Sapientia
UAlg Scientific Repository
About Sapientia
The SAPIENTIA repository gathers an exhaustive set of Algarve University's (UAlg) teachers and researchers scientific publications with an express goal of maximising its visibility, ensure easy and universal access and amelliorate the overall public impact of the university scientific endeavors, as well as the ongoing preservation of its memory.
Recent Submissions
A comprehensive review of existing and new methods and approaches to assess benthic ecosystem functions
Publication . Peña, Cecilia Vanessa Mendoza; Castilho, Rita; Hinz, Hilmar
Nos últimos anos, tem havido um reconhecimento crescente da necessidade de aprimorar as metodologias para avaliar as funções dos ecossistemas bentónicos devido ao seu papel crítico na manutenção da biodiversidade marinha e da saúde dos ecossistemas. Avaliar essas funções é essencial para compreender a dinâmica dos ecossistemas, apoiar esforços de conservação e orientar a gestão de recursos. No entanto, a complexidade e variabilidade inerentes aos ambientes marinhos apresentam desafios significativos para o desenvolvimento de abordagens amplamente aplicáveis e padronizadas. Este estudo avalia três principais metodologias — abordagens baseadas em estrutura, processos e funções — cada uma oferecendo vantagens e limitações distintas na pesquisa ecológica marinha.
As metodologias baseadas em estrutura, como a análise de características biológicas (BTA – Biological Trait Analysis), permitem perceber melhor as funções dos ecossistemas ao vincular características das espécies a processos ecológicos. A BTA concentra-se em caracterizar os componentes estruturais dos ecossistemas, incluindo a composição, abundância e características particulares das espécies, para inferir as suas contribuições relativamente às funções ecológicas. Ao examinar as relações entre as características funcionais das espécies e os processos que elas influenciam, a BTA contribui para a compreensão da biodiversidade e do funcionamento dos ecossistemas. No entanto, a padronização dos métodos baseados nas estruturas apresenta desafios significativos. A ampla gama de espécies e características requer um gasto de tempo considerável, colaboração e construção de consensos na comunidade científica para alcançar consistência nas definições das características, medições destas e na estratégia de tratamento de dados. A variabilidade dos dados e a subjectividade inerente complicam ainda mais os esforços para padronizar esses métodos. Apesar desses desafios, os métodos baseados na estrutura permanecem cruciais, especialmente quando medições diretas não estão disponíveis ou são impraticáveis. Eles fornecem uma ampla compreensão de como as espécies contribuem para as funções dos ecossistemas e são particularmente valiosos quando combinados com outras metodologias para alcançar um entendimento mais abrangente.
A integração de métodos baseados em estrutura com outras abordagens, como metodologias baseadas em processos e funções, melhora sua utilidade e eficácia. Por exemplo, a incorporação de técnicas não invasivas, como análise de DNA ambiental (eDNA) ou monitoramento por vídeo subaquático, permite a colheita de dados de interações de espécies e composição da comunidade com distúrbio mínimo. Essa integração oferece novas oportunidades para monitorização de ecossistemas e fornece uma compreensão mais robusta dos mecanismos subjacentes que impulsionam os processos ecológicos observados. Além disso, a BTA pode ser aplicada a estruturas físicas criadas pelos organismos, como refúgios e recifes, servindo como proxies funcionais e ampliando sua aplicabilidade em diversos ambientes ecológicos. Esforços contínuos para harmonizar as definições das características e protocolos de recolha de dados ajudarão a melhorar a comparabilidade e a integração entre estudos, maximizando o potencial dos métodos baseados em estrutura na ecologia marinha.
As metodologias baseadas em processos oferecem medições diretas de atividades dinâmicas dentro dos ecossistemas bentónicos, como filtração, bioturbação, produção primária e modificação de habitats. Esses métodos abrangem tanto técnicas visuais — como sistemas de vídeo remoto iscado subaquático (BRUVs - Baited Remote Underwater Video Systems), câmeras autónomas iscadas e imagens de perfil de sedimentos (SPI – sediment profile images) — quanto sistemas controlados, como incubações e mesocosmos, para fornecer dados altamente padronizados e comparáveis. As abordagens baseadas em processos beneficiam de protocolos estabelecidos e equipamentos padronizados, permitindo a coleta de dados confiáveis e reprodutíveis em vários estudos e regiões. Por exemplo, BRUVs e câmeras autónomas iscadas capturam efetivamente comportamentos de escavadores e interações de espécies, fornecendo dados de alta resolução com um mínimo viés provocado pelo observador. Da mesma forma, as câmeras SPI oferecem visualizações detalhadas da estratigrafia do sedimento e das atividades dos organismos bentónicos, como bioturbação e bioirrigação, tornando-as adequadas para monitoramento ecológico de longo prazo.
Apesar de seu alto potencial de padronização, as metodologias baseadas em processos também enfrentam vários desafios, particularmente relacionados à complexidade operacional e analítica. O uso de ferramentas como remote operated vehicles (ROVs), autonomous underwater vehicle (AUVs) e câmeras SPI requer conhecimentos especializados, planeamento substancial e equipamentos sofisticados para garantir a recolha correcta de dados. Os custos associados a esses métodos — equipamentos, manutenção e análise de dados — podem ser proibitivos, especialmente em ambientes com recursos limitados, restringindo sua aplicação mais ampla. Além disso, embora os métodos baseados em processos forneçam medições diretas de funções específicas, estes podem não capturar todo o espectro de processos que contribuem para essas funções. Integrar metodologias baseadas em processos com abordagens baseadas na estrutura pode ajudar a superar essas limitações, proporcionando uma compreensão mais abrangente da dinâmica dos ecossistemas. Por exemplo, entender a composição de características das espécies observadas por meio de métodos visuais pode melhorar as interpretações de seus papéis ecológicos e contribuições. Esforços futuros devem-se concentrar em superar os desafios operacionais e relacionados aos custos associados a esses métodos, garantindo que sejam acessíveis a uma gama mais ampla de pesquisadores.
As metodologias baseadas em funções, particularmente aquelas que utilizam câmaras de fluxo bentónicas (BFCs - Benthic Flux Chambers), oferecem os meios mais diretos e padronizados de avaliar as funções dos ecossistemas bentónicos. As BFCs medem diretamente resultados como ciclagem de nutrientes, estabilização de sedimentos e troca de gases, fornecendo dados de alta resolução essenciais para compreender a saúde e a dinâmica dos ecossistemas aquáticos. A principal vantagem das BFCs reside na sua capacidade de gerar observações in situ de sistemas relativamente não perturbados, preservando a integridade dos processos naturais e minimizando os vieses introduzidos por distúrbios amostrais. Essas câmaras demonstraram versatilidade em uma variedade de ambientes, desde habitats subtidais rasos até regiões de mar profundo, capturando processos biogeoquímicos críticos.
No entanto, apesar de suas vantagens, os métodos baseados em funções, como as BFCs, ainda são subutilizados, especialmente em escalas temporais e espaciais mais amplas. Custos elevados, a necessidade de conhecimentos especializados e desafios logísticos associados à sua implantação limitam seu uso generalizado. Para expandir a aplicação das BFCs, esforços devem ser feitos para abordar essas barreiras, como o desenvolvimento de versões mais económicas desses instrumentos e o aproveitamento de avanços tecnológicos, como capacidades de transmissão remota de dados. Incentivar a integração das BFCs com métodos complementares, como abordagens baseadas em estrutura e processos, também pode melhorar o escopo e a profundidade das avaliações ecológicas, apoiando modelos preditivos mais robustos e estratégias de conservação eficazes.
Olhando para o futuro, a investigação nesta área deve concentrar-se em ampliar a aplicação dessas ferramentas inovadoras, ao mesmo tempo em que promove colaborações interdisciplinares e parcerias para melhorar a comparabilidade dos dados em diferentes contextos. Ao integrar múltiplas metodologias, os investigadores podem capitalizar os pontos fortes de cada abordagem, proporcionando uma compreensão abrangente das funções dos ecossistemas. Essa abordagem integrada apoiará estratégias de conservação mais eficazes e decisões políticas, garantindo a preservação da biodiversidade marinha e da saúde dos ecossistemas.
An ecological assessment of fish recruitment in Lagos through the monitoring of Biohuts
Publication . Berimbau, Luís Martim Almada; Erzini, Karim
Marine ecosystems are crucial hubs of biodiversity and face increasing threats from human activities, particularly in coastal areas serving as nurseries for fish recruitment, a pivotal factor influencing the abundance and diversity of fish populations. This study focuses on evaluating the abundance, biodiversity and recruitment dynamics through an underwater visual census, with a specific focus on the innovative Biohut structures installed in Marina de Lagos and their potential contribution to marine biodiversity conservation. This study focused on ecological processes such as habitat association and the impact of environmental and biological factors, and assessed the Biohuts potential to enhance abundance, biodiversity and recruitment. The methodology employed underwater visual censuses and environmental data collection for a comprehensive assessment from September 2023 to June 2024. The period between spring and early summer had the highest values in terms of abundance of recruits. The results indicate that the Biohuts significantly increased fish abundance, biodiversity and recruitment when compared with the control areas inside and outside the marina. In conclusion, Biohuts are effective tools for enhancing fish abundance, biodiversity, and recruitment in urbanized coastal areas. They provide a promising solution for habitat restoration, marine biodiversity conservation and can also serve as platforms to study key processes for sustainable management of fisheries as it is the case of fish recruitment.
Climate versus pre-industrial human impacts on marine mammals, fishes, and molluscs in the mediterranean sea over the last 130 ka
Publication . Leal, Daniela de Oliveira; Bas López, Maria; Cunha, Regina L.
Os ecossistemas marinhos estão entre os sistemas mais diversificados e de maior valor socio-económico do mundo. Estes fornecem inúmeros bens e serviços, incluindo provisão, regulação, culturais e de suporte. O Mar Mediterrâneo está localizado entre três continentes - África, Europa e Ásia - encontrando-se a uma latitude média entre 45-30°N. Esta bacia é considerada a maior do mundo, ocupando 0,7% de toda a área global da superfície oceânica. Abrigando cerca de 7,5% da diversidade marinha mundial, o Mar Mediterrâneo é considerado o segundo maior hotspot de biodiversidade a nível mundial. Contudo, os ecossistemas de todo o mundo têm sido alvo de modificações desde os tempos ancestrais, mesmo antes do início da evolução humana. O Mar Mediterrâneo testemunhou a evolução de muitas comunidades, desde os nómadas caçadores-coletores até ao sedentarismo do Neolítico e à consequente implementação de sociedades e civilizações, como o Império Romano, que em determinado momento deteve todo o poder social e económico desta região. Dada a sua longa existência, este mar foi alvo de diversos fenómenos climatológicos e ambientais que modificaram vários aspectos inerentes ao seu funcionamento, como as correntes, taxas de sedimentação, exposição solar, temperatura e salinidade, produtividade primária, entre outros. Atualmente, a investigação está amplamente focada em eventos considerados "recentes", mas que não possuem mais de 100 anos. Esta restrição temporária limita consideravelmente o nosso conhecimento sobre as alterações que os ecossistemas - como o Mar Mediterrâneo - já sofreram ao longo da sua história, bem como sobre as possíveis respostas biológicas dadas face a essas mudanças. Desta forma, é necessário estudar quais foram os impactos mais significativos e as respetivas respostas do ponto de vista de um ecossistema pristino, comparativamente ao estado atual do mesmo. Para tal, efetuamos uma revisão sistemática baseada no método PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), que se focou em diversas espécies comercialmente importantes de mamíferos marinhos, peixes e moluscos dos últimos 130 000 (130 ka) anos até à Revolução Industrial. Para cada grupo taxonómico, os dados foram separados por sub-região do Mediterrâneo (Este, Oeste e Adriático). Posteriormente, os dados de espécies com informação suficiente foram comparados com alguns dos principais eventos climáticos e mudanças em períodos culturais por sub-região. Os resultados evidenciaram impactos significativos em três espécies: o molusco Hexaplex trunculus e os peixes Thunnus thynnus e Sparus aurata, em particular durante o período do Holoceno (que começou há aproximadamente 11 000 anos). Thunnus thynnus sofreu alterações na sua abundância, tamanho do corpo, utilização de habitat e nível trófico, tanto de origem ambiental como humana. Hexaplex trunculus e Sparus aurata deverão ter sido intensivamente explorados durante certos períodos da história, o que resultou em alterações da abundância e do tamanho do corpo, respetivamente. Em termos ambientais, mudanças de temperatura podem ter levado a diferenças na abundância e na dimensão do corpo da espécie T. thynnus. O nosso trabalho evidencia alterações na abundância desta espécie, particularmente durante a Pequena Idade do Gelo na sub-região ocidental do Mediterrâneo, o que poderá estar relacionado com a descida da temperatura das águas do mar. Isto poderá ter alterado os seus padrões migratórios no Mediterrâneo, verificando-se mudanças na sua abundância. Em contrapartida, o aumento de tamanho observado tanto na região leste como oeste, poderá estar relacionado com alterações na temperatura das águas e pelo facto desta espécie ter uma dieta generalista. Isto poderá ter-lhe permitido alocar energias de modo a aumentar o seu tamanho corporal. Mudanças sub-regionais na produtividade primária deste ecossistema podem ter levado a diferentes usos do habitat e em variações no nível trófico desta espécie. Em particular, os dados de δ13C dos tecidos desta espécie apontam para uma distribuição mais costeira na parte ocidental do Mediterrâneo e uma preferência por zonas offshore na zona oriental. Essas possíveis preferências podem ser explicadas com base nas características do Mediterrâneo e na diferente utilização das áreas pela espécie. A sub-região ocidental é considerada uma importante zona de reprodução para esta espécie, enquanto a sub-região oriental, por ser mais profunda, permite-lhes procurar alimento em áreas mais profundas e afastadas da costa. Simultaneamente, o aumento dos valores de δ15N na sub-região ocidental do Mediterrâneo occidental, em comparação com a oriental, poderá dever-se a diferenças na disponibilidade de nutrientes entre as duas regiões, uma vez que fenómenos locais podem aumentar a produtividade de certas regiões. Relativamente às atividades humanas, diferentes níveis de exploração destas três espécies podem ter levado a impactos tanto nas suas abundâncias como nas suas dimensões corporais. A sobre-exploração de H. trunculus durante a fase mais recente do Holoceno mas sobretudo durante o Império Romano, pode ter resultado em alterações significativas na sua abundância. As diferenças de abundância evidenciadas para T. thynnus poderão ser explicadas pela melhoria dos instrumentos de pesca ao longo da história, principalmente com o desenvolvimento de instrumentos mais sofisticados e frotas navais mais poderosas. Embora o número de capturas de T. thynnus tenha sido mais elevado há cerca de 150 anos, tal pode ter ocorrido também como resultado de fenómenos de expansão populacional. Infelizmente, este tipo de informação não é acessível devido à escassez de dados históricos. Em contrapartida, a sobre-exploração de S. aurata poderá ter levado a um decréscimo no seu tamanho corporal, particularmente durante a fase mais recente do Holoceno. Entre a Idade do Bronze, Idade do Ferro e o Período Bizantino, a exploração desta espécie está particularmente evidenciada no leste do Mediterrâneo, o que poderá ter levado aos decréscimos observados. O nosso trabalho reuniu evidências significativas sobre impactos de origem climática e antropogénica experienciados no passado recente do Mar Mediterrâneo nestas três espécies marinhas. Essas alterações podem ter resultado indiretamente em modificações na estrutura e funcionamento do ecossistema marinho nos últimos 130 ka anos. Os resultados destacam a importância da integração de dados do passado (paleontológicos, arqueológicos e históricos) com dados biológicos contemporâneos para se obter um quadro temporal mais abrangente. Isso é essencial para compreender a história dos ecossistemas marinhos e as respostas específicas dadas pelas espécies a essas perturbações. Esta abordagem inclusiva e histórica garante a aplicação mais adequada de estratégias de gestão ambiental atuais e futuras, além da implementação de medidas de conservação mais direcionadas a cada espécie e às suas necessidades biológicas específicas.
Unlocking cyanobacterial metabolic potential: ß-oxidation pathway
Publication . Gonçalves, Inês Oliveira; Figueiredo, Sandra; Varela, João
Cyanobacteria are a very diverse phylum of photosynthetic prokaryotes. As the first known organisms to produce oxygen on Earth, these microorganisms were crucial to the development of the biosphere and early Earth life forms. Cyanobacteria still presents several undefined genomic and metabolic pathways, despite their relevance, namely as a promising biological alternative to overcome the increasing demand for sustainable fuels and plastics. One of the still unclear pathways in cyanobacteria is b-oxidation, the catabolic process of fatty acid (FA) degradation. This mechanism had been thought to be universal for all organisms; however, some studies have suggested that b-oxidation might be lacking in cyanobacteria, despite the scattered evidence to support this hypothesis. We have revealed unprecedented results that may help finally understand this fundamental metabolic pathway in cyanobacteria. Through the bioinformatic analysis performed, some cyanobacteria strains were shown to encode putative fatty acid degradation (fad)
machinery. Genomic context analysis led to the identification of a previously uncharacterized gene, here called AMP-L, that completes the full set of fad genes required for fatty acid activation and subsequent entry into the b-oxidation pathway. With the protocol optimized in this work, cyanobacterial fatty acyl-CoA intermediates with different length chains were detected for the first time. Different in vivo FA supplementation assays support these findings, showing for the firsttime cyanobacteria strains that might be able to degrade FA. These results address several fundamental questions related to cyanobacteria evolution and FA metabolism. Furthermore, this study brings knowledge that would, ultimately, lead to more efficient metabolism engineering applied to biotechnological purposes.
Processos sedimentares em ilhas vulcânicas oceânicas: aferição do transporte de moluscos marinhos efetuado pelas correntes marinhas na plataforma da ilha de Santa Maria, Açores
Publication . Arruda, Samuel; Ávila , Sérgio; Castilho, Rita; Quartau, Rui
A ilha de Santa Maria no arquipélago dos Açores tem sido palco de diversos trabalhos científicos de diversas áreas nas últimas décadas. O arquipélago no seu todo é constituído por nove ilhas vulcânicas oceânicas, onde Santa Maria se destaca como a mais antiga. Procurando dar seguimento a trabalhos de foro científico realizados no arquipélago até à data, pretendemos desenvolver e desvendar os processos sedimentares que ocorrem nas plataformas insulares de ilhas vulcânicas oceânicas, por via do transporte de moluscos marinhos do litoral até profundidades maiores ao longo da extensão da plataforma. Para este efeito foram triadas amostra de sedimento marinho (5,2 kg) originárias da plataforma insular (-10 a -289 m) de Santa Maria, de forma a identificar espécies e a sua distribuição ao longo de cinco transectos (Norte, Sul, Sudoeste (estes dois foram agrupados), Oeste e Leste), onde foi também descrita a batimetria destes, de modo a identificar o seu bordo insular e variação de declive entre estes. Um total de 30.648 indivíduos foram contabilizados e identificados, pertencentes a 45 espécies (8 bivalves e 37 gastrópodes). Destas espécies, as que apresentaram maior abundância no litoral marinho foram analisadas de forma a avaliar a existência de transporte ao longo da plataforma e além do bordo insular. Espécies como Alvania angioyi, Alvania mediolittoralis, Bittium nanum, Gibbula delgadensis, Manzonia unifasciata, Rissoa guernei demostram uma abundância elevada de indivíduos mortos muito para além da zonação conhecida para estes animais, bem como do limite litoral estipulado para cada uma destas espécies, o que nos permite confirmar a ocorrência de transporte sedimentar ao longo da plataforma insular.