The use of biomarkers to diagnose the ecological impact of pollutants in Mediterranean rivers

Um assunto que requer atenção é a avaliação ecológica da qualidade da água de ecossistemas de água doce. Uma abordagem que surge como promissora é a biomonitorização baseada em biomarcadores, porque pode avaliar a saúde dos organismos e obter sinais de alerta precoce acerca dos riscos ambientais. Até agora, porém, o uso de biomarcadores em espécies de invertebrados, para diagnosticar danos ecológicos nos rios, é escasso. Por essa razão, existe uma necessidade urgente de desenvolver biomarcadores nas principais espécies de macroinvertebrados dos ecossistemas fluviais que são alvo de estudo. Esta tese tem como objectivo averiguar se as respostas in situ, aliadas aos biomarcadores, podem ser um método viável para avaliar os danos ecológicos de contaminantes em ecossistemas de água doce. Numa primeira fase, os biomarcadores foram usados para averiguar os mecanismos fisiológicos de adaptação genética de clones de Daphnia magna ao pesticida organofosforado fenitrothion. Numa segunda fase, os biomarcadores foram usados como ferramentas de diagnóstico de poluição em zonas ribeirinhas. Estes estudos foram realizados com três espécies-chave de macroinvertebrados: Daphnia magna, Corbicula fluminea e Hydropsyche exocellata, nos rios Besós e Llobregat e no Delta do rio Ebro (NE Espanha). Além disso, foram realizados com animais capturados nos rios, ou com ensaios de transplantes, e foram complementados com índices biológicos de macroinvertebrados e análises químicas da água e dos animais. Como os contaminantes químicos têm vários modos toxicológicos de acção e, portanto, afectam várias respostas bioquímicas dos organismos, foram analisados nas três espécies um conjunto de biomarcadores pertencentes a diferentes vias metabólicas. A abordagem experimental indica que o uso combinado de biomarcadores e outras medidas, tais como índices biológicos e testes in situ, contribui para diagnosticar os efeitos prejudiciais de contaminantes nas comunidades ribeirinhas.

Ecological interactions in populations facing environmental stress

O zooplâncton, particularmente os cladóceros, são organismos de água doce importantes na regulação da produção primária dos ecossistemas de água doce. No entanto, também podem adaptar-se a condições salobras. Tendo em conta as previsões no âmbito das alterações climáticas, a intrusão salina pode ocorrer a par com a subida de temperatura. As populações de água doce podem ficar vulneráveis aos efeitos interativos da salinidade e da temperatura, de acordo com os seus limites de tolerância e capacidade de adaptação ao stress ambiental. Assim, a presente tese analisou as interações resultantes das alterações destes agentes de stress em populações de cladóceros de água doce. Primeiro, comparou-se a halotolerância de diferentes genótipos de Simocephalus vetulus provenientes de populações de água doce e de água salobra de modo a avaliar a existência de uma componente genética de resistência à salinidade. A sensibilidade aguda dos genótipos variou na mesma gama de concentrações; todavia, todos os genótipos da população salobra, exceto um, foram mais tolerantes do que os de água doce, em termos de tempo à imobilização. Contudo, não foi possível estabelecer uma relação entre a performance reprodutiva em condições salobras e o contexto ambiental de origem destes genótipos. Mais, estes ensaios mostraram que as populações de água doce têm potencial para tolerar incrementos de salinidade. Como tal, pode-se concluir que a seleção a que os genótipos estão sujeitos no seu local de origem foi mais fraca do que o esperado. Segundo, investigou-se a capacidade de aclimatação de Daphnia galeata à salinidade e temperatura, de modo a avaliar a halotolerância de Daphnia a duas temperaturas num cenário de aclimatação multigeracional. O objetivo foi compreender se a pré-adaptação ao stress ambiental (20ºC e 25ºC versus 0 g/L e 1 g/L de NaCl) influenciou posteriormente as respostas a estes agentes de stress. Verificou-se uma tendência para um aumento de sensibilidade ao NaCl, a temperaturas mais elevadas. No entanto, este efeito foi anulado após nove gerações, mas apenas quando os organismos foram aclimatados aos dois agentes de stress em simultâneo (salinidade e temperatura elevada). Terceiro, demonstrou-se experimentalmente que a salinidade interferiu com a competição interespecífica, alterando a composição das comunidades zooplanctónicas. Este conjunto de evidências permitiu-nos refletir nos múltiplos impactos de agentes de stress, particularmente os relacionados com as previsões de alterações climáticas. Em paralelo aos estudos de natureza experimental, e numa perspetiva de Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS), importa também promover o desenvolvimento de competências necessárias à compreensão de mudanças ambientais globais (e.g., o impacto da salinidade e da temperatura) para implementar estratégias de mitigação e adaptação. Neste contexto, foi realizada uma atividade com estudantes do ensino secundário, que se tornou uma boa oportunidade para a sua aprendizagem e aquisição de competências de interpretação de dados experimentais, assim como de sensibilização para as questões ambientais.

Avaliação ecológica do efeito combinado de contaminantes ambientais

The assessment of ecological status of lotic freshwater bodies, based on stringent criteria of classification, has been defined by the Water Framework Directive (WFD), as a result of the implementation and optimization of methodologies that integrate physico-chemical, biological, and hydromorphological parameters. It is recognized that the application of this methodology is not easy, because it requires deep technical and scientific knowledge; it is time consuming in its application involving high financial costs. Thus, the main objective of this study was the development of cheaper and faster complementary methodologies that may contribute to the technical application of the classification criteria defined by the WFD, achieving the same final results of evaluation. In order to achieve this main goal, the river Mau, a small mountain river subjected to different stressors (eg, metals, pesticides), was established as the main sampling area. This thesis reviewed the historical development of various biotic indexes and its application in assessing water quality, especially highlighting the new paradigm defined by the WFD, and the corresponding actions developed for optimization and intercalibration of methodologies, evaluating the final state of water bodies. The ecological spatiotemporal characterization of the river Mau focused on the application of the WFD methodology, using at this stage only macroinvertebrates collected during four seasons. Results were compared with historical data of the last three years and they demonstrated that the river is in good condition. However, the ecological quality decreased at certain locations indicating that organisms were subjected to some type of disturbance. As the ecological quality can be conditioned by pulses of contamination from the sediments, in environmental adverse conditions, assays were performed with elutriates, obtained from sediments collected near the mining complex Braçal-Palhal. Results showed that this method was effective achieving the state of contamination, which may be important in prioritizing/scoring of critical areas within river ecosystems potentially impacted, using the WFD methodology. However, this methodology requires the collection of sediment which can promote the modification and / or loss of contaminants. To solve this potential problem, we developed a new methodology to obtain similar results. For this, we used a benthic microalga, belonging to the Portuguese flora, sensitive to organic pollution and metals. This methodology was optimized for application in situ, by immobilization of diatom in calcium alginate beads. The results showedthat their sensitivity and normal growth rate are similar to data obtained when used free cells of diatom. This new methodology allowed the achievement of a very quick response on the degree of contamination of a site, providing a complementary methodology to WFD.

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.

Toxicity risks linked to cyanobacteria blooms in southern Portugal reservoirs

Tese de doutoramento, Ciências e Tecnologias do Ambiente, Escola Superior de Saúde, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Biologia reprodutiva de duas espécies do gênero Bryconamericus (Characidae: Tetragonopterinae) dos sistemas dos Rios Jacuí e Uruguai, RS

Neste trabalho são abordados aspectos da biologia reprodutiva como o período reprodutivo, fecundidade e presença de caracteres sexuais secundários de duas espécies do gênero Bryconamericus, que são tetragonopteríneos pertencentes à família Characidae. O gênero distribui-se desde a Costa Rica até o Oeste da Argentina por uma variedade de ecossistemas de água doce. Foram feitas coletas mensais nos rios Vacacaí e Ibicuí no Rio Grande do sul, entre abril de 2001 e março de 2002, utilizando redes do tipo picaré. Os animais capturados foram fixados em formol 10% e, em laboratório, foram medidos, pesados, separados por sexo e dissecados para a retirada e pesagem de gônadas, estômago e fígado. A partir destes dados, foram calculados os índices gonadossomático, de repleção estomacal e hepatossomático. As gônadas foram identificadas macro e microscopicamente quanto ao estádio de maturação. O período reprodutivo de B. iheringii compreende os meses de setembro e outubro e o de B. stramineus, os meses de outubro, novembro e fevereiro. O teste de correlação não paramétrico de Spearman não demonstrou significância entre as médias de IGS das duas espécies e os fatores bióticos e abióticos, com exceção dos valores de IGS de machos de B. stramineus e os valores do fotoperíodo, que mostraram haver correlação A fecundidade absoluta, estimada a partir da contagem total dos ovócitos vitelinados teve uma média de 933,71 ovócitos para B. iheringii e de 371,3 ovócitos para B. stramineus. A fecundidade relativa média para B. iheringi foi de 0,36 ovócitos por mg de peso total e para B. stramineus foi de 0,35. Os caracteres sexuais secundários analisados foram a presença de ganchos nas nadadeiras pélvicas e anal dos machos, cuja presença e freqüência foi estimada de acordo com os diferentes estádios de maturação gonadal, com o mês analisado e por classes de comprimento padrão. Em ambas espécies observa se maior incidência de ganchos desenvolvidos em machos no estádio em maturação e de ganchos bem desenvolvidos em machos maduros. A análise mensal mostra um predomínio de ganchos bem desenvolvidos nos meses correspondentes ao período reprodutivo, para ambas as espécies. De acordo com as classes de comprimento, ganchos bem desenvolvidos foram encontrados sempre nos indivíduos maiores. Durante a pesquisa foi observada também, a presença de uma glândula na região anterior do primeiro arco branquial, outro caracter sexual secundário, que está sendo registrado pela primeira vez para essas duas espécies.

Uso de recursos e padrão de co-ocorrência com insetos predadores em comunidades sub-tropicais de girinos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação de Eichhornia crassipes como fonte de ácido chiquímico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo da distribuição e das densidades larvais do bivalve invasor Limnoperna fortunei (Dunker, 1857) nos principais corpos d’água da bacia do rio da Prata

O mexilhão-dourado (Limnoperna fortunei) é um bivalve de água doce pertencente à família Mytilidae. Originário de rios e arroios da China e do sudeste asiático, foi introduzido acidentalmente na América do Sul em 1991, no estuário do rio da Prata, provavelmente através de água de lastro. Como encontrou condições propícias para o seu desenvolvimento, se expandiu através dos rios Uruguai, Paraná e Paraguai, sendo atualmente o principal responsável pelo macrofouling em ecossistemas de água doce do continente. O presente estudo compreende uma área de grande extensão na bacia do Rio da Prata, onde foram amostrados pontos estratégicos nos rios Paraná (e seus principais afluentes), Uruguai e Paraguai. A partir de coletas de organismos do plâncton, realizadas por arrasto vertical, foram quantificadas as densidades de larvas de L. fortunei em cada local de amostragem. Assim, obteve-se um panorama atual da ocorrência do mexilhão, registrando-se, inclusive, alguns limites de sua distribuição. As densidades mostraram-se, no geral, elevadas, provavelmente em decorrência do período de amostragem (verão 2010), onde a atividade reprodutiva da espécie é maior devido às altas temperaturas. Porém, grandes variações ao longo da bacia foram registradas, o que pode estar relacionado ao grau de antropização, disponibilidade de substratos, velocidade da corrente, tempo de introdução, entre outras variáveis

Efeito da infestação de macrófitas aquáticas na comunidade planctônica em um viveiro de piscicultura

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Diversidade de cianobacterérias nas áreas da lagoa d Casamento e dos Butiazais de Tapes e seus ecossistemas associados (RS, Brasil)

Pós-graduação em Microbiologia - IBILCE

Comunidade de macroinvertebrados bentônicos e qualidade da água e do sedimento das bacias hidrográficas dos rios Lavapés, Capivara, Araquá e Pardo, município de Botucatu(SP) e região

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Distribuição de macrófitas aquáticas em relação a variáveis ambientais em ecossistemas lóticos da Bacia do rio Itanhaém

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Epidemiologia descritiva de Salmonella em ecossistemas aquáticos de diferentes áreas do Estado do Pará

A vigilância dos sorovares de Salmonella em ambientes aquáticos constitui um dos principais elementos do monitoramento das infecções humanas e animais. Foram analisadas 694 amostas de águas de diferentes origens (rio, igarapé, baía, praias, lago, poço, nascente, abastecimento, córrego, drenagem e esgoto) procedentes de 11 municípios do Estado do Pará, e de 212 (30,5%) amostras foram isoladas 2.115 cepas de 91 sorovares de Salmonella. Foram identificados 77 sorovares de Salmonella do total de 1.300 isolamentos de água doce e esgoto no município de Belém, destacando os sorovares S. Saintpaul, S. Panama, S. Muenster, S. Hadar e S. Agona. Na Floresta Nacional de Caxiuanã, 69,4% das amostras de águas foram positivas para Salmonella e 17 sorovares foram identificados, sendo S. Panama, S. Miami e S. Gaminara os mais freqüentes. Dentre os isolados de Salmonella dos ambientes aquáticos, 64,8% foram resistentes às drogas, com especial destaque para a estreptomicina (97,1%) e a tetraciclina (10,8%). Ocorreu distribuição uniforme quanto a presença de Salmonella e coliformes termotolerantes em águas superficiais e subterrâneas, porém em 10 situações positivas para Salmonella não foi possível isolar E.coli. O meio de enriquecimento Rappaport-Vassiliadis foi mais eficiente do que o Selenito Cistina para o isolamento de Salmonella quando mantido a 42,5ºC. Os sorovares isolados em esgoto foram os mesmos obtidos a partir de coproculturas humanas no mesmo período. Os resultados mostram a grande disseminação/dispersão da Salmonella em ecossistemas aquáticos no Estado do Pará e o risco potencial à saúde da população humana.

Toxicidade de petróleo bruto sobre microcrustáceo Daphnia similis em água de rio e água de produção de petróleo

Aquatic ecosystems are suffering many impacts caused by human activities resulting from the activities occurring around them. With technological progress observed in recent years, this environment has received large amounts of chemicals from industries, agriculture and urban area that affect the aquatic biota. Among these sources of contamination, the oil industry has contributed to the pollution of aquatic environments with both effluents as produced water well as oil spills and their derivatives having toxicity to various organisms. With all the environmental issues has increased concern about water quality and has been used ecotoxicological tests with aquatic organisms to ecosystems to assess the toxicity of chemicals present in the water. In this context the microcrustacea Daphnia similis stands out as a freshwater organism very representative of the aquatic fauna of rivers and high sensitivity to environmental impacts. Thus, the present study aimed to evaluate the lethal toxicity of crude oil and produced water on this microcrustacea. The results showed that the microcrustacea presented high sensitivity to contaminants primarily crude oil. There was also the influence of environmental variables pH and temperature on the survival of organisms