Are there species smaller than 1 mm?

The rapid advance in genetic sequencing technologies has provided an unprecedented amount of data on the biodiversity of meiofauna. It was hoped that these data would allow the identification and counting of species, distinguished as tight clusters of similar genomes. Surprisingly, this appears not to be the case. Here, we begin a theoretical discussion of this phenomenon, drawing on an individual-based ecological model to inform our arguments. The determining factor in the emergence (or not) of distinguishable genetic clusters in the model is the product of population size with mutation rate—a measure of the adaptability of the population as a whole. This result suggests that indeed one should not expect to observe clearly distinguishable species groupings in data gathered from ultrasequencing of meiofauna.

A Significance-Driven Programming Framework for Energy-Constrained Approximate Computing

Approximate execution is a viable technique for energy-con\-strained environments, provided that applications have the mechanisms to produce outputs of the highest possible quality within the given energy budget.
We introduce a framework for energy-constrained execution with controlled and graceful quality loss. A simple programming model allows users to express the relative importance of computations for the quality of the end result, as well as minimum quality requirements. The significance-aware runtime system uses an application-specific analytical energy model to identify the degree of concurrency and approximation that maximizes quality while meeting user-specified energy constraints. Evaluation on a dual-socket 8-core server shows that the proposed
framework predicts the optimal configuration with high accuracy, enabling energy-constrained executions that result in significantly higher quality compared to loop perforation, a compiler approximation technique.

The heart of a dragon: 3D anatomical reconstruction of the 'scaly-foot gastropod' (Mollusca: Gastropoda: Neomphalina) reveals its extraordinary circulatory system

Introduction: The 'scaly-foot gastropod' (Chrysomallon squamiferum Chen et al., 2015) from deep-sea hydrothermal vent ecosystems of the Indian Ocean is an active mobile gastropod occurring in locally high densities, and it is distinctive for the dermal scales covering the exterior surface of its foot. These iron-sulfide coated sclerites, and its nutritional dependence on endosymbiotic bacteria, are both noted as adaptations to the extreme environment in the flow of hydrogen sulfide. We present evidence for other adaptations of the 'scaly-foot gastropod' to life in an extreme environment, investigated through dissection and 3D tomographic reconstruction of the internal anatomy.

Results: Our anatomical investigations of juvenile and adult specimens reveal a large unganglionated nervous system, a simple and reduced digestive system, and that the animal is a simultaneous hermaphrodite. We show that Chrysomallon squamiferum relies on endosymbiotic bacteria throughout post-larval life. Of particular interest is the circulatory system: Chrysomallon has a very large ctenidium supported by extensive blood sinuses filled with haemocoel. The ctenidium provides oxygen for the host but the circulatory system is enlarged beyond the scope of other similar vent gastropods. At the posterior of the ctenidium is a remarkably large and well-developed heart. Based on the volume of the auricle and ventricle, the heart complex represents approximately 4 % of the body volume. This proportionally giant heart primarily sucks blood through the ctenidium and supplies the highly vascularised oesophageal gland. Thus we infer the elaborate cardiovascular system most likely evolved to oxygenate the endosymbionts in an oxygen poor environment and/or to supply hydrogen sulfide to the endosymbionts.

Conclusions: This study exemplifies how understanding the autecology of an organism can be enhanced by detailed investigation of internal anatomy. This gastropod is a large and active species that is abundant in its hydrothermal vent field ecosystem. Yet all of its remarkable features-protective dermal sclerites, circulatory system, high fecundity-can be viewed as adaptations beneficial to its endosymbiont microbes. We interpret these results to show that, as a result of specialisation to resolve energetic needs in an extreme chemosynthetic environment, this dramatic dragon-like species has become a carrying vessel for its bacteria.

A primer for the Environmental Impact Assessment of mining at seafloor massive sulfide deposits

Seafloor massive sulfides (SMS) contain commercially viable quantities of high grade ores, making them attractive prospect sites for marine mining. SMS deposits may also contain hydrothermal vent ecosystems populated by high conservation value vent-endemic species. Responsible environmental management of these resources is best achieved by the adoption of a precautionary approach. Part of this precautionary approach involves the Environmental Impact Assessment (EIA) of exploration and exploitative activities at SMS deposits. The VentBase 2012 workshop provided a forum for stakeholders and scientists to discuss issues surrounding SMS exploration and exploitation. This forum recognised the requirement for a primer which would relate concepts underpinning EIA at SMS deposits. The purpose of this primer is to inform policy makers about EIA at SMS deposits in order to aid management decisions. The primer offers a basic introduction to SMS deposits and their associated ecology, and the basic requirements for EIA at SMS deposits; including initial data and information scoping, environmental survey, and ecological risk assessment. © 2013 Elsevier Ltd.

VentBase:Developing a consensus among stakeholders in the deep-sea regarding environmental impact assessment for deep-sea mining-A workshop report

Mining seafloor massive sulfides for metals is an emergent industry faced with environmental management challenges. These revolve largely around limits to our current understanding of biological variability in marine systems, a challenge common to all marine environmental management. VentBase was established as a forum where academic, commercial, governmental, and non-governmental stakeholders can develop a consensus regarding the management of exploitative activities in the deep-sea. Participants advocate a precautionary approach with the incorporation of lessons learned from coastal studies. This workshop report from VentBase encourages the standardization of sampling methodologies for deep-sea environmental impact assessment. VentBase stresses the need for the collation of spatial data and importance of datasets amenable to robust statistical analyses. VentBase supports the identification of set-asides to prevent the local extirpation of vent-endemic communities and for the post-extraction recolonization of mine sites. © 2013.

A primer for use of genetic tools in selecting and testing the suitability of set-aside sites protected from deep-sea seafloor massive sulfide mining activities

Seafloor massive sulfide (SMS) mining will likely occur at hydrothermal systems in the near future. Alongside their mineral wealth, SMS deposits also have considerable biological value. Active SMS deposits host endemic hydrothermal vent communities, whilst inactive deposits support communities of deep water corals and other suspension feeders. Mining activities are expected to remove all large organisms and suitable habitat in the immediate area, making vent endemic organisms particularly at risk from habitat loss and localised extinction. As part of environmental management strategies designed to mitigate the effects of mining, areas of seabed need to be protected to preserve biodiversity that is lost at the mine site and to preserve communities that support connectivity among populations of vent animals in the surrounding region. These "set-aside" areas need to be biologically similar to the mine site and be suitably connected, mostly by transport of larvae, to neighbouring sites to ensure exchange of genetic material among remaining populations. Establishing suitable set-asides can be a formidable task for environmental managers, however the application of genetic approaches can aid set-aside identification, suitability assessment and monitoring. There are many genetic tools available, including analysis of mitochondrial DNA (mtDNA) sequences (e.g. COI or other suitable mtDNA genes) and appropriate nuclear DNA markers (e.g. microsatellites, single nucleotide polymorphisms), environmental DNA (eDNA) techniques and microbial metagenomics. When used in concert with traditional biological survey techniques, these tools can help to identify species, assess the genetic connectivity among populations and assess the diversity of communities. How these techniques can be applied to set-aside decision making is discussed and recommendations are made for the genetic characteristics of set-aside sites. A checklist for environmental regulators forms a guide to aid decision making on the suitability of set-aside design and assessment using genetic tools. This non-technical primer document represents the views of participants in the VentBase 2014 workshop.

Arsénio em águas subterrâneas em Portugal

Da totalidade da água existente na Terra, somente 1% diz respeito à água subterrânea, recurso finito e essencial para a sobrevivência do Homem. A composição química das águas subterrâneas é influência não só pela actividade humana, mas também pelas características químicas do substrato geológico. As rochas e os sedimentos funcionam como meio de transporte e armazém desse tipo de águas e a presença de certos minerais pode originar a contaminação natural das águas subterrâneas em elementos prejudiciais para o Homem. Um desses elementos é o arsénio. Uma vez que a concentração máxima admitida de arsénio para água consumo humano diminuiu dos anteriores 50 mg.l-1 para os actuais 10 mg.l-1,a probabilidade de encontrar concentrações naturais em arsénio em águas subterrâneas acima desse limite aumentou. Este trabalho visa estudar e compreender, através de ensaios laboratoriais, a interacção água/rocha em termos químicos e a mobilidade/comportamento do arsénio em seis zonas de Portugal Continental com contextos geológicos diferentes (Vila Flor – Formação Filito-Quartzítica, Baião – granitos, Cacia – sedimentos do Cretácico, Mamodeiro – sedimentos do Neogénico, Escusa – calcários dolomíticos e Beja - gabros). Para o efeito, nas zonas de estudo mencionadas foram colhidas amostras de rocha ou sedimento e de água subterrânea que foram analisadas para 36 e 76 elementos, respectivamente. A componente mineralógica e as fases suporte do As foram estudadas recorrendo à análise por difracção de raios X, microssonda electrónica e à aplicação da extracção química selectiva sequencial. A mobilização do As foi avaliada através da realização de ensaios de coluna e de agitação com hidrocarbonetos derivados do petróleo. No primeiro ensaio, a circulação de diferentes soluções com diferentes velocidades lineares no interior de colunas de vidro cheias de rocha moída, avaliou a presença de As associado a fases hidrossolúveis e biodisponíveis. No segundo, a agitação de rocha moída com água e hidrocarbonetos derivados do petróleo pretendeu avaliar o comportamento do As quando um aquífero apresenta uma contaminação com aquele tipo de hidrocarbonetos.

High-resolution seismic reflection investigation of gas accumulation and seepage in the tidal channels of the Ria of Aveiro barrier lagoon (Portugal)

O metano é um gás de estufa potente e uma importante fonte de energia. A importância global e impacto em zonas costeiras de acumulações e escape de gás metano são ainda pouco conhecidas. Esta tese investiga acumulações e escape de gás em canais de maré da Ria de Aveiro com dados de cinco campanhas de reflexão sísmica de alta resolução realizadas em 1986, 1999, 2002 e 2003. Estas incluem três campanhas de Chirp (RIAV99, RIAV02 e RIAV02A) e duas campanhas de Boomer (VOUGA86 e RIAV03). O processamento dos dados de navegação incluíram filtros de erros, correcções de sincronização de relógios de sistemas de aquisição de dados, ajuste de “layback” e estimativa da posição de “midpoint”. O processamento do sinal sísmico consistiu na correcção das amplitudes, remoção de ruído do tipo “burst”, correcções estáticas, correcção do “normal move-out”, filtragem passabanda, desconvolução da assinatura e migração Stolt F-K. A análise da regularidade do trajecto de navegação, dos desfasamentos entre horizontes e dos modelos de superfícies foi utilizada para controlo de qualidade, e permitiu a revisão e melhoria dos parâmetros de processamento. A heterogeneidade da cobertura sísmica, da qualidade do sinal, da penetração e da resolução, no seu conjunto constrangeram o uso dos dados a interpretações detalhadas, mas locais, de objectos geológicos da Ria. É apresentado um procedimento para determinar a escolha de escalas adequadas para modelar os objectos geológicos, baseado na resolução sísmica, erros de posicionamento conhecidos e desfasamentos médios entre horizontes. As evidências de acumulação e escape de gás na Ria de Aveiro incluem turbidez acústica, reflexões reforçadas, cortinas acústicas, domas, “pockmarks” e alinhamentos de “pockmarks” enterradas, horizontes perturbados e plumas acústicas na coluna de água (flares). A estratigrafia e a estrutura geológica controlam a distribuição e extensão das acumulações e escape de gás. Ainda assim, nestes sistemas de baixa profundidade de água, as variações da altura de maré têm um impacto significativo na detecção de gás com métodos acústicos, através de alterações nas amplitudes originais de reflexões reforçadas, turbidez acústica e branqueamento acústico em zonas com gás. Os padrões encontrados confirmam que o escape de bolhas de gás é desencadeado pela descida da maré. Há acumulações de gás em sedimentos Holocénicos e no substrato de argilas e calcários do Mesozóico. Evidências directas de escape de gás em sondagens em zonas vizinhas, mostraram gás essencialmente biogénico. A maioria do gás na área deve ter sido gerado em sedimentos lagunares Holocénicos. No entanto, a localização e geometria de estruturas de escape de fluidos em alguns canais de maré, seguem o padrão de fracturas do substrato Mesozóico, indicando uma possível fonte mais profunda de gás e que estas fracturas funcionam como condutas preferenciais de migração dos fluidos e exercem um controlo estrutural na ocorrência de gás na Ria.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

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.