Thesis (S.M.)--Joint Program in Biological Oceanography (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Biology; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2008. / "February 2008." / Includes bibliographical references (p. 133). / I build on the deterministic phytoplankton growth model of Sosik et al. by introducing process error, which simulates real variation in population growth and inaccuracies in the structure of the matrix model. Adding a stochastic component allows me to use maximum likelihood methods of parameter estimation. I lay out the method used to calculate parameter estimates, confidence intervals, and estimated population growth rates, then use a simplified three-stage model to test the efficacy of this method with simulated observations. I repeat similar tests with the full model based on Sosik et al., then test this model with a set of data from a laboratory culture whose population growth rate was independently determined. In general, the parameter estimates I obtain for simulated data are better the lower the levels of stochasticity. Despite large confidence intervals around some model parameter estimates, the estimated population growth rates have relatively small confidence intervals. The parameter estimates I obtained for the laboratory data fell in a region of the parameter space that in general contains parameter sets that are difficult to estimate, although the estimated population growth rate was close to the independently determined value. / by Lorraine Thomas. / S.M.

Com o objetivo de compreender a influência da variação hidrométrica na estrutura da comunidade fitoplanctônica do rio Paranapanema e de três lagoas laterais (Camargo, Coqueiral e Cavalos), com diferentes níveis de associação com o curso de água, localizadas na zona de transição com a Represa de Jurumirim foram realizadas amostragens mensais na subsuperfície e no fundo dos ambientes, no período de julho de 2004 a julho de 2005. De 11 de novembro de 2004 a 10 de fevereiro de 2005, as coletas subsuperficiais passaram a ser realizadas duas vezes na semana, totalizando 27 amostragens. Foram obtidos dados de precipitação e de temperatura do ar e da água e realizadas análises físicas e químicas na água (transparência da água, extensão da zona eufótica, coeficiente de atenuação da luz, condutividade elétrica, alcalinidade, oxigênio dissolvido, pH, nutrientes totais e dissolvidos e velocidade da correnteza no rio) e da comunidade (clorofila mais feofitina, riqueza, freqüência de ocorrência, densidade, biovolume, diversidade, equidade, dominância, estrutura de tamanho dos organismos, espécies descritoras dos ambientes e taxa de modificação da comunidade). Em função da variação hidrométrica, cinco períodos foram definidos: vazante de 2004 (julho a setembro de 2004), estiagem (outubro a dezembro), enchente (janeiro e fevereiro), cheia (março e abril) e vazante de 2005 (maio, junho e julho de 2005). As lagoas Camargo e Coqueiral, por estarem permanentemente associadas ao Rio Paranapanema apresentaram variação similar entre si, seguindo o mesmo padrão do curso de água, em relação as variáveis físicas e químicas, com exceção do oxigênio dissolvido. A lagoa dos Cavalos, por ser um ambiente isolado e de dimensões menores apresentou uma dinâmica distinta dos outros corpos de água. A comunidade fitoplanctônica da região de desembocadura do rio Paranapanema no Reservatório de Jurumirim no ano de estudo foi composta por 180 táxons, dos quais a classe Chlorophyceae foi responsável por mais de 40% do total. A variação sazonal do fitoplâncton (densidade, biovolume, diversidade) pode ser atribuída, principalmente, a flutuação do nível hidrométrico nos ambientes estudados. O período de estiagem foi caracterizado por baixas densidades e biomassas (mas as menores foram registradas no início da vazante de 2004) e elevados valores de diversidade. Nas fases de enchente e cheia ocorreram altas densidades e biomassas, representadas, especialmente, pela classe Cryptophyceae (Cryptomonas brasiliensis) e níveis intermediários de diversidade. A lagoa dos Cavalos apresentou um padrão similar de variação dos atributos da comunidade, mas com valores de diversidade e densidade duas vezes mais elevados que os outros ambientes a partir do final da enchente e mantiveram-se altos até vazante de 2005. No estudo intensivo, uma fase considerada como de equilíbrio da comunidade foi detectada apenas na lagoa dos Cavalos, através do predomínio de Aphanocapsa spp. durante aproximadamente cinco semanas. A partir daí, a biomassa dessa espécie foi reduzida e Cryptomonas brasiliensis predominou com mais de 40% da biomassa total por duas coletas, após a ocorrência de um súbito aumento no nível hidrométrico, que desestabilizou a comunidade, favorecendo o desenvolvimento dessa espécie oportunista que, em seguida foi substituída por Botryococcus braunii. A seguir, houve aumento da diversidade do fitoplâncton. Assim, parece que o estágio maduro do ecossistema foi alterado e a sucessão revertida a estágios iniciais, visto o desenvolvimento de espécies pioneiras (R-estrategistas), seguido de aumento da diversidade fitoplanctônica. Nos outros ambientes, Cryptomonas brasiliensis também apresentou picos de crescimento ao longo do estudo, sendo relacionados a eventos de precipitação e/ou vento. Sem a interferência antrópica, caracterizada pelo manejo da barragem de Jurumirim, provavelmente, a comunidade fitoplanctônica teria mais tempo para se auto-organizar durante a limnofase desencadeando uma sucessão verdadeira nas Lagoas Camargo e Coqueiral. A inundação, então, funcionaria como um distúrbio intermediário elevando as diversidades. Aparentemente, nas condições atuais, a inundação tem ocasionado apenas um distúrbio de baixa intensidade, sem resultar em diversidade máxima, devido à constante entrada de água nas lagoas conectadas ao longo do ciclo sazonal. No entanto, na lagoa dos Cavalos (ambiente isolado), o aumento substancial do volume de água no final de janeiro de 2005 pode ser considerado uma perturbação de intensidade intermediária, visto os elevados valores de diversidade e riqueza do fitoplâncton encontrados após a enchente, que foram os mais elevados deste ambiente durante o período de estudo. / With objective of understanding the influence of the hidrometric variation in the structure of phytoplankton community form Paranapanema river community fitoplanctônica and of three lateral lakes (Camargo, Coqueiral and Cavalos) with different association levels with the course of water, located in the transition area with the Dam of Jurumirim monthly samplings were accomplished in the subsuperfície and in the bottom of the atmospheres, in the period of July of 2004 to July of 2005. Of November 11, 2004 on February 10, 2005, the collections subsuperficiais passed to be accomplished twice in the week, totaling 27 samplings. With the samples physical and chemical analyses were accomplished (temperature of the air and of the water, precipitation, transparency of the water, electric conductivity, alkalinity, dissolved oxygen, pH, nutrients presents and speed of the current in Rio) and biological (chlorophyll more feofitina, wealth, composition, abundance, occurrence frequency, density, biovolume, diversity indices, dominance, equitability, structures of size of the organisms and tax of the community\'s modification). In function of the hidrometric variation, five periods were defined: falling of 2004 (July to September of 2004), low water (October to December), rising (January and February), high water (March and April) and falling of 2005 (May, June and July of 2005). The Lakes Camargo and Coqueiral, for they be permanently associated Rio Paranapanema presented a similar pattern amongst themselves and with the course of water, in relationship the physical and chemical variables, except for the dissolved oxygen. While the Cavaloss Lake, for being an isolated atmosphere and of smaller dimensions it presented a dynamics different from the other bodies of water. The phytoplankton community of the mouth zone of the Paranapanema River into the Reservoir of Jurumirim in the year of study was composed for 180 táxons, of the which the class Chlorophyceae was responsible for more than 40% of the total. The seasonal phytoplankton variation can be attributed, mainly, the fluctuation of the hidrometric level. The low water period was characterized by low densities and biomasses (but the smallest ones were registered in the beginning of the falling of 2004) and high diversity values. While the rising phases and high water presented high densities and biomasses, acted, especially, for the class Cryptophyceae (Cryptomonas brasiliensis) and, intermediate levels of diversity. The Cavaloss Lake presented a similar pattern in relation to variation of those attributes of the community, but with values twice higher than the other starting from the end of the rising; and that you/they stayed high even falling of 2005. As the diversity in that adapts, the values were larger of the end of the rising to the end of the high water and smaller in the falling periods. In the intensive study (samplings twice in the week), a phase that could be detected as of equilibrium it was just detected at the Cavaloss Lake through the presence of Aphanocapsa spp. during approximately five weeks, since then, the biomass of that species was reduced and Cryptomonas brasiliensis prevailed with more than 40% for two collections, characterized by the sudden increase in the hidrometric level, that destabilized the community, favoring that species opportunist\'s development, being substituted by a pick of elevation of the biomass of Botryococcus braunii, following by increase of the diversity. Like this, it seems that the clímax of the ecosystem was altered and the succession reverted to initial process, seen by the development of pioneering species (Rstrategist), following by increase of the diversity. In the other lakes, Cryptomonas brasiliensis also presented growth picks along the study, being related to precipitation events and/or wind. Without the antropic interference, characterized by the handling of the dam of Jurumirim, probably, the phytoplankton community would have more time to solemnity-organize during the limnofase unchaining a true succession in the Lakes Camargo and Coqueiral. The hidrologic pulse then, would work as an intermediate disturbance elevating the diversities. Seemingly, in the current conditions, the flood has just been causing a disturbance of low frequency, without resulting in maximum diversity, due to constant entrance of water in the connected ponds along the seasonal cycle. However, in the Cavaloss Lake, isolated, the substantial increase of the volume of water in the end of January of 2005 a disturbance of intermediate intensity can be considered, seen the high diversity values and wealth found after the inundation, that you/they were the highest of this lakes during the study period.

Os reservatórios no Brasil, especialmente no Estado de São Paulo, são importantes ecossistemas que foram construídos nos últimos 40 anos. Alguns destes reservatórios, principalmente os do sistema em cascata do Médio e Baixo rio Tietê, encontram-se em estado eutrófico. Florações de cianobactérias são freqüentemente relacionadas a estas condições eutróficas, o que compromete os usos múltiplos destes reservatórios, implicando em riscos à saúde humana e à biota aquática. Os objetivos deste estudo foram investigar a ocorrência, distribuição e freqüência de florações de cianobactérias nestes reservatórios, assim como quantificar as concentrações das cianotoxinas e a toxicidade destas florações, relacionando-as aos parâmetros físicos e químicos no ambiente que, eventualmente, atuam como indutores da dominância das cianobactérias. Amostras (10 L) com florações de cianobactérias foram coletadas à montante e próximo dos seis reservatórios do Médio e Baixo rio Tietê (Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava e Três Irmãos), entre novembro/2002 e outubro/2003. Alíquotas (100 mL) dessas amostras foram coletadas e preservadas (formalina 4 %) para identificação e quantificação em laboratório. O material restante foi congelado e liofilizado para identificação e quantificação de cianotoxinas, e para testes ecotoxicológicos. Variáveis físicas e químicas da água foram tomadas nos locais de amostragem, e amostras complementares de água foram coletadas com bomba de sucção integrando toda a coluna d´água. Nestas amostras, foram efetuadas análises de nutrientes totais e dissolvidos, clorofila-a e composição da comunidade fitoplanctônica. Os testes de toxicidade de diferentes concentrações de extratos de cianobactérias (liofilizados) foram realizados por exposição de neonatos de Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia, Ceriodaphnia silvestrii (48h), e por injeções intraperitoniais em camundongos Swiss albino (24h). Os resultados demonstraram que a classe Chlorophyceae obteve a maior riqueza de espécies, enquanto que Cyanophyceae obteve a maior freqüência e densidade de organismos nas amostras analisadas. Cianobactérias tóxicas, principalmente dos gêneros Microcystis, Anabaena, Cylindrospermopsis, Raphidiopsis e Planktothrix foram encontradas em todas as amostras coletadas. Cianotoxinas, como microcistinas, foram detectadas na maioria dos reservatórios com valores que variaram de 2,17 a 150 'mü'g/L. Contudo, toxinas paralisantes, como saxitoxinas, foram encontradas em alguns reservatórios, com valores máximos variando de 4,53 a 6,93 'mü'g eq. STX/L. Todas as amostras testadas apresentaram toxicidade, com variações de 'CE IND.50'-48h nos microcrustáceos, de 0,10 a 1,32 mg/mL (p.s.) para Daphnia similis, 0,2 a 1,70 mg/mL (p.s.) para Ceriodaphnia dubia e 0,09 a 1,20 mg/mL (p.s.) para Ceriodaphnia silvestrii. Com relação aos testes realizados com camundongos Swiss albino, a 'DL IND.50'-24h variou de 48 a 904 mg/kg (p.s.). Embora tenha sido demonstrada a redução gradativa da concentração de nutrientes ao longo do rio, principalmente de fósforo e nitrogênio (total e dissolvido), indicando a capacidade depurativa dos sistemas ao longo da seqüência de reservatórios em cascata, o presente estudo demonstrou que ainda assim há manutenção de condições favoráveis para o desenvolvimento de florescimentos de cianobactérias tóxicas em todos os reservatórios. Os resultados demonstraram que o processo de eutrofização contínua e a presença de florações de cianobactérias tóxicas nos reservatórios podem representar riscos potenciais à biota aquática ou às populações humanas que utilizam essas águas para fins diversos. Esta situação representa um desafio no manejo desse sistema em cascata, segundo as características operacional do sistema, tais como o tempo de residência da água e outros fatores a serem considerados nestas construções / Reservoirs in Brazil, particularly in São Paulo State, are important ecosystems which were built up successively in the last 40 years. Some of these reservoirs, mainly at the Middle and the Low Tietê river cascade system are eutrophic. Frequently cyanobacterial blooms are related to these eutrophic conditions which compromise the multiple use of the reservoir, implicating risk to human health and aquatic biota. This study aims to investigate occurrence, distribution and frequency of cyanobacterial blooms in these reservoirs, just as quantify cyanotoxin concentrations, and toxicity of these blooms, relating with physical and chemical environmental parameters as inductors of the dominant of cyanobacteria. Samples (10 L) of cyanobacterial blooms were collected near to the six reservoirs of the Middle and Low Tietê river (Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava and Três Irmãos), between November/2002 and October/2003. Samples of cyanobacterial blooms were taking from each reservoir with plankton net (20 mm). Aliquot (100 mL) of samples were collected and preserved (formalin 4 %) for laboratory identification and quantification. The material remaining were frozen and lyophilized for determination and quantification of cyanotoxins, and for ecotoxicological tests. The water physical and chemical variables were evaluated in situ, as well as complementary water samples were collected with a water-pump integrating all the water column to analysis of total and dissolved nutrients, chlorophyll-a and the composition phytoplankton community. The tests of toxicity of different concentrations of cyanobacterial extracts (lyophilized) were carried out by exposition of neonates of Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia, and Ceriodaphnia silvestrii (48h), and intraperitoneal injection in Swiss albino mice (24h). The results demonstrate that the Chlorophyceae class had the higher richness of species, while Cyanophyceae had the higher frequency and density of organisms in analysed samples. Toxic cyanobacteria, mainly of genera Microcystis, Anabaena, Cylindrospermopsis, Raphidiopsis and Planktothrix, were found in all samples collected. Cyanotoxins, mainly microcystins, were detected in the majority of reservoirs which values were between 2.17 and 150 'mü'g/L. However, paralytic toxins, such as saxitoxins, were found in some reservoirs, which maximum values ranged from 4.53 to 6.93 'mü'g eq. STX/L. All tested samples were toxic, with range of 'CE IND.50'-48h in the microcrustaceans, from 0.10 - 1.32 mg/mL (d.w.) to Daphnia similis, from 0.2 - 1.70 mg/mL (d.w.) to Ceriodaphnia dubia and from 0.09 - 1.20 mg/mL (d.w.) to Ceriodaphnia silvestrii. With respect to Swiss albino mice test, 'DL IND.50'-24h varied from 48 - 904 mg/kg (d.w.). Although was demonstrated gradual reduction of nutrients downstream, mainly phosphorus and nitrogen (total and dissolved), indicating the depurative capacity of cascade reservoirs sequence, the present study still has demonstrated the maintenance of favorable conditions to development of to toxic cyanobacterial blooms in all the reservoirs. Results demonstrate that the continuous eutrophication process and toxic cyanobacterial blooms in these reservoirs could represent a potential risk to the aquatic biota and human populations who use these waters for multiple purposes. This situation represents a challenge in the management of cascade system, according to reservoirs operational system, such as water residence time and other factors which should be considered in these constructions

O reservatório Paiva Castro é o último reservatório de uma série de cinco barragens em cascata, que formam o Sistema Cantareira, um dos principais sistemas de abastecimento de água na Grande São Paulo. Sua biomonitoramento é uma ferramenta importante para compreender o estado ecológico do reservatório, bem como para avaliar as situações que estão causando mudanças na qualidade e quantidade da água. No presente estudo, com base em características físicas e químicos da água e atributos ecológicos do fitoplâncton e zooplâncton, verificou-se a existência de compartimentação (heterogeneidade espacial horizontal) e heterogeneidade temporal no Reservatório Paiva Castro. Foram realizadas duas coletas, uma na estação seca (maio e junho) e outra na estação chuvosa (novembro e dezembro) em 2014. O ano 2014 teve um período de seca atípica, o que desencadeou o problema da crise da água que afetou a dinâmica dos reservatórios na Região Metropolitana de São Paulo. As amostras foram coletadas em 9 pontos ao longo Reservatório Paiva Castro. As variáveis temperatura, pH, condutividade e oxigénio dissolvido foram medidos in situ com sonda multiparamétrica. A matéria suspensa, os nutrientes e pigmentos foram medidos no laboratório. Amostras de plâncton foram coletadas na zona fótica com a boca da rede na profundidade da zona eufótica. O reservatório foi classificado como oligotrófico durante a seca e mesotrófico na estação chuvosa; no entanto, os parâmetros físicos e químicos estavam de acordo com CONAMA 357. Dois compartimentos foram identificados através da análise de variáveis limnológicas (profundidade, sólidos suspensos totais e nutrientes) e das comunidades de fitoplâncton e zooplâncton: a zona afetada pela entrada rio Juqueri e b) a zona de transição que integra o canal de barragem e compartimentos. A densidade e biovolume/biomassa também aumentaram nesse sentido. A heterogeneidade temporal foi ainda mais evidenciado pelas características químicas e físicas, do que pelas comunidades planctônicas. Em relação ao fitoplâncton, o Bacillariophyceae e Chlorophyceae apresentou a maior densidade, Cryptophyceae e Dinophyceae o maior biovolume. As espécies Choricystis minor, Cylindrospermopsis c.f. raciborskii e Peridinium umbonatum foram espécies com maior densidade e Cryptomonas c.f. erosa e Peridinium umbonatum foram as espécies com maior biovolume. A disponibilidade de nutrientes (nitrogênio e fósforo) e concentração de matéria em suspensão na coluna de água foram, provavelmente, as variáveis que mais influenciaram a densidade e biovolume do fitoplâncton. Para o zooplâncton, a maior riqueza de espécies foi registrada na estação seca, no entanto, que os valores mais altos de biomassa e densidade do zooplâncton foram registrados durante a estação chuvosa. Rotíferos teve a maior riqueza e densidade, mas estiveram pouco representados na biomassa. Cladóceros tiveram a maior biomassa na estação chuvosa, mas os copépodos representados por formas jovens (copépodos náuplios e copepoditos), tiveram as maiores biomassa na estação seca, e os cladóceros foram o grupo representativo desse atributo. O rotífero Kellicottia Bostoniensis foi a espécie representante da densidade biomassa de zooplâncton. Conochilus unicornis, Gastropus hyptopus, Asplachna priodonta, Bosminopsis deitersi, Bosmina hagmanni foram as espécies com maior densidade e biomassa. As concentrações de material em suspensão na coluna de água, a disponibilidade de alimento (clorofila a) e o tempo de residência foram, provavelmente, as variáveis que influenciaram a estrutura da comunidade de zooplâncton. De acordo com os resultados, o reservatório Paiva Castro é compartimentado e influenciado pelas características e eventos que ocorrem nos reservatórios a montante / The Paiva Castro reservoir is the last reservoir of a series of five dams in cascade, which form the Cantareira System, one of the main water supply systems in the Greater São Paulo. Its biomonitoring is an important tool to understand the reservoir ecological status, as well as to evaluate situations that are causing changes in the water quality and quantity. In the present study, based on physical and chemical water characteristics and on phytoplankton and zooplankton ecological attributes it was found the existence of compartmentalization (horizontal spatial heterogeneity) and temporal heterogeneity in Paiva Castro reservoir. Two samplings were performed, one during the dry season (May and June) and the other one in the rainy season (November and December) on 2014. The year 2014 was a period of atypical drought, which triggered the problem of water crisis affecting the reservoirs dynamics on the Metropolitan Region of São Paulo. The samples were collected at 9 points along Paiva Castro reservoir. Were analysed the variables: temperature, pH, conductivity and dissolved oxygen were measured in situ with multiparameter probe and nutrients, suspended matter and pigments on the laboratory. Plankton samples were collected in the photic zone with the mouth of the network in the depth of the photic zone; Reservoir was classified as oligotrophic during dry and mesotrophic on the rainy season; however, the physical and chemical parameters were in accordance with CONAMA 357. Two compartments were identified through the analysis of limnological variables (depth, total suspended solids and nutrients) and the planktonica communities whose density and biovolume / biomass for phytoplankton and zooplankton increased upstream-downstream direction: the zone affected by the river input Juqueri and b) the transition zone integrating the channel and compartments dam. Chemical and physical characteristics rather than the planktonic communities further evidenced the temporal heterogeneity. Regarding the phytoplankton, the Bacillariophyceae and Chlorophyceae showed the highest density, Cryptophyceae and Dinophyceae the largest biovolume. The Choricystis minor species Cylindrospermopsis c.f. raciborskii and Peridinium umbonatum were species with the highest density and Cryptomonas c.f. erosa and Peridinium umbonatum were the species with the largest biovolume. The availability of nutrients (nitrogen and phosphorus) and suspended matter concentrations in the water column were probably the variables that most influence the density and biovolume of the phytoplankton community. For the zooplankton, the largest richness was recorded in the dry season, however, that the highest density and zooplankton biomass were recorded during the rainy season. Rotifers had the largest richness and density, but were under represented in biomass. Cladocerans had the highest biomass in the rainy season, but the copepods represented by young forms (copepod nauplii and copepodites), had the greatest biomass in the dry season, and the cladocerans the representative group of this attribute. The rotifer Kellicottia bostoniensis was representative specie of the zooplankton density and biomass. Conochilus unicornis, Gastropus hyptopus, Asplachna priodonta, Bosminopsis deitersi, Bosmina hagmanni were the species with the highest density and biomass. The suspended material concentrations in the water column, the food availability (chlorophyll a) and the residence time were probably the variables that influence the zooplankton community structure. According to the results, the Paiva Castro reservoir is compartmentalized and influenced by the characteristics and events that happen in the upstream reservoirs

Les organismes unicellulaires photosynthétiques formant le phytoplancton sont la base de la production primaire marine. Ne pouvant pas réguler leur température ce facteur physique contraint fortement leur croissance. L'étude de son impact est d'une actualité brûlante dans un contexte de changement climatique. Dans cette thèse, nous nous sommes efforcés de comprendre comment le phytoplancton s'acclimate à la température. En analysant la réponse du taux de croissance à la température de centaines d'espèces nous avons mis en évidence les liens existant entre températures cardinales ainsi que leurs fondements thermodynamiques grâce au modèle mécaniste de Hinshelwood. Nous avons testé l'hypothèse de Eppley plus chaud implique plus rapide pour 5 groupes phylogénétiques de phytoplancton et défini leurs limites évolutives intrinsèques. Nous avons examiné les mécanismes d'adaptation induits à long terme par des variations de température et construit un modèle évolutif en utilisant la théorie de la dynamique adaptative afin de prévoir l'issue évolutive de l'adaptation d’une espèce à un cycle de température simple. Nos résultats ont été confrontés à une expérience de sélection réalisée en laboratoire sur Tisochrysis lutea. Notre méthode a été étendue pour prédire l'adaptation d'une souche soumise à un profil de température périodique et étudier l'adaptation thermique du phytoplancton à l'échelle de l'océan mondial. Des données in situ de température de surface de l'océan ont permis de forcer le modèle et de montrer qu'une augmentation de température sera critique pour certains groupes dans les zones où l’amplitude thermique annuelle est grande, comme par exemple la mer Méditerranée. / Unicellular photosynthetic organisms forming the phytoplankton are the basis of primary production. Because these organisms cannot regulate their inner temperature, the medium temperature strongly constrains their growth. Understanding the impact of this factor is topical in a global change context. In this PhD thesis we have investigated how phytoplankton adapts to temperature. By analyzing the growth rate as a function of temperature for hundreds of species we highlighted the characteristics that can be accurately described by a mathematical model. We have identied the links between the cardinal temperatures as well as their thermodynamical fundament using the mechanistic Hinshelwood model. We then challenged the Eppley hypothesis `hotter is faster' for 5 phylogenetic phytoplankton groups and determined the evolutionary limits for each of them. We have also studied the adaptation mechanisms associated to long term temperature variations by developing an evolutionary model using the adaptive dynamics theory allowing to predict the evolutionary outcome of species adaptation to a simple temperature cycle. Our results have been compared to a selection experiment carried out in a controlled device on Tisochrysis lutea. Our method has been extended to predict the adaptation of a strain to periodic temperature profiles and study phytoplankton adaptation at the global ocean scale. In situ data of sea surface temperature have been used as a forcing variable and have permitted to show that the elevation of temperature will be critical for several species in particular for those living in areas where the annual temperature fluctuation is high such as the Mediterranean Sea.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-08-17T17:16:25Z No. of bitstreams: 1 PDF - Flávia Morgana Monteiro.pdf: 1398263 bytes, checksum: a637939f757f2451c9bc980ec1257d8f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-17T17:16:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Flávia Morgana Monteiro.pdf: 1398263 bytes, checksum: a637939f757f2451c9bc980ec1257d8f (MD5) Previous issue date: 2016-06-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this study was to identify the effects of aquatic vegetation on the dyn amics of phytoplankton community. The hypothesis: Presence of submersed aquatic results in changes in nutrient concentrations, which in turn alters the dynamics of the phytoplankton community in semiarid reservoirs. To better understand these processes, we sought to answer the following questions: What environmental variables can better explain the change in the dynamics of these producers? There is competition between phytoplankton community and the submersed aquatic? Cyanobacteria release or inhibit the production of toxins in the presence of submersed aquatic? Monthly collections were made in Argemiro reservoirs Figueiredo (7º36'51,48 ''S, and 35º33'1,66''W) - this with the absence of aquatic plants, and Pessoa (7º29'20 "S and 36º17'3 "W) - with the presence of submersed aquatic, both located in the Brazilian semiarid region. The hydrological conditions of the reservoirs had to be quite different during the sample period (62 psf = 27; p <0.05). The systems studied had hot water above 22 ° C and pH increase over months. The phytoplankton community in both reservoirs was represented by 97 taxa grouped in five taxonomic groups: cyanobacteria (31%), Bacillariophyceae (29%), Chlorophyceae (20%), Euglenophyceae (11%), Zygnemaphyceae (9%). Of these taxa, 56 were common to both environments, 39 were unique environment with weeds, and 2 without aquatic environment. The largest biovolume phytoplankton values were observed for the tank with the absence of aquatic plants. It was observed that the underwater plants can act in determining the limnologic conditions of the ecosystem, because the growth of these enables the reduction of turbidity, since dense banks macrophytes limited resuspension of the pellet and limit the abundance of phytoplankton further processes competition for nutrients between these communities may restrict the development of phytoplankton. The relationship cyanobacteria / macrophytes took place in such a way that the lower algal biovolume, higher plant biomass and toxin concentration thus macrophyt es inhibits the growth of phytoplankton, but stimulates the process of toxin release. / O objetivo deste estudo foi identificar os efeitos da vegetação aquática sobre a dinâmica da comunidade fitoplanctônica. Tendo como hipótese: Presença de macrófitas submersas resulta em alterações nas concentrações de nutrientes, que consequentemente altera a dinâmica da comunidade fitoplanctônica em reservatórios do semiárido. Para melhor compreensão desses processos, buscou responder as seguintes perguntas: Quais variáveis ambientais podem melhor explicar a variação na dinâmica desses produtores? Existe competição entre a comunidade fitoplanctônica e as macrófitas submersas? As cianobactérias liberam ou inibem a produção de toxinas sob a presença de macrófitas submersas? Foram realizadas coletas mensais nos reservatórios Argemiro de Figueiredo (7º36’51,48’’S, e 35º33’1,66’’W) – este com ausência de plantas aquáticas, e Epitácio Pessoa (7º29’20”S e 36º17’3”W) – com presença de macrófitas submersas, ambos localizados no semiárido brasileiro. As condições hidrológicas dos reservatórios, apresentaram-se bastante distintas durante o período amostral (PsF = 62, 27; p < 0,05). Os sistemas estudados apresentaram águas quentes, acima de 22°C, e aumento do pH ao longo dos meses. A comunidade fitoplanctônica nos reservatórios estudados foi representada por 97 táxons agrupados em 5 grupos taxonômicos: Cianobacteria (31%), Bacillariophyceae (29%), Chlorophyceae (20%), Euglenophyceae (11%),Zygnemaphyceae (9%). Destes táxons, 56 foram comuns aos dois ambientes, 39 foram exclusivos do ambiente com macrófitas, e 2 do ambiente sem macrófitas. Os maiores valores de biovolume fitoplanctônico foram observados para o reservatório com ausência de plantas aquáticas. Foi observado que as plantas submersas podem atuar na determinação das condições limnológicas do ecossistema, visto que o crescimento destas possibilita a redução da turbidez, uma vez que, densos bancos de macrófitas limitam a ressuspensão do sedimento e restringem a abundância do fitoplâncton, além disso processos de competição por nutrientes entre estas comunidades podem restringir o desenvolvimento do fitoplâncton. A relação cianobactérias/macrófitas, deu-se de tal forma, que quanto menor o biovolume algal, maior é a biomassa vegetal e concentração de toxina, assim, as macrófitas inibe o desenvolvimento do fitoplâncton, porém, estimula o processo de liberação de toxina.

Com o aumento da degradação ambiental e o uso múltiplo dos reservatórios, e de fundamental importância proceder-se à avaliação da qualidade da água desses sistemas para o adequado gerenciamento de seus recursos. Este estudo teve como objetivo caracterizar a comunidade fitoplanctônica, por responder rapidamente às mudanças nas condições ambientais, testar alguns índices de qualidade da água e também elaborar um protocolo para programas de biomonitoramento utilizando esta comunidade como indicador. A comunidade fitoplanctônica foi estudada em seis reservatórios no Estado de São Paulo (Atibainha, Billings, Cachoeira, Itupararanga, Pirapora e Ponte Nova) em quatro épocas de coleta (primavera, verão, outono e inverno), período de 1997-98, em um ponto de amostragem localizado aproximadamente a 2 km da barragem. A coleta da comunidade fitoplanctônica foi realizada com rede de 20&#61549;m para análise qualitativa, e a amostragem quantitativa foi realizada na sub-superfície (20 cm), com garrafa van Dorn, em três réplicas. Em laboratório, as análises foram realizadas em microscópio invertido e a contagem realizada em câmaras de Utermöhl. Foi utilizado o programa estatístico CANOCO versão 3.1 para tratamento dos dados através de análises de ordenação (Análise de Correspondência Canônica, Análise de Correspondência e Análise de Componentes Principais). Em cada reservatório, a riqueza em número de táxons foi diferente: Atibainha – 153; Billings – 154; Cachoeira – 152; Itupararanga – 194; Pirapora – 204; e Ponte Nova – 213. O grupo das clorofíceas apresentou o maior número de táxons em todos os reservatórios. As cianofíceas foram dominantes, principalmente nos reservatórios Billings e Itupararanga, com abundância de Microcystis spp. e Cylindrospermopsis raciborskii, entre outras. Os Índices de Qualidade de Água aplicados neste estudo mostraram-se eficientes na avaliação do grau de trofia, tanto o IVA- Índice de Qualidade da Água para Proteção da Vida Aquática, como o Índice de Comunidade Fitoplanctônica, ora proposto. A comunidade fitoplanctônica mostrou ser uma boa ferramenta em programas de biomonitoramento, tendo em vista o gradiente trófico apresentado através das espécies encontradas, índices e análises estatísticas aplicadas. Foi proposto um protocolo de biomonitoramento utilizando-se a comunidade fitoplanctônica. / With increasing degradation of environmental quality and the multiple uses of the reservoirs, it is important to evaluate the water quality of those resources, to help in their appropriate management. The objectives included the characterization of the phytoplankton community, as their have a quick reaction to changes in the environmental conditions; the testing of some indexes of water quality; and the elaboration of a protocol for biomonitoring programs using that community as an indicator of environmental quality. The phytoplankton community was studied in six reservoirs of São Paulo State (Atibainha, Billings, Cachoeira, Itupararanga, Pirapora and Ponte Nova) in four sampling periods (spring, summer, autumn and winter) from 1997 to 1998, in a sampling point located approximately at 2 km of the dam. Phytoplankton community was sampled through a &#61490;&#61488;&#61549;m mesh for qualitative analysis, the quantitative sampling being accomplished in the sub-surface (20 cm depth) with a van Dorn bottle, in three replicas. In the laboratory, the analyses were performed using an inverted microscope and Utermöhl cubes. For statistical analyses, it was used the CANOCO version 3.1 for treatment of the data through ordination analyses (Canonical Correspondence Analysis, Correspondence Analysis and Principal Components Analysis). In each reservoir, the richness in number of taxons was different: Atibainha – 153; Billings – 154; Cachoeira – 152; Itupararanga – 194; Pirapora – 204; and Ponte Nova – 213. The Chlorophyceae showed the largest number of taxons in all the reservoirs. Cyanophyceae were dominant, mainly in the reservoirs Billings and Itupararanga, with Microcystis spp. and Cylindrospermopsis raciborskii being most abundant, among others. The Water Quality Indexes applied in this study showed to be efficient in the evaluation of the trophic level, from the IVA - Index of Water Quality for Protection of the Aquatic Life, to the Phytoplankton Community Index, now proposed. The phytoplankton community showed to be a valuable tool in biomonitoring programs, in view of the trophic gradient found through the listed species, indexes and statistical analyses applied. A biomonitoring protocol using the phytoplankton community was proposed.

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The municipality of Britain emerges in this context of agrarian expansion, in which the land is located where the city were bought and sold as small rural. The city has much of its economy facing livestock, however other activity has been increasing in the region such as tourism, which attracts hundreds of people there due to the Lago dos Tigres. The lake is the main postcard of the region, possessing 24km long and being located in the basins of the rivers Araguaia-Tocantins, this lake is formed by the meeting of the waters of the Rivers and Clean Water Red and that, combined with the local geography form a valley blocked. The lake has over time shown signs of environmental degradation due to the way the two main economic activities of the municipality using its resources. For this reason, the objectives of this study were: to survey, the main socioeconomic characteristics of the city, establishing the main income-generating activities in the region and see how these activities can impact upon quality of life of the local population and water quality lake. Also we made a characterization of the spatial evolution of the use and occupation of land in the county between the years 1988.1998 and 2009, in order to check how busy it was and how soil surrounding the Lake of the Tigers, was also verified how of land in the watershed may be interfering with the dynamics and interaction of phytoplankton communities and ficoperifíticas littorallimnetic gradient in the lake, as well as to analyze the influence of the hydrological cycle on these communities. The socioeconomic characteristics of the municipality of Britain was made with secondary data concerning agriculture, livestock, tourism, demographics, social and cultural region in the last ten years. Specific data on the region's economic development and the importance of the lake to the population were made through questionnaires. An Index of Sustainable Development for Municipalities (IDSM) was used to assess levels of sustainability in the region. The results highlighted the importance of the lake for the Tigers has the city's economy and for local people and how these activities are interfering with the water quality of the lake and in the diversity of species of algae that are the base of the food chain in aquatic system. The study found that deforestation in the region is endangering the Lake of the Tigers, and that this presents a direct relationship between man and water, harming the quality of life of people living in Britain. The reflection of local environmental change is reflected in the trophic status of the oligotrophic lake that already features indicative of transition to mesotrofia. The communities ficológicas not yet had major changes in its structure with significance. However, in recent years with morphological changes of the lake changes occurred in some aspects limnóligicos and this occurred with the rise of cyanobacteria at the site, indicating possible disturbances that may affect the water quality of the lake. / O processo de expansão e ocupação das terras em Goiás foi baseado em práticas agropecuárias. O município de Britânia surge nesse contexto de expansão agrária, na qual, as terras onde se localiza a cidade foram adquiridas e vendidas como pequenas glebas rurais. O município possui boa parte de sua economia voltada para a pecuária, entretanto outra atividade vem se destacando na região como o turismo, que atrai centenas de pessoas devido a existe do Lago dos Tigres. O lago é o principal cartão postal da região, possuindo 24km de extensão e localizando-se nas bacias dos Rios Araguaia-Tocantins, esse lago é formado pelo encontro das águas dos Rios Água Limpa e Vermelho e que, aliada à geografia local formam um vale bloqueado. O lago ao longo tempo vem apresentado sinais de degradação ambiental devido a forma com que as duas principais atividades econômicas do município utilizam seus recursos. Por esta razão, os objetivos deste estudo foi: fazer um levantamento, das principais características socioeconômicas do município, estabelecendo as principais atividades geradoras de renda na região e verificar como essas atividades podem refletir na qualidade de vida da população local e na qualidade da água do lago. Também foi feita uma Caracterização espacial da evolução do uso e ocupação do solo no município entre os anos de 1988,1998 e 2009, a fim de verificar a forma e como foi ocupado solo no entorno do Lago dos Tigres, também foi verificado de que forma de ocupação do solo na bacia hidrográfica pode estar interferindo na dinâmica e interação das comunidades fitoplanctônicas e ficoperifíticas no gradiente litorâneo-limnético do lago, bem como analisar a influência do ciclo hidrológico sobre essas comunidades. A caracterização socioeconômica do município de Britânia foi feita com dados secundários referentes à agricultura, pecuária, turismo, dados demográficos, sociais e culturais da região nos últimos dez anos. Os dados específicos sobre o desenvolvimento econômico da região e a importância do lago para a população foram feitos por meio de questionários. Um Índice de Desenvolvimento Sustentável para Municípios (IDSM) foi aplicado para avaliar os níveis de sustentabilidade da região. Os resultados obtidos destacaram a importância que o Lago dos Tigres tem para a economia da cidade e para a população local e como essas atividades estão interferindo na qualidade da água do lago e na diversidade de espécies de algas que são base da cadeia alimentar nesse sistema aquático. O estudo concluiu que o desmatamento na região está colocando em risco o Lago dos Tigres, e que este, apresenta uma relação direta entre homem e a água, podendo prejudicar a qualidade de vida das pessoas que vivem em Britânia. O reflexo da alteração ambiental local se reflete no estado trófico do lago que de oligotrófico já apresenta indicativos de transição para mesotrofia. As comunidades ficológicas ainda não apresentaram grandes alterações com significância em sua estrutura. Contudo, nos últimos anos com as alterações morfométricas do lago ocorreram modificações em alguns aspectos limnóligicos e com isto ocorreu o aumento de cianobactérias no local, indicando possíveis distúrbios que podem prejudicar a qualidade da água do lago.

O presente trabalho teve como objetivo analisar a qualidade da água das represas de captação do Ribeirão das Anhumas e do Ribeirão das Cruzes, bem como da água tratada da estação de tratamento Fonte Luminosa, no município de Araraquara (SP). Para tanto, foram realizadas análises das características físicas, químicas e biológicas da água, estudo de comunidade fitoplanctônica, e testes de toxidade aguda e crônica com o microcrustáceo Ceriodaphnia silvestrii (Cladocera, Crustacea). O período de estudo foi de dezembro de 2000 a novembro de 2001. Na água da represa da Ribeirão das Anhumas, a concentração de oxigênio dissolvido foi, em geral, inferior ao limite estabelecido pela legislação para águas naturais. Tanto na água da represa do Ribeirão das Cruzes como em Anhumas, alguns metais apresentaram concentrações superiores ao limite estabelecido pela legislação para águas naturais. Na água tratada, alguns metais também apresentaram concentrações superiores ao limite estabelecido pela legislação para água potável. As águas das represas de captação não causaram toxicidade aguda nem crônica ao organismo-teste. A água da entrada (após aplicação de cal) da estação de tratamento causou efeitos crônicos principalmente sobre a fecundidade do organismo-teste. A água tratada causou toxicidade aguda e crônica ao organismo-teste. As diatomáceas (Bacillariophyceae) foram dominantes na represa do Ribeirão das Cruzes e, principalmente, em Anhumas. As algas Chlorophyceae foram as mais abundantes na água tratada em ambos os períodos estudados. / The present work analysed the water quality of the reservoirs Ribeirão das Cruzes and Ribeirão das Anhumas, used to store and supply water for the Fonte Luminosa water treatment plant, in Araraquara, SP. For that, physical, chemical and biological analyses of water were performed, as well as a study of phytoplankton community. The work also included acute and chronic toxicity testing of the water before and after treatment with the microcrustacean Ceriodaphnia silvestrii (Cladocera, Crustacea) as a test organism. The period of study was between December/2000 to November/2001. Dissolved oxygen was below the established limit by legislation for natural waters at the Ribeirão das Anhumas reservoir. Some metals in the Ribeirão das Anhumas and Ribeirão das Cruzes reservoirs were over the established limit by legislation for natural waters. Some metaIs in treated water were also over legislation for potable water. Reservoir waters did not cause neither acute nor chronic toxicity on test organism. Water with lime, from water treatment plant, caused chronic effects on the reproduction of the test organism. Treated water cause acute and chronic toxicity on test organism, with harmful effects on survival and reproduction. Diatoms (Bacillariophyceae) dominated in the phytoplankton of Ribeirão das Cruzes and Ribeirão das Anhumas reservoirs. Chlorophyceae were the most abundant algae in treated water.

Esta pesquisa teve o objetivo principal de caracterizar a estrutura da comunidade fitoplanctônica, no espaço e no tempo e relacioná-la às variações climatológicas e hidrológicas, em sistema de áreas alagáveis, da planície de inundação do rio Jacupiranguinha. As coletas foram realizadas durante quatro épocas do ano, em 3 dias alternados e 11 estações de amostragem (estações 1 e 2, no rio Jacupiranguinha; estação 3, no córrego Serrana e estações 4 a 11, no sistema de áreas alagáveis). Esta pesquisa contemplou a análise de variáveis climatológicas (precipitação e radiação solar fotossinteticamente ativa, por exemplo) e hidrológicas como, formas de carbono, sólidos em suspensão, nutrientes, biovolume, freqüência específica, dominância e diversidade específicas da comunidade fitoplanctônica.O sistema de áreas alagáveis estudado foi regulado pelo regime hidrológico anual do rio Jacupiranguinha. Em período chuvoso, os pulsos de inundação foram responsáveis por intensas modificações nestes ambientes. A entrada de sedimento e o aumento dos níveis hidrométricos estão entre os distúrbios ocasionados pela entrada de água lateral. A comunidade fitoplanctônica respondeu a estas variações com suas estratégias de sobrevivência. Uma das características importantes observadas neste estudo foi que nas estações próximas ao rio, as maiores concentrações de sólidos suspensos coincidiram com o período chuvoso. Na estação 4, próxima à estação 2 (rio Jacupiranguinha), as maiores concentrações de sólidos suspensos inorgânicos (168,0 mg/L) e orgânicos (150,0 mg/L) foram verificadas neste período. O mesmo pode ser observado na estação 11, próxima a outro acesso ao rio Jacupiranguinha (68,0 mg/L, sólidos suspensos inorgânicos e 22,0 mg/L, sólidos suspensos orgânicos). O índice de dominância atingiu o valor máximo (1,0) em várias estações e houve semelhança entre as comunidades fitoplanctônicas do rio Jacupiranguinha e das estações próximas ao rio, quando as concentrações de sólidos suspensos foram maiores. As espécies dominantes, em época de cheia, no sistema de áreas alagáveis foram Cyanobium parvum (cianobactéria) e Trachelomonas volvocina (euglenofícea). A comunidade fitoplanctônica também apresentou variação espacial e temporal, com predomínio de Cyanobacteria em três das quatro épocas do ano, principalmente, nas estações localizadas dentro do sistema de áreas alagáveis. A classe Euglenophyceae se destacou, assim como as Cyanobacteria, por serem adaptadas a sobreviverem em ambientes com baixa penetração de luz. Bacillariophyceae estiveram presentes, principalmente, nas estações com maior mistura (rio Jacupiranguinha - estações 1 e 2). Os resultados sugerem que as alterações hidrológicas provocadas pelos pulsos de inundação, como o aumento na concentração de sólidos suspensos, diminuição da zona eufótica, diluição da água, entre outros; e a densa cobertura de macrófitas aquáticas sobre algumas estações, tendo como conseqüência a redução da penetração de radiação solar fotossinteticamente ativa na água, foram os principais fatores determinantes da estrutura da comunidade fitoplanctônica deste sistema. / This study aimed at characterizing the spatial and temporal structure of the phytoplanktonic community and relating them to climatological and hydrological variations in the floodplain of Jacupiranguinha river. The samples were taken four times in the year, once in each season, on 3 alternating days at 11 sample stations, two of which are positioned in the river itself (stations 1 and 2), one in the stream Serrana (station 3) and eight distributed in the mentioned wetland (stations 4 to 11). This research considered the analysis of the climatological variables, e.g., photosynthetically active solar radiation and rain, as well as the hydrological ones, as there are types of carbon, suspended particles, nutrients, biovolume, specific frequency, dominance and specific diversity of phytoplanktonic community. The respective wetland was controlled by the yearly hydrological cycle of Jacupiranguinha river. In rainy season, this environment suffered intensive modifications caused by frequent flooding. Lateral water currents are responsible for incoming sediments and the increase of water levels. The response of the phytoplanktonic community to these changes was found in its survival strategies, i.e. flagellum and reduction of cellular density. The fact that the sample stations close to the river showed the highest concentrations of suspended solids in the rainy season was one of the most important points observed in this study. The highest concentrations of inorganic suspended solids (168,0 mg/L) and organic suspended solids (150 mg/L) were found in this period at station 4, close to station 2. The same phenomenon could be seen at station 11, close to the other access to the Jacupiranguinha river (68 mg/L of inorganic suspended solids and 22 mg/L of organic suspended solids). The dominance index reached its highest value (1,0) at different stations. In general, there has been a similarity between the phytoplanktonic communities of Jacupiranguinha river and the stations close to it at the periods which concentrations of suspended solids were the highest. In the studied wetland, predominant species, during rainy season, were Cyanobium parvum (Cyanobacteria) and Trachelomonas volvocina (Euglenophyceae). The phytoplanktonic community also presented spatial and temporal variation, with predominance of Cyanobacteria in three of the four seasons and mainly at the stations inside the wetland system. Euglenophyceae stood out as well as the one of Cyanobateria due to their adaptation and survival in low-light environments. Bacillariophyceae were present mainly at the stations 1 and 2 which showed a higher stir of water. The results suggest that the hydrological alterations provoked by the flooding were the principal determining factors of the phytoplanktonic community of the system. These factors were e.g. an increase in suspended solids concentrations, decrease of euphotic zone and dilution of water. Other effects could be found in the dense cover of aquatic macrophytes on some stations, resulting in reduction of photosynthesis caused by less penetration of solar radiation.