Ecosystem impacts of three sequential hurricanes (Dennis, Floyd, and Irene) on the United States' largest lagoonal estuary, Pamlico Sound, NC

Three sequential hurricanes, Dennis, Floyd, and Irene, affected coastal North Carolina in September and October 1999. These hurricanes inundated the region with up to 1 m of rainfall, causing 50- to 500-year flooding in the watershed of the Pamlico Sound, the largest lagoonal estuary in the United States and a key West Atlantic fisheries nursery. We investigated the ecosystem-level impacts on and responses of the Sound to the floodwater discharge. Floodwaters displaced three-fourths of the volume of the Sound, depressed salinity by a similar amount, and delivered at least half of the typical annual nitrogen load to this nitrogen-sensitive ecosystem. Organic carbon concentrations in floodwaters entering Pamlico Sound via a major tributary (the Neuse River Estuary) were at least 2-fold higher than concentrations under prefloodwater conditions. A cascading set of physical, chemical, and ecological impacts followed, including strong vertical stratification, bottom water hypoxia, a sustained increase in algal biomass, displacement of many marine organisms, and a rise in fish disease. Because of the Sound's long residence time (≈1 year), we hypothesize that the effects of the short-term nutrient enrichment could prove to be multiannual. A predicted increase in the frequency of hurricane activity over the next few decades may cause longer-term biogeochemical and trophic changes in this and other estuarine and coastal habitats.

Regulation of herbivore growth by the balance of light and nutrients.

Experiments using planktonic organisms revealed that the balance of radiant energy and available nutrients regulated herbivore growth rates through their effects on abundance and chemical composition of primary producers. Both algae and herbivores were energy limited at low light/nutrient ratios, but both were nutrient limited at high light/nutrient ratios. Herbivore growth increased with increasing light intensity at low values of the light/nutrient ratio due to increases in algal biomass, but growth decreased with increasing light at a high light/nutrient ratio due to decreases in algal quality. Herbivore production therefore was maximal at intermediate levels of the light/nutrient ratio. The results contribute to an understanding of mass transfer mechanisms in ecosystems and illustrate the importance of integration of energy-based and material-based currencies in ecology.

Produção de hidrogênio por fermentação por um novo isolado de Clostridium beijerinckii

O hidrogênio (H2) tem sido considerado uma fonte de energia limpa bastante promissora, pois sua combustão origina apenas moléculas de água, sendo uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Entretanto, os métodos atuais de produção de H2 demandam matérias-primas finitas e uma grande quantidade de energia, tornando a sua obtenção não sustentável. Mais recentemente, a via fermentativa tem sido considerada para a produção de H2, utilizando como matérias-primas efluentes industriais, materiais lignocelulósicos e biomassa de algas, denominado de bio-hidrogênio de primeira, segunda e terceira geração, respectivamente. Neste trabalho foi isolada uma bactéria anaeróbia a partir de uma cultura mista (lodo) de um sistema de tratamento de vinhaça, após pré-tratamento do lodo a pH 3 por 12 horas. Este microrganismo foi identificado com 99% de similaridade como Clostridium beijerinckii com base na sequência do gene RNAr 16S denominado de C. beijerinckii Br21. A temperatura e o pH mais adequados para o crescimento e produção de H2 por esta cultura foi 35 °C e pH inicial 7,0. A bactéria possui a capacidade de utilizar ampla variedade de fontes de carbono para a produção de H2 por fermentação, especialmente, monossacarídeos resultantes da hidrólise de biomassa de algas, tais como glicose, galactose e manose. Foram realizados ensaios em batelada para a produção de H2 com a bactéria isolada empregando diferentes concentrações de glicose e galactose, visando a sua futura utilização em hidrolisados de alga. Os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação estimados pelo modelo de Gompertz modificado, como a velocidade máxima de produção (Rm), a quantidade máxima de hidrogênio produzido (Hmáx) e o tempo necessário para o início da produção de hidrogênio (fase lag) para a glicose (15 g/L) foram de: 58,27 mL de H2/h, 57,68 mmol de H2 e 8,29 h, respectivamente. Para a galactose (15 g/L), a Rm, Hmáx e foram de 67,64 mL de H2/h, 47,61 mmol de H2 e 17,22 horas, respectivamente. O principal metabólito detectado ao final dos ensaios de fermentação, foi o ácido butírico, seguido pelo ácido acético e o etanol, tanto para os ensaios com glicose, como com galactose. C. beijerinckii é um candidato bastante promissor para a produção de H2 por fermentação a partir de glicose e galactose e, consequentemente, a partir de biomassa de algas como substratos.