DOP - Teses de Doutoramento / Doctoral Thesis
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- Assessing the energetic consequences of disturbance on a marine top predatorPublication . Silva, Mariana Filipa Pereira; Pérez-Jorge, Sergi; New, Leslie; Gonçalves, João M.Nos Açores, os cachalotes (Physeter macrocephalus) formam grupos sociais de longa duração, constituídos principalmente por indivíduos com grau de parentesco próximos. Como predadores marinhos de topo, desempenham um papel importante na manutenção da estrutura e função dos ecossistemas marinhos e servem como indicadores valiosos da saúde dos ecossistemas devido à sua sensibilidade às alterações ambientais. Compreender as suas necessidades energéticas é essencial para avaliar a sua vulnerabilidade a perturbações naturais e antropogénicas. Os principais objetivos desta tese são avaliar como estes fatores influenciam a bioenergética dos cachalotes e identificar os limites críticos a partir dos quais esses fatores possam afetar negativamente a espécie. O equilíbrio energético nos predadores marinhos depende da abundância de presas, eficiência na alimentação e requisitos metabólicos. Alterações na estrutura da presa, como mudanças no tamanho e conteúdo energético, podem alterar a capacidade das baleias de satisfazer as suas necessidades energéticas. Para investigar isto, no Capítulo Dois, foi desenvolvido um modelo bioenergético utilizando dados de alimentação obtidos com marcas multi-sensoriais (“DTAGs”) e características das presas a partir de registos de conteúdo estomacal. Este modelo estimou a taxa mínima de sucesso de alimentação (“foraging success rate”, FSR) essencial para sustentar as necessidades metabólicas diárias, revelando que os cachalotes requerem um mínimo de 14% de FSR. Utilizando este limite identificado, as simulações mostraram que as baleias necessitariam de aumentar a acquisição de energia em 21% (5–35%) e 49% (27–67%) para compensar uma redução de 15% e 30% no conteúdo energético, respetivamente. Para uma redução de 30% e 50% na variabilidade energética, as baleias precisariam de aumentar a ingestão de energia em 13% (0–23%) e 24% (10–35%), respectivamente, para satisfazer as exigências energéticas. O modelo bioenergético desenvolvido destacou a importância de considerar variabilidade em FSR, uma vez que pode afetar criticamente as estimativas de obtenção de energia e influenciar as conclusões sobre a vulnerabilidade dos predadores de topo às alterações ambientais. Quantificar as consequências energéticas de fatores de stress ambiental e antropogénicos requer uma compreensão do gasto energético (por exemplo, as taxas metabólicas de campo - “field metabolic rates, FMR). No entanto, medir FMR em cetáceos de grande porte e que mergulham a grandes profundidades é um desafio, pois os métodos tradicionais são dificeis de aplicar devido às dimensões dos animais. Para resolver este desafio, foram usadas taxas de respiração de diferentes períodos de superfície e a aceleração corporal dinâmica total (“overall dynamic body acceleration”, ODBA) durante os mergulhos de alimentação, como variáveis para estimar FMR nos cachalotes (Capítulo 3). As estimativas médias diárias de FMR baseadas nas taxas de respiração (412 MJ; IC 95%: 262,20-616) foram 1,5 vezes superioes às estimativas derivadas de modelos baseados em ODBA (620,5 MJ; IC 95%: 402-839,3). O Capítulo 3 apresenta as primeiras estimativas dos requisitos energéticos dos cachalotes e revela que, para indivíduos de tamanho médio das unidades sociais da espécie, as FMR são entre 1,59 e 2,39 vezes a taxa metabólica base de mamíferos terrestres de tamanho semelhante. Estes resultados, combinados com dados sobre a aquisição de energia (Capítulo 2), contribuem para melhorar as previsões, a longo prazo, sobre como as perturbações alteram o equilíbrio energético (Capítulo 3), a saúde e a viabilidade de uma população dos mamíferos marinhos, que mergulham a grandes profundidades. Atividades antropogénicas não letais, como a observação de cetáceos, podem impor custos energéticos adicionais aos cachalotes, contribuindo para desequilíbrios a longo prazo. O Capítulo 4 desenvolveu uma metodologia de simulações para avaliar como diferentes intensidades de observação de cetáceos influenciam o gasto e o equilíbrio energético a longo prazo. Esta abordagem integrou dados espaço-temporais sobre a atividade de observação de cetáceos, a distribuição dos cachalotes e modelos bioenergéticos incluindo alterações comportamentais. Os resultados sugerem que, embora a observação de cetáceos possa afetar o gasto energético, a variabilidade natural, especificamente durante os mergulhos de alimentação, parece ser o fator principal das oscilações nas FMR nos níveis atuais de impacto. Avaliar os efeitos cumulativos de fatores de stress na megafauna marinha é fundamental para a conservação, uma vez que até mesmo pequenas perturbações de curto prazo podem acumular-se ao longo do tempo, especialmente em espécies com estratégias de vida lentas. Esta tese destaca a importância de integrar a bioenergética, o comportamento e as avaliações de perturbações antropogénicas para prever mais precisamente os impactos das pressões externas na aptidão e na viabilidade de populações de cachalotes. Estes resultados contribuem para os esforços em curso para mitigar os impactos múltiplos e combinados da atividade humana e ajudam a informar estratégias de conservação para predadores marinhos de mergulho profundo.
- Investigating plastic ingestion and entanglement within marine vertebrates in the NE Atlantic to inform policyPublication . Rodríguez, Yasmina; Pham, Christopher Kim; Borges, Javier Hernández; Juliano, Maria Manuela FragaO plástico marinho tornou-se uma preocupação ambiental crítica, figurando entre os desafios humanos mais prementes do século XXI. No entanto, os esforços atuais para mitigar a poluição por plásticos continuam a ser insuficientes quando comparados com o aumento global previsto dos resíduos de plástico. Apesar da crescente consciencialização e das negociações políticas internacionais em curso, os plásticos continuarão a ameaçar seriamente os oceanos e a biodiversidade em todo o mundo. Os vertebrados marinhos, já sujeitos a numerosos fatores de stress ambiental, são particularmente vulneráveis à contaminação por plásticos e podem servir de indicadores para monitorizar vários aspetos desta ameaça. Como tal, o objetivo geral desta tese foi colmatar as lacunas na nossa compreensão das diferentes formas como os vertebrados pelágicos interagem com plásticos, fornecendo informações para apoiar uma vasta gama de políticas. A primeira parte da tese centrou-se numa espécie-chave de ave marinha, o cagarro (Calonectris borealis), e no seu potencial como bioindicador para monitorizar plásticos flutuantes no Atlântico Nordeste. Com base numa série temporal de oito anos, abrangendo 1,238 carcaças recolhidas nos Açores e nas Ilhas Canárias, verificámos que a contaminação por plástico era generalizada nesta espécie. A análise revelou um aumento temporal significativo no número de itens ingeridos nos juvenis, bem como diferenças acentuadas entre as duas regiões de reprodução, não só na quantidade de plástico, mas também nas diferentes morfologias ingeridas. Estes resultados, combinados com as caraterísticas ecológicas da espécie e a disponibilidade de amostras robustas, indicam que o cagarro é um exemplo de bioindicador fiável. Uma análise mais pormenorizada dos adultos de cagarro demonstrou quantitativamente que os progenitores reiniciam a sua carga de plástico, eliminando > 80% dos objetos ingeridos no final da época de reprodução. Este facto reforça a evidência de transferência intergeneracional de plásticos dos adultos para as suas crias e, mais importante ainda, sublinha o valor dos juvenis como bioindicadores mais fiáveis do que os adultos. Consequentemente, os estudos futuros devem ter em conta este facto, uma vez que a inclusão de reprodutores durante ou após a época de alimentação das crias pode levar a subestimações da ingestão de plástico e obscurecer as tendências temporais. Traduzindo os principais resultados em aplicações políticas concretas, ambos os estudos forneceram diretrizes para a implementação dos juvenis como bioindicador comum ao abrigo da Diretiva-Quadro Estratégia Marinha e da Comissão OSPAR, incluindo um valor-limite baseado em dados. Os arquipélagos oceânicos da UE e da Macaronésia podem servir como observatórios de lixo marinho, com os cagarros a sinalizarem diferenças temporais e espaciais na contaminação ambiental por plásticos. A segunda parte da tese centrou-se na investigação do processo de emaranhamento de vertebrados em detritos de plástico, fontes e potenciais causas. Em primeiro lugar, identificámos um comportamento dos cetáceos anteriormente pouco descrito. Com base em observações oportunistas, fornecemos fortes indícios de que estes animais se envolvem em comportamentos lúdicos com lixo plástico em todo o mundo. Foram observadas espécies de odontocetos que transportam ou atiram ativamente plásticos de um único uso, utilizando a cabeça e/ou as barbatanas, e em várias zonas dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico, bem como no Mediterrâneo e no Mar Vermelho. As nossas observações sugerem que estes comportamentos podem servir de mecanismo de ingestão e emaranhamento de plástico. Em segundo lugar, embora os artigos associados à pesca representem uma parte significativa dos emaranhamentos de vertebrados marinhos, a maioria dos estudos não consegue distinguir a origem desses emaranhamentos. Estes podem ocorrer independentemente da arte de pesca estar operacional ou abandonada, perdida ou descartada (ALDFG) no meio marinho. Para fazer face a esta incerteza, desenvolvemos o índice ‘Entanglement Source Assessment’ (ENSA). Através da análise de um conjunto de critérios, o ENSA melhora quantitativamente a consistência, a transparência e a exatidão dos relatórios, o que é essencial devido às diferentes medidas de mitigação e remediação necessárias para combater o emaranhamento causado pela pesca operacional ou pelo lixo marinho. Finalmente, os emaranhamentos em lixo marinho, incluindo ALDFG e outros plásticos, foram analisados em áreas de oceano aberto no Atlântico NE, cobrindo a ZEE dos Açores até Portugal continental. Esta ameaça é reconhecida como um impacto grave do plástico oceânico na megafauna marinha, mas a sua taxa de ocorrência permanece mal descrita devido a desafios na recolha de informação. Como resultado, foram reunidos dados de várias partes interessadas num conjunto abrangente de dados sobre emaranhamento em detritos, incluindo 17 anos de observações. No âmbito desta tese, foi possível documentar dez espécies afetadas, incluindo tubarões, tartarugas marinhas, cetáceos e aves marinhas. Alguns dos emaranhamentos causaram impactos significativos ao infligir lesões externas ou constrição de partes críticas do corpo, levando à perda de membros, deformações corporais ou morte. Globalmente, esta tese fornece informações valiosas sobre a presença de plásticos em zonas de oceano aberto, realçando o complexo desafio ambiental colocado por esta pressão humana e os seus impactos significativos nos vertebrados marinhos. A investigação aqui realizada apresenta novas ferramentas para o rastreio de plásticos flutuantes em ambientes marinhos, desde microplásticos até macroplásticos, e abrangendo várias tipologias. Estes avanços estabelecem uma base científica sólida para a monitorização, dotando os decisores dos recursos necessários para implementar e avaliar a eficácia das suas medidas. Esperamos sinceramente que o trabalho realizado contribua para o desenvolvimento de políticas baseadas em provas, e que promova uma cooperação mais alargada para salvaguardar os ecossistemas marinhos e a biodiversidade.
- Modeling population dynamics and assessing the stock status of the blackspot seabream (Pagellus bogaraveo) in the Azores.Publication . Pabon, Ana Maria Novoa; Pinho, Mário Rui Rilhó de; Silva, Alexandre Miguel Castanheira Aires daO goraz (Pagellus bogaraveo) é o principal recurso de pesca explorado pela frota demersal açoriana devido à sua abundância e preço médio, que define a dinâmica do regime de exploração multiespecífico da frota. Atualmente, este recurso é considerado intensivamente explorado. Várias avaliações analíticas têm sido implementadas para este stock na Região Autónoma dos Açores, mas as restrições dos modelos são a principal limitação para a sua gestão e exploração sustentável. Esta situação decorre da incerteza dos resultados das atuais avaliações de stocks que não explicam a dinâmica observada nos dados, indicando que os modelos disponíveis não ajudam a prever as características do stock e da pescaria. Por conseguinte, o Grupo de Trabalho sobre Biologia e Avaliação de Recursos Pesqueiros de Profundidade (WGDEEP) do Conselho Internacional de Exploração do Mar (CIEM) classifica este recurso como "limitado em termos de dados" e recomenda a exploração de metodologias de avaliação mais flexíveis, adaptadas à dinâmica dos recursos e à natureza incerta dos dados de entrada. No entanto, os objetivos de gestão do recurso ainda não foram definidos. Neste estudo, todos os dados biológicos, ecológicos e pesqueiros disponíveis (dependentes e independentes da pesca) foram recolhidos, analisados e resumidos sob a forma de dados de entrada para a avaliação do stock de Pagellus bogaraveo, organizados em camadas ou submódulos de informação. Foram exploradas duas abordagens de modelação estruturadas por idade para a avaliação das unidades populacionais: uma convencional, a eXtended survivor analysis, e uma nova, uma abordagem de modelação estatística de análise integrada – Stock Synthesis. O recurso foi avaliado, combinando todas as informações disponíveis. Os resultados mostram uma melhoria significativa do volume de dados disponíveis, mas uma incerteza considerável nas estimativas dos parâmetros de reprodução (maturação e proporção entre os sexos) e de crescimento, incluindo as chaves idade-comprimento, provavelmente devido a questões metodológicas na recolha de dados. Os desembarques registam uma tendência crescente até 1992 e uma diminuição acentuada a partir de 2005. Os índices de abundância relativa registam uma tendência decrescente ao longo de toda a série histórica. Nos últimos anos, foi observada uma tendência contraditória nos índices de abundância relativa. Enquanto se regista um aumento do índice de abundância do estudo, verifica-se uma diminuição do índice de abundância da pesca comercial. Este conflito nos índices é explorado através de hipóteses de um aumento real da abundância ou de efeitos de capturabilidade formulados para explicar as tendências observadas. A estrutura etária da população parece manter a sua distribuição geral com uma moda entre 24-34cm LF. No entanto, parecem existir variações interanuais na disponibilidade do goraz para a pesca. Os métodos de avaliação utilizadas revelam muitas diferenças na caraterização dos dados. A abordagem convencional não apresentou melhorias na estimativa das características do stock. Em contrapartida, o modelo de análise integrada mostrou uma maior flexibilidade na análise e compreensão dos dados, permitindo a exploração de hipóteses para resolver conflitos observados nos dados, como a tendência oposta observada nos índices de abundância ou potenciais alterações observadas nos dados de crescimento. Da análise exploratória SS3, que explorou um total de 54 modelos de referência, 35 convergiram, sugerindo, em geral, que a interpretação do estado do stock de Pagellus bogaraveo nos Açores é altamente dependente dos pressupostos do modelo. Considerando todas as conclusões obtidas durante este estudo, os resultados demonstram uma melhoria no conhecimento e uma melhor compreensão da dinâmica populacional de Pagellus bogaraveo no Arquipélago dos Açores.
- 3D-biogeochemical and hydrodynamic model in the Azores- a tool to understand marine ecosystem processesPublication . Viegas, Cláudia Neto; Colaço, Maria Ana Almeida; Juliano, Maria Manuela FragaA aplicação de ferramentas de modelação numérica permite simular e estudar os processos do ambiente físico marinho e a sua influência nos processos biológicos que regem os ecossistemas marinhos, desde a interface com a atmosfera até ao mar profundo. O trabalho desenvolvido nesta tese de doutoramento contemplou a implementação de um modelo hidrodinâmico e de qualidade da água para simular os processos físicos e biogeoquímicos na região dos Açores. E a aplicação de um modelo biofísico para estudar a dispersão larvas e a conectividade física entre populações de organismos bentónicos no mar profundo. O trabalho desenvolvido iniciou pela validação do modelo hidrodinâmico (MOHID Water) para a região dos Açores. O modelo foi validado à superfície utilizando dados de maré. Resultados de temperatura à superfície foram validados com dados de detecção remota, e ao longo da coluna de água temperatura e salinidade foram validados com dados Bóias Argo. Aplicado na região dos Açores o modelo consegue simular as principais correntes e massas de água que influenciam o ambiente marinho da região. Com a componente hidrodinâmica validada, foi implementado um modelo de qualidade da água (MOHID WaterQuality), para reproduzir os principais processos bióticos e abióticos na coluna de água. Este modelo biogeoquímico foi parametrizado e calibrado, tendo-se verificado uma reprodução fiável das variáveis-estado (nutrientes, fitoplâncton e oxigénio) à superfície e ao longo da coluna de água. A validação com dados de detecção remota mostrou que o modelo consegue representar os seus padrões sazonais e espaciais de fitoplâncton na região: o típico bloom de fitoplâncton que acontece no início da primavera, e um menor no Outono; e o característico máximo de clorofila em profundidade (deep chlorophyll maximum – DCM), que ocorre em zonas oligotróficas como é o caso dos Açores, entre os 25 e os 100 metros de profundidade, caracterizado pela sua grande variação espacial e temporal. A validação com a climatologia (World Ocean Atlas-WOA), e com o modelo CMEMS mostrou que o modelo tem capacidade de simular as dinâmicas de nutrientes (nitrato, fosfato e silicato) e oxigénio ao longo da coluna de água. Os resultados dos capítulos 2 e 3 deste trabalho são da maior importância para caracterizar a dinâmica do ecossistema marinho dos Açores. Para estudar a conectividade entre populações bentónicas no mar profundo dos Açores foi implementado um modelo lagrangiano Connectivity Modeling System (CMS), acoplado no modelo hidrodinâmico MOHID Water. Duas espécies alvo foram selecionadas: uma espécie séssil, Pheronema carpenteri, esponja do mar profundo que nos Açores se pode encontrar de forma dispersa ou em densas agregações; e uma espécie não séssil, Chaceon Affinis, um caranguejo de profundidade. Diferentes parâmetros biológicos foram estudados: duração do período larvar (pelagic larval duration- PLD), comportamentos larvares (larvas passivas, e larvas com capacidade de nadar (velocidade vertical ascendente e descendente). Foi feita uma análise temporal e espacial da dispersão larvar e da conectividade entre diferentes populações. Resultados do modelo mostram que existe conectividade entre as agregações de esponjas nos Açores, sobretudo no Grupo Central (CG). As agregações dos montes submarinos do Condor, Princesa Alice e Banco Açores representam importantes locais de retenção e fonte de larvas. Estes resultados reforçam a importância de manter os esforços de proteção das Áreas Marinhas Protegidas (AMP) do Condor e Princesa Alice. Em contraponto, agregações de esponjas no Grupo Oriental, e Grupo Ocidental são mais vulneráveis, apresentando menor conectividade com as restantes agregações em estudo, e menores níveis de auto-recrutamento. No caso de estudo do caranguejo de profundidade, Chaceon Affinis, foi simulada a dispersão larvar atribuindo comportamento às partículas (larvas), para que estas simulassem o comportamento que estas larvas têm de nadar e chegar à superfície. Ao contrário das larvas passivas, que arrastadas pelas correntes do mar profundo, com velocidades mais baixas (0-0.1m/s), deslocam-se poucos quilómetros (na ordem das unidades ou dezenas), as larvas que chegam à superfície, podem-se deslocar até centenas de quilómetros, transportadas pelas correntes superficiais (0 - a >0.25 m/s). Este comportamento, juntamente com o maior PLD (PLD 23, 81 e 125 dias) resulta numa conectividade mais dispersa entre as diferentes populações nos Açores. Populações no Mar da Prata, no Grupo Oriental apresentam conectividade física com populações do Grupo Ocidental. No entanto com menores probabilidades de auto-recrutamento e conectividade. Resultados do modelo mostram que populações da Crista Média Atlântica (CMA), como o Monte submarino Voador podem constituir uma importante local de retenção e fonte de larvas. No último capítulo os resultados dos modelos implementados foram utilizados para estudar a ecologia das agregações de esponjas em estudo. Recentemente classificados como Ecossistemas Marinhos Vulneráveis (VMEs), o estudo destes ecossistemas é tópico cada vez mais relevante na comunidade científica. Os resultados do modelo mostram que estas comunidades bentónicas encontram-se em locais com baixas velocidades (entre 0.02 e 0.06m/s), e com poucos gradientes nutrientes e de temperatura (mínimo 8,7 máximo 11,9 ºC). Os resultados gerais da tese demonstram as vantagens da aplicação de modelos para estudar os ecossistemas marinhos, e em particular a conectividade e dispersão larval. A metodologia implementada pode ser aplicada noutros estudos e aplicações, podendo servir de apoio para estudo do ecossistema marinho dos Açores, e, entre outros, no suporte à gestão dos recursos de pesca e seus ecossistemas, ou no ordenamento do espaço marinho.
- 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. […].
- 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). […].
- Assessing fisheries sustainability status using different classification systems : using snapper and grouper as case studiesPublication . Amorim, Patrícia Alexandra da Silva; Menezes, Gui Manuel Machado; Sousa, Pedro Miguel de Raimundo Morais GouveiaEsta dissertação forneceu uma visão global do estado de sustentabilidade das pescarias de lucianos1 e garoupas. Os lucianos e garoupas são recursos essenciais para o sector da pesca de "pequena-escala" a nível global, com um papel fundamental na subsistência e segurança alimentar de muitas comunidades costeiras em todo o mundo. Em termos globais, os desembarques destes recursos têm vindo a aumentar ao longo dos anos, com quase um milhão de toneladas reportadas em anos recentes. O estado de sustentabilidade de muitas pescarias de lucianos e garoupas é usualmente desconhecido, particularmente para as pescarias de "pequena-escala" em países em desenvolvimento, onde o sistema estatístico é normalmente ausente ou insuficiente, e onde existe uma capacidade limitada de investigação e monitorização para a realização de avaliações do estado do stock complexas e exigentes ao nível de informação necessária. Esta tese desenvolveu, aplicou e testou metodologias inovadoras, para avaliar o estado de pescarias de lucianos e garoupas com informação limitada, as quais podem igualmente ser aplicadas a um vasto número de pescarias a nível global. Os três principais pilares deste trabalho foram: 1) realizar um diagnóstico do conhecimento existente sobre a pescaria; 2) avaliar a sustentabilidade das pescarias através de metodologias adaptadas aos melhores dados disponíveis; 3) avaliar o estado dos recursos através de novas metodologias usando dados de frequência de comprimento da pesca comercial. O Indicador Genérico de Conhecimento (IGC) desenvolvido nesta tese permite identificar as principais lacunas de conhecimento e destacar áreas onde o desenvolvimento da investigação é fundamental para informar a gestão sustentável dos recursos pesqueiros. Este novo indicador realçou que 70% das pescarias de lucianos e garoupas apresenta um baixo nível de conhecimento e têm informação limitada. A análise do estado de sustentabilidade das pescarias de lucianos e garoupa mostraram que cerca de 50% destas pescarias foram classificadas como "sobre-explorada", 30% como "não-explorada" e 19% em "plena exploração". Além disso, o número de pescarias sobre-exploradas tem vindo a aumentar ao longo dos anos. Devido à limitação de dados quantitativos, foram investigadas fontes de informação alternativas e o Index de Desenvolvimento Humano (IDH) salientou-se como indicador do estado da biomassa. A modelação categórica revelou um alto nível de correspondência (72%) entre o estado do stock original e estimado, fazendo este procedimento bastante promissor para ser aplicado a outras pescarias com informação limitada. Para regiões específicas, o estado de pescarias de lucianos e garoupa foi analisado com base em dados da composição de comprimentos das capturas, mas adoptando abordagens distinctas. Uma abordagem metodológica aplicou diferentes métodos baseados em dados de comprimentos e simulou os diferentes efeitos dos parâmetros biológicos (crescimento) nas estimativas do estado do stock para as principais espécies de lucianos e garoupa capturadas no Mar de Java (Indonésia). Foram encontradas diferenças no estado dos recursos, consoante a arte de pesca utilizada, tendo o palangre apresentado bons indicadores do estado do stock para todas as espécies estudadas. Efeitos dos parâmetros biológicos foram testados: Linf e, secundariamente, M/K têm uma forte influência nos indicadores do estado do stock. Métodos baseados na frequência de comprimentos também foram aplicados, pela primeira vez, para avaliar o estado de sustentabilidade das principais espécies de serranídeos na região dos Açores, cobrindo seletividade de artes e padrões espaciais (ilhas) distintos. A garoupa (Serranus atricauda) apresenta uma pior condição do estado do stock do que o mero (Epinenhelus marginatus), em particular, para estimativas baseadas em desembarques na ilha de São Miguel. Estes resultados apontam para a necessidade de desenvolvimento de medidas de gestão que tenham em consideração as diferentes artes de pesca e padrões espaciais. Esta dissertação contribui com metodologia nova e análises para melhorar a compreensão do estado de pescarias para as quais existe pouca informação, em particular para pescarias de lucianos e garoupa. Este trabalho também fornece directrizes para apoiar a concepção de medidas de gestão para garantir a sustentabilidade destes recursos e destaca áreas onde melhorias são críticas.
- Cetacean movements in relation to the dynamics of the sound-scattering layer in the AzoresPublication . Cascão, Irma Margarida Andrade Cruz Espregueira; Santos, Ricardo Serrão; Silva, Mónica Almeida; Lammers, MarcA existência de agregações é uma característica fundamental dos ecossistemas pelágicos. A interacção entre processos físicos e biológicos produz variabilidade na produção biológica a diferentes escalas espaciais e temporais. Para sobreviver num ambiente espacial e temporalmente heterogéneo, os predadores têm de localizar e explorar densas concentrações de presas. Interacções biofísicas em redor dos montes submarinos podem promover a agregação de presas, as quais podem atrair predadores como os cetáceos. No entanto, a interacção entre processos físicos, dinâmica das presas e o comportamento alimentar dos predadores é complexa e variável no espaço e no tempo. O objectivo principal desta tese é compreender a dinâmica da agregação de presas em redor dos montes submarinos e determinar de que forma os cetáceos exploram estas oportunidades alimentares. Neste trabalho recorremos a campanhas de rastreio acústico para investigar a dinâmica espacio-temporal dos organismos micronectónicos (pequenos peixes epi- e mesopelágicos, cefalópodes e crustáceos) em dois montes submarinos (Condor e Gigante) dos Açores e em zonas de mar aberto. Paralelamente, foram colocados dois hidrofones para obter informação sobre a ocorrência de cetáceos nesses montes submarinos. Os resultados demonstraram que os montes submarinos Condor e Gigante influenciam significativamente a distribuição e dinâmica do micronecton. Foram detectadas agregações substanciais no topo dos dois montes submarinos, independentemente da estação do ano e período do dia. Ao invés, a coluna de água sobre os flancos dos montes submarinos é caracterizada por concentrações de micronecton inferiores às que foram detectadas em zonas de mar aberto próximas. Enquanto no topo dos montes a comunidade de micronecton apresentava uma distribuição difusa e estava estruturada numa única camada vertical, a comunidade existente nos flancos e em mar aberto formava duas camadas distintas: uma camada de dispersão superficial (shallow-scattering layer, SSL), localizada entre a superfície e aproximadamente 150 m de profundidade, e uma camada de dispersão profunda (deep- scattering layer, DSL), dos 350 aos 650 m de profundidade. A distribuição e comportamento das duas camadas variou significativamente com a hora do dia, mas de forma inversa. Durante a noite, a densidade relativa da SSL era cerca de 5 vezes superior à registada durante o dia, a camada apresentava-se melhor delimitada e os organismos mais densamente concentrados. No que diz respeito à DSL, a densidade diurna era o dobro da nocturna e os organismos formavam agregações mais espessas e densas durante o dia. Estes resultados sugerem que as alterações diárias nas duas camadas resultam da migração vertical nocturna e posterior agregação à SSL de parte dos organismos que compõem a DSL. Alguns destes organismos poderão ser atraídos ou passivamente transportados para a coluna de água sobre o topo dos montes submarinos, acabando por ficar retidos durante o dia. Portanto, os montes submarinos podem proporcionar enriquecido oportunidades de alimentação para os cetáceos através de uma combinação de migrações verticais e retenção local de presas. Os resultados da acústica passiva mostraram que os delfinídeos foram detectada nos montes submarinos Condor e Gigante em praticamente todos os dias de monitorização, tendo os grupos permanecido uma média de 4 horas na vizinhança dos montes. Os sons de ecolocalização, associados ao comportamento alimentar, foram as vocalizações detectadas com maior frequência. Os dados evidenciaram um padrão diário na actividade acústica, com maior ocorrência de vocalizações durante a noite. Globalmente, os resultados deste trabalho demonstram que os pequenos delfinídeos utilizam consistentemente os montes submarinos Condor e Gigante como áreas de alimentação, mas que o fazem predominantemente durante a noite. Uma análise mais aprofundada dos padrões de distribuição de micronecton e golfinhos sugere que, à noite, os golfinhos exploram as maiores agregações de presas encontradas perto do fundo do topo do monte e/ou alimentam-se das concentrações elevadas de micronecton disponíveis nas camadas superfícies sobre os flancos dos montes submarinos, consequência da migração de organismos da DSL para a SSL. Estes resultados sugerem que a alimentação em maiores concentrações de presas mais agregadas perto do fundo do topo do monte durante o dia pode não ser energeticamente eficiente. Este estudo contribui para uma melhor compreensão do papel dos montes submarinos na formação das comunidades micronecton em ambientes oceânicos e como isso, por sua vez, afeta a ecologia alimentar dos golfinhos.
- 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.
- 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).