Cystoseira-dominated assemblages from sheltered areas in the Mediterranean sea : diversity, distribution and effects of pollution

Les algues del gènere Cystoseira són els principals organismes formadors d'estructura en fons rocosos ben il·luminats del Mar Mediterrani. Formen unes comunitats molt estructurades que s'assemblen ecològicament als boscos terrestres i que són sensibles als impactes antròpics. Aquesta tesi s'ha centrat en l'estudi de les espècies i comunitats dominades per Cystoseira que es troben en ambients calmats, és a dir, en petites cales i/o badies. S'han abordat diversos aspectes com són la distribució, composició, estructura i biogeografia d'aquestes comunitats, així com els efectes de la contaminació sobre les mateixes. Per una banda, s'ha documentat l'estat actual de les comunitats dominades per C. crinita a nombrosos llocs al llarg de tot el Mediterrani, aportant informació sobre la seva composició, estructura, variació biogeogràfica i dinàmica de la comunitat a llarg termini. S'ha documentat la desaparició de diverses espècies de Cystoseira en zones afectades per impactes antròpics diversos i s'ha proporcionat la primera evidència experimental de la desaparició d'espècies de Cystoseira a causa de la contaminació.

Distribution of diatom communities in agricultural and mining watersheds of Southwest Spain

Els sistemes aquàtics continental representen un dels ecosistemes més amenaçats a nivell mundial, com a conseqüència de l'ús intensiu quel'home en fa. La conca del Guadiana no està lliure d'aquestes pressions antròpiques. Les grans infraestructures hidràuliques i l'escorrentia provinent de l'agricultura són només exemples dels greus problemes que pateix la conca. Aquests problemes es fan especialment palesos en la zona alta de la conca, on l'escassetat d'aigua no fa més que agreujar el problema.Tot això ha generat la necessitat urgent d'avaluar l'estat de conservació d'aquests ecosistemes aquàtics continentals, poder determinar la mesura i la magnitud de les pertorbacions que els estan afectant i així proposar mesures de gestió destinades a restaurar-ne la integritat ecològica. El principal objectiu que presenta aquest és determinar els patrons de distribució de les comunitats de algals (amb una menció especial en el grup de les diatomees) i de les seves causes en la conca del Guadiana i associades, amb la finalitat d'establir i proposar eines que permetin avaluar l'estat de conservació de les masses d'aigua d'aquestes conques.

El gènere Kallymenia (Kallymeniaceae, Rhodophyta) a la Península Ibèrica i Illes Balears

L'objectiu d'aquest treball ha estat l'estudi del gènere Kallymenia a la Península Ibèrica i a les Illes Balears, el qual es troba representat per les espècies següents: K. reniformis (Turner) J. Agardh, K. feldmannii Codomier, K. lacerata Feldmann, K. requienii (J. Agardh) J. Agardh, K. patens (J. Agardh) P.G. Parkinson i K. spathulata (J. Agardh) P.G. Parkinson. En aquesta monografia es descriuen les principals característiques morfològiques i vegetatives i també els tetrasporangis de totes les espècies de la Península Ibèrica i de les Illes Balears. També es descriuen les estructures reproductores i els estadis de postfertilització de totes, excepte de K. patens i K. spathulata, espècies més rares que les altres i per a les quals no hem pogut aportar aquesta informació. Les dades s'acompanyen amb una iconografia original a base de dibuixos i fotografies i amb una clau de determinació pels tàxons estudiats. També es detalla la corologia de les diferents espècies, el seu hàbitat i la seva fenologia.

The use of pulse amplitude modulated fluorescence techniques for metal toxicity assessment in fluvial biofilms

Metal pollution in rivers is in great concern with human activities in the fluvial watershed. This thesis aims to investigate the potential use of chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity, and to find cause-effect relationships between metal exposures, other environmental factor (i.e. light), and functional and structural biofilm responses. This thesis demonstrates that the use of chl-a fluorescence parameters allows detect early effects on biofilms caused by zinc toxicity, both in the laboratory as in polluted rivers. In microcosm experiments, the use of chl-a fluorescence parameters allows evaluates structural changes on photosynthetic apparatus and in algal groups’ composition of biofilms long-term exposed to zinc. In order to evaluate the effects of chronic metal pollution in rivers, it is recommended the use of biofilm translocation experiments and the use of a multi-biomarker approach.

Availability and use of organic matter in stream ecosystems: the role of biofilms

La comunitat bentònica dels ecosistemes fluvials processa una gran quantitat de la matèria orgànica que arriba als rius. L'origen de les entrades de material (autòctones o al·lòctones), la seva composició química i la seva quantitat (freqüència de les entrades i concentració assolida en el riu), determinen l'estructura de la comunitat bentònica autotròfica i heterotròfica, les seves relacions tròfiques i les seves interaccions potencials (competència, sinergisme). L'objectiu d'aquesta tesi és posar de manifest la utilització de la matèria orgànica dissolta (MOD) per part dels biofilms bacterians bentònics fluvials i determinar l'eficiència del sistema fluvial en l'ús dels diferents materials que hi circulen. Amb aquesta finalitat s'han portat a terme diversos experiments, tant de camp com de laboratori, per tal de conèixer els efectes de la disponibilitat de la matèria orgànica (quantitat) i la seva qualitat (composició química i biodegradabilitat) i els efectes deguts a l'augment de temperatura de l'aigua del riu.

Distributional patterns of diatom communities in Mediterranean rivers

Aquesta tesi tracta la jerarquia i l'heterogeneïtat dels sistemes fluvials que afecten l'estructura de les comunitats bentòniques de diatomees. A nivell regional, es van buscar diferents grups de punts i les seves espècies indicadores, es va estudiar la resposta de les comunitats de diatomees als gradients ambientals, es va avaluar la utilitat de diferents índexs de diatomees i es va buscar el millor sistema de classificació per a condicions de referència. A nivell de conca, es volien definir els factors que determinen la distribució longitudinal de la diversitat de les comunitats de diatomees. Finalment, a nivell d'hàbitat es van determinar quins factors afecten les algues i els cianobacteris a aquesta escala i es va examinar la contribució relativa de l'ambient i l'espai en la distribució de la biomassa i composició d'algues i cianobacteris. Per tant, els diferents capítols d'aquesta tesi han estat desenvolupats seguint aquest esquema.

Effects of priority and emerging pollutants on river biofilms

L'activitat humana representa una de les majors causes d'entrada d'una gran varietat de substàncies en els ecosistemes fluvials. L'objectiu principal d'aquest treball es investigar els efectes que els tòxics orgànics poden exercir en els biofilms fluvials. El riu Llobregat ha estat sotmès a fortes pressions, fet que l'ha portat a uns nivells molt elevats de contaminació. En aquest estudi s'ha observat una influència dels plaguicides presents al riu en la distribució de la comunitat de diatomees, així com efectes en el biofilm a nivell funcional i estructural. Experiments amb canals experimentals han mostrat que l'herbicida diuron i el bactericida triclosan poden ocasionar una cadena d'efectes en els biofilms, incloent efectes directes i també efectes indirectes en les relacions entre els components del biofilm. Experiments amb cultius algals han mostrat que aquests tòxics, aplicats en barreja, poden tenir una major toxicitat de la prevista pels models, resultant en efectes sinèrgics.

Phytoplankton dynamic in permanent and temporary waters of Empordà Salt marshes (NE Spain)

Se ha estudiado la dinámica del fitoplancton en las lagunas costeras de Aiguamolls de l'Empordà. El fitoplancton esta sujeto principalmente al control "bottom-up", la variabilidad hidrológica y la disponibilidad de nutrientes tienen una mayor influencia en la composición y distribución de tamaños del fitoplancton, que el zooplancton. La concentración de materia orgánica disuelta es el factor ambiental más correlacionado con el crecimiento de la biomasa fitoplanctónica. Dada la proximidad entre las lagunas costeras y el mar, donde la ocurrencia de Proliferaciones de Algas Nocivas es cada vez más frecuente, se realizan un inventario general de las especies más abundantes del fitoplancton y se llevan a cabo análisis extensivos de la toxicidad. La mayoría de especies de dinoflagelados encontradas son potencialmente nocivas. Hay pocas especies en común entre el mar y las lagunas, sin embargo, existen especies productoras de PANs características de los ambientes lagunares.

Response of the benthic macroinvertebrate community to a point source in La Tordera stream (Catalonia, NE Spain)

Vam monitoritzar paràmetres físics i químics, macroinvertebrats bentònics, clorofil·la a, productors primaris i matèria orgànica durant un any (2001-2002) per examinar els efectes d'una font puntual sobre la composició taxonòmica, la estructura de la comunitat, l'organització funcional, la utilització de l'habitat i la estoquiometria al riu la Tordera (Catalunya). Aigües avall de la font puntual, concentració de nutrients, cabal i conductivitat eren majors que al tram d'aigües amunt, mentre que oxigen dissolt era menor. La densitat de macroinvertebrats era més elevada al tram d'aigües avall però la biomassa era similar als dos trams. La riquesa taxonòmica al tram de dalt era un 20% més alt que al tram de baix. Els anàlisis d'ordenació separen clarament els dos trams en el primer eix, mentre que els dos trams presentaven una pauta temporal similar en el segon eix. La similaritat entre els dos trams en composició taxonòmica, densitats i biomasses després de les crescudes d'abril i maig de 2002, indiquen que les pertorbacions del cabal poden actuar com a un mecanisme de reinici de la comunitat bentònica i jugar un paper important per a la restauració d'ecosistemes fluvials. Els dos trams presentaven una biomassa de perifiton, plantes vasculars, CPOM i FPOM similars, mentre que clorofil·la a, algues filamentoses, molses i SPOM eren majors al tram d'aigües avall. La densitat relativa de trituradors era menor sota la font puntual mentre que col·lectors i filtradors van ser afavorits. La biomassa relativa de trituradors també era menor sota la font puntual, però la biomassa de col·lectors i depredadors va augmentar. Les relacions entre densitat de grups tròfics i els seus recursos eren rarament significatives. La relació s'explicava millor amb la biomassa de macroinvertebrats. Els dos trams compartien la mateixa relació per raspadors, col·lectors i filtradors però no per trituradors i depredadors. La densitat i la biomassa de macroinvertebrats es trobaven positivament correlacionades amb la quantitat de recursos tròfics i la complexitat d'habitat, mentre que la riquesa taxonòmica es trobava negativament relacionada amb paràmetres hidràulics. La influència dels substrats inorgànics prenia menor rellevància per a la distribució dels macroinvertebrats. Els anàlisis d'ordenació mostren com les variables del microhabitat de major rellevància eren CPOM, clorofil·la a, algues filamentoses i velocitat. La cobertura de sorra només era significativa per al tram d'aigües amunt i les molses, al d'aigües avall. El número de correlacions significatives entre macroinvertebrats i les variables del microhabitat era més elevat per al tram de dalt que per al de baix, bàsicament per diferències en composició taxonòmica. La biomassa de macroinvertebrats va aportar una informació semblant a la obtinguda per la densitat. Perifiton i molses tenien uns continguts de nutrients similars en els dos trams. Els %C i %N d'algues filamentoses també eren similars en els dos trams però el %P sota la font puntual era el doble que al tram de dalt. Les relacions estoquiomètriques en CPOM, FPOM i SPOM eren considerablement menors sota la font puntual. Els continguts elementals i relacions van ser molt variables entre taxons de macroinvertebrats però no van resultar significativament diferents entre els dos trams. Dípters, tricòpters i efemeròpters presentaven una estoquiometria similar, mentre que el C i el N eren inferiors en moluscs i el P en coleòpters. Els depredadors presentaven un contingut en C i N més elevat que la resta de grups tròfics, mentre que el P era major en els filtradors. Els desequilibris elementals entre consumidors i recursos eren menors en el tram d'aigües avall. A la tardor i l'hivern la major font de nutrients va ser la BOM mentre que a la primavera i a l'estiu va ser el perifiton.

Diffusion of the synthetic pyrethroid permethrin into bed-sediments

Bed-sediments are a sink for many micro-organic contaminants in aquatic environments. The impact of toxic contaminants on benthic fauna often depends on their spatial distribution, and the fate of the parent compounds and their metabolites. The distribution of a synthetic pyrethroid, permethrin, a compound known to be toxic to aquatic invertebrates, was studied using river bed-sediments in lotic flume channels. trans/cis-Permethrin diagnostic ratios were used to quantify the photoisomerization of the trans isomer in water. Rates were affected by the presence of sediment particles and colloids when compared to distilled water alone. Two experiments in dark/light conditions with replicate channels were undertaken using natural sediment, previously contaminated with permethrin, to examine the effect of the growth of an algal biofilm at the sediment-water interface on diffusive fluxes of permethrin into the sediment. After 42 days, the bulk water was removed, allowing a fine sectioning of the sediment bed (i.e., every mm down to 5 mm and then 5-10 mm, then every 10 mm down to 50 mm). Permethrin was detected in all cases down to a depth of 5-10 mm, in agreement with estimates by the Millington and Quirk model, and measurements of concentrations in pore water produced a distribution coefficient (K-d) for each section, High K-d's were observed for the top layers, mainly as a result of high organic matter and specific surface area. Concentrations in the algal biofilm measured at the end of the experiment under light conditions, and increases in concentration in the top 1 mm of the sediment, demonstrated that algal/bacterial biofilm material was responsible for high K-d's at the sediment surface, and for the retardation of permethrin diffusion. This specific partition of permethrin to fine sediment particles and algae may enhance its threat to benthic invertebrates. In addition,the analysis of trans/cis-permethrin isomer ratios in sediment showed greater losses of trans-permethrin in the experiment under light conditions, which may have also resulted from enhanced biological activity at the sediment surface.

Presubmergence and green manure affect the transformations of nitrogen-15-labeled urea under lowland soil conditions

The effect of presubmergence and green manuring on various processes involved in [N-15]-urea transformations were studied in a growth chamber after [N-15]-urea application to floodwater. Presubmergence for 14 days increased urea hydrolysis rates and floodwater pH, resulting in higher NH3 volatilization as compared to without presubmergence. Presubmergence also increased nitrification and subsequent denitrification but lower N assimilation by floodwater algae caused higher gaseous losses. Addition of green manure maintained higher NH4+-N concentration in floodwater mainly because of lower nitrification rates but resulted in highest NH3 volatilization losses. Although green manure did not affect the KCl extractable NH4+-N from applied fertilizer, it maintained higher NH4+-N content due to its decomposition and increased mineralization of organic N. After 32 days about 36.9% (T-1), 23.9% (T-2), and 36.4% (T-3) of the applied urea N was incorporated in the pool of soil organic N in treatments. It was evident that the presubmergence has effected the recovery of applied urea N.

Land plants and DNA barcodes: short-term and long-term goals

Land plants have had the reputation of being problematic for DNA barcoding for two general reasons: (i) the standard DNA regions used in algae, animals and fungi have exceedingly low levels of variability and (ii) the typically used land plant plastid phylogenetic markers (e.g. rbcL, trnL-F, etc.) appear to have too little variation. However, no one has assessed how well current phylogenetic resources might work in the context of identification (versus phylogeny reconstruction). In this paper, we make such an assessment, particularly with two of the markers commonly sequenced in land plant phylogenetic studies, plastid rbcL and internal transcribed spacers of the large subunits of nuclear ribosomal DNA (ITS), and find that both of these DNA regions perform well even though the data currently available in GenBank/EBI were not produced to be used as barcodes and BLAST searches are not an ideal tool for this purpose. These results bode well for the use of even more variable regions of plastid DNA (such as, for example, psbA-trnH) as barcodes, once they have been widely sequenced. In the short term, efforts to bring land plant barcoding up to the standards being used now in other organisms should make swift progress. There are two categories of DNA barcode users, scientists in fields other than taxonomy and taxonomists. For the former, the use of mitochondrial and plastid DNA, the two most easily assessed genomes, is at least in the short term a useful tool that permits them to get on with their studies, which depend on knowing roughly which species or species groups they are dealing with, but these same DNA regions have important drawbacks for use in taxonomic studies (i.e. studies designed to elucidate species limits). For these purposes, DNA markers from uniparentally (usually maternally) inherited genomes can only provide half of the story required to improve taxonomic standards being used in DNA barcoding. In the long term, we will need to develop more sophisticated barcoding tools, which would be multiple, low-copy nuclear markers with sufficient genetic variability and PCR-reliability; these would permit the detection of hybrids and permit researchers to identify the 'genetic gaps' that are useful in assessing species limits.

Sewage effluent clean-up reduces phosphorus but not phytoplankton in lowland chalk stream (River Kennet, UK) impacted by water mixing from adjacent canal

Information is provided on phosphorus in the River Kennet and the adjacent Kennet and Avon Canal in southern England to assess their interactions and the changes following phosphorus reductions in sewage treatment work (STW) effluent inputs. A step reduction in soluble reactive phosphorus (SRP) concentration within the effluent (5 to 13 fold) was observed from several STWs discharging to the river in the mid-2000s. This translated to over halving of SRP concentrations within the lower Kennet. Lower Kennet SRP concentrations change from being highest under base-flow to highest under storm-flow conditions. This represented a major shift from direct effluent inputs to a within-catchment source dominated system characteristic of the upper part to the catchment. Average SRP concentrations in the lower Kennet reduced over time towards the target for good water quality. Critically, there was no corresponding reduction in chlorophyll-a concentration, the waters remaining eutrophic when set against standards for lakes. Following the up gradient input of the main water and SRP source (Wilton Water), SRP concentrations in the canal reduced down gradient to below detection limits at times near its junction with the Kennet downstream. However, chlorophyll concentrations in the canal were in an order of magnitude higher than in the river. This probably resulted from long water residence times and higher temperatures promoting progressive algal and suspended sediment generations that consumed SRP. The canal acted as a point source for sediment, algae and total phosphorus to the river especially during the summer months when boat traffic disturbed the canal's bottom sediments and the locks were being regularly opened. The short-term dynamics of this transfer was complex. For the canal and the supply source at Wilton Water, conditions remained hypertrophic when set against standards for lakes even when SRP concentrations were extremely low.

Effects of forage source and soybean and marine algal oil supplementation on milk fatty acid composition in ewes

The objective of the present studies was to determine effects of basal dietary forage source on the response of milk fatty acid composition to an oil supplement based (2:1, respectively, w/w) on soybean oil and marine algae biomass oil high in cis-9, cis-12 C18:2n − 3 and C22:6n − 3, respectively. In Study 1, Hampshire × Dorset ewes (48) were randomly assigned to one of four treatments and 12 pens in a completely randomized design blocked on the basis of lambing date and number of lambs suckled. Control rations (60:40 forage:concentrate, dry matter (DM) basis) based on alfalfa pellets (AP) or corn silage (CS) were fed from lambing. Beginning at 22 days postpartum, three pens of ewes fed AP and three pens of ewes fed CS were supplemented with oil (30 g/kg of ration DM) in place of corn meal. Average ewe DM intake (DMI) and average daily gain (ADG) were measured weekly. Milk yield and composition were measured at 42 days postpartum. DMI was lower (P<0.02) for CS and for oil, but milk yield was not affected by forage source or oil supplementation. Milk fat content was higher for oil (P<0.10) and milk protein content was higher for AP (P<0.04). Total CLA concentration (g/100 g fatty acids) increased (P<0.01) with CS and oil, and the response to oil was greater for AP (P<0.04). Similarly, total trans-C18:1 and C22:6ω−3 concentrations were higher for CS and oil, but the response to oil was greater for CS (P<0.06 and P<0.01, respectively). In Study 2, the experiment was repeated using alfalfa haylage (AH) instead of AP. The DMI decreased (P<0.05) with oil feeding, but was not affected by forage source. Milk yield was decreased by feeding oil with AH, but not by feeding oil with CS (P<0.03). Milk fat content tended to be increased by feeding oil with AH, but tended to be decreased by feeding oil with CS (P<0.08). Total CLA concentration was increased (P<0.01) for AH versus CS and by oil, and the response to oil supplementation was greater for AH (P<0.01). In contrast, total trans-C18:1 concentration was higher for CS versus AH, with a greater response to oil for CS (P<0.05). Feeding marine oil increased the C22:6ω−3 (P<0.01) concentration, and the response was greater for AH (P<0.04). To further characterize the response of milk fat composition to dietary oil in ewes, a third study used six pens of three ewes each assigned to either the control CS diet used for Study 2 or the same diet supplemented with 45 g/kg (DM basis) of the oil mixture. Feeding oil had no effect on DMI, milk yield or milk fat concentration, but again increased (P<0.001) total trans-C18:1 and C22:6ω−3 concentrations and numerically increased (114%) total CLA concentration. Milk fatty acid composition responses to supplemental vegetable and marine oils were affected by forage source. Milk trans-C18:1 concentration was higher when CS was fed in Studies 1 and 2, but the effect of forage species on CLA concentration differed between studies, which may reflect differences in diet PUFA content and consumption, as well as amounts of dietary starch and fiber consumed. Despite large increases in trans-C18:1 concentration, milk fat content was not decreased by feeding unsaturated oils to ewes, even at diet levels of 45 g/kg of ration DM.

Pliocene seasonality across the North Atlantic inferred from cheilostome bryozoans

Previous studies have shown an inverse correlation between zooid size in cheilostome bryozoans and ambient water temperature. This relationship underlies the MART technique which uses intracolonial variation in zooid size to predict mean annual range in temperature experienced by bryozoan colonies during their life. Here we apply the MART technique to study Early and Mid Pliocene bryozoans from Central America (Panama, Costa Rica), the USA (Florida, South Carolina, North Carolina, Virginia) and the UK (Suffolk) to reconstruct palaeoseasonality across a range of latitudes for the North Atlantic during the Pliocene Epoch. Compared to the present-day, our analyses suggest greater seasonality (ca 4.5 degrees C) in the southern Caribbean at the time of Cayo Agua Formation deposition (ca 4.25 Ma), in keeping with inferred upwelling prior to the closure of the isthmian barrier at 2.7 Ma. Bryozoans also indicate seasonal upwelling on the Gulf Coast of Florida in a similar manner to the present-day. Because upwelling can be highly localised and prone to spatial and temporal variation in the Gulf of Mexico today, it contributes little to a broad understanding of Pliocene North Atlantic waters. However, MART estimates for the coastal plain region indicate a general reduction in the annual range in temperature relative to the present, suggesting that the colder surface waters that today reach south to Cape Hatteras had less influence in Early to Mid Pliocene times. These results, along with evidence from other proxies, strongly support reduced seasonality and warmer conditions along the eastern seaboard of the USA in the Early to Mid Pliocene. Finally, the MART estimates amongst Coralline Crag localities provide evidence for an increased annual range in temperature in the southern North Sea than at present. Our study shows that bryozoan MART estimates provide a powerful, independent proxy for palaeoseasonality and is the first to demonstrate that the MART technique can be applied to infer palaeoclimates across a wide range of latitudes focusing on a variety of geological formations and geographical regions. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.