O planeta está perdendo rapidamente sua biodiversidade, e isto se dá em boa medida pelo crescimento da população humana. Com ela cresceu a demanda por alimentos e matérias primas, e por conseqüência, aumentou a quantidade de terras usadas para sua produção. Esta demanda por terras aráveis e a busca por minérios fez com que a natureza entrasse em crise e a perda dos polinizadores, principalmente as abelhas, sem dúvida merece destaque. Isto por que estas espécies são responsáveis por um importante serviço de ecossistemas, a polinização, tanto para produção de alimentos quanto nas áreas naturais. Para encontrar soluções para o declínio dos polinizadores, os pesquisadores coletam dados sobre as ocorrências de espécies que auxiliem na conservação e no uso sustentado da biodiversidade. A manipulação da grande quantidade de dados coletados demanda o apoio da computação e ensejou a criação de uma nova área denominada informática para biodiversidade (biodiversity informatics), que se dedica à pesquisa e desenvolvimento de ferramentas que cobrem desde a digitalização até a análise dos dados. Uma categoria importante de dados de biodiversidade é a dos dados sobre as interações entre as espécies, pois permite entender as inter-relações e dependências. Nos últimos anos essa abordagem sobre interações vem se intensificando, principalmente sob a forma de redes de interações e desta forma a construção de novas ferramentas com esta abordagem se faz necessária para auxiliar as análises. Este trabalho apresenta uma ferramenta para análise de redes de interações desenvolvida para operar sobre a base de dados de interações do portal da Rede Temática de Polinizadores da Rede Interamericana de Informação sobre Biodiversidade IABIN-PTN. Ela se baseia em conceitos computacionais como teoria dos grafos e sistemas complexos para realizar cálculos e apresentar gráficos para análise de redes de interações biológicas, como os índices de tamanho da rede, quantidade de espécies, número total de ligações, conectância, grau médio de espécies, grau presença-ausência, grau quantitativo, coeficiente de agregação e força da espécie. Para visualização da topologia da rede são disponíveis com cinco tipos de gráficos: Balão, Circular, Orgânico, Cíclico Hierárquico e Radial, além dos gráficos da matriz adjacência, matriz presença, grafo bipartido, interações, coeficiente de agregação, distribuição e probabilidade. A ferramenta permite analisar os dados diretamente a partir do portal de dados, dispensando a exportação para outras ferramentas, aumentando o valor da Rede Temática de Polinizadores e contribuindo para o trabalho os pesquisadores. / The planet is rapidly losing its biodiversity, and this is due to mankind demographic expansion. With an increased population, the demand for food has also increased and, consequently, an increase in land used for agriculture also occurred. This demand for tillable land and the search for minerals have disrupted nature and the loss of pollinators, particularly bees, is undoubtedly the most damaging of all. This is because these species generate high value in their ecological services, in the process of pollination for food production and the maintenance of natural areas. To find solutions, researchers are collecting information on the occurrences of species that can assist in the conservation and sustainable use of biodiversity in their search for answers. But with all this information, its treatment has become very slow, expensive and difficult to manipulate. Hence, biodiversity informatics, a branch of computer science, came to solve these and other issues, storing this information in databases and creating computational tools to analyze all that information. In recent years, the approach to interactions has intensified, especially in interaction networks and thus the construction of new tools with this approach is required. This work proposes a tool for analyzing interaction networks to be connected to IABIN-PTN portal interaction database. This tool will perform calculations and graphics for analyzing the biological interactions network and calculations are presented as indices of network size, number of species, total number of links, connectance, average degree of species, presence-absence degree, quantitative degree, aggregation coefficient, and species strength. Visualization will show the topology network with five types: Ballon, Circular, Organic, Hierarchical Cyclic and Radial, and graphics for adjacency matrix, presence matrix, bipartite graph, interactions, aggregation coefficient, distribution and probability. The tool allows analyzing the data directly from the IABIN PTN portal without the need to export the data to other tools, increasing the value of IABIN-PTN and contributing to the work of the researchers.

O planeta está perdendo rapidamente sua biodiversidade, e isto se dá em boa medida pelo crescimento da população humana. Com ela cresceu a demanda por alimentos e matérias primas, e por conseqüência, aumentou a quantidade de terras usadas para sua produção. Esta demanda por terras aráveis e a busca por minérios fez com que a natureza entrasse em crise e a perda dos polinizadores, principalmente as abelhas, sem dúvida merece destaque. Isto por que estas espécies são responsáveis por um importante serviço de ecossistemas, a polinização, tanto para produção de alimentos quanto nas áreas naturais. Para encontrar soluções para o declínio dos polinizadores, os pesquisadores coletam dados sobre as ocorrências de espécies que auxiliem na conservação e no uso sustentado da biodiversidade. A manipulação da grande quantidade de dados coletados demanda o apoio da computação e ensejou a criação de uma nova área denominada informática para biodiversidade (biodiversity informatics), que se dedica à pesquisa e desenvolvimento de ferramentas que cobrem desde a digitalização até a análise dos dados. Uma categoria importante de dados de biodiversidade é a dos dados sobre as interações entre as espécies, pois permite entender as inter-relações e dependências. Nos últimos anos essa abordagem sobre interações vem se intensificando, principalmente sob a forma de redes de interações e desta forma a construção de novas ferramentas com esta abordagem se faz necessária para auxiliar as análises. Este trabalho apresenta uma ferramenta para análise de redes de interações desenvolvida para operar sobre a base de dados de interações do portal da Rede Temática de Polinizadores da Rede Interamericana de Informação sobre Biodiversidade IABIN-PTN. Ela se baseia em conceitos computacionais como teoria dos grafos e sistemas complexos para realizar cálculos e apresentar gráficos para análise de redes de interações biológicas, como os índices de tamanho da rede, quantidade de espécies, número total de ligações, conectância, grau médio de espécies, grau presença-ausência, grau quantitativo, coeficiente de agregação e força da espécie. Para visualização da topologia da rede são disponíveis com cinco tipos de gráficos: Balão, Circular, Orgânico, Cíclico Hierárquico e Radial, além dos gráficos da matriz adjacência, matriz presença, grafo bipartido, interações, coeficiente de agregação, distribuição e probabilidade. A ferramenta permite analisar os dados diretamente a partir do portal de dados, dispensando a exportação para outras ferramentas, aumentando o valor da Rede Temática de Polinizadores e contribuindo para o trabalho os pesquisadores. / The planet is rapidly losing its biodiversity, and this is due to mankind demographic expansion. With an increased population, the demand for food has also increased and, consequently, an increase in land used for agriculture also occurred. This demand for tillable land and the search for minerals have disrupted nature and the loss of pollinators, particularly bees, is undoubtedly the most damaging of all. This is because these species generate high value in their ecological services, in the process of pollination for food production and the maintenance of natural areas. To find solutions, researchers are collecting information on the occurrences of species that can assist in the conservation and sustainable use of biodiversity in their search for answers. But with all this information, its treatment has become very slow, expensive and difficult to manipulate. Hence, biodiversity informatics, a branch of computer science, came to solve these and other issues, storing this information in databases and creating computational tools to analyze all that information. In recent years, the approach to interactions has intensified, especially in interaction networks and thus the construction of new tools with this approach is required. This work proposes a tool for analyzing interaction networks to be connected to IABIN-PTN portal interaction database. This tool will perform calculations and graphics for analyzing the biological interactions network and calculations are presented as indices of network size, number of species, total number of links, connectance, average degree of species, presence-absence degree, quantitative degree, aggregation coefficient, and species strength. Visualization will show the topology network with five types: Ballon, Circular, Organic, Hierarchical Cyclic and Radial, and graphics for adjacency matrix, presence matrix, bipartite graph, interactions, aggregation coefficient, distribution and probability. The tool allows analyzing the data directly from the IABIN PTN portal without the need to export the data to other tools, increasing the value of IABIN-PTN and contributing to the work of the researchers.

"Bacterial infections persist as a public threat due to the ease by which bacteria adapt to commonly used antibiotics. In addition, bacteria on surfaces develop protective communities called biofilms that hinder the ability of antibiotics to completely eliminate the pathogens. The rapid development of bacterial resistance to antibiotics has made pharmaceutical companies reluctant to fund new antibiotics research. Hence, novel approaches to prevent and treat infections are needed. The development of infections can be divided into three steps: adhesion, invasion and multiplication. Antibiotics target at the latter two step and are prone to bacterial resistance as passive strategies. Bacterial adhesion to host cells/implanted medical devices is the first step leading to following invasion and multiplication. However, fundamental understanding of bacterial adhesion process is still lacking. The current studies are aimed to systematically investigate biological interactions between pathogenic bacteria and host cell, proteins and biomaterials with both macro and micro scale approaches. The macro scale methods include bacterial adhesion assay, viability studies, and thermodynamic modeling. The micro scale methods include direct adhesion force measurements, ultra surface visualization via atomic force microscopy (AFM) and surface structure modeling. Our work combines experiments and modeling aimed at understanding the initial steps of the bacterial adhesion process, focusing on two case studies: 1) Mechanisms by which cranberry can prevent urinary tract infections through interfering with bacterial adhesion; and 2) Design of anti-adhesive and antimicrobial coatings for biomaterials. We make direct adhesion force measurements between bacteria and substrates with an atomic force microscope (AFM), and combine such experiments with thermodynamic calculations, in order to develop a set of tools that allows for the prediction of whether bacteria will attach to a given surface. These fundamental investigations of the bacterial adhesion process help elucidate the underlying mechanisms behind bacterial adhesion, thus leading to improved clinical outcomes for a number of biomedical applications. "

<p>The timing of the spring phytoplankton bloom in the subpolar North Atlantic Ocean has important consequences for the marine carbon cycle and ecosystems. There are currently several proposed mechanisms to explain the timing of this bloom. The conventional theory holds that the bloom begins when the ocean warms and the seasonal mixed layer shoals in the spring, decreasing the depth to which phytoplankton are mixed and increasing the light available to the population. Recent work has attributed the beginning of the bloom to decreases in turbulence within the upper ocean, driven by the onset of positive heat fluxes or decreases in the strength of local winds. Other studies have focused on the increase in the seasonal mixed layer in the winter as a driver of changes in ecosystem interactions and a control on the spring bloom. Finally, submesoscale eddies, occurring as a result of lateral density gradients, have been proposed as a stratification mechanism that can create phytoplankton blooms prior to the onset of ocean surface warming.</p><p>This dissertation critically examines and compares the proposed theories for the initiation of the spring bloom and draws on these theories to propose a new framework: that blooms begin when the active mixing depth shoals, a process generally driven by a weakening of surface heat fluxes and consequent shift from convective mixing to wind-driven mixing. Using surface forcing data, we develop a parameterization for the active mixing depth from estimates of the largest energy-containing eddies in the upper ocean. </p><p>Using in situ records of turbulent mixing and biomass, we find that the spring phytoplankton bloom occurs after mixing shifts from being driven by convection to being driven by wind, and that biomass increases as the active mixing depth shoals. Using remote sensing data, we examine patterns of bloom initiation in the North Atlantic at the basin scale, compare current theories of bloom initiation, and find that the shoaling of the active mixing depth better predicts the onset of the bloom across the North Atlantic subpolar basin and over multiple years than do other current theories. Additionally, using a process study model, we evaluate the importance of submesoscale eddy-driven stratification as a control on the initiation of the spring bloom, determining that this mechanism has a relatively minor effect on alleviation of phytoplankton light limitation. Finally, we describe potential techniques and tools to examine whether interannual variability in the active mixing depth acts as a control on variability in the timing of the spring bloom.</p> / Dissertation

Neste trabalho, avaliamos como arbustos pioneiros regulam comunidades lenhosas em uma restinga subtropical. Arbustos têm grande capacidade de modificar ecossistemas, pois alteram o fluxo de nutrientes e água do solo, aprisionam sementes transportadas por água ou vento sob suas copas, e oferecem recursos a dispersores. A combinação desses processos leva ao surgimento de ilhas de fertilidade em áreas de vegetação herbácea, aumentando a diversidade local. Interações biológicas são fatores determinantes na coexistência de espécies nessas ilhas arbustivas. Portanto, utilizamos atributos vegetativos de arbustos e distância filogenética média (MPD) entre as espécies para avaliar como a riqueza, a abundância e a diversidade (i.e. Entropia Quadrática de Rao, EQR) são reguladas em moitas de restinga. Também comparamos esses mesmos parâmetros nas áreas de vegetação predominantemente herbácea circundantes às ilhas arbustivas. A fim de entender a estruturação filogenética nesse ambiente, calculamos o net relatedness index (NRI) de cada moita. Nossos dados reforçam a importância de arbustos pioneiros sobre a vegetação de áreas predominantemente campestres devido à sua capacidade de modificar o micro-habitat sob suas copas e pelas interações com espécies que colonizam as ilhas arbustivas. / In this work we tested how pioneer shrubs regulate community structure in woody islands of a subtropical sand-dune (restinga) environment. Shrubby species show a great ability to modify ecosystems, since they change the flux of nutrients and water in the soil, they retain under their crowns seeds carried by water or wind, and the seeds in turn attract new dispersers. The combination of these processes leads to the formation of fertility islands in areas with herbaceous vegetation, increasing the local diversity. Biological interactions are determinant factors in the coexistence of species in these shrubby islands. So we used vegetative traits of shrubs and mean phylogenetic distance (MPD) between species to evaluate how richness, abundance and diversity, i.e., Rao‟s quadratic entropy (RQE), are regulated in sand-dune woody islands. We also evaluated the same parameters in the surrounding areas with predominantly herbaceous vegetation. In order to understand the phylogenetic structuring in this environment we estimated the net relatedness index (NRI) in each woody thicket. Our data reinforce the importance of pioneer shrubs in a matrix of the predominantly open grassland vegetation because of their ability to modify the microhabitat under their crowns and their interactions with other species which colonize the shrubby islands.

Neste trabalho, avaliamos como arbustos pioneiros regulam comunidades lenhosas em uma restinga subtropical. Arbustos têm grande capacidade de modificar ecossistemas, pois alteram o fluxo de nutrientes e água do solo, aprisionam sementes transportadas por água ou vento sob suas copas, e oferecem recursos a dispersores. A combinação desses processos leva ao surgimento de ilhas de fertilidade em áreas de vegetação herbácea, aumentando a diversidade local. Interações biológicas são fatores determinantes na coexistência de espécies nessas ilhas arbustivas. Portanto, utilizamos atributos vegetativos de arbustos e distância filogenética média (MPD) entre as espécies para avaliar como a riqueza, a abundância e a diversidade (i.e. Entropia Quadrática de Rao, EQR) são reguladas em moitas de restinga. Também comparamos esses mesmos parâmetros nas áreas de vegetação predominantemente herbácea circundantes às ilhas arbustivas. A fim de entender a estruturação filogenética nesse ambiente, calculamos o net relatedness index (NRI) de cada moita. Nossos dados reforçam a importância de arbustos pioneiros sobre a vegetação de áreas predominantemente campestres devido à sua capacidade de modificar o micro-habitat sob suas copas e pelas interações com espécies que colonizam as ilhas arbustivas. / In this work we tested how pioneer shrubs regulate community structure in woody islands of a subtropical sand-dune (restinga) environment. Shrubby species show a great ability to modify ecosystems, since they change the flux of nutrients and water in the soil, they retain under their crowns seeds carried by water or wind, and the seeds in turn attract new dispersers. The combination of these processes leads to the formation of fertility islands in areas with herbaceous vegetation, increasing the local diversity. Biological interactions are determinant factors in the coexistence of species in these shrubby islands. So we used vegetative traits of shrubs and mean phylogenetic distance (MPD) between species to evaluate how richness, abundance and diversity, i.e., Rao‟s quadratic entropy (RQE), are regulated in sand-dune woody islands. We also evaluated the same parameters in the surrounding areas with predominantly herbaceous vegetation. In order to understand the phylogenetic structuring in this environment we estimated the net relatedness index (NRI) in each woody thicket. Our data reinforce the importance of pioneer shrubs in a matrix of the predominantly open grassland vegetation because of their ability to modify the microhabitat under their crowns and their interactions with other species which colonize the shrubby islands.

Neste trabalho, avaliamos como arbustos pioneiros regulam comunidades lenhosas em uma restinga subtropical. Arbustos têm grande capacidade de modificar ecossistemas, pois alteram o fluxo de nutrientes e água do solo, aprisionam sementes transportadas por água ou vento sob suas copas, e oferecem recursos a dispersores. A combinação desses processos leva ao surgimento de ilhas de fertilidade em áreas de vegetação herbácea, aumentando a diversidade local. Interações biológicas são fatores determinantes na coexistência de espécies nessas ilhas arbustivas. Portanto, utilizamos atributos vegetativos de arbustos e distância filogenética média (MPD) entre as espécies para avaliar como a riqueza, a abundância e a diversidade (i.e. Entropia Quadrática de Rao, EQR) são reguladas em moitas de restinga. Também comparamos esses mesmos parâmetros nas áreas de vegetação predominantemente herbácea circundantes às ilhas arbustivas. A fim de entender a estruturação filogenética nesse ambiente, calculamos o net relatedness index (NRI) de cada moita. Nossos dados reforçam a importância de arbustos pioneiros sobre a vegetação de áreas predominantemente campestres devido à sua capacidade de modificar o micro-habitat sob suas copas e pelas interações com espécies que colonizam as ilhas arbustivas. / In this work we tested how pioneer shrubs regulate community structure in woody islands of a subtropical sand-dune (restinga) environment. Shrubby species show a great ability to modify ecosystems, since they change the flux of nutrients and water in the soil, they retain under their crowns seeds carried by water or wind, and the seeds in turn attract new dispersers. The combination of these processes leads to the formation of fertility islands in areas with herbaceous vegetation, increasing the local diversity. Biological interactions are determinant factors in the coexistence of species in these shrubby islands. So we used vegetative traits of shrubs and mean phylogenetic distance (MPD) between species to evaluate how richness, abundance and diversity, i.e., Rao‟s quadratic entropy (RQE), are regulated in sand-dune woody islands. We also evaluated the same parameters in the surrounding areas with predominantly herbaceous vegetation. In order to understand the phylogenetic structuring in this environment we estimated the net relatedness index (NRI) in each woody thicket. Our data reinforce the importance of pioneer shrubs in a matrix of the predominantly open grassland vegetation because of their ability to modify the microhabitat under their crowns and their interactions with other species which colonize the shrubby islands.

<p>Elucidating the mechanisms structuring communities has been a challenge for community ecology since its beginnings. One theory argues that assembly rules structure communities by means of deterministic mechanisms arising from biological interactions. Another view maintains that patterns seen in community composition and species abundance result from stochastic processes such as migration and extinction. The dilemma has yet not been resolved unambiguously. The main issue is that communities shaped by deterministic mechanisms can produce stochastic patterns via priority effects. The main goal of this study was to determine whether assembly rules structure communities. My strategy was to minimize priority effects by controlling timing of colonization. To do this I used a null community by combining communities of 17 rock pools. This null community was later divided among experimental communities. I conducted three experiments: (1) Experimental communities were exposed to the same external conditions. (2) Communities were exposed to different environments, disturbance, dispersal and habitat heterogeneity. (3) Replicated null communities were connected to allow inter-replicate dispersal. After 4 months, communities (experiment 1) formed alternative states, suggesting the lack of assembly rules control in community structure. The second experiment showed that adding factors results in more alternative states. The increasing number of alternative states among replicate communities indicates that diversified environment and migration are needed to reproduce qualitative patterns observed in nature. The last experiment (3) showed that patterns observed among connected replicate communities resemble patterns that emerged in the presence of biological interactions in unconnected communities. Similarity of patterns between connected and unconnected groups of communities suggest that local biological interactions can be sufficient to structure communities to a considerable degree. Nevertheless, the regional processes appear necessary in their role of supplying species for local communities.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2213.pdf: 3102452 bytes, checksum: 9fd72738e6165fa26bb98c801d8e0380 (MD5) Previous issue date: 2008-02-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Aquatic birds do interact in many ways with freshwater ecosystems. Birds can be considered the most important dispersers of freshwater algae between water bodies. Moreover, birds also can contribute to nutrient loading in freshwater lakes and reservoirs. In this paper the ecto and endozoochoric dispersal potential of freshwater algae by waterbirds was acessed. The places of study were the Monjolinho reservoir, in São Carlos municipality (SP), and Tropeiros lake, in Piumhi municipality (MG). Also studied was the contribution to nutrient loading by two colonies of Bubulcus ibis, the cattle egret, in two freshwater bodies: Tropeiros lake and Iembó reservoir, locate at Parque Itaipu, São Carlos municipality. By means of culture inoculation with material obtained from washing the body of the birds, it was observed that these species of birds are potential dispersers of phytoplanktonic algae and can carry up to 22 species of algae attached to feathers per individual (ectozoochory). A minor number of species of algae was also observed in cultures inoculated with material derived from faeces of birds, featuring a potential case of endozoochoric transport potential. Regarding the nutrient loading by colony of cattle egrets, was detected a change both in the content of organic matter in the sediment located in areas where the birds sleep as well as greater eutrophication of water in these regions. It was also observed a trend to higher density of biomass in banks of aquatic macrophytes used for night rest, with a consequent increase in the density of organisms associated with aquatic macrophytes. However, no significant differences were observed in the benthic fauna, when comparing the samples of sediment obtained in both points located in the rest areas as in nonrest areas, but it was found that these colonies contribute significantly to the nutrient loading in these systems. / As aves aquáticas interagem de diversas maneiras com os ambientes de água doce. Por um lado, as aves podem ser consideradas como os mais importantes dispersores de algas fitoplancônicas entre os corpos de água doce e, por outro lado, podem contribuir de maneira significativa ao aporte de nutrientes nos ecossitemas aquáticoss. Nesse trabalho foi estudado o potencial de dispersão ecto e endozoocórico de algas fitoplanctônicas por aves aquáticas no reservatório do Monjolinho (município de São Carlos, SP) e na lagoa dos Tropeiros (município de Piumhi, MG), bem como a contribuição de colônias de garças-vaqueira Bubulcus ibis para o aporte alóctone de nutrientes em dois sistemas límnicos: a lagoa dos Tropeiros e o reservatório Iembó, localizado no condomínio Parque Itaipu, no município de São Carlos, SP. Através da inoculação de meios de cultura com material oriundo da lavagem do corpo das aves, foi observado que estas espécies de aves são potenciais dispersoras de algas fitoplanctônicas, podendo transportar até 22 espécies de algas aderidas às penas por indivíduo (ectozoocoria). Um número menor de espécies de algas também foi observado em culturas inoculadas com material oriundo das fezes das aves, caracterizando um potencial de transporte endozoocórico. Em relação ao aporte de nutrientes por colônia de garças-vaqueira, foi verificado uma alteração no teor de matéria orgãnica no sedimento localizado em áreas de poleiro como uma maior eutrofização da água nestas regiões. Foi observada também uma tendência a maior densidade de biomassa vegetal em bancos de macrófitas aquáticas utlizados como poleiro, com um conseqüente aumento na densidade de organismos associados às macrófitas aquáticas. Entretanto, não foram observadas diferenças significativas na fauna bentônica, ao se comparar as amostras de sedimento obtidas em pontos localizados na área de poleiro e área não-poleiro, mas foi constatado que essas colônias contribuem para o estoque de nutrientes nesses sistemas límnicos.

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