DOP - Teses de Doutoramento / Doctoral Thesis
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- Anthropogenic impacts in the deep sea of the Azores : fishing and litterPublication . Pham, Christopher Kim; Gomes, Telmo Alexandre Fernandes Morato; Isidro, Eduardo José Louçã Florêncio; Santos, Ricardo Serrão[...]. Os objetivos deste trabalho são, essencialmente, os de caracterizar e entender duas ameaças importantes para o mar profundo dos Açores: a pesca e o lixo. [...]. De um modo geral, este trabalho sugere que a gestão sustentável dos recursos do oceânico profundo deve incluir todos os efeitos das atividades humanas. No caso particular dos Açores, a gestão dos recursos vivos marinhos, se baseada no funcionamento dos ecossistemas, deve ter em consideração as rejeições da pesca, os danos induzidos pela pesca aos habitats bentónicos e a acumulação de lixo.
- Bioprospecting deep-sea marine animal lipids from Azores for therapeutic applicationsPublication . Lino, Sílvia Patrícia Pena; Colaço, Maria Ana Almeida; Gaudêncio, Susana Maria PereiraA região dos Açores apresenta uma grande diversidade de comunidades faunísticas em ecossistemas marinhos de profundidade, com numa grande variedade de "hotspots" no fundo do mar, tais como montes submarinos, encostas das ilhas e fontes hidrotermais. No entanto, apesar desta enorme biodiversidade, os seus invertebrados marinhos de profundidade nunca foram bio prospectados enquanto produtos naturais marinhos funcionais. Esta tese teve como objectivo fazê-lo. Foram extraídos lípidos de dezanove espécies animais, num total de trinta e seis extractos brutos, subsequentemente testados in vitro como antibacterianos, antimaláricos e anticancerígenos. Da diversidade de animais de profundidade que incluiu corais, esponjas, ouriços e invertebrados das fontes hidrotermais, os resultados revelaram que os extractos apresentam actividade para todos os ensaios biológicos testados, com as esponjas a apresentarem-se como os animais mais úteis como fonte de compostos naturais marinhos anticancerígenos e os corais de água fria, como antimaláricos. Foi usada uma estratégia de fracionamento guiado pela bioactividade, nos extractos dos animais mais activos: as mega-esponjas Petrosia sp. E Leiodermatium sp.. Os esteróis (Petrosterol, Sitosterol e 23, 24-Dihydrocalysterol) foram identificados nas fracções de Petrosia sp. Mais anticancerígenas mas devido a perca de actividade durante a separação dos compostos, não foi possível confirmá-los como principais anticancerígenos presentes. O estudo com a esponja Leiodermatium sp. resultou no isolamento de uma mistura complexa de compostos, demonstrando um potente efeito anticancerígeno (IC75=0,08 μg/ml). Os compostos foram identificados como pertencentes a uma mesma família de macrólidos e foram denominados "azorelides". Foi possível isolar os compostos azorelide A e azorelide B mas a esteroquímica absoluta de ambas as moléculas não foi determinada devido às suas escassas quantidades (1,1 mg de azorelide A/kg e 0,47 mg de azorelide B/kg de esponja Leiodermatium seca).
- Cold-water coral communities in the Azores : diversity, habitat and conservationPublication . Henriques, Andreia Filipa Domingues Braga; Santos, Ricardo SerrãoOs corais de águas frias constituem importantes e abundantes componentes estruturais dos habitats bentónicos do mar profundo, criando condições favoráveis para uma maior abundancia e variedade de invertebrados e peixes, muitos deles de elevado valor comercial. Contudo, o conhecimento acerca da diversidade taxonómica e dos padrões de distribuição desses organismos frágeis e de crescimento lento e escasso e fragmentado, o que dificulta a implementação de medidas de conservação e gestão espacial eficazes na região dos Açores (capítulo 1). Neste estudo foi feita uma compilação exaustiva de todos os registos disponíveis referentes aos principais grupos de corais de águas frias construtores de habitat – Alcyonacea, Antipatharia, Scleractinia e Stylasteridae – de modo a determinar a diversidade, distribuição e estrutura espacial das suas comunidades na Zona Económica Exclusiva (ZEE) dos Açores (capítulo 2). [...]. Esta tese afigura-se como uma valiosa contribuição para dar continuidade ao desenvolvimento de estratégias eficazes de conservação dos ecossistemas marinhos vulneráveis dos Açores. Os novos dados taxonómicos e ecológicos aqui apresentados em montes submarinos e encostas de ilhas oceânicas do nordeste Atlântico. Procurou-se assim reforçar a sua importância para a manutenção da biodiversidade marinha e vulnerabilidade face as ameaças antropogénicas atuais, como por exemplo a pesca de fundo, e em crescente expansão, a exploração de recursos minerais no leito marinho (capitulo 5).
- Cold-water corals in a changing world : potential impacts of climate change across coral life history stagesPublication . Rakka, Maria; Juliano, Maria Manuela Fraga; Silva, Marina Carreiro; Orejas Saco del Valle, Covadonga; Hennige, SebastianOs corais têm uma reconhecida capacidade de construir habitats em águas rasas tropicais. No entanto muitas espécies de corais habitam águas profundas em todos os oceanos do mundo, onde formam comunidades que sustentam grande biodiversidade. Estes organismos, conhecidos como corais de águas frias ou corais de profundidade, são o foco desta dissertação. Os estudos aqui apresentados foram desenvolvidos no Arquipélago dos Açores, onde as espécies de corais de águas frias mais comuns pertencem à subclasse Octocorallia. Ao contrário dos corais escleractínios que formam recifes de coral, os octocorais criam habitats conhecidos como jardins de corais. Nos Açores, são notáveis os jardins de corais formados por densas populações de octocorais que colonizam os montes submarinos e as encostas das ilhas abaixo dos 200 m de profundidade. Os ecossistemas do mar profundo encontram-se actualmente ameaçados pelo impacto de diversas actividades humanas, tais como a pesca, a extração de petróleo e gás, a mineração do mar profundo e as alterações climáticas. Projeções com base em modelos, preveem que até o final do século, os ecossistemas do mar profundo terão que enfrentar várias alterações nas propriedades das massas de águas, incluindo aquecimento das águas, acidificação dos oceanos (AO), desoxigenação e uma diminuição no fluxo de carbono orgânico da superfície para o oceano profundo. Apesar da importância das espécies de octocorais de profundidade na região dos Açores, o nosso conhecimento relativamente às estratégias utilizadas por estes organismos em resposta a diferentes cenários de stress ambiental é extremamente limitado. A presente dissertação visa determinar os impactos potenciais das alterações climáticas nos octocorais de profundidade, focando-se em dois octocorais de águas profundas comuns nos Açores, Dentomuricea aff. meteor Grasshoff 1977 e Viminella flagellum (Johnson 1863), utilizando-os como caso de estudo. Nos primeiros capítulos da tese, foi produzida informação sobre a biologia e ecofisiologia das duas espécies-alvo durante várias fases da história de vida, incluindo a reprodução (capítulo 2), o desenvolvimento inicial (capítulo 3) e o metabolismo (capítulo 4). […].
- Mapping multi-species habitat use for marine conservation planningPublication . Schmiing, Mara; Santos, Ricardo Serrão; Afonso, Pedro; Pascoal, António Manuel SantosAs áreas marinhas protegidas (AMPs) desempenham um papel chave na preservação da biodiversidade e dos habitats, e na gestão sustentável dos recursos naturais. Um desenho representativo, conectado, resiliente e adequado das redes de AMPs requere uma boa compreensão da distribuição das espécies e da sua preferência de habitats. No entanto, um conhecimento detalhado está geralmente concentrado em apenas alguns locais de amostragem e espécies. A presente tese está direcionada para os peixes marinhos em habitats costeiros até os 40 m. A abordagem que foi desenvolvida foca-se no desenho de redes de AMPs planeadas para otimizar benefícios ecológicos. Para esta finalidade, previsões preditivas de um conjunto de variáveis dos peixes foram mapeadas para identificar áreas prioritárias para a conservação de múltiplos espécies e objetivos. A dissertação está organizada em sete capítulos. O capítulo 1 dá uma introdução geral ao estado do conhecimento da ciência das AMPs, modelos de distribuição de espécies (MDEs) e ao ecossistema marinho da área de estudo, que integra duas ilhas vizinhas do arquipélago dos Açores (Nordeste Atlântico). Uma visão geral da rede existente de AMPs e das pescas regionais está descrita. O capítulo conclui com a motivação e objetivos desta dissertação. O capítulo 2 apresenta o método de amostragem para aquisição dos dados de ictiofauna, a seleção das espécies-alvos, e os dados ambientais que foram usados na dissertação. Os principais métodos de MDEs utilizados para a produção de mapas preditivos são explicados em detalhe. Este capítulo é a base metodológica para os seguintes três capítulos. Abundância ou presença-ausência de peixes de recife com diferentes ecologias tróficas são modelados e mapeados no capítulo 3. Os resultados mostram que o ambiente determinou o padrão espacial das espécies estudadas. Por exemplo, a abundância foi sempresuperior na interface entre os principais tipos de habitat: rocha e sediment. As áreas com a presença potencial de espécies individuais foram espalhadas na área de estudo mas mais pequenos para múltiplas espécies de um determinado nível trófico. Estes hotspots de multi-espécies são uma potencial contribuição para o 'efeito de reserva' minimizando a área necessária para a conservação. O capítulo 4 apresenta modelos espaciais para a biomassa desovante e a fecundidade potencial (o número de oócitos das fêmeas matures) de peixes de recife selecionados. As duas medidas mostraram uma distribuição espacial heterogénea por espécie e influenciada pela batimetria, forças oceanográficas e distância à fronteira do habitat. Mapas de fecundidade potencial refinaram os padrões espaciais da biomassa desovante para espécies com um sex-ratio altamente enviesado para os machos. Hotspots reprodutivos de várias espécies são potenciais "habitats fonte" aumentando a produção e exportação de larvas para áreas adjacentes. Como tal, vêm potencialmente apoiar o "efeito de recrutamento" das AMPs. Consequentemente, a sua total proteção deve ser promovida. Diferentes índices de biodiversidade e de vulnerabilidade intrínseca para a pesca são analisados no capítulo 5. A proteção de locais de alta biodiversidade é frequentemente exigida em conservação marinha. No entanto, os resultados mostraram que somente os padrões de biodiversidade podem não representar bem as áreas de maior interesse e necessidade para a conservação. A integração da vulnerabilidade intrínseca para a pesca no planeamento espacial resultou numa identificação mais precisa de sítios prioritários. A combinação de ambos os parâmetros é proposta como uma nova abordagem para apoiar o planeamento espacial marítimo que serve a gestão pesqueira e os objetivos de conservação. O capítulo 6 é uma análise abrangente que combina os mapas preditivos que foram produzidos nos três capítulos anteriores com outras características do habitat e sócio-econômicos. Cenários alternativos da rede de reserva foram produzidos com o software 'Marxan', considerando diferentes alvos de conservação e objetivos. Os resultados demonstraram que a estatística da rede (ex. tamanho, 'rácio da-borda-à-área', e percentagem da linha de costa protegida) e o posicionamento da reserva foram influenciados, principalmente, pelos diferentes níveis de proteção. As diferenças foram menos pronunciadas entre soluções que se focaram na pesca ou na conservação da biodiversidade. As soluções criadas pelo Marxan correspondem parcialmente à atual rede de AMPs. Estas mostram alternativas para a localização e tamanho das áreas protegidas, que podem ser usadas em processos de gestão adaptativa. O capítulo 7 combina a discussão geral dos resultados da dissertação, impactos e possíveis trabalhos futuros. Os resultados evidenciam que as AMPs não podem beneficiar igualmente todas as espécies, portanto, é fundamental incluir informação da ecologia espacial de multi-espécies no seu desenho. Análises de representatividade mostraram que todos os hotspots de multi-espécies são quantitativamente bem integrados na rede existente de AMPs. Porém dada a elevada importância biológica/ecológica e a pequena extensão destes hotspots, os futuros processos de gestão devem promover a proteção de toda a área de hotspots para assegurar o seu funcionamento ecológico. Devido à sua clareza a aplicação de mapas preditivos deve ser uma ferramenta prioritária para a gestão do espaço marítimo, especialmente em situações de escassez de dados, desde que rigorosos critérios de validação sejam aplicados. O enquadramento apresentado é simples, direto e eficiente na identificação de habitats com potencialmente alta abundância, fecundidade, diversidade e vulnerabilidade para a pesca. Propõe-se a integração desta abordagem promissora como um primeiro passo de um múltiplo processo para a identificação de sítios prioritários para a conservação que servem vários objetivos.
- Microbial ecology in Azores deep-seafloor hydrothermal environmentsPublication . Cerqueira, Teresa; Santos, Ricardo Serrão; Bettencourt, Raúl da Silva; Egas, Maria da ConceiçãoOs oceanos são o maior habitat da Terra e cobrem aproximadamente dois terços da superfície do planeta. Desde as águas superficiais até às fossas abissais, os ambientes marinhos podem atingir 11 km de profundidade e pressões superiores a 1000 bar, variar entre temperaturas de 0 ºC nas regiões polares e mais de 300 ºC nas fontes hidrotermais. Em todos estes ecossistemas marinhos proliferam microorganismos que, independentemente das condições, conseguem colonizar até mesmo as regiões mais inóspitas do mar profundo e do subsolo oceânico. As fontes hidrotermais de profundidade são ambientes marinhos reconhecidos como pontos de ligação entre a litosfera e os oceanos, sendo mesmo consideradas “janelas” para a biosfera do subsolo. Nestes locais, por entre fissuras da crosta oceânica, há emissões de fluidos hidrotermais, uma combinação de gases e metais vinda do interior da Terra que é projectada para o oceano a elevadas temperaturas. Estes fluidos transportam espécies químicas reduzidas, geradas pelo contacto entre gases e minerais existentes na crosta oceânica, que servem de alimento a microorganismos quimioautotróficos dos domínios Bacteria e Archaea. Estes microorganismos desenvolveram estratégias fisiológicas únicas para conseguirem prosperar em tais condições, como a produção de enzimas e compostos activos alternativos, despertando o interesse dos cientistas para o potencial biotecnológico dos seus recursos genéticos. Bactérias e arqueas quimioautotróficas são os únicos organismos capazes de produzir matéria orgânica a partir de energia química. Estes microorganismos asseguram a produção primária nestes ambientes e a transferência de energia para a cadeia trófica, sustentando assim a vida no mar profundo. Dado o património genético, metabolismos próprios e capacidade de estabelecer relações de simbiose com outros organismos, estas bactérias e arqueas são potencialmente representativas dos organismos primordiais da Terra, e o seu estudo pertinente na explicação da origem e evolução da vida. Por desempenharem também um papel importante no ciclo biogeoquímico entre a crosta e o oceano, existe um interesse acrescido da comunidade científica na actividade, diversidade e distribuição destes microorganismos no subsolo e fundos oceânicos. Até à data desta dissertação, inúmeros estudos foram realizados no sentido de caracterizar a fauna hidrotermal e sua distribuição, incidindo sobretudo nas comunidades de invertebrados marinhos, mas apesar disso ainda muito se desconhece sobre a ecologia microbiana local, nomeadamente a associada a sedimentos hidrotermais de profundidade. Em particular, a informação sobre a diversidade microbiana associada a sedimentos do Menez Gwen, Lucky Strike e Rainbow, três campos hidrotermais de profundidade dos mares dos Açores, é ainda escassa. Apenas três estudos foram efectuados em sedimentos do Rainbow com recurso a métodos tradicionais de construção de bibliotecas genómicas de RNA ribossomal. O principal objectivo deste trabalho foi, por isso, caracterizar o microbiota associado a sedimentos dos três campos hidrotermais de profundidade mais conhecidos dos Açores, e elucidar o potencial metabólico dos microorganismos. Desta forma, obtemos informação relevante sobre formas de vida pouco ou nada conhecidas, sustentadas por mecanismos moleculares únicos e enzimas promissoras para potenciais aplicações biotecnológicas. Visto que a maioria dos microorganismos associados ao mar profundo não são cultiváveis em laboratório, os estudos de diversidade desenvolveram-se com recurso a ferramentas de sequenciação de DNA. Assim, os perfis taxonómicos de bactérias, arqueas e micro-eucariotas foram obtidos por pirosequenciação de um segmento do gene de RNA ribossomal. As comunidades microbianas associadas a sedimentos hidrotermais distintos foram comparadas e as suas funções metabólicas identificadas, por sequenciação metagenómica do DNA obtido directamente das amostras ambientais. Pela primeira vez, os microbiotas associados a sedimentos do Menez Gwen foram caracterizados. Verificou-se que as comunidades encontradas em sedimentos influenciados pelo hidrotermalismo diferiam significativamente daquelas encontradas em sedimentos não influenciados pelo hidrotermalismo. Em sedimentos amostrados perto de uma chaminé hidrotermal foram detectados microorganismos mesofílicos, termofílicos e hipertermofílicos pertencentes aos domínios Archaea (e.g., Archaeoglobus, ANME-1) e Bacteria (e.g., Caldithrix, Thermodesulfobacteria). Por outro lado, associados a sedimentos amostrados numa planície batial, abundavam representantes de filogrupos ubíquos no mar profundo (e.g., Thaumarchaeota MGI, Gamma- e Alphaproteobacteria). Da mesma forma, foram comparados os microbiomas associados a sedimentos recolhidos em três campos hidrotermais de profundidade dos Açores, Menez Gwen, Lucky Strike e Rainbow. Dadas as diferenças geológicas e geoquímicas registadas nos três campos, os seus sedimentos albergam comunidades microbianas distintas. Associados ao campo hidrotermal Menez Gwen foram identificados maioritariamente membros da classe Epsilonproteobacteria assim como alguns microorganismos metanogénicos anaeróbios pertencentes ao domínio Archaea. Em contrapartida, as comunidades do Lucky Strike e Rainbow revelaram ser dominadas por representantes da classe Gammaproteobacteria (e.g. Nitrosococcus, Acidiferrobacter e Marine Benthic Group JTB255). Para além disso, entre todos os sedimentos estudados, as comunidades associadas à fonte hidrotermal Rainbow foram as que apresentaram maior diversidade de representantes do domínio Archaea. A composição química dos sedimentos e a influência hidrotermal foram vistos como possíveis factores que explicam as diferenças encontradas nos microbiomas associados aos sedimentos de cada campo: Menez Gwen, Lucky Strike e Rainbow. Os resultados deste trabalho permitiram caracterizar a diversidade e distribuição dos microorganismos hidrotermais e permitiram seleccionar as amostras mais interessantes a serem investigadas num estudo metagenómico posterior. Neste contexto, as comunidades microbianas dos sedimentos hidrotermais dos campos Menez Gwen e Rainbow foram investigadas quanto à presença de genes intervenientes na fixação de carbon e metabolismos do enxofre, azoto e metano. A análise metagenómica destes dois microbiotas revelou quais os genes-chave envolvidos nos fluxos de carbono e energia em ambos ecossistemas hidrotermais. Para além de confirmar a variabilidade microbiana e geoquímica observada na composição dos diferentes sedimentos hidrotermais, os resultados revelaram o carácter amplamente autotrófico das comunidades microbianas aí residentes. A análise metagenómica aponta para a oxidação do enxofre como via metabólica dominante dos processos quimioautotróficos, que ocorre principalmente pela via metabólica das SOX nos sedimentos do Menez Gwen ou pela via reversa da redução do sulfato nos sedimentos do Rainbow. Foram igualmente detectados outros processos de obtenção de energia – como a oxidação do metano, do nitrito e do amoníaco – no entanto, parecem contribuir em menor escala para a quimioautotrofia nestes locais. Este trabalho de investigação contribui para o conhecimento global da ecologia microbiana de sedimentos hidrotermais de profundidade, e constitui um importante repositório de sequências de novos genes com potencial interesse biotecnológico.
- Noise exposure and vocal behaviour of baleen whales off the AzoresPublication . Romagosa-Vergés, Miriam; Silva, Mónica Almeida; Marques, Tiago André Lamas Oliveira; Juliano, Maria Manuela FragaAs baleias comum (Balaenoptera physalus), azul (B. musculus) e sardinheira (B. borealis) produzem vocalizações de baixa frequência e grande amplitude que podem ser repetidas num padrão regular, formando canções, ou produzidas de forma irregular, como vocalizações individuais ou em grupo. As canções são produzidas por machos, sobretudo na época de acasalamento, e acredita-se serem usadas como exibições reprodutivas, enquanto as vocalizações irregulares podem ter varias funções associadas a contextos sociais e de alimentação. As técnicas de acústica passiva permitem monitorizar áreas remotas por longos períodos de tempo, possibilitando o estudo dos padrões temporais e espaciais das vocalizações, assim com as suas funções, e elucidando aspetos essenciais da biologia e ecologia destas espécies com elevada mobilidade e elusivas, que de outra maneira seria difícil ou impossível obter. O objetivo principal desta tese é investigar o comportamento vocal das baleias comum, azul e sardinheira (com um foco especial na baleia comum), para adquirir um melhor conhecimento da sua ecologia e comportamento durante a migração, a fase menos conhecida do seu ciclo de vida. Este estudo também investiga os níveis de ruído produzido pelo tráfego marinho em relação ao comportamento vocal destas três espécies, e discute as implicações potenciais para o seu comportamento migratório. […].