Effects of environmental factors on the toxicity of pesticides to zebrafish embryos

During the last century mean global temperatures have been increasing. According to the predictions, the temperature change is expected to exceed 1.5ºC in this century and the warming is likely to continue. Freshwater ecosystems are among the most sensitive mainly due to changes in the hydrologic cycle and consequently changes in several physico-chemical parameters (e.g. pH, dissolved oxygen). Alterations in environmental parameters of freshwater systems are likely to affect distribution, morphology, physiology and richness of a wide range of species leading to important changes in ecosystem biodiversity and function. Moreover, they can also work as co-stressors in environments where organisms have already to cope with chemical contamination (such as pesticides), increasing the environmental risk due to potential interactions. Therefore, the objective of this work was to evaluate the effects of climate change related environmental parameters on the toxicity of pesticides to zebrafish embryos. The following environmental factors were studied: pH (3.0-12.0), dissolved oxygen level (0-8 mg/L) and UV radiation (0-500 mW/m2). The pesticides studied were the carbamate insecticide carbaryl and the benzimidazole fungicide carbendazim. Stressors were firstly tested separately in order to derive concentration- or intensity-response curves to further study the effects of binary combinations (environmental factors x pesticides) by applying mixture models. Characterization of zebrafish embryos response to environmental stress revealed that pH effects were fully established after 24 h of exposure and survival was only affected at pH values below 5 and above 10. Low oxygen levels also affected embryos development at concentrations below 4 mg/L (delay, heart rate decrease and edema), and at concentrations below 0.5 mg/L the survival was drastically reduced. Continuous exposure to UV radiation showed a strong time-dependent impact on embryos survival leading to 100% of mortality after 72 hours of exposure. The toxicity of pesticides carbaryl and carbendazim was characterized at several levels of biological organization including developmental, biochemical and behavioural allowing a mechanistic understanding of the effects and highlighting the usefulness of behavioural responses (locomotion) as a sensitive endpoint in ecotoxicology. Once the individual concentration response relationship of each stressor was established, a combined toxicity study was conducted to evaluate the effects of pH on the toxicity of carbaryl. We have shown that pH can modify the toxicity of the pesticide carbaryl. The conceptual model concentration addition allowed a precise prediction of the toxicity of the jointeffects of acid pH and carbaryl. Nevertheless, for alkaline condition both concepts failed in predicting the effects. Deviations to the model were however easy to explain as high pH values favour the hydrolysis of carbaryl with the consequent formation of the more toxic degradation product 1- naphtol. Although in the present study such explanatory process was easy to establish, for many other combinations the “interactive” nature is not so evident. In the context of the climate change few scenarios predict such increase in the pH of aquatic systems, however this was a first approach focused in the lethal effects only. In a second tier assessment effects at sublethal level would be sought and it is expectable that more subtle pH changes (more realistic in terms of climate changes scenarios) may have an effect at physiological and biochemical levels with possible long term consequences for the population fitness.

Physiology and metabolic profile of Moringa olifera and Eucalyptus globulus plants subjected to climate changes

As alterações climáticas emergentes têm um grande impacto no crescimento e desenvolvimento de espécies florestais, nomeadamente em espécies de valor industrial e medicinal, como é o caso do eucalipto (Eucalyptus globulus) e da moringa (Moringa oleifera). Assim, é urgente conhecer as respostas fisiológicas e entender as variações que ocorrem nos perfis metabólicos de espécies vegetais. Neste trabalho, plantas jovens de Eucalyptus globulus foram expostas a radiação UVB (12kJ/m2) e foram avaliadas as respostas fisiológicas e o perfil metabólico, um e onze dias após a aplicação da radiação. A dose de UVB usada não afetou as reações fotoquímicas nem as trocas gasosas, contudo ao nível do metabolismo do carbono (AST e amido) e do conteúdo de pigmentos verificaram-se pequenas alterações (AST e pigmentos). Através da análise do perfil metabólico de E. globulus foram encontrados compostos voláteis e semi-voláteis pertencentes às famílias dos terpenos, sesquiterpenos e aldeídos. Em geral, os sesquiterpenos e os álcoois monoterpénicos apresentaram uma tendência para manter e, em alguns casos, diminuir com o stress, enquanto que o grupos dos aldeídos aumentou e os monoterpenos apresentaram um comportamento mais heterogéneo. O E. globulus mostrou ser uma espécie tolerante à aplicação da dose de UVB usada neste trabalho. Por outro lado, plantas jovens de M. oleifera foram expostas a défice hídrico (DH). Um grupo de plantas foi recolhido um dia após o final da exposição e o outro grupo após onze dias do final da exposição. Foi avaliado o perfil metabólico desta espécie através de GC/MS. Os dados cromatográficos indicaram que em condições de stress (DH(1) e DH(11)), as quantidades de compostos associados a vias primárias e secundárias de defesa (como os alcanos, álcoois, ácidos carboxílicos, esteróis, aminoácidos e açucares) sofreram algumas alterações. As plantas analisadas 11 dias após a remoção do stress mostraram maiores variações do perfil de metabolitos. No entanto, tanto um como onze dias após a remoção do stress, as plantas apresentaram a formação de novos rebentos. Apesar do perfil de metabolitos ter sofrido algumas alterações, por não se registarem casos de morte, conclui-se que as plantas de moringa mostraram ser tolerantes aos tratamentos aplicados.

A system approach framework to the management of lake Baringo, Kenya

Dissertação de Mestrado, Gestão da Água e da Costa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2010

Influência do comportamento vocal no sucesso reprodutor do xarroco lusitano Halobatracus didactylus (Bloch & Schneider, 1801)

Dissertação de mest., Biologia Marinha (Ecologia e Conservação Marinha), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Efeitos da acidificação da água do mar na reprodução de Mytilus edulis

Dissertação de mest., Biologia Marinha (Ecologia e Biodiversidade Marinha), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Calibração de um modelo hidrológico SWAT para a bacia hidrográfica da Ribeira de Quarteira

O Algarve é uma região que apresenta algumas particularidades no que toca às necessidades hídricas e respetiva disponibilidade. O consumo de água é relativamente elevado e as necessidades hídricas são mais elevadas nos meses de Verão quando a precipitação é escassa. Deste modo é de grande importância a realização de uma boa gestão dos recursos hídricos de modo a garantir a sustentabilidade dos recursos naturais. Neste âmbito surge a aplicação de softwares de modelação hidrológica que permitem realizar prognósticos simulando as condições a que o meio está sujeito. Na presente dissertação pretende-se aplicar o modelo SWAT para modelar as condições atuais registadas na bacia hidrográfica da Ribeira de Quarteira. Pretende-se também realizar a modelação de cenários de alterações climáticas previstas para dois períodos futuros: 2020-2050 e 2069-2099. A construção do modelo foi realizada em ArcSWAT, a análise de outputs foi feita em SWAT_Check e para a calibração e validação do modelo utilizou-se o software SWAT-CUP4. Os resultados obtidos na calibração e validação são relativamente satisfatórios tendo em conta a fraca qualidade e quantidade dos dados de entrada disponíveis e considerando-se o meio geológico cársico onde se pretendeu realizar a modelação. Os cenários simulados tiveram como base dois modelos climáticos realizados no âmbito do projeto CLIMWAT (ICTP-REGCM3 e CNRM-RM5.1). Os resultados de ambos modelos apontam para um aumento de temperatura e diminuição generalizada de precipitação que têm como consequência um aumento significativo de evapotranspiração real e uma diminuição muito grande de recarga profunda e do caudal instantâneo. Um dos modelos aponta para, no período 2020-2050, um aumento de eventos extremos (secas e cheias). Estas previsões vêm reforçar a grande necessidade de uma boa gestão dos recursos hídricos.

Aplicação do RSECE a pequeno edifício de serviços, com climatização e análise comparativa de resultados

O aumento do consumo de energia tem vindo a criar um efeito nefasto no meio ambiente, sobretudo pelo excessivo consumo de combustíveis fósseis, que libertam durante a sua combustão gases com efeito de estufa (GEE), promovendo um aumento da temperatura média da superfície terrestre, que se traduz em alteração climáticas. A problemática das alterações climáticas, assume-se como um dos mais importantes, desafios ambientais com que o planeta se irá debater durante este século. O objetivo de reduzir globalmente as emissões dos gases com efeito de estufa (GEE), em especial de dióxido de carbono, e de estabilizar as suas concentrações na atmosfera, exige uma resposta concertada de todos os países e coloca desde logo, questões relacionadas com o funcionamento das sociedades humanas e com o desenvolvimento das economias. Têm vindo a ser criadas medidas, tanto a nível internacional como nacional, no sentido de reduzir o consumo excessivo de combustíveis fósseis e aumentar a rentabilidade da energia através de energias renováveis. De entre essas medidas, destaca-se o Programa para a Eficiência Energética em Edifícios, e o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE) e os dois importantes regulamentos: o RSECE (Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização nos Edifícios) e o RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios), os quais estabelecem os parâmetros que os edifícios novos devem cumprir. A presente tese baseia-se na análise das diferenças de dois métodos de simulação do comportamento energético de edifícios. Nomeadamente o RCCTE-STE, para a Simulação Dinâmica Simplificada e o DesignBuilder para a Simulação Dinâmica Detalhada. Será desenvolvido e justificado as diferenças de resultados obtidos com os dois programas de simulação dinâmica utilizados, procurando-se contribuir para o conhecimento das capacidades e fragilidades de cada Software.

Instalações solares térmicas em edifícios de habitação colectiva: estudo de soluções alternativas num caso prático

Se considerarmos todos os edifícios do mundo, estes são responsáveis por uns surpreendentes 40% do consumo global de energia e pela resultante pegada ecológica, ultrapassando significativamente os resultados de todos os meios de transporte em conjunto. Existem grandes e atractivas oportunidades de redução da utilização de energia nos edifícios com menores custos e maiores retornos que noutros sectores. Estas reduções são fundamentais para alcançar o objectivo da Agência Internacional de Energia (AIE), de reduzir em cerca de 70% das emissões de gases com efeito de estufa, de todo o planeta em 2050, isto para atingir os níveis de CO2 estabelecidos e exigidos pelo Painel Intergovernamental sobre as Alterações Climáticas (IPCC, na sigla inglesa). No caso dos edifícios de habitação, a produção de água quente (AQS), é o segundo maior factor de consumo de energia: cerca de 30% do consumo energético total. Para ajudar a minimizar todos estes grandes consumos de energia, existem soluções, nomeadamente para o aquecimento da AQS, que podemos aplicar nos edifícios de habitação colectiva (multifamiliares) ou moradias, utilizando fontes de energia renovável. E neste caso estamos a falar da energia solar térmica. Das várias soluções propostas e utilizadas diariamente, principalmente nos edifícios de habitação colectiva, existirá aquela que, do ponto de vista técnico-económico, numa perspectiva de eficiência energética/custo-benefício, se antevê como a melhor solução, uma vez que é frequente que não se tenha conhecimento de causa sobre cada uma delas. A presente tese baseia-se na análise de várias soluções de sistemas de energia solar térmica para o aquecimento de AQS em edifícios de habitação colectiva, com o objectivo de analisar e comparar as várias soluções. Espera-se contribuir para a clarificação dos vários sistemas utilizados e propostos actualmente no mercado

Marine foundation species shifting ranges and genetic baselines

This thesis revealed the most importance factors shaping the distribution, abundance and genetic diversity of four marine foundation species. Environmental conditions, particularly sea temperatures, nutrient availability and ocean waves, played a primary role in shaping the spatial distribution and abundance of populations, acting on scales varying from tens of meters to hundreds of kilometres. Furthermore, the use of Species Distribution Models (SDMs) with biological records of occurrence and high-resolution oceanographic data, allowed predicting species distributions across time. This approach highlighted the role of climate change, particularly when extreme temperatures prevailed during glacial and interglacial periods. These results, when combined with mtDNA and microsatellite genetic variation of populations allowed inferring for the influence of past range dynamics in the genetic diversity and structure of populations. For instance, the Last Glacial Maximum produced important shifts in species ranges, leaving obvious signatures of higher genetic diversities in regions where populations persisted (i.e., refugia). However, it was found that a species’ genetic pool is shaped by regions of persistence, adjacent to others experiencing expansions and contractions. Contradicting expectations, refugia seem to play a minor role on the re(colonization) process of previously eroded populations. In addition, the available habitat area for expanding populations and the inherent mechanisms of species dispersal in occupying available habitats were also found to be fundamental in shaping the distributions of genetic diversity. However, results suggest that the high levels of genetic diversity in some populations do not rule out that they may have experienced strong genetic erosion in the past, a process here named shifting genetic baselines. Furthermore, this thesis predicted an ongoing retraction at the rear edges and extinctions of unique genetic lineages, which will impoverish the global gene pool, strongly shifting the genetic baselines in the future.

Effect of high CO2 and ocean acidification on photosynthesis and response to oxidative stress in seagrasses

Climate change scenarios comprise significant modifications of the marine realm, notably ocean acidification and temperature increase, both direct consequences of the rising atmospheric CO2 concentration. These changes are likely to impact marine organisms and ecosystems, namely the valuable seagrass-dominated coastal habitats. The main objective of this thesis was to evaluate the photosynthetic and antioxidant responses of seagrasses to climate change, considering CO2, temperature and light as key drivers of these processes. The methodologies used to determine global antioxidant capacity and antioxidant enzymatic activity in seagrasses were optimized for the species Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, revealing identical defence mechanisms to those found in terrestrial plants. The detailed analysis and identification of photosynthetic pigments in Halophila ovalis, H.stipulacea, Zostera noltii, Z marina, Z. capricorni, Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, sampled across different climatic zones and depths, also revealed a similarity with terrestrial plants, both in carotenoid composition and in the pigment-based photoprotection mechanisms. Cymodocea nodosa plants from Ria Formosa were submitted to the combined effect of potentially stressful light and temperature ranges and showed considerable physiological tolerance, due to the combination of changes in the antioxidant system, activation of the VAZ cycle and accumulation of leaf soluble sugars, thus preventing the onset of oxidative stress. Cymodocea nodosa plants living in a naturally acidified environment near submarine volcanic vents in Vulcano Island (Italy) showed to be under oxidative stress despite the enhancement of the antioxidant capacity, phenolics concentration and carotenoids. Posidonia oceanica leaves loaded with epiphytes showed a significant increase in oxidative stress, despite the increase of antioxidant responses and the allocation of energetic resources to these protection mechanisms. Globally, the results show that seagrasses are physiologically able to deal with potentially stressful conditions from different origins, being plastic enough to avoid stress in many situations and to actively promote ulterior defence and repair mechanisms when under effective oxidative stress.

Assessing soil erosion due to land use change at the Alqueva reservoir surrounding area

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Modelação do balanço hídrico do sistema aquífero da Campina de Faro: em diferentes cenários climáticos e de exploração de recursos

Dissertação de mestrado, Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Modelação de cenários de exploração no sistema aquífero Luz-Tavira

Dissertação de mestrado, Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Caracterização das águas pluviais da cidade de Faro

Dissertação de mestrado,Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015