DBIO - Teses de Doutoramento / Doctoral Thesis
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- Ecology of cephalopod/cetacean interactions in the AzoresPublication . Suciu, Stéphanie R. A.; Azevedo, José M. N.; Jung, Jean-LucOs cachalotes (Physeter macrocephalus, Pm) foram extensamente caçados globalmente desde o século XIX, mas a caça comercial parou em 1986 graças à moratória estabelecida pela Comissão Baleeira Internacional (IWC). Esses cetáceos passam grande parte de suas vidas no oceano profundo, alimentando-se principalmente de cefalópodes. O oceano desempenha um papel importante na manutenção do equilíbrio ecológico da Terra. No entanto, ameaças atuais continuam a desafiar a saúde dos oceanos, enquanto os impactos sobre a biodiversidade marinha e as dinâmicas predador-presa ainda são pouco compreendidos. A investigação sobre a dieta dos cachalotes e sobre os cefalópodes oceânicos ao redor dos Açores começaram há várias décadas, inicialmente por meio do estudo do conteúdo estomacal de cachalotes caçados. Quarenta anos depois, essa investigação passou para outro patamar. Esta tese tem como objetivo obter dados sobre a biodiversidade de cefalópodes do oceano profundo e a ecologia dos cetáceos, utilizando uma abordagem participativa de investigação com amostragem não invasiva. A transição regional da caça para a observação de cetáceos abriu novas oportunidades para envolver atores do turismo na colheita de amostras biológicas. Foram analisados três tipos de amostras para análise molecular. Primeiro, restos de cefalópodes, provavelmente trazidos à superfície por cetáceos, foram coletados e identificados por DNA barcoding, revelando a diversidade local de cefalópodes e fornecendo as primeiras informações sobre a dieta dos cetáceos seus predadores (projeto MONICEPH). Em segundo lugar, o ADN ambiental (eDNA) de amostras fecais de cachalores foi analisado via metabarcoding, enriquecendo consideravelmente as informações sobre a dieta desses predadores. Além disso, foram analisadas também amostras fecais de golfinhos-de-Risso (Grampus griseus, Gg) e de baleias piloto de barbatana curta (Globicephala macrorhynchus, Gma). Por fim, a pele descamada dos cachalotes, coletada junto às amostras fecais, permitiu a análise da região de controle do DNA mitocondrial (MCR) para identificar haplótipos. Como a maioria das amostras de cachalote foi coletada em São Miguel, foram avaliadas as diferenças na distribuição dos haplótipos e na dieta entre o norte e o sul da ilha. No total, foram registados 34 taxa distintos de cefalópodes, pertencentes a 20 famílias. As 182 amostras de tecido de cefalópodes permitiram determinar 16 taxa, que foram todos identificados também nas amostras fecais, com exceção de um. O metabarcoding utilizando os primers Ceph18S em 36 amostras de Pm, Gg e Gma permitiu identificar 33 taxa de cefalópodes. A amplificação do MCR a partir de 70 amostras fecais e 34 de pele descamada possibilitou a identificação de 90 sequências de MCR atribuídas a 79 cachalotes, revelando quatro haplótipos, incluindo um identificado pela primeira vez a nível global. A distribuição geográfica dos diferentes haplótipos em São Miguel foi heterogênea, embora alguma fidelidade ao local tenha sido observada. Constatou-se que a dieta dos cachalores diferia entre o norte e o sul da ilha de São Miguel, bem como entre machos adultos e fêmeas, mas essas diferenças não foram associadas a haplótipos. Apesar das diferenças metodológicas, a comparação com análises históricas do conteúdo estomacal mostrou similaridade na ocorrência de taxa e nas famílias mais frequentes, embora algumas variações também tenham sido observadas. A sobreposição de onze taxa encontrados nas dietas de Gg e Gma permitiu obter os primeiros resultados para avaliar potenciais fatores que influenciam a competição interespecífica. Este trabalho avançou o conhecimento sobre a biodiversidade de cefalópodes do oceano profundo por meio de uma abordagem inovadora, utilizando amostragem não invasiva e incorporando ciência participativa para monitorização contínua. Melhorou-se o conhecimento da dieta dos cachalotes e obtiveram-se os primeiros resultados para golfinhos de Risso e baleiaspiloto, que têm nichos ecológicos sobrepostos. Além disso, fornecem-se informações sobre a estrutura populacional e os padrões espaço-temporais dos cachalotes em torno de São Miguel. Essa abordagem é altamente replicável e prioriza padrões éticos. Os dados resultantes são essenciais para os esforços de conservação e a gestão dos ecossistemas, tendo em conta os desafios oceânicos atuais.
- Unraveling the biotechnological potential of Azorean Cryptomeria japonica by-productsPublication . Arruda, Filipe Martim Pacheco; Lima, Elisabete Maria de Castro; Baptista, José António Bettencourt; Rosa, José Silvino Santos daOs resíduos de biomassa florestal representam um desafio global na gestão de resíduos, mas também uma oportunidade significativa para o desenvolvimento de uma bioeconomia circular. Este potencial permanece insuficientemente explorado no caso dos resíduos de biomassa de Cryptomeria japonica (CJBR), que podem ser valorizados através da produção de produtos de elevado valor acrescentado, como os óleos essenciais (OEs). Devido à sua notável diversidade química, os OEs constituem uma fonte promissora de compostos bioativos multifuncionais com propriedades antioxidantes, antibacterianas e antifúngicas, entre outras. O aproveitamento deste potencial não só promove a valorização sustentável dos resíduos florestais, como também está em consonância com a crescente procura global por produtos de origem vegetal. No entanto, para concretizar esta oportunidade, é indispensável estabelecer medidas rigorosas de controlo de qualidade que assegurem a consistência e fiabilidade do desempenho dos produtos. Cryptomeria japonica (cedro-do-Japão), uma conífera aromática de vida longa, é uma espécie monóica e perenifólia pertencente à família Cupressaceae e a um género monotípico. Originária do Japão, a C. japonica foi amplamente introduzida noutras regiões temperadas. Em particular, foi introduzida nos Açores em meados do século XIX, tornando-se desde então num elemento característico da paisagem insular. Atualmente, esta planta é também a principal espécie florestal produtora de madeira nos Açores, ocupando aproximadamente 60% da área total de floresta produtiva da região. Consequentemente, grandes quantidades de CJBR, como folhagem, cones, ramos, casca, cerne, alburno, aparas e serradura, são geradas anualmente pelas operações florestais e pela indústria madeireira. Entre estes, as partes aéreas (ramos e folhagem) constituem, atualmente, a principal fonte utilizada pelos produtores locais de madeira para a obtenção de OE através de destilação por arraste de vapor (SD). Estes OEs são principalmente utilizados em aromaterapia doméstica; contudo, a sua composição heterogénea e complexa, bem como a variabilidade da sua bioatividade, limitam o desenvolvimento de aplicações normalizadas e de maior valor acrescentado. Dada a complexidade química dos OEs de C. japonica, coloca-se a hipótese de que um fracionamento controlado durante o processo de hidrodestilação (HD) permita a recuperação seletiva de frações com composições químicas distintas e, consequentemente, com diferentes perfis biológicos. Com base nesta premissa, a presente tese teve como objetivo otimizar e caracterizar, pela primeira vez, a HD fracionada de folhagem (Az–CJF) e cones femininos (Az–CJFC) de C. japonica dos Açores, de modo a obter frações direcionadas e potenciar bioatividades específicas com potenciais aplicações industriais. Os OEs de Az–CJF e Az–CJFC foram fracionados em seis frações (Frs. 1–6), recolhidas durante a HD em intervalos de tempo sequenciais (HDTs: 0–2, 2–10, 10–30, 30–60, 60–120 e 120–240 min). Adicionalmente, OEs de Az–CJF e Az–CJFC foram também obtidos por HD convencional durante 4 h, para fins comparativos. As amostras obtidas (OEs brutos e frações) foram avaliadas quanto à sua composição química (análises por GC–FID/GC–MS) rendimento, propriedades físicas (densidade e cor) e atividades biológicas (antibacteriana, antifúngica, antioxidante e citotoxicidade em células HaCaT e náuplios de Artemia salina). Além disso, foram desenvolvidos modelos de regressão para prever o rendimento, a taxa de HD e a composição química (principais constituintes) para determinados HDTs. Os resultados indicaram que as frações iniciais (Frs. 1–3) são mais ricas em monoterpenos, enquanto as frações posteriores (Frs. 4–6) destacam-se pelos teores superiores de sesquiterpenóides e diterpenos. Esta variação composicional refletiu-se nos perfis bioativos, conforme inicialmente hipotetizado. Globalmente, as últimas frações exibiram maior atividade antioxidante, antimicrobiana e citotóxica do que as iniciais. Na prática, os resultados desta investigação podem contribuir para reduzir o tempo de destilação e os custos operacionais associados ao processo de HD, bem como permitir a obtenção de frações de OE com composições únicas e diferentes aplicações comerciais, aumentando assim o valor da indústria de OEs de C. japonica. Em conclusão, este estudo demonstra que a manipulação dos HDTs permite controlar eficazmente a composição química das frações de OE de C. japonica. Tal possibilita aos produtores de OEs criar produtos de maior valor acrescentado através do controlo da HDT e pode também servir de incentivo para a otimização dos tempos de destilação por vapor (SD) na indústria local de OE de C. japonica. Em última análise, esta abordagem contribui para a valorização dos CJBR açorianos – subprodutos da indústria madeireira local – e para o fortalecimento da economia circular regional.
- Spider vertical stratification in addressing colonization and ecology of Macaronesia islands forest communitiesPublication . Costa, Ricardo Pires da; Borges, Paulo Alexandre Vieira; Cardoso, Pedro Miguel Bondoso; Rigal, FrançoisAs ilhas oceânicas são laboratórios naturais, onde os cientistas têm vindo a testar várias hipóteses sobre biodiversidade, ecologia e evolução. Estes sistemas são conhecidos por serem desproporcionalmente ricos em biodiversidade endémica que não existe em mais nenhum lugar. O dinamismo natural destes arquipélagos aquando a sua formação e desenvolvimento e o seu isolamento conduz à formação de ecossistemas únicos, muitas vezes muito distintos dos observados nos continentes. No entanto, estas mesmas características tornam as suas comunidades nativas altamente afetadas pelas atividades humanas, pelas alterações climáticas e pela propagação de espécies introduzidas direta ou indiretamente pelo ser humano. As florestas húmidas nativas dos arquipélagos da Macaronésia, que se podem encontrar nos Açores, Madeira e Ilhas Canárias são um bom exemplo de um desses sistemas. Nas últimas duas décadas, as suas comunidades de artrópodes endémicos (especialmente as aranhas) têm sido utilizadas como organismos modelo para estudar muitos aspetos da macroecologia, evolução e conservação das espécies insulares que se podem encontrar nestes sistemas. Estes organismos são abundantes e diversos entre os muitos microhabitats que se encontram ao longo do gradiente vertical das florestas nativas, o qual é conhecido por afetar grande parte da sua ecologia. Esta tese tem como objetivos: i) investigar a diferença na verticalidade entre aranhas adultas e juvenis; ii) compreender a relação entre o estrato preferido das linhagens endémicas de aranhas e a colonização destes sistemas insulares; iii) compreender como os fatores regionais e locais podem afetar a diversidade local das aranhas em diferentes microhabitats ao longo do gradiente vertical; e, finalmente, iv) como as espécies de diferentes origens de colonização (endémicas, nativas não endémicas e introduzidas) diferem nos seus padrões verticais entre os arquipélagos da Macaronésia. Este trabalho demonstrou que a verticalidade média das aranhas insulares é relevante em termos de dispersão a grandes distâncias, num contexto de colonização insular por taxas mais arborícolas, na dispersão entre ilhas por espécies nativas não endémicas que tendem a ser arborícolas, e na tendência de grupos conhecidos por serem piores dispersores se deslocarem para microhabitats na copa das árvores, especialmente quando jovens. Apesar deste filtro de colonização favorecer os habitantes arbóreos na chegada às ilhas, os arquipélagos ainda diferiam muito nas suas comunidades de aranhas. As comunidades de aranhas dos Açores parecem as mais pobres na sua diversidade taxonómica, filogenética e funcional em comparação com os demais arquipélagos, embora os padrões pareçam ser dependentes do estrato considerado. Isto pode ser devido ao isolamento e idade dos Açores, assim como pela sua história recente de colonização humana. Devido a este último ponto as florestas nativas dos Açores são as mais ricas em aranhas introduzidas, que ocorrem em todo o gradiente vertical estudado. Este estudo destaca a importância de considerar o micro-habitat ao longo do gradiente vertical das florestas das aranhas insulares quando tentamos compreender diferentes aspetos da sua diversidade, ecologia e evolução. Este mostra que a posição das aranhas no gradiente vertical parece depender da sua ecologia, tais como a sua propensão para a dispersão por dispersão por fios de seda (‘ballooning’), as suas estratégias de caça, a fase de vida e também se são nativas das ilhas estudadas ou não. O presente trabalho propõe então que esta dimensão vertical seja tida em conta quando os estudos tentam compreender os padrões macro ecológicos encontrados nas comunidades de aranhas. Além disso, este estudo mostra a importância da aplicação de protocolos padronizados na recolha de dados de biodiversidade, onde é adotada uma abordagem em várias camadas para coletar diferentes tipos de informações sobre a diversidade da comunidade.
- A holistic approach to the conservation of the coastal Azorean endemic taxa Lotus azoricus and Azorina vidalii: Reproductive biology, population genetics and ecologyPublication . Rego, Rúben Miguel Correia; Moura, Mónica Maria Tavares de; Silva, Luís Filipe Dias e; Corral, Maria OlanguaA expansão antropogénica nas zonas costeiras, aliada às alterações climáticas e à ocorrência pontual de fenómenos naturais destrutivos, representa uma ameaça significativa para várias espécies endémicas insulares, que possuem áreas de distribuição muito reduzidas e limitada capacidade de evasão. Azorina vidalii (H.C. Watson) Feer (Campanulaceae) e Lotus azoricus P.W. Ball (Fabaceae) são duas espécies costeiras endémicas dos Açores atualmente ameaçadas, recentemente incluídas em projetos de conservação, como o LIFE VIDALIA, que contemplaram ações de reforço populacional. No entanto, subsistem lacunas consideráveis no conhecimento sobre estas espécies, com estudos existentes focados apenas em aspetos isolados da sua biologia. Este trabalho propõe uma abordagem holística que integra ecologia, genética populacional e biologia reprodutiva, com o objetivo de apoiar a conservação das espécies e avaliar os impactos genéticos dos reforços populacionais recentemente realizados. Azorina vidalii ocorre em todas as ilhas do arquipélago, enquanto L. azoricus tem uma distribuição mais restrita, ocorrendo apenas nas ilhas de Santa Maria, Pico e São Jorge. Foram amostradas populações de ambas as espécies nas nove ilhas, com recolha de dados morfológicos e moleculares, inventário florístico, e levantamento de variáveis ambientais, climáticas e de ameaças locais. Foram utilizados métodos diretos e indiretos para avaliar as estratégias reprodutivas de A. vidalii, incluindo o tipo de sistema de autoincompatibilidade e o sucesso reprodutivo. Para a análise genética de L. azoricus, empregaram-se técnicas clássicas de extração e amplificação de DNA, utilizando retrotransposões, um tipo de marcador molecular dominante. Os resultados indicam que a vegetação costeira onde ocorrem estas espécies é limitada pelo mar e por atividades humanas, como infraestruturas costeiras, agricultura, pastoreio, turismo, presença de espécies invasoras, herbivoria, erosão costeira e submersão marítima. A. vidalii apresenta um nicho ecológico mais amplo, enquanto L. azoricus prefere habitats elevados, com clima quente e seco — condições que ocorrem quase exclusivamente em Santa Maria, justificando a sua maior raridade. Foi detetada alguma mistura genética em L. azoricus, incluindo um efeito fundador artificial numa população reforçada pelo projeto LIFE VIDALIA. A diferenciação genética entre populações foi baixa, com exceção da população de São Lourenço (Santa Maria), onde foi mais acentuada. O fluxo genético foi elevado entre populações do grupo central, possivelmente devido a mecanismos naturais ou assistidos de dispersão. Verificou-se um aumento da diversidade genética nas populações reforçadas; no entanto, no caso da população da Calheta de Nesquim, onde se observou regeneração natural após remoção de invasoras, o reforço populacional revelou-se desnecessário. Foram identificadas populações com elevada riqueza alélica, que devem ser priorizadas em futuras ações de conservação. Azorina vidalii revelou variação morfológica floral associada à geografia insular, e a ocorrência das diferentes fases fenológicas mostrou-se dependente do clima. As flores apresentaram plasticidade na duração das fases sexuais, resultando numa dicogamia incompleta. Polinizações experimentais realizadas na população natural dos Mosteiros (ilha de São Miguel) revelaram uma estratégia reprodutiva mista, com ausência de autopolinização espontânea, fecundação dependente de polinizadores, autoincompatibilidade parcial e ocorrência de endogamia. Ambas as espécies foram classificadas como “ameaçadas” segundo os critérios da União Internacional para a Conservação da Natureza (IUCN). Conclui-se que a abordagem holística adotada constitui uma ferramenta metodológica valiosa, permitindo a formulação de recomendações concretas para uma conservação mais eficaz e informada destas duas espécies endémicas costeiras dos Açores.
- Phenotypic Plasticity of Pest and Biological Control Agents: Contrasting Mainland and Insular Coastal EcosystemsPublication . Calado, Hugo Renato Marques Garcia; Soares, António Onofre Costa Miranda; Borges, Paulo Alexandre Vieira; Heleno, Ruben HüttelAs ilhas têm, desde há muito, servido como laboratórios naturais para o estudo dos mecanismos que moldam a biodiversidade, as interações ecológicas e a evolução adaptativa. Esta tese explora de que forma o isolamento, a heterogeneidade ambiental e a estrutura trófica influenciam a organização, o funcionamento e o potencial adaptativo das comunidades de artrópodes, comparando ecossistemas de pastagens costeiras do Arquipélago dos Açores e de Portugal continental. Através de uma abordagem integradora que combina análises taxonómicas, funcionais e genéticas, este trabalho examina como a simplificação ecológica e a limitada diversidade de recursos moldam a dinâmica comunitária e a adaptabilidade das espécies em ambientes insulares. Na primeira parte do estudo, as comunidades de artrópodes foram amostradas de forma sistemática em pastagens costeiras de ambas as regiões. Aplicaram-se protocolos padronizados para garantir a comparabilidade dos dados, que foram estruturados de acordo com os padrões Darwin Core e disponibilizados publicamente através da plataforma GBIF. Estes conjuntos de dados constituíram a base para as análises de biodiversidade e abundância, que revelaram diferenças marcadas entre os dois sistemas. As comunidades continentais apresentaram maior riqueza específica, em consonância com uma maior heterogeneidade ambiental e diversidade de recursos, enquanto as comunidades insulares exibiram menor riqueza, mas uma compensação de abundância em algumas espécies, além de uma forte dominância de poucos taxa adaptáveis, particularmente dentro dos Coccinellidae. Estes resultados confirmam que o isolamento ecológico promove a simplificação comunitária e reduz a redundância funcional. As análises subsequentes centraram-se na estrutura trófica e nas interações funcionais entre joaninhas, formigas, afídeos e plantas hospedeiras. As redes continentais revelaram um maior número de ligações, ao passo que as redes insulares se caracterizaram por menos conexões e maior dependência de espécies dominantes. Esta simplificação sugere que os ecossistemas insulares, embora estáveis a curto prazo, poderão ser mais vulneráveis a perturbações e à perda de espécies devido à sua reduzida capacidade de amortecimento ecológico. Para avaliar o potencial adaptativo a nível populacional, foram realizados ensaios laboratoriais com Scymnus nubilus, uma espécie predadora-chave. Os indivíduos foram criados em condições controladas e alimentados com afídeos de diferente adequação nutricional. Os resultados revelaram uma clara plasticidade fenotípica — a capacidade de um único genótipo expressar fenótipos distintos sob diferentes condições ambientais — em características de desenvolvimento e reprodução, permitindo o ajustamento a diversos recursos alimentares. Contudo, estas respostas foram acompanhadas por compromissos evolutivos (trade-offs): indivíduos com melhor desempenho em presas ótimas demonstraram menor flexibilidade quando expostos a recursos alternativos. Estes resultados evidenciam a interação entre variabilidade genética e flexibilidade fenotípica como motores fundamentais da adaptação. No seu conjunto, as evidências demonstram que o isolamento ecológico e a filtragem ambiental moldam tanto a composição das comunidades como a sua capacidade adaptativa. A plasticidade fenotípica surge como um mecanismo compensatório que permite a persistência sob condições ecológicas restritas, mas que simultaneamente impõe constrangimentos evolutivos em sistemas simplificados. A integração das perspetivas ecológica, funcional e genética nesta tese contribui para uma compreensão mais profunda de como a insularidade influencia os padrões de biodiversidade e a resiliência, oferecendo valiosos contributos para os processos que regem a adaptação, a conservação e a estabilidade dos ecossistemas num mundo em mudança.
- Using a polyphasic approach for exploring secondary metabolites from freshwater and thermal cyanobacteria strains from Azores islandsPublication . Luz, Rúben Filipe Silva; Gonçalves, Vítor Manuel da Costa; Vasconcelos, Vítor Manuel Oliveira; Urbatzka, RalphAs cianobactérias são microrganismos fotossintéticos com uma longa história evolutiva e uma elevada complexidade morfológica, ocupando uma grande diversidade de habitats, desde água doce a marinha, incluindo ambientes extremos. Esta diversidade é acompanhada por uma crescente complexidade do seu sistema taxonómico, baseado em caracteres ecológicos, morfológicos e genéticos, utilizando filogenias baseadas em marcadores genéticos específicos, e, mais recentemente, numa abordagem genómica, que contribuiu para a reformulação geral do sistema taxonómico das cianobactérias. A história evolutiva das cianobactérias permitiu-lhes adquirir genes específicos para a produção de metabolitos secundários de interesse. Entre estes, já foram identificados vários compostos bioativos de elevado valor, com significativo potencial citotóxico e no tratamento de doenças metabólicas. Neste trabalho foi efetuada uma revisão taxonómica das cianobactérias existentes nos Açores baseada nos registos anteriormente publicados e tendo em consideração a literatura mais recente sobre a taxonomia do grupo, contribuindo, assim, para o conhecimento da diversidade de cianobactérias na região. Para além disso, foi efetuado o estudo taxonómico das estirpes de cianobactérias depositadas no Banco de Algas e Cianobactérias dos Açores (BACA), provenientes de habitats aquáticos, terrestres, termais e salobros. Foram descritos cinco novos géneros e dez novas espécies: Azorothrix ramosa gen. & sp. nov., Radiculonema aquaticum gen. & sp. nov., Venetifunis florensis gen. & sp. nov., Tumidithrix elongata gen. & sp. nov., Pseudocalidococcus azoricus gen. & sp. nov., Pycnacronema lacustrum sp. nov., Pegethrix atlantica sp. nov., Kovacikia atmophytica sp. nov., Albertania obscura sp. nov. e Leptodesmis lacustris sp. nov.. Na descrição destes novos taxa foi utilizada uma abordagem polifásica baseada na morfologia (microscopia ótica e eletrónica de transmissão), na ecologia e em marcadores genéticos, nomeadamente, o gene do 16S rRNA e a região do espaço interno de transcrição do 16S-23S rRNA (ITS). Para a descrição da Pseudocalidococcus azoricus foi aplicada uma abordagem genómica de modo a melhorar o suporte genético. A elevada diversidade taxonómica de cianobactérias encontrada na coleção BACA reforçou a necessidade de se proceder uma pesquisa das suas potenciais bioatividades. Para esse efeito, selecionaram-se 56 estirpes do BACA que foram cultivadas em condições laboratoriais, tendo-se recuperado a sua biomassa por centrifugação seguida de liofilização e os seus compostos extraídos por metanol e sonicação. O meio de cultura utilizado na produção de biomassa foi recuperado após centrifugação, tendo sido filtrado e liofilizado. Os extratos foram testados quanto à sua citotoxicidade contra linhagens de células de carcinoma humano, HepG2 e HCT116, e atividade de redução de lípidos, através da utilização de larvas de peixe-zebra e um modelo de esteatose com células HepG2 sobrecarregadas com ácidos gordos. Foram identificados vários extratos com bioatividades promissoras nos ensaios de citotoxicidade (Scytonematopsis sp. BACA0005) e de redução de lípidos (Dulcicalothrix sp. BACA0344 e Pseudocalidococcus azoricus BACA0433), tendo alguns extratos demonstrado uma elevada toxicidade contra larvas de peixe-zebra (Symphyonema sp. BACA0090 e Aliinostoc sp. BACA0355). A análise da composição dos extratos por ESI-HR-LC-MS/MS revelou que a quimiodiversidade é determinada principalmente pela relação filogenética das estirpes, mais do que pelo seu habitat original. Os dados da metabolómica foram utilizados numa feature-based molecular network para identificação de vários picos de massa potencialmente ligados às bioatividades observadas. Esta abordagem destacou várias estirpes, classes de compostos e picos de massa como candidatos promissores para investigação futura de compostos bioativos, com potenciais aplicações em biotecnologia e produtos farmacêuticos. No geral, este trabalho reforça a importância dos Açores como uma fonte de recursos genéticos únicos, com um elevado impacto no sistema taxonómico das cianobactérias, e a necessidade de estudar estes novos recursos nos campos da biotecnologia e farmacêutica. A elevada variabilidade taxonómica e as bioatividades relatadas suportam a possível existência de vários novos compostos, biologicamente ativos e de elevado valor.
- Pollinator assemblage response to nutrient enrichment in grasslandsPublication . Vallejo, Juan Pablo Cancela; Borges, Paulo Alexandre Vieira; Dias, Maria Teresa Machado; Carvalheiro, Luísa Mafalda GiganteOs insetos polinizadores estão globalmente em declínio, sendo a intensificação da agricultura um dos principais fatores promotores desse declínio. Além das alterações no uso do solo (incluindo a simplificação da paisagem e dos ecossistemas) e do uso massivo de pesticidas, a intensificação da agricultura também está associada a uma elevada adição de nutrientes, ou enriquecimento em nutrientes, a qual constitui uma grande ameaça para a biodiversidade global. Nas últimas décadas, estudos principalmente nas regiões temperadas do hemisfério norte possibilitaram conhecer os efeitos do enriquecimento em nutrientes em comunidades de plantas, identificando várias tendências como o aumento de produtividade, redução da riqueza de plantas e as mudanças na química destas. Não obstante, regiões como a ecorregião Mediterrânica (sul da Europa) e várias regiões tropicais e subtropicais da América do Sul não têm recebido suficiente atenção sobre o efeito do enriquecimento em nutrientes nas plantas. Além disso, existe uma lacuna no conhecimento do efeito em cascata do enriquecimento em nutrientes em níveis tróficos superiores, como os polinizadores. O objetivo principal desta tese é avaliar os efeitos simultâneos de vários tratamentos de enriquecimento em nutrientes nos polinizadores, relacionando-os com as alterações na composição das comunidades de plantas, na abundância de flores e nos recursos florais (qualidade e quantidade de pólen). Contribuindo para colmatar as atuais lacunas de conhecimento, usámos locais experimentais da Nutrient Network (NutNet – uma rede de investigação coordenada de pradarias que implementam tratamentos estandardizados de adição de nutrientes) e combinámos: i) uma abordagem local (usando uma experiência de campo de manipulação de nutrientes que está a ser desenvolvido numa pradaria Mediterrânica em Portugal) para avaliar os efeitos do enriquecimento em nutrientes nos recursos florais e seu efeito nos polinizadores e nos patrões de interação planta-polinizador. ii) uma abordagem a larga escala (com dados de 14 experiências de campo de manipulação de nutrientes) para compreender os efeitos do enriquecimento em nutrientes em diferentes comunidades de plantas e polinizadores em três continentes (Europa e América do Norte e do Sul) e avaliar o efeito da fertilidade do solo e da temperatura no efeito do enriquecimento em nutrientes nas plantas e polinizadores. Com a abordagem local, detetámos efeitos contrastantes na abundância de flores de três espécies dominantes coexistentes (Crepis capillaris, Raphanus raphanistrum e Echium plantagineum), ou seja, o enriquecimento em NP aumentou a abundância de flores enquanto o enriquecimento em P diminuiu-a. Os efeitos do enriquecimento em nutrientes na qualidade (em termos dos aminoácidos) e quantidade do pólen foi específica para cada espécie, tendo-se observado efeito forte, médio e fraco no conjunto das três espécies. Nenhum tratamento teve efeito negativo sobre a taxa de visitação dos polinizadores (total ou nos grupos de polinizadores), o que foi explicado por compensações na qualidade e quantidade de pólen ao nível da flor e da parcela. O enriquecimento em P teve um efeito positivo na taxa de visitação de Raphanus devido ao aumento da concentração de aminoácidos no pólen, mas teve um efeito negativo na taxa de visitação da comunidade de plantas ao nível de parcela, devido a uma redução da abundância de flores. Finalmente, o enriquecimento em NP e em P afetou os padrões de procura de alimento, e consequentemente, as redes de interação: i) enriquecimento em NP aumentou a diversidade de polinizadores e a generalidade de plantas, resultando numa maior generalização da rede; e ii) o enriquecimento em P diminuiu a diversidade de polinizadores, sendo estes mais especializados na procura de alimento, o que aumentou a especialização da rede. Com a abordagem a larga escala, observou-se que a temperatura regional e a fertilidade do solo interagem com o enriquecimento em nutrientes, principalmente em N (mais também em P), modulando o efeito na diversidade de plantas e polinizadores. Em áreas quentes, o efeito do enriquecimento em N foi negativo na diversidade de plantas e polinizadores, mas foi positivo em regiões frias. Adicionalmente, a resposta da riqueza de plantas foi mas forte em locais com solos pobres enquanto a abundância de flores foi a resposta foi mais forte em locais com solos ricos. A resposta dos polinizadores ao enriquecimento em nutrientes foi mais acentuada do que a resposta das plantas. Os resultados desta tese claramente mostram que o enriquecimento em nutrientes é impulsor de alterações da disponibilidade de recursos florais, com efeitos ascendentes até os polinizadores. Os dados de nossa abordagem local claramente mostram que o enriquecimento em NP pode melhorar os recursos florais (em quantidade e qualidade) numa pradaria Mediterrânica com efeitos positivos na diversidade de polinizadores; enquanto o enriquecimento em P pode ter efeitos negativos na abundância de flores, com efeitos negativos na taxa de visitação dos polinizadores e na sua diversidade. Além do efeito na diversidade, mostrámos que o enriquecimento em nutrientes afetou os padrões de procura de alimento dos polinizadores, para uma generalização (enriquecimento em NP) ou especialização (enriquecimento em P) das redes. Mudanças na generalização da redes poderia afetar a tolerância das comunidades a futuras perturbações. Os dados de nossa abordagem em larga escala mostram que os polinizadores estão em maior risco em regiões quentes, que geralmente são hotspots de biodiversidade e que contribuem para a produção global de alimentos. O aquecimento global em curso e o aumento do uso dessas regiões para a agricultura intensiva podem comprometer a polinização das culturas e o fornecimento de alimentos, caso políticas para controlar a intensidade agrícola (incluindo as quantidades de nutrientes adicionados) não sejam implementadas. Em geral, esta tese fornece informações cruciais sobre os efeitos do enriquecimento em nutrientes nos polinizadores, por meio do estudo de diferentes vias através das quais as mudanças nas plantas causadas pelo enriquecimento em nutrientes, impactam os polinizadores. Para compreender melhor esses efeitos, as investigações futuras deveriam priorizar regiões pouco estudadas e incluir uma ampla variedade de espécies de plantas e de polinizadores em estudos ao nível da comunidade.
- STREAM INTEGRITY IN OCEANIC ISLANDS – A FUNCTIONAL APPROACH USING ORGANIC MATTER DECOMPOSITIONPublication . Escobar, Ana Balibrea; Gonçalves, Vítor; Raposeiro, Pedro Miguel; Ferreira, VerónicaEsta tese apresenta uma avaliação integrada do funcionamento dos ecossistemas ribeirinhos nos Açores, focando-se no efeito das alterações no uso do solo e enriquecimento natural em metais na decomposição da matéria orgânica, um processo essencial determinante para a integridade dos ecossistemas de água doce. Através de experiências de campo e ensaios em laboratório, este trabalho demonstra que os fatores de stress, tanto antrópicos quanto naturais, interagem para alterar o ambiente físico e a estrutura das comunidades bióticas dos ribeiros insulares, resultando em alterações nas dinâmicas de decomposição. Para avaliar o impacto das modificações na vegetação ripária (plantações de criptoméria e pastagens) na decomposição da matéria orgânica nos ribeiros, realizou-se uma experiência de campo para comparar estes ambientes alterados com ribeiros rodeados por vegetação nativa. Neste estudo usou-se madeira de Ochromona pyramidale e folhas de Clethra arborea dentro de sacos de malha fina e grossa para diferenciar a decomposição exclusivamente microbiana da realizada conjuntamente por microrganismos e macroinvertebrados, respetivamente. As mudanças no uso do solo, especialmente a conversão de florestas nativas de Laurissilva em pastagens e plantações de criptoméria, influenciaram significativamente a taxa de decomposição. Enquanto a decomposição mediada por microrganismos manteve-se semelhante em ribeiros em floresta nativa e plantações comerciais, sugerindo uma possível redundância funcional das comunidades decompositoras, os ribeiros em áreas de pastagem apresentaram uma decomposição mais acelerada, relacionada com temperatura da água e concentração de nutrientes mais elevadas. A contribuição dos detritívoros, especialmente da espécie endémica Limnephilus atlanticus, foi específica de cada ribeiro e fortemente influenciada pelas características do habitat e altitude. O enriquecimento dos ribeiros em metais, resultante de manifestações de vulcanismo, constitui uma pressão ambiental de origem natural que influencia o processo de decomposição da matéria orgânica. Para avaliar o impacto desse enriquecimento natural em metais sobre a decomposição mediada por microrganismos e detritívoros foram realizadas duas experiências em microcosmos. Na primeira experiência avaliou-se a preferência alimentar, taxa de consumo, crescimento e sobrevivência do detritívoro endémico Limnephilus atlanticus alimentado com três tipos de folhada, Alnus glutinosa, espécie exótica de elevada qualidade (controlo) e Ilex perado e Laurus azorica, duas espécies nativas mais recalcitrantes - previamente submersa num ribeiro naturalmente enriquecido em metais e num ribeiro com baixa concentração de metais. Numa segunda experiência, focada na resposta da decomposição microbiana, folhada de Clethra arborea foi submersa em dois ribeiros com concentrações de metais contrastantes (baixa e elevada) e depois encubada em seis tratamentos representativos de um gradiente de concentração de metais: 100% (água do ribeiro naturalmente enriquecido em metais), 75%, 50%, 25%, 10% e 0% (água do ribeiro de referência). A decomposição microbiana foi avaliada através da perda de massa da folhada, e taxa de esporulação, riqueza específica e estrutura das comunidades de hifomicetes aquáticos. A deposição de metais sobre a superfície foliar reduziu a sua palatabilidade para os detritívoros e alterou a colonização microbiana, levando à diminuição da esporulação dos fungos aquáticos e da eficiência do processo de decomposição. Esses efeitos foram mais acentuados sob altas concentrações de metais e foram influenciados por características intrínsecas dos substratos, como dureza e teor de compostos secundários. Evidências de compensação nas taxas de alimentação e respostas do tipo hormese nos decompositores demostraram a complexidade das respostas bióticas ao stress por metais. Conjuntamente, estes resultados reforçam o valor da decomposição da matéria orgânica como um indicador funcional da integridade dos ecossistemas. No entanto, também evidenciam a necessidade de interpretações contextualizadas, especialmente em ambientes naturalmente enriquecidos em metais. Embora este trabalho contribua para um entendimento mais profundo dos processos ecológicos em ilhas oceânicas, são necessários mais estudos in situ para calibrar essas ferramentas em cenários ambientais naturais. Finalmente, esta tese ressalta a importância de incorporar indicadores funcionais juntamente com medidas estruturais na monitorização dos ecossistemas aquáticos insulares a fim de melhorar as estratégias para a sua conservação.
- Changes in plant and soil microbial taxonomic and phylogenetic diversity along gradients of land management intensity in Azorean grasslands and forestsPublication . Vieira, Ângela Filipa Almeida Lourenço; Moura, Mónica Maria Tavares de; Silva, Luís Filipe Dias eEcossistemas biodiversos, tais como florestas e pastagens, são essenciais para manter serviços ecossistémicos cruciais para a vida no planeta. Esses serviços incluem, entre outros, o sequestro de carbono, fornecimento de água, produção de alimentos e a conservação da biodiversidade, sendo a maioria deles suportados pelo solo. O habitat do solo suporta plantas, animais e microrganismos e é influenciado pela geologia, clima e vegetação. As atividades humanas impactam significativamente as taxas de erosão do solo, com a agricultura sendo, em larga escala, responsável por essa degradação. O microbioma do solo é vital para a saúde e fertilidade do solo, influenciando todos os seus processos e as funções do ecossistema que impactam a saúde das plantas e animais terrestres. Além disso, níveis elevados de microrganismos no solo estão associados a um aumento na diversidade à superfície. A metagenómica revolucionou a ecologia microbiana, permitindo um conhecimento sem precedentes sobre o microbioma do solo, até então desconhecido. Os Açores, pertencentes à região biogeográfica da Macaronésia, estão entre as regiões mais biodiversas da Europa. No entanto, estas ilhas vulcânicas sofreram uma perda significativa de biodiversidade devido às atividades humanas. Atualmente, as pastagens ocupam 88% das terras agrícolas produtivas e a principal cultura é o milho forrageiro. Este estudo tem como objetivo compreender as comunidades microbianas do solo em dois ecossistemas na ilha de São Miguel e estabelecer a referência da sua composição. Este projeto investiga o impacto das florestas naturais e plantadas, bosques exóticos e três tipos de pastagens (seminaturais, permanentes e ressemeadas com milho) nas comunidades fúngicas e bacterianas em 27 locais na ilha para cada ecossistema. Além disso, para as pastagens, as comunidades florísticas também foram estudadas. Foram colhidas amostras de solo superficial, os parâmetros do solo foram medidos e um inventário da comunidade vegetal foi realizado. O DNA do solo foi extraído e seguidamente sequenciado com recurso à tecnologia Illumina Miseq. As sequências foram montadas para obter unidades taxonómicas operacionais (OTUs) que representam as comunidades fúngicas e bacterianas. Realizou-se análise de ecologia numérica, máxima verossimilhança e métodos estatísticos Bayesianos, com recurso ao R para analisar os dados. A altitude, temperatura, precipitação e conteúdo de argila foram significativamente diferentes entre os tipos de floresta. Embora a riqueza de OTUs fúngicas (fOTUs) não tenha sido significativamente diferente, as abundâncias e distribuição de fOTUs variaram (PERMANOVA). Ascomycota foi o filo mais comum entre os 14 obtidos para fOTUs. Um modelo incluindo a densidade do solo, argila, ECEC e EC teve um efeito significativo na riqueza fúngica. Foram encontradas 181 fOTUs indicadoras, pertencentes a cinco filos. As fOTUs indicadoras demonstraram uma clara separação. A riqueza das OTUs bacterianas (bOTUs) diferem significativamente entre florestas exóticas e nativas. A variação de abundâncias e distribuição de bOTUs também foi confirmada por uma PERMANOVA, mas nenhum efeito significativo foi encontrado nos diferentes GLMs explorados. Proteobacteria é o filo dominante entre 26 presentes nos bOTUs. Para estas comunidades, foram encontrados 319 indicadores de 20 filos. Foram encontradas diferenças significativas entre os tipos de pastagem em vários parâmetros do solo e comunidades de plantas. A pastagem seminatural (SN) apresentou a maior riqueza de espécies de plantas, seguida pela permanente e ressemeada (CR), com diferenças significativas entre as CR e as restantes, tendo-se identificado espécies indicadoras para cada tipo de pastagem. Metade de todas as fOTUs pertenciam a Ascomycota, sem diferença significativa na riqueza. Um total de 251 fOTUs e 873 bOTUs foram identificados como indicadores para o tipo de pastagem, mostrando uma clara separação entre SN e CR. As comunidades bacterianas consistiram em 41 filos, com Proteobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, Planctomycetes e Patescibacteria a constituir mais de 60%. Neste estudo, descobrimos que as florestas exóticas têm menor riqueza bacteriana em comparação com as florestas naturais e plantadas, enquanto certos fatores do solo parecem influenciar a riqueza fúngica. Também foram identificadas espécies indicadoras para cada microbioma e tipo de floresta, fornecendo informações sobre o impacto do tipo de floresta nas comunidades microbianas. Em São Miguel, uma ilha vulcânica com alterações antropogénicas, o microbioma do solo de pastagens e as suas comunidades vegetais variou de acordo com o tipo de pastagem, provavelmente devido a restrições ambientais e à intensidade de gestão. As pastagens permanentes representam um intermédio entre práticas de gestão mais extremas. Este estudo foi o primeiro a inventariar as comunidades microbianas em três dos tipos mais comuns de pastagens e florestas na ilha de São Miguel. Em geral, mostra diferenças claras no microbioma do solo de pastagens e florestas, provavelmente influenciadas pelas atividades humanas e pela vegetação presente em cada ecossistema. O tipo de solo e o clima também poderão desempenhar um papel importante. Este estudo destaca o potencial de futuras estratégias de gestão de modo a passar pastagens intensivas para um nível de intensidade médio. Além disso, reforça a importância de controlar espécies invasoras, já que estas têm um impacto negativo no microbioma do solo. Mais estudos são necessários para explorar a relação entre o ambiente, a diversidade vegetal e o microbioma do solo.
- Development of novel insecticidal nanoformulations for plant protectionPublication . Frias, Jorge Miguel Vieira de; Simões, Nelson José de Oliveira; Reis, Rui Luís Gonçalves dosDurante vários anos, as pragas foram responsáveis por perdas nos produtos hortícolas, o que, consequentemente, teve um impacto significativo na oferta e qualidade dos alimentos e na evolução da sociedade humana. Embora os recentes avanços na ciência e na tecnologia tenham reduzido consideravelmente a incidência e a severidade causadas por pragas, uma grande parte da produção real ainda é perdida todos os anos. Por esta razão, a proteção das culturas agrícolas exige o controle de vários insetos praga de forma segura, eficaz e de baixo custo. Esse desafio pode ser uma oportunidade para os agentes de controle biológico uma vez que são alternativas mais seguras do que os pesticidas químicos usados atualmente. Desta forma, o objetivo desta tese foi produzir e formular moléculas biológicas conhecidas como fatores de virulência do nematode entomopatogénico da espécie Steinernema carpocapsae, para avaliar seu potencial uso como novos bioinseticidas contra insetos-praga. Esta investigação iniciou-se com a clonagem e a expressão heteróloga de duas proteínas putativas tóxicas do nematode, conduzidas em Escherichia coli, sendo estas um domínio proteico, designado de péptido ScK1 e a proteína Sc-CAP. A primeira referida assemelha-se aos bloqueadores de canais de potássio das anémonas do mar e a segunda faz parte de uma extensa família de proteínas que recebe o nome de CAP (Proteínas secretoras ricas em cisteína, antígeno 5 e proteínas 1 relacionadas à patogénese). Devido à complexidade dessas proteínas ricas em cisteína, só foi possível a produção bem-sucedida das recombinantes em fusão com a proteína chaperone designada por isomerase de ligação dissulfeto (DsbC). A estrutura secundária do péptido ScK1 que apresentou um tamanho molecular de 5.7-kDa, cujo a purificação indicou ser redox-sensível, exibiu um espectro de dicroísmo circular far-UV consistente com uma estrutura secundária alfa-helicoidal. A desnaturação térmica do péptido ScK1 permitiu estimar uma temperatura de desnaturação de 59,2 ± 0,1 ºC. A análise de interação proteína-proteína in silico revelou uma forte afinidade para com os canais de potássio dos insetos. Os resultados dos ensaios de toxicidade usando Drosophila melanogaster como modelo mostraram que a injeção deste péptido é letal contra insetos de forma dose-dependente, com uma dose letal média (LD50) de 52,29 ng por adulto. A administração oral da proteína de fusão reduziu significativamente a atividade locomotora dos insetos tratados após 48 horas do ensaio. A estrutura terciária predita da proteína Sc-CAP revelou uma conformação de alfa-beta-alfa com grande homologia com proteínas de outros nematodes parasitas de vertebrados, conhecidos por terem capacidade de ligação a esteróis. A versão recombinante apresentou um tamanho molecular estimado de 50 kDa e apesar da proteína não apresentar toxicidade por injeção ou administração oral, os experimentos de interação revelaram uma forte capacidade de ligação de esteróis. A análise de interação ligandoproteína mostrou uma alta afinidade do colesterol e do palmitato para diferentes motivos de ligação da proteína com uma energia de ligação de -6,3 e -4,5 kcal/mol, respetivamente. Estes resultados foram confirmados pelo ensaio in vitro, onde a proteína recombinante apresentou, de forma dose-dependente, grande afinidade de ligação ao colesterol. A Nanoencapsulação destas duas proteínas toxicas foi conseguida através da preparação de nanopartículas de quitosano pelo método de gelificação iónica. A caracterização geral das nanopartículas revelou um tamanho nanométrico para as formulações NanoScK e NanoCAP, com um tamanho médio de 182,0 e 676,9 nm, respetivamente, e uma liberação rápida inicial seguida por um perfil de liberação mais lento para ambas as formulações. Estas nanoformulações permitiram a libertação destas proteínas em insetos. Além disso, foi notável a acumulação dessas moléculas em diferentes tecidos do inseto, nomeadamente, no sistema digestivo e no sistema nervoso. A formulação NanoScK causou efeitos imediatos em insetos, induzindo uma evidente redução da atividade locomotora, paralisia e mortalidade, ao contrário do NanoCAP, onde se observou baixa mortalidade. Por fim, foram avaliados os efeitos dessas formulações sobre a progenia do inseto. NanoScK desencadeou uma redução significativa no número de ovos depositados por insetos tratados, enquanto o NanoCAP causou uma redução significativa na taxa de emergência de adultos. Os resultados desta tese conferem um estatuto de prova de conceito em relação ao uso de proteínas do secretado do nematode para o desenvolvimento de novas formulações inseticidas. Esta nova classe de biomoléculas pode dar origem à próxima geração de inseticidas biológicos visto que são específicos para as pragas alvo, biodegradáveis, não tóxicos, amigos do ambiente e de baixo custo de produção.