay in the presence of agonists/antagonists or with appropriate adjustment of the recording chamber temperature. Results: The odontoblastic phenotype of the cells was confirmed by the expression of the odontoblast markers dentin sialophosphoprotein (DSPP) and nestin. Expression of TRPV1 in human odontoblastic cells was confirmed by PCR, western blotting and immunohistochemistry. Odontoblasts were shown to respond to pharmacological agonists and to increasing temperature by an increase in intracellular Ca2+. Both the pharmacological and temperature responses could be blocked by specific antagonists. These results indicate that odontoblasts may sense heat via TRPV1. Conclusion: This study reports that TRPV1 is expressed by human odontoblasts and is activated by specific pharmacological agonists and by heat.
This work was supported by Research Grants from the Royal College of Surgeons of Edinburgh and the British Endodontic Society

Human odontoblasts express functional TRPV2 channels

Background: The transient receptor potential (TRP) ion channels play a critical role in sensory physiology, where they act as transducers of thermal, mechanical and chemical stimuli. We have previously shown the functional expression of several TRP channels by human odontoblast-like cells and proposed their significance in odontoblast sensory perception. Functional expression of the mechano-sensitiveTRPV2 channel by human odontoblasts would further support a role for TRP channels in odontoblast physiology. Objective: The objective of the current study was to determine the functional expression of TRPV2 by human odontoblasts. Methods: Human dental pulp cells were cultured in the presence of 2 mM β-glycerophoshate to induce an odontoblast phenotype. TRPV2 gene expression was determined by qPCR employing custom designed FAM TRPV2 specific primers and probes (Roche, UK) and the Light Cycler 480 Probes Master (Roche). TRPV2 protein expression was determined following SDS-PAGE and Western blotting of cell lysate preparations. Functional expression of TRPV2 was investigated by Ca2+ microfluorimetry. Results: qPCR data indicated robust expression of TRPV2 in odontoblast-like cells. Western blotting revealed a discrete immunoreactive protein band indicating expression of TRPV2 in cell lysates. In functional assays, the chemical agonist of TRPV2, cannabidiol, was shown to elicit [Ca2+]i transients, that were reduced to baseline in the presence of the TRPV2 antagonist Tranilast, suggesting channel functionality in odontoblast-like cells. Conclusion: These results provide the first evidence for the functional expression of TRPV2 in human odontoblast-like cells, providing further support for the role of TRP channels in odontoblast physiology.

Gingival fibroblasts respond to the TRPV1 agonist capsaicin

Background: The oral cavity is a frontline barrier which is often exposed to physical trauma and noxious substances, leading to pro-inflammatory responses designed to be protective in nature. The transient receptor potential (TRP) super family of ion channels is believed to play a critical role in sensory physiology, acting as transducers for thermal, mechanical and chemical stimuli. Our understanding of the role of TRP channel activation in gingival and periodontal inflammation is currently limited. Gingival fibroblasts are the most abundant structural cell in periodontal tissues and we hypothesised that they may have a role in the inflammatory response associated with TRP channel activation. Objectives: The present study was designed to determine whether the TRPV1 agonist capsaicin could elicit a pro-inflammatory response in gingival fibroblasts in vitro by up-regulation of interleukin-8 (IL-8) production. Methods: Gingival fibroblasts were derived by explant culture from surgical tissues following ethical approval. Cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), containing 10% fetal calf serum (FCS) in 5% CO2. Following treatment of gingival fibroblasts with capsaicin, IL-8 levels were measured by ELISA. The potential cytotoxicity of capsaicin was determined by the MTT assay. Results: In gingival fibroblasts treated with the TRPV1 agonist capsaicin (10µM), IL-8 production was significantly increased compared with untreated control cells. Capsaicin was shown not to be toxic to gingival fibroblasts at the concentrations studied. Conclusion: The identification of factors that modulate pro-inflammatory cytokine production is important for our understanding of gingival and periodontal inflammation. This study reports for the first time that gingival fibroblasts respond to the TRPV1 agonist capsaicin by increased production of IL-8. Activation of TRPV1 on gingival fibroblasts could therefore have an important role in initiating and sustaining the inflammatory response associated with periodontal diseases

Functional expression of TRPV4 in human periodontal ligament cells

Background: Periodontal ligament (PDL) cells are exposed to physical forces in vivo in response to mastication, parafunction, speech and orthodontic tooth movement. Although it has been shown that PDL cells perceive and respond directly to mechanical stimulation, the nature of the ion channels that mediate this mechanotransduction remain to be fully elucidated. The transient receptor potential (TRP) superfamily of ion channels is believed to play a critical role in sensory physiology, where they act as transducers for thermal, chemical and mechanical stimuli. Recent studies have shown that members of the vanilloid (TRPV) and ankyrin (TRPA) subfamilies encode mechanosensitive TRPs. The vanilloid family member TRPV4 is one such non selective calcium permeable cationic channel which has been shown to be activated by chemical ligands, hypotonicity, and mechanical stimuli. Objectives: The objective of the current study was to investigate functional expression of TRPV4 in cultured human PDL cells. Methods: Human PDL cells were grown in Dulbecco's Modified Eagle Medium with L-glutamine supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), 100UI/ml penicillin and 100μg/ml streptomycin. Cells in passage 4-6 were used in all experiments. TRPV4 functional expression was determined using ratiometric calcium imaging. Cultured cells were loaded with intracellular Ca2+ probe fura-2 and cells were then stimulated with the TRPV4 agonists, 4alpha-phorbol 12,13-didecanoate (4alpha-PDD), GSK1016790A or hypotonic solution. The TRPV4 antagonist RN 1734 was used to block the corresponding agonist responses. Results: PDL fibroblasts responded to application of TRPV4 agonists and hypotonic stimuli by an increase in intracellular calcium which was attenuated in the presence of the TRPV4 antagonist. Conclusions: We have shown for the first time the functional expression of the mechanosensitive TRPV4 channel in human PDL cells. The molecular identity and mechanisms of activation of mechanosensitive TRP channels in PDL cells merit further investigation.

Phytochelatin signal tranduction and cadmium chelation in plants

As plantas utilizam diversas estratégias de sinalização para reconhecer e responder aos stresses ambientais. A maioria das vias de transdução de sinais partilham um sinal genérico, normalmente a modulação dos níveis intracelulares de Ca2+. Esta por sua vez pode iniciar uma cascata de fosforilação proteica que finalmente afecta as proteínas directamente envolvidas na protecção celular ou culmina em factores de transcrição que vão determinar a resposta fisiológica ao stresse. A percepção destes sinais e a compreensão de como estes podem activar as respostas adaptativas são factores-chave para a tolerância das plantas a stresses abióticos. Um dos principais stresses abóticos que restrigem o crescimento das plantas é a presença de metais pesados. A produção de fitoquelatinas e a subsequente quelação dos metais é o mecanismo mais conhecido de tolerância ao stresse metálico em plantas. Fitoquelatinas (PCs) são péptidos com grupos tiol que são sintetizados através da transpeptidação da glutationa (GSH), pela acção da enzima fitoquelatina sintase (PCS). No entanto, até ao momento, as vias de sinalização que levam à síntese de fitoquelatinas e à percepção do stresse metálico são pouco compreendidas. Dentro deste contexto, o presente trabalho foi elaborado com o intuito de elucidar a via de sinalização através da qual o cádmio é detectado pelas células vegetais e induz a síntese de PCs. Quase todos, os estudos de stresses abióticos em plantas apontam para o facto de a sua sinalização se basear nos mesmos tipos de sinais moleculares, nomeadamente a sinalização por cálcio, a fosforilação proteica e a indução de espécies reactivas de oxigénio (ROS). Trabalhos recentes sugerem que a sinalização de PCs poderá envolver todos estes parâmetros. Assim, uma primeira abordagem foi efectuada para compreender a síntese de PCs na espécie Arabidopsis thaliana, através da monitorizaçção da actividade de enzimas relacionadas, a γ-EC sintetase, GSH sintetase e a PC sintase (PCS), assim como o tempo necessário para o elongamento das PCs e a sua acumulação. Seguidamente, ao longo deste processo foi analisada a expressão de sinais específicos, associados com sinais de cálcio, fosforilação proteica e sinalização por ROS. A importância destes factores na síntese de PCs foi também avaliada através do uso de moduladores farmacológicos de cálcio e fosfatases proteicas e também pela indução de stresse oxidativo. Os resultados demonstraram novos dados sobre o papel do cálcio e da fosforilação proteica na produção de PCs e na síntese de GSH, revelando que a actvidade da PCS é regulada por fosforilação e que a sinalização de cálcio pode mediar a síntese de GSH. O envolvimento da sinalização de ROS na síntese de GSH, atráves de crosstalk com a sinalização de cálcio também foi proposta. Assim, os resultados aqui apresentados descrevem uma possível via de sinalização de cádmio nas plantas e da indução de fitoquelatinas. Este trabalho poderá ser portanto muito útil na implementação de novas metodologias de agricultura sustentável e práticas de fitorremediação em solos contaminados com metais pesados.

Nucella lapillus: imposex transcriptome analysis and phenotypic plasticity

O conhecimento de mecanismos de genómica funcional tem sido maioritariamente adquirido pela utilização de organismos modelo que são mantidos em condições laboratoriais. Contudo, estes organismos não reflectem as respostas a alterações ambientais. Por outro lado, várias espécies, ecologicamente bem estudadas, reflectem bem as interacções entre genes e ambiente mas que, das quais não existem recursos genéticos disponíveis. O imposex, caracterizado pela superimposição de caracteres sexuais masculinos em fêmeas, é induzido pelo tributilestanho (TBT) e trifenilestanho (TPT) e representa um dos melhores exemplos de disrupção endócrina com causas antropogénicas no ambiente aquático. Com o intuito de elucidar as bases moleculares deste fenómeno, procedeu-se à combinação das metodologias de pirosequenciação (sequenciação 454 da Roche) e microarrays (Agilent 4*180K) de forma a contribuir para um melhor conhecimento desta interacção gene-ambiente no gastrópode Nucella lapillus, uma espécie sentinela para imposex. O trancriptoma de N. lapillus foi sequenciado, reconstruído e anotado e posteriormente utilizado para a produção de um “array” de nucleótidos. Este array foi então utilizado para explorar níveis de expressão génica em resposta à contaminação por TBT. Os resultados obtidos confirmaram as hipóteses anteriormente propostas (esteróidica, neuroendócrina, retinóica) e adicionalmente revelou a existência de potenciais novos mecanismos envolvidos no fenómeno imposex. Evidência para alvos moleculares de disrupção endócrina não relacionados com funções reprodutoras, tais como, sistema imunitário, apoptose e supressores de tumores, foram identificados. Apesar disso, tendo em conta a forte componente reprodutiva do imposex, esta componente funcional foi a mais explorada. Assim, factores de transcrição e receptores nucleares lipofílicos, funções mitocondriais e actividade de transporte celular envolvidos na diferenciação de géneros estão na base de potenciais novos mecanismos associados ao imposex em N. lapillus. Em particular, foi identificado como estando sobre-expresso, um possível homólogo do receptor nuclear “peroxisome proliferator-activated receptor gamma” (PPARγ), cuja função na indução de imposex foi confirmada experimentalmente in vivo após injecção dos animais com Rosiglitazone, um conhecido ligando de PPARγ em vertebrados. De uma forma geral, os resultados obtidos mostram que o fenómeno imposex é um mecanismo complexo, que possivelmente envolve a cascata de sinalização envolvendo o receptor retinoid X (RXR):PPARγ “heterodimer” que, até à data não foi descrito em invertebrados. Adicionalmente, os resultados obtidos apontam para alguma conservação de mecanismos de acção envolvidos na disrupção endócrina em invertebrados e vertebrados. Finalmente, a informação molecular produzida e as ferramentas moleculares desenvolvidas contribuem de forma significativa para um melhor conhecimento do fenómeno imposex e constituem importantes recursos para a continuação da investigação deste fenómeno e, adicionalmente, poderão vir a ser aplicadas no estudo de outras respostas a alterações ambientais usando N. lapillus como organismo modelo. Neste sentido, N. lapillus foi também utilizada para explorar a adaptação na morfologia da concha em resposta a alterações naturais induzidas por acção das ondas e pelo risco de predação por caranguejos. O contributo da componente genética, plástica e da sua interacção para a expressão fenotípica é crucial para compreender a evolução de caracteres adaptativos a ambientes heterogéneos. A contribuição destes factores na morfologia da concha de N. lapillus foi explorada recorrendo a transplantes recíprocos e experiências laboratoriais em ambiente comum (com e sem influência de predação) e complementada com análises genéticas, utilizando juvenis provenientes de locais representativos de costas expostas e abrigadas da acção das ondas. As populações estudadas são diferentes geneticamente mas possuem o mesmo cariótipo. Adicionalmente, análises morfométricas revelaram plasticidade da morfologia da concha em ambas as direcções dos transplantes recíprocos e também a retenção parcial, em ambiente comum, da forma da concha nos indivíduos da F2, indicando uma correlação positiva (co-gradiente) entre heritabilidade e plasticidade. A presença de estímulos de predação por caranguejos estimulou a produção de conchas com labros mais grossos, de forma mais evidente em animais recolhidos de costas expostas e também provocou alterações na forma da concha em animais desta proveniência. Estes dados sugerem contra-gradiente em alterações provocadas por predação na morfologia da concha, na produção de labros mais grossos e em níveis de crescimento. O estudo das interacções gene-ambiente descritas acima demonstram a actual possibilidade de produzir recursos e conhecimento genómico numa espécie bem caracterizada ecologicamente mas com limitada informação genómica. Estes recursos permitem um maior conhecimento biológico desta espécie e abrirão novas oportunidades de investigação, que até aqui seriam impossíveis de abordar.

Study of multiferroic materials

The present PhD work aims the research and development of materials that exhibit multiferroic properties, in particular having a significant interaction between ferromagnetism and ferroelectricity; either directly within an intrinsic single phase or by combining extrinsic materials, achieving the coupling of properties through mechanic phenomena of the respective magnetostriction and piezoelectricity. These hybrid properties will allow the cross modification of magnetic and electric polarization states by the application of cross external magnetic and/or electric fields, giving way to a vast area for scientific investigation and potential technological applications in a new generation of electronic devices, such as computer memories, signal processing, transducers, sensors, etc. Initial experimental work consisted in chemical synthesis of nano powders oxides by urea pyrolysis method: A series of ceramic bulk composites with potential multiferroic properties comprised: of LuMnO3 with La0.7Sr0.3MnO3 and BaTiO3 with La0.7Ba0.3MnO3; and a series based on the intrinsic multiferroic LuMn1-zO3 phase modified with of Manganese vacancies. The acquisition of a new magnetron RF sputtering deposition system, in the Physics Department of Aveiro University, contributed to the proposal of an analogous experimental study in multiferroic thin films and multilayer samples. Besides the operational debut of this equipment several technical upgrades were completed like: the design and construction of the heater electrical contacts; specific shutters and supports for the magnetrons and for the substrate holder and; the addition of mass flow controllers, which allowed the introduction of N2 or O2 active atmosphere in the chamber; and the addition of a second RF generator, enabling co-deposition of different targets. Base study of the deposition conditions and resulting thin films characteristics in different substrates was made from an extensive list of targets. Particular attention was given to thin film deposition of magnetic phases La1-xSrxMnO3, La1-xBaxMnO3 and Ni2+x-yMn1-xGa1+y alloy, from the respective targets: La0.7Sr0.3MnO3, La0.7Ba0.3MnO3; and NiGa with NiMn. Main structural characterization of samples was performed by conventional and high resolution X-Ray Diffraction (XRD); chemical composition was determined by Electron Dispersion Spectroscopy (EDS); magnetization measurements recur to a Vibrating Sample Magnetometer (VSM) prototype; and surface probing (SPM) using Magnetic-Force (MFM) and Piezo-Response (PFM) Microscopy. Results clearly show that the composite bulk samples (LuM+LSM and BTO+LBM) feat the intended quality objectives in terms of phase composition and purity, having spurious contents below 0.5 %. SEM images confirm compact grain packaging and size distribution around the 50 nm scale. Electric conductivity, magnetization intensity and magneto impedance spreading response are coherent with the relative amount of magnetic phase in the sample. The existence of coupling between the functional phases is confirmed by the Magnetoelectric effect measurements of the sample “78%LuM+22%LSM” reaching 300% of electric response for 1 T at 100 kHz; while in the “78%BTO+22%LBM” sample the structural transitions of the magnetic phase at ~350 K result in a inversion of ME coefficient the behavior. A functional Magneto-Resistance measurement system was assembled from the concept stage until the, development and operational status; it enabled to test samples from 77 to 350 K, under an applied magnetic field up to 1 Tesla with 360º horizontal rotation; this system was also designed to measure Hall effect and has the potential to be further upgraded. Under collaboration protocols established with national and international institutions, complementary courses and sample characterization studies were performed using Magneto-Resistance (MR), Magneto-Impedance (MZ) and Magneto-Electric (ME) measurements; Raman and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS); SQUID and VSM magnetization; Scanning Electron Microscopy (SEM) and Rutherford Back Scattering (RBS); Scan Probe Microscopy (SPM) with Band Excitation Probe Spectroscopy (BEPS); Neutron Powder Diffraction (NPD) and Perturbed Angular Correlations (PAC). Additional collaboration in research projects outside the scope of multiferroic materials provided further experience in sample preparation and characterization techniques, namely VSM and XPS measurements were performed in cubane molecular complex compounds and enable to identify the oxidation state of the integrating cluster of Ru ions; also, XRD and EDS/SEM analysis of the acquired targets and substrates implied the devolution of some items not in conformity with the specifications. Direct cooperation with parallel research projects regarding multiferroic materials, enable the assess to supplementary samples, namely a preliminary series of nanopowder Y1-x-yCaxØyMn1O3 and of Eu0.8Y0.2MnO3, a series of micropowder composites of LuMnO3 with La0.625Sr0.375MnO3 and of BaTiO3 with hexagonal ferrites; mono and polycrystalline samples of Pr1-xCaxMnO3, La1-xSrxMnO3 and La1-xCaxMnO3.

Do grafema ao gesto : contributos linguísticos para um sistema de síntese de base articulatória

Motivados pelo propósito central de contribuir para a construção, a longo prazo, de um sistema completo de conversão de texto para fala, baseado em síntese articulatória, desenvolvemos um modelo linguístico para o português europeu (PE), com base no sistema TADA (TAsk Dynamic Application), que visou a obtenção automática da trajectória dos articuladores a partir do texto de entrada. A concretização deste objectivo ditou o desenvolvimento de um conjunto de tarefas, nomeadamente 1) a implementação e avaliação de dois sistemas de silabificação automática e de transcrição fonética, tendo em vista a transformação do texto de entrada num formato adequado ao TADA; 2) a criação de um dicionário gestual para os sons do PE, de modo a que cada fone obtido à saída do conversor grafema-fone pudesse ter correspondência com um conjunto de gestos articulatórios adaptados para o PE; 3) a análise do fenómeno da nasalidade à luz dos princípios dinâmicos da Fonologia Articulatória (FA), com base num estudo articulatório e perceptivo. Os dois algoritmos de silabificação automática implementados e testados fizeram apelo a conhecimentos de natureza fonológica sobre a estrutura da sílaba, sendo o primeiro baseado em transdutores de estados finitos e o segundo uma implementação fiel das propostas de Mateus & d'Andrade (2000). O desempenho destes algoritmos – sobretudo do segundo – mostrou-se similar ao de outros sistemas com as mesmas potencialidades. Quanto à conversão grafema-fone, seguimos uma metodologia baseada em regras de reescrita combinada com uma técnica de aprendizagem automática. Os resultados da avaliação deste sistema motivaram a exploração posterior de outros métodos automáticos, procurando também avaliar o impacto da integração de informação silábica nos sistemas. A descrição dinâmica dos sons do PE, ancorada nos princípios teóricos e metodológicos da FA, baseou-se essencialmente na análise de dados de ressonância magnética, a partir dos quais foram realizadas todas as medições, com vista à obtenção de parâmetros articulatórios quantitativos. Foi tentada uma primeira validação das várias configurações gestuais propostas, através de um pequeno teste perceptual, que permitiu identificar os principais problemas subjacentes à proposta gestual. Este trabalho propiciou, pela primeira vez para o PE, o desenvolvimento de um primeiro sistema de conversão de texto para fala, de base articulatória. A descrição dinâmica das vogais nasais contou, quer com os dados de ressonância magnética, para caracterização dos gestos orais, quer com os dados obtidos através de articulografia electromagnética (EMA), para estudo da dinâmica do velo e da sua relação com os restantes articuladores. Para além disso, foi efectuado um teste perceptivo, usando o TADA e o SAPWindows, para avaliar a sensibilidade dos ouvintes portugueses às variações na altura do velo e alterações na coordenação intergestual. Este estudo serviu de base a uma interpretação abstracta (em termos gestuais) das vogais nasais do PE e permitiu também esclarecer aspectos cruciais relacionados com a sua produção e percepção.

Ultrasonic location system

Esta tese apresenta um sistema de localização baseado exclusivamente em ultrassons, não necessitando de recorrer a qualquer outra tecnologia. Este sistema de localização foi concebido para poder operar em ambientes onde qualquer outra tecnologia não pode ser utilizada ou o seu uso está condicionado, como são exemplo aplicações subaquáticas ou ambientes hospitalares. O sistema de localização proposto faz uso de uma rede de faróis fixos permitindo que estações móveis se localizem. Devido à necessidade de transmissão de dados e medição de distâncias foi desenvolvido um pulso de ultrassons robusto a ecos que permite realizar ambas as tarefas com sucesso. O sistema de localização permite que as estações móveis se localizem escutando apenas a informação em pulsos de ultrassons enviados pelos faróis usando para tal um algoritmo baseado em diferenças de tempo de chegada. Desta forma a privacidade dos utilizadores é garantida e o sistema torna-se completamente independente do número de utilizadores. Por forma a facilitar a implementação da rede de faróis apenas será necessário determinar manualmente a posição de alguns dos faróis, designados por faróis âncora. Estes irão permitir que os restantes faróis, completamente autónomos, se possam localizar através de um algoritmo iterativo de localização baseado na minimização de uma função de custo. Para que este sistema possa funcionar como previsto será necessário que os faróis possam sincronizar os seus relógios e medir a distância entre eles. Para tal, esta tese propõe um protocolo de sincronização de relógio que permite também obter as medidas de distância entre os faróis trocando somente três mensagens de ultrassons. Adicionalmente, o sistema de localização permite que faróis danificados possam ser substituídos sem comprometer a operabilidade da rede reduzindo a complexidade na manutenção. Para além do mencionado, foi igualmente implementado um simulador de ultrassons para ambientes fechados, o qual provou ser bastante preciso e uma ferramenta de elevado valor para simular o comportamento do sistema de localização sobre condições controladas.

Metais em águas e sedimentos da plataforma dos Açores

A presente tese tem por objetivo principal contribuir para o conhecimento da geoquímica sedimentar da zona oceânica da crista da Terceira e montanhas submarinas a sul (região entre 29-39ºN e 27-32ºW), integrando também a caraterização dos metais e nutrientes na coluna de água e propondo concentrações para servirem de referência nesta região do Atlântico Central. Para o efeito foram realizadas amostragens na coluna de água em sete locais e de sedimento em cinco locais, durante a campanha oceanográfica designada por EMEPC/AÇORES/G3/2007 a bordo do navio SV Kommandor Jack, no âmbito do projeto da Estrutura de Missão para a Extensão da Plataforma Continental (EMEPC). Os perfis de CTD da coluna de água na região estudada revelam a presença de massas de água distintas: a Western North Atlantic Central Water (WNACW), a Eastern North Atlantic Central Water tropical (ENACWt), a Eastern North Atlantic Central Water polar (ENACWp), a Mediterranean Overflow Water (MOW), a Deep Mediterranean Water (DMW) e a North Eastern Atlantic Deep Water (NEADW). Observou-se nos perfis de temperatura e salinidade, referentes aos primeiros 200 m da coluna de água, um gradiente meridional negativo entre as estações localizadas na crista da Terceira e as estações localizadas mais a sul. Observou-se nas águas superficiais valores de oxigénio dissolvido de 93% e de pH de 8,1, assim como que as concentrações dos nutrientes NOx, PO4 e SiO2 variam de acordo com a atividade biológica, tendo-se registado concentrações medianas mais baixas, respetivamente de 6,5, 0,23 e 1,3 mol L-1, que aumentam com a profundidade devido à ausência de produção primária (respetivamente 31, 1,4 e 22 mol L-1). As concentrações de NH4 e de SO4 não variam significativamente nas massas de água, sendo os valores medianos mínimos e máximos de 0,69 a 0,79 mol L-1 para o NH4 e de 30 a 32 mol L-1 para o SO4. São propostas concentrações de referência para as massas de água, para os elementos cobre, cádmio, chumbo e arsénio. Os perfis de sedimento analisados permitem distinguir os sedimentos na crista da Terceira (core A) dos restantes (cores B a E). A grande variabilidade textural encontrada no core A, que contrasta com os outros cores analisados, deve-se a importantes contribuições terrígenas, originadas pela erosão sub-aérea e pela atividade vulcânica das ilhas próximas. iv resumo (continuação) A análise mineralógica, efetuada à fração areia e à fração fina (< 63 μm), confirma que os sedimentos do core A derivam de rochas vulcânicas formadas maioritariamente por piroxenas, olivinas, anfíbolas, biotite, alterites e ainda calcite, plagióclase e magnetite, tendo-se identificado ao microscópio a glauconite e o vidro vulcânico. De acordo com a composição química destes minerais o core A apresenta valores mais elevados de Al, Fe, K, P, Mg, Si, Na, Zn, V, Cr e Mn relativamente aos cores B a E. Os cores B a E apresentam grandes quantidades de calcite (>80%) formada maioritariamente por foraminíferos e nanoplâncton calcário (cocolitóforos). A fração areia confirma a composição maioritariamente carbonatada com grande abundância de material biogénico formado por oozes de foraminíferos (planctónicos e bentónicos) com raras espículas de espongiários e restos de conchas. Os cores B a E apresentam valores muito mais elevados que o core A para os elementos Ca e Sr. Os resultados para o Al, Fe, K, P, Si, Na, As, Cu, Ni, Zn, V, Cr, Li, Pb, Cd e Co presentes nos locais B, C, D e E sugerem que estes cores são comparáveis aos sedimentos de fundo carbonatados. Propõe-se concentrações de referência para a região do Atlântico compreendida entre 29-39ºN e 27-32ºW considerando a primeira camada colhida em cada core. Para o core A as concentrações são normalizadas a 5% de Al e CaCO3, enquanto que para os cores B a E são normalizadas a 2% de Al e CaCO3. Assim as concentrações de referência para o core A são: As – 18 mg kg-1, Cr – 91 mg kg-1, Cu – 127 mg kg-1, Ni – 84 mg kg-1, Pb – 41 mg kg-1, Hg – 41 ng g-1 e Zn – 482 mg kg-1. Para os cores B a E as concentrações de referência são: As – 3 mg kg-1, Cr – 10 mg kg-1, Cu – 36 mg kg-1 Ni – 12 mg kg -1, Hg – 3 ng g-1 e Zn – 20 mg kg-1. Para os restantes metais as concentrações de referência para o core A são: Al – 9%, Si – 25%, Fe – 6%, Ca – 13%, K – 2%, Mg – 2%, Na – 3%, P – 0,4%, Sr – 900 mg kg-1, Li – 10 mg kg-1, Mn – 1200 mg kg-1, Ba – 700 mg kg-1 e V – 140 mg kg-1. Para os cores B a E as concentrações de referência são: Al – 0,9%, Si – 2%, Fe – 0,2%, Ca – 95%, K – 0,3%, Mg – 0,4%, Na – 0,3%, P – 0,04%, Sr – 2600 mg kg-1, Li – 5 mg kg-1, Mn – 240 mg kg-1, Ba – 345 mg kg-1, Co – 2 mg kg-1 e V – 6 mg kg-1. Os resultados da presente tese constituem um contributo para a caraterização geoquímica da região e podem servir de referência à monitorização futura do mar dos Açores e montes submarinos a sul.

Estimating bottom properties with a vector sensor array during MakaiEx 2005

Nowadays, vector sensors which measure both acoustic pressure and particle velocity begin to be available in underwater acoustic systems, normally configured as vector sensor arrays (VSA). The spatial filtering capabilities of a VSA can be used, with advantage over traditional pressure only hydrophone arrays, for estimating acoustic field directionality as well as arrival times and spectral content, which could open up the possibility for its use in bottom properties' estimation. An additional motivation for this work is to test the possibility of using high frequency probe signals (say above 2 kHz) for reducing size and cost of actual sub bottom profilers and current geoacoustic inversion methods. This work studies the bottom related structure of the VSA acquired signals, regarding the emitted signal waveform, frequency band and source-receiver geometry in order to estimate bottom properties, specially bottom reflection coefficient characteristics. Such a system was used during the Makai 2005 experiment, off Kauai I., Hawai (USA) to receive precoded signals in a broad frequency band from 8 up to 14 kHz. The agreement between the observed and the modelled acoustic data is discussed and preliminary results on the bottom reflection estimation are presented.

Source localization with vector sensor array during the makai experiment

Vector sensors measure both the acoustic pressure and the three components of particle velocity. Because of this, a vector sensor array (VSA) has the advantage of being able to provide substantially higher directivity with a much smaller aperture than an array of traditional scalar (pressure only) hydrophones. Although several, most of them theoretic, works were published from early nineties, only in the last years due to improvements and availability of vector sensor technology, the interest on field experiments with VSA increased in the scientific community. During the Makai Experiment, that took place off the coast of Kauai I., Hawaii, in September 2005, real data were collected with a 4 element vertical VSA. These data will be discussed in the present paper. The acoustic signals were emitted from a near source (low frequency ship noise) and two high frequency controlled acoustic sources located within a range of 2km from the VSA. The advantages of the VSA over traditional scalar hydrophone arrays in source localization will be addressed using conventional beamforming.

The effect of conservation measures on the spatial and temporal variation of rocky fish assemblages in the Arrábida Marine Park

Marine protected areas (MPAs) have been widely proposed for conservation purposes and as a tool for fisheries management. The Arrábida Marine Park is the first MPA in continental Portugal having a management plan, fully implemented since 2009. The main objective of this study was to evaluate the effect of protection measures on rocky reef fish assemblages and target invertebrates through before-after and control-effect (no-take vs. fished areas) underwater visual surveys and analysis of landings trends. Second, we used surveys before, during and after implementation of the management plan to understand fishers‟ preferences for fishing grounds and adaptation to the new rules, and evaluated the reserve effect through analysis of both ecological responses and fishing effort density. Third, we identified the main oceanographic drivers influencing the structure of reef fish assemblages and predicted the community structure for the last 50 years, in light of climatic change. Overall results suggest positive responses in biomass but not yet in numbers of some commercial species, with no effects on non-target species. The reserve effect is reinforced by the increase in landings of commercial species, despite increased fishing effort density in some areas, especially with octopus traps. Fishing grounds are mainly chosen based on the distribution of target species and associated habitats, but distance to port, weather conditions and safety also influence fishers‟ choices. Moreover, different fisheries respond differently to the protection measures, and within each fishery, individual fishers show distinct strategies, with some operating in a broader area whereas others keep preferred territories. Our results also show that wind stress and temperature are the main oceanographic drivers for rocky reef fish assemblages, with tropicalization of assemblages and polewards movements of species over the last 50 years consistent with temperature trends. We believe this study provides significant lessons for marine conservation and management of coastal systems.

Acoustic oceanographic buoy telemetry system: an ‘advanced’ sonobuoy that meets acoustic rapid environmental assessment requirements

The Acoustic Oceanographic Buoy (AOB) Telemetry System has been designed to meet acoustic rapid environmental assessment requirements. It uses a standard institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11 wireless local area network (WLAN) to integrate the air radio network (RaN) and a hydrophone array and acoustic source to integrate the underwater acoustic network (AcN). It offers advantages including local data storage, dedicated signal processing, and global positioning system (GPS) timing and localization. The AOB can also be integrated with other similar systems, due to its WLAN transceivers, to form a flexible network and perform on-line high speed data transmissions. The AOB is a reusable system that requires less maintenance and can also work as a salt-water plug-and-play system at sea as it is designed to operate in free drifting mode. The AOB is also suitable for performing distributed digital signal processing tasks due to its digital signal processor facility.

On the applications of a compact autonomous acoustic recorder

A number of acoustic A compact acoustic recorder, primarily designed for underwater noise monitoring, is presented in this paper. The Self-Register Hydrophone has been used in several occasions during the past three years, in underwater noise monitoring activities. However, this kind of device also find application in other areas such as array processing and passive acoustic monitoring of marine mammals. An overview on the application of the Self-Register Hydrophone is given herein.