Chapter1 gives an overview of the basic principles of electrochemistry. A rigorous electrochemical study on the solution phase and solid phase cobalt phthalocyanine (CoPC) is presented in chapter2. The formof CoPC on carbon electrodes was characterized by scanning electron microscope (SEM). The use of CoPC modified edge plane pyrolytic graphite (CoPC-EPPG) for sensing nitrite (NO₂⁻) was also investigated. It was found that the claimed mediator CoPC has no influence on the process. A bare glassy carbon (GC) electrode was successfully applied for the quantitative determination of nitrite as a simple alternative to the modified electrodes reported in the literature (chapter3). Chapter4 compares the voltammetric responses of an edge plane pyrolytic graphite electrode covalently modifed with 2-anthraquinonyl groups (EPPG-AQ2) and solution phase anthraquinone monosulphonate (AQMS) in the presence of a limited concentration of protons. The solution phase and surface bound species show analogous responses resulting in split waves. Digisim™ simulation of the AQMS voltammetry have shown that the pH adjacent to the electrode may be altered by up to 5-6 pH units in low buffered solutions; this is caused by the consumption of protons during the electrochemical reaction. Chapters5 and 6 compare the electrochemical properties of 2-anthraquinonyl groups covalently attached to an edge plane pyrolytic graphite (EPPG) and to a gold electrode. In both cases simulations using newly developedMarcus-Hush-Chidsey theory for a 2e⁻ process assuming a uniform surface did not achieve a good agreement between theory and experiment. Subsequently two models of surface inhomogeneity were investigated: a distribution of formal potentials, E^Ө, and a distribution of electron tunneling distances, r₀. For both EPPG-AQ2 and Au-AQ2 modified electrodes the simulation involving E^Ө distribution turned out to be the most adequate. This is the first time that Marcus-Hush-Chidsey theory has been applied to a 2e⁻ system. Chapter7 briefly summarizes the obtained results.

Na presente dissertação eu estudei a distribuição potencial dos corais de águas profundas ao longo da margem continental brasileira e o efeito da resolução das variáveis ambientais em modelos de adequabilidade de habitat (MAH). Primeiramente foi determinada a distribuição potencial de corais de águas profundas a partir de modelos de adequabilidade de habitat de máxima entropia (MaxEnt). Os modelos foram alimentados com diversas camadas de dados SIG de variáveis ambientais e dados de ocorrência de espécies extraídos de bancos de dados e de novos registros. Foram estudados os grupos Scleractinia e Octocorallia, assim como quatro espécies de corais formadores de recifes (Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata e Enallopsammia rostrata) e duas espécies de escleractínios não formadores de recifes (Cladocora debilis e Deltocyathus spp.). O nicho ambiental ocupado pelos táxons foi representado a partir de uma análise multivariada, sendo determinada a sobreposição entre os nichos. A partir disso foi avaliada a similaridade e equivalência de nicho ambiental entre as espécies. Os modelos resultantes indicaram que Scleractinia apresenta distribuição potencial na margem continental leste e sudeste do Brasil (porção Central e Sul), enquanto que Octocorallia apresenta uma distribuição potencial mais ampla abarcando toda a margem continental brasileira, com maior adequabilidade nas margens norte e nordeste. Assim, as áreas de distribuição potencial compartilhada entre octocorais e escleractínios foram aquelas ao largo da porção leste e sudeste do Brasil, sendo estas prioritárias para futuras pesquisas. Os nichos ambientais específicos indicaram menos tolerância de Scleractinia a altas temperaturas em comparação com Octocorallia. Os octocorais ocuparam uma maior amplitude do gradiente ambiental, principalmente relacionado às condições de carbono orgânico particulado, oxigênio dissolvido e temperatura. Isto possivelmente permite aos octocorais habitar a porção norte da margem continental brasileira, onde os modelos de escleractínios indicaram baixa adequabilidade de habitat. A margem continental sudeste do Brasil teve a maior adequabilidade para as espécies de escleractínios formadores de recifes profundos. Isto é de grande valor para planos de conservação nesta área que atualmente apresenta atividades de extração de óleo e gás e que, futuramente, pode ser explotada para a extração de minério. Além disso, as espécies formadoras de recifes ocuparam nichos ambientais similares e, portanto, mudanças nas condições ambientais, como por exemplo as associadas às mudanças climáticas, podem afetar todas elas. Contudo, seus nichos não são equivalentes e, portanto, cada uma delas faz um uso diferente do espaço ambiental da margem continental brasileira. Por último, foram desenvolvidos modelos MaxEnt para Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata e Enallopsammia rostrata em duas resoluções de análise, uma de baixa (i.e., com um tamanho de pixel de aproximadamente 1000 m2) e uma de alta resolução (i.e., pixel de aproximadamente 100 m2) para determinar o efeito da resolução das variáveis ambientais utilizadas na performance e na extensão de área predita de modelos de adequabilidade de habitat. A diferença na extensão da área adequada predita por ambas resoluções foi medida de acordo a três limiares de corte diferentes. Os resultados indicaram diferenças na performance dependendo da resolução, com maior performance nos modelos de alta resolução. Além disso, a extensão de área adequada predita foi geralmente maior nos modelos de baixa resolução, com algumas exceções dependendo da espécie e do limiar de corte. Estes resultados ressaltam a importância da resolução das variáveis ambientais e suas implicações no uso de MAH no planejamento e manejo de Áreas Marinhas Protegidas (MPAs). / In this thesis I studied the deep-sea coral distribution along the Southwestern Atlantic Ocean and the effect of the environmental variables resolution on habitat suitability models (HSM). In the second chapter, I developed HSM based on the Maximum Entropy (MaxEnt) algorithm to identify the potential distribution of deep-water corals. To perform the models, I have used species presence data from existing datasets together with new species records and global environmental variables. I used the main environmental variables to identify suitable areas by modeling niches of different coral taxa. The studied taxa were Scleractinia and Octocorallia, as well as four reef-forming scleractinian species (Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata and Enallopsammia rostrata), and two non-reef-building scleractinians (Cladocora debilis and Deltocyathus spp.). Furthermore, I used multivariate approach to compare their environmental occupied niche in order to assess the spatial niche overlap and test niche similarity and equivalence. The resulting cold-water coral models showed that the most suitable areas occur along the west and southwestern continental margin of Brazil, which permitted to determine areas of priority for future exploration/research to determine conservation areas. Specific environmental niches suggested lower tolerance to high temperatures for Scleractinia than for Octocorallia. Besides, octocorals occupied a wider range of the environmental gradient, which was mainly related to particulate organic carbon, oxygen and temperature. This probably enables them to inhabit the northern part of Brazil where scleratinian models classified as poor habitats for this group. In addition, the Southwestern Brazilian continental margin encloses the most suitable habitats for deep reef-building species. This has important implications for conservation plans in that area already facing gas and oil exploitation and probably future mineral extraction. On the other hand, results suggest that different scleractinian cold-water coral species occupy similar environmental niches and, for this reason, I concluded that changes in environmental conditions, such as those associated to climate change, may affect them all. However, their niches are not equivalent and this suggests that each environmental factor could affect each species in different ways. In the third chapter, I performed HSM based on Maximum Entropy for Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata and Enallopsammia rostrata with two different environmental variables resolution, a low (i.e., a coarse resolution data with pixel size of ca. 1000 m2) and a high resolution (pixel of ca. 100 m2) to determine the effect of the environmental variables resolution on habitat suitability model performances and spatial extent of predicted suitable areas. From the final suitability maps, the changes in area extent depending of both resolution models were measured based in different thresholds. The results showed different performances of the models depending on data resolution, with higher performance at higher resolution. Furthermore, the predicted area varied between resolutions and threshold chosen. These results highlight the importance of environmental variables resolution and their implications for the use of HSM in planning and managing Marine Protected Areas (MPAs).

Predadores de topo desempenham um papel importante na manutenção dos sistemas em que eles ocorrem porque influenciam diretamente a estrutura e a dinâmica de comunidades. Desta forma, este estudo descreveu alguns mecanismos de co-ocorrência espaço-temporal entre a onça-pintada (Panthera onca) e duas espécies de mesopredadores (Puma concolor e Leopardus pardalis), o seu controle top-down na comunidade de mamíferos e os requerimentos ambientais que determinam a sua distribuição no bioma Amazônia. Para as análises de co-ocorrência espaço-temporal foram utilizados o modelo de ocupação e a densidade de Kernel utilizando os registros de armadilhamento fotográfico (2008-2011). Para descrever o controle top-down foi elaborada uma rede trófica utilizando os itens alimentares consumidos pelas espécies e disponíveis na literatura (1983-2014). Para indicar quais as áreas mais adequadas foi utilizado o modelo de distribuição de espécies utilizando as localizações geográficas de ocorrência da espécie que foram compiladas de três diferentes bases de dados (2000-2013). A ocorrência das duas espécies de mesopredadores não foi diferente nos sítios com e sem a onça-pintada nas quatro temporadas de amostragem. A probabilidade de detecção da jaguatirica foi maior nos sítios com a presença da onça-pintada em apenas uma temporada de amostragem. A sobreposição no período de atividade das espécies de mesopredadores com a onça-pintada foi baixa, com cerca de 55% de sobreposição. Também ocorreu uma mudança razoável no período de atividade das espécies entre as temporadas de amostragem, com mínima de 32% e máxima de 56% de sobreposição. As maiores diferenças na detecção e na sobreposição temporal ocorreram na terceira temporada quando teve o maior número de capturas e recapturas da onça-pintada. A rede trófica apresentou seis níveis e grande riqueza de espécies e densidade de interações. Após a remoção da onça-pintada, houve a perda de um nível trófico e de aproximadamente 20% de interações. Quando comparada a distribuição atual da onça-pintada com a histórica, foi possível constatar a perda de espaço ambiental em áreas mais frias (< 6,3 °C), mais secas (< 288 mm), mais úmidas (> 7517 mm) e com maior elevação (> 3597 m). O modelo de distribuição também indicou que muitas áreas potenciais estão disponíveis à ocorrência da onça-pintada e que algumas merecem atenção, especialmente, nas porções leste e sul da Amazônia onde a espécie corre maior risco de desaparecimento local devido à antropização acelerada. Este estudo forneceu significativa contribuição para a compreensão da população de onça-pintada na Amazônia, bioma que ainda possui a maior lacuna de conhecimento sobre a biologia e ecologia da espécie. Demonstrou o efeito da sua presença na detectabilidade e no período de atividade de outras espécies. Também demonstrou seu papel ecológico como predador de topo exclusivo porque foi a única espécie que predou todas as outras de níveis tróficos inferiores. Descreveu o espaço ambiental originalmente ocupado (distribuição histórica) e o perdido (distribuição atual). Indicou as áreas mais adequadas à sua ocorrência e aquelas potenciais ao seu desaparecimento. / Apex predators play an important role in the maintenance of systems in which occur because they directly influence the structure and dynamics of communities Thus, this thesis aims to describe some of the mechanisms of spatio-temporal co-occurrence between the jaguar (Panthera onca) and mesopredators (Puma concolor and Leopardus pardalis), their top-down control on the community and environmental requirements that determine their distribution. To the analyses of spatio-temporal co-occurrence were used the occupancy model and the Kernel density with records derived from camera trapping (2008-2011). To the analysis of trophic networks was used a foodweb model with prey spectra of felids compiled from the available literature (1983-2014). To indicate the most suitable areas to its occurrence was used a species distribution model with geographic location of the species compiled from three different databases. The occupation of the two species of mesopredators was not different among sites with and without jaguar. The probability of detection was different for ocelot, with higher detection on sites with than without jaguar. The overlap in the activity pattern among jaguar and mesopredators was low, with approximately 55% of overlapping. Also there was a reasonable change in the overlap between sampling seasons, with a minimum of 32% and maximum of 56% of the difference in the activity pattern. The differences in the detection and temporal overlap occurred in the third season when occurred the highest number of jaguar captures and recaptures. The trophic network presented six levels and, a high species richness and links density. After removal of the jaguar, a trophic level and approximately 20% of links were lost. When compared historical and current distributions, the loss of environmental space occurred in areas colder (< 6.3 ° C), drier (< 288 mm), wetter (> 7517 mm) and at higher elevation (> 3597 m). The distribution model also indicated that there is many potential suitable areas available to the jaguar occurrence and, some of them deserve attention, particularly, in eastern and southern portions of Amazonia where the species is most at risk of local extinction. This study provided a significant contribution to the knowledge of the population of jaguar in the Amazon biome which still has the largest gap of information on the biology and ecology of the species. It demonstrated the effect of the presence of the species in the detectability and the activity pattern of others. Also, it demonstrated their ecological role as an apex predator exclusive because it was the only one that ate all other species of lower trophic levels. It described the environmental space originally occupied (historical distribution) and lost (current distribution). It indicated potential suitable areas to its occurrence and threatened areas to its disappearance.

Na presente dissertação eu estudei a distribuição potencial dos corais de águas profundas ao longo da margem continental brasileira e o efeito da resolução das variáveis ambientais em modelos de adequabilidade de habitat (MAH). Primeiramente foi determinada a distribuição potencial de corais de águas profundas a partir de modelos de adequabilidade de habitat de máxima entropia (MaxEnt). Os modelos foram alimentados com diversas camadas de dados SIG de variáveis ambientais e dados de ocorrência de espécies extraídos de bancos de dados e de novos registros. Foram estudados os grupos Scleractinia e Octocorallia, assim como quatro espécies de corais formadores de recifes (Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata e Enallopsammia rostrata) e duas espécies de escleractínios não formadores de recifes (Cladocora debilis e Deltocyathus spp.). O nicho ambiental ocupado pelos táxons foi representado a partir de uma análise multivariada, sendo determinada a sobreposição entre os nichos. A partir disso foi avaliada a similaridade e equivalência de nicho ambiental entre as espécies. Os modelos resultantes indicaram que Scleractinia apresenta distribuição potencial na margem continental leste e sudeste do Brasil (porção Central e Sul), enquanto que Octocorallia apresenta uma distribuição potencial mais ampla abarcando toda a margem continental brasileira, com maior adequabilidade nas margens norte e nordeste. Assim, as áreas de distribuição potencial compartilhada entre octocorais e escleractínios foram aquelas ao largo da porção leste e sudeste do Brasil, sendo estas prioritárias para futuras pesquisas. Os nichos ambientais específicos indicaram menos tolerância de Scleractinia a altas temperaturas em comparação com Octocorallia. Os octocorais ocuparam uma maior amplitude do gradiente ambiental, principalmente relacionado às condições de carbono orgânico particulado, oxigênio dissolvido e temperatura. Isto possivelmente permite aos octocorais habitar a porção norte da margem continental brasileira, onde os modelos de escleractínios indicaram baixa adequabilidade de habitat. A margem continental sudeste do Brasil teve a maior adequabilidade para as espécies de escleractínios formadores de recifes profundos. Isto é de grande valor para planos de conservação nesta área que atualmente apresenta atividades de extração de óleo e gás e que, futuramente, pode ser explotada para a extração de minério. Além disso, as espécies formadoras de recifes ocuparam nichos ambientais similares e, portanto, mudanças nas condições ambientais, como por exemplo as associadas às mudanças climáticas, podem afetar todas elas. Contudo, seus nichos não são equivalentes e, portanto, cada uma delas faz um uso diferente do espaço ambiental da margem continental brasileira. Por último, foram desenvolvidos modelos MaxEnt para Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata e Enallopsammia rostrata em duas resoluções de análise, uma de baixa (i.e., com um tamanho de pixel de aproximadamente 1000 m2) e uma de alta resolução (i.e., pixel de aproximadamente 100 m2) para determinar o efeito da resolução das variáveis ambientais utilizadas na performance e na extensão de área predita de modelos de adequabilidade de habitat. A diferença na extensão da área adequada predita por ambas resoluções foi medida de acordo a três limiares de corte diferentes. Os resultados indicaram diferenças na performance dependendo da resolução, com maior performance nos modelos de alta resolução. Além disso, a extensão de área adequada predita foi geralmente maior nos modelos de baixa resolução, com algumas exceções dependendo da espécie e do limiar de corte. Estes resultados ressaltam a importância da resolução das variáveis ambientais e suas implicações no uso de MAH no planejamento e manejo de Áreas Marinhas Protegidas (MPAs). / In this thesis I studied the deep-sea coral distribution along the Southwestern Atlantic Ocean and the effect of the environmental variables resolution on habitat suitability models (HSM). In the second chapter, I developed HSM based on the Maximum Entropy (MaxEnt) algorithm to identify the potential distribution of deep-water corals. To perform the models, I have used species presence data from existing datasets together with new species records and global environmental variables. I used the main environmental variables to identify suitable areas by modeling niches of different coral taxa. The studied taxa were Scleractinia and Octocorallia, as well as four reef-forming scleractinian species (Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata and Enallopsammia rostrata), and two non-reef-building scleractinians (Cladocora debilis and Deltocyathus spp.). Furthermore, I used multivariate approach to compare their environmental occupied niche in order to assess the spatial niche overlap and test niche similarity and equivalence. The resulting cold-water coral models showed that the most suitable areas occur along the west and southwestern continental margin of Brazil, which permitted to determine areas of priority for future exploration/research to determine conservation areas. Specific environmental niches suggested lower tolerance to high temperatures for Scleractinia than for Octocorallia. Besides, octocorals occupied a wider range of the environmental gradient, which was mainly related to particulate organic carbon, oxygen and temperature. This probably enables them to inhabit the northern part of Brazil where scleratinian models classified as poor habitats for this group. In addition, the Southwestern Brazilian continental margin encloses the most suitable habitats for deep reef-building species. This has important implications for conservation plans in that area already facing gas and oil exploitation and probably future mineral extraction. On the other hand, results suggest that different scleractinian cold-water coral species occupy similar environmental niches and, for this reason, I concluded that changes in environmental conditions, such as those associated to climate change, may affect them all. However, their niches are not equivalent and this suggests that each environmental factor could affect each species in different ways. In the third chapter, I performed HSM based on Maximum Entropy for Solenosmilia variabilis, Lophelia pertusa, Madrepora oculata and Enallopsammia rostrata with two different environmental variables resolution, a low (i.e., a coarse resolution data with pixel size of ca. 1000 m2) and a high resolution (pixel of ca. 100 m2) to determine the effect of the environmental variables resolution on habitat suitability model performances and spatial extent of predicted suitable areas. From the final suitability maps, the changes in area extent depending of both resolution models were measured based in different thresholds. The results showed different performances of the models depending on data resolution, with higher performance at higher resolution. Furthermore, the predicted area varied between resolutions and threshold chosen. These results highlight the importance of environmental variables resolution and their implications for the use of HSM in planning and managing Marine Protected Areas (MPAs).

Une Pile à Combustible Microbienne (PCM) convertit l’énergie chimique issue de l’oxydation de la matière organique directement en énergie électrique. L’oxydation du combustible est assurée par un biofilm dit « électroactif » se développant à la surface de l’anode et jouant le rôle de catalyseur microbien. L’anode microbienne formée à partir d’un consortium bactérien, issu dans cette étude de terreau de jardin, est associée à une cathode à air abiotique à la surface de laquelle se produit la réduction de l’oxygène. L’assemblage d’une anode microbienne et d’une cathode à air abiotique pour construire une PCM est un réel challenge tant les conditions optimales de chacune sont différentes. Ces travaux de thèse ont donc pour objectif d'anticiper le fonctionnement global de la PCM pour concevoir une anode microbienne et une cathode abiotique capables de fonctionner ensemble de façon optimale. Une partie expérimentale conséquente vise à concevoir une PCM optimale en menant des essais sur différents designs de réacteur. Un modèle numérique, basé sur l’expérimentation et calculant les distributions secondaires de courant et de potentiel au sein de la PCM, vient compléter l’étude expérimentale afin d’optimiser l’architecture de la PCM et maximiser les performances délivrées. La configuration « Assemblage Séparateur-Electrodes » consiste à intercaler le séparateur entre la bioanode et la cathode à air dans le but de diminuer la résistance interne du système. Ce design a permis de concevoir des PCMs délivrant d’excellentes performances jusqu’à 6.42 W.m-2. In fine, le prototype « Bioelec », utilisé comme modèle de démonstration, est réalisé à l’échelle du laboratoire avec un assemblage en série et en parallèle de plusieurs PCMs élaborées avec cette configuration « ASE ». / A Microbial Fuel Cell (MFC) can convert the chemical energy contained in low-cost organic matter directly into electrical energy. The oxidation of organic matter is performed by a biofilm known as “electroactive” that develops on the anode surface and acts as a microbial catalyst. The microbial anode, formed from indigenous bacteria of compost leachate, is combined with an abiotic air-cathode catalyzing the reduction of oxygen. The association of a bioanode and an abiotic air-cathode in an MFC is a major challenge as their optimal conditions are so divergent. The purpose of this PhD work is to anticipate the global mechanisms of an MFC in order to develop a microbial anode and an abiotic air-cathode able to operate together in an optimal way. A consequent experimental part aims to develop an optimal MFC by carrying out tests on several reactor designs. A numerical model, based on the experimental results, calculates the secondary distributions of current and potential in the cell. The model supports the experimental study and is used to optimize the MFC architecture and maximize the delivered performances. The configuration “Separator-Electrodes Assembly” consists of sandwiching the separator between the bioanode and the air-cathode in order to decrease the internal resistance of the system. This design provided excellent results as MFCs delivered great power densities up to 6.42 W.m-2. Finally, a prototype “Bioelec”, used as a demonstrative model, was built with several MFCs connected in series or in parallel, each of them designed with the “ASE” configuration.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mary Joyce Ribeiro.pdf: 665396 bytes, checksum: f1e4d38b059e9f7c743bb957bf13c73f (MD5) Previous issue date: 2009-06-22 / The questions around species niche have sought to unveil why a species is where it is and it is not where it is not, so it is well known that a lot of factors can be determinant in this discussion. Thus, in this study we examined the relationship between niche and geographical distance, life history and phylogenetic components to the New World carnivores. The data used in our analyses were obtained from datasets available online and from literature sources. We used Mantel s test to evaluate the correlation among the data matrices in NTSys software. Significant correlations were found between niche and geographical distance (r =-0,4068 e P <0,0001) and between life history and geographical distance (r = -0,1136 e P= 0,0024). These results suggest that species that are spatially close are more similar in terms of niche and life history. We also observed that, among others factors, interespecific interactions has an important effect in structuring ecological communities. New tests are still necessary in future to generate new information about carnivore s niche and their components. / As questões acerca do nicho das espécies procuram entender por que uma espécie está onde está e não está onde não está, e é certo que vários fatores poderiam ser determinantes nessa discussão. Nesse sentido, esse estudo analisou a relação do nicho com os componentes geográficos, filogenéticos e de história de vida das espécies de carnívoros do Novo Mundo. Dados da história de vida, filogenia, distribuição geográfica (co-ocorrência) e nicho dos carnívoros foram obtidos em fontes informatizadas e na literatura e a partir de então correlações foram estabelecidas. Com a utilização do software NTSys realizou-se o teste de Mantel entre os dados coletados, esse mostrou que as únicas relações significativas foram encontradas entre nicho e co-ocorrência geográfica (r =-0,4068 e P <0,0001) e entre história de vida e co-ocorrência geográfica (r = -0,1136 e P= 0,0024). Os resultados sugerem que quanto mais similares sejam os nichos ou histórias de vida dos carnívoros, mais próximos geograficamente eles se encontram, o que surpreende devido entre outros fatores, ao papel das interações interespecíficas na estruturação das comunidades. Novos estudos e uso de outras técnicas estatísticas se mostram necessários em estudos futuros no intuito de prover novas informações acerca do nicho dos carnívoros, seus componentes e a maneira como os mesmos interagem.

Predadores de topo desempenham um papel importante na manutenção dos sistemas em que eles ocorrem porque influenciam diretamente a estrutura e a dinâmica de comunidades. Desta forma, este estudo descreveu alguns mecanismos de co-ocorrência espaço-temporal entre a onça-pintada (Panthera onca) e duas espécies de mesopredadores (Puma concolor e Leopardus pardalis), o seu controle top-down na comunidade de mamíferos e os requerimentos ambientais que determinam a sua distribuição no bioma Amazônia. Para as análises de co-ocorrência espaço-temporal foram utilizados o modelo de ocupação e a densidade de Kernel utilizando os registros de armadilhamento fotográfico (2008-2011). Para descrever o controle top-down foi elaborada uma rede trófica utilizando os itens alimentares consumidos pelas espécies e disponíveis na literatura (1983-2014). Para indicar quais as áreas mais adequadas foi utilizado o modelo de distribuição de espécies utilizando as localizações geográficas de ocorrência da espécie que foram compiladas de três diferentes bases de dados (2000-2013). A ocorrência das duas espécies de mesopredadores não foi diferente nos sítios com e sem a onça-pintada nas quatro temporadas de amostragem. A probabilidade de detecção da jaguatirica foi maior nos sítios com a presença da onça-pintada em apenas uma temporada de amostragem. A sobreposição no período de atividade das espécies de mesopredadores com a onça-pintada foi baixa, com cerca de 55% de sobreposição. Também ocorreu uma mudança razoável no período de atividade das espécies entre as temporadas de amostragem, com mínima de 32% e máxima de 56% de sobreposição. As maiores diferenças na detecção e na sobreposição temporal ocorreram na terceira temporada quando teve o maior número de capturas e recapturas da onça-pintada. A rede trófica apresentou seis níveis e grande riqueza de espécies e densidade de interações. Após a remoção da onça-pintada, houve a perda de um nível trófico e de aproximadamente 20% de interações. Quando comparada a distribuição atual da onça-pintada com a histórica, foi possível constatar a perda de espaço ambiental em áreas mais frias (< 6,3 °C), mais secas (< 288 mm), mais úmidas (> 7517 mm) e com maior elevação (> 3597 m). O modelo de distribuição também indicou que muitas áreas potenciais estão disponíveis à ocorrência da onça-pintada e que algumas merecem atenção, especialmente, nas porções leste e sul da Amazônia onde a espécie corre maior risco de desaparecimento local devido à antropização acelerada. Este estudo forneceu significativa contribuição para a compreensão da população de onça-pintada na Amazônia, bioma que ainda possui a maior lacuna de conhecimento sobre a biologia e ecologia da espécie. Demonstrou o efeito da sua presença na detectabilidade e no período de atividade de outras espécies. Também demonstrou seu papel ecológico como predador de topo exclusivo porque foi a única espécie que predou todas as outras de níveis tróficos inferiores. Descreveu o espaço ambiental originalmente ocupado (distribuição histórica) e o perdido (distribuição atual). Indicou as áreas mais adequadas à sua ocorrência e aquelas potenciais ao seu desaparecimento. / Apex predators play an important role in the maintenance of systems in which occur because they directly influence the structure and dynamics of communities Thus, this thesis aims to describe some of the mechanisms of spatio-temporal co-occurrence between the jaguar (Panthera onca) and mesopredators (Puma concolor and Leopardus pardalis), their top-down control on the community and environmental requirements that determine their distribution. To the analyses of spatio-temporal co-occurrence were used the occupancy model and the Kernel density with records derived from camera trapping (2008-2011). To the analysis of trophic networks was used a foodweb model with prey spectra of felids compiled from the available literature (1983-2014). To indicate the most suitable areas to its occurrence was used a species distribution model with geographic location of the species compiled from three different databases. The occupation of the two species of mesopredators was not different among sites with and without jaguar. The probability of detection was different for ocelot, with higher detection on sites with than without jaguar. The overlap in the activity pattern among jaguar and mesopredators was low, with approximately 55% of overlapping. Also there was a reasonable change in the overlap between sampling seasons, with a minimum of 32% and maximum of 56% of the difference in the activity pattern. The differences in the detection and temporal overlap occurred in the third season when occurred the highest number of jaguar captures and recaptures. The trophic network presented six levels and, a high species richness and links density. After removal of the jaguar, a trophic level and approximately 20% of links were lost. When compared historical and current distributions, the loss of environmental space occurred in areas colder (< 6.3 ° C), drier (< 288 mm), wetter (> 7517 mm) and at higher elevation (> 3597 m). The distribution model also indicated that there is many potential suitable areas available to the jaguar occurrence and, some of them deserve attention, particularly, in eastern and southern portions of Amazonia where the species is most at risk of local extinction. This study provided a significant contribution to the knowledge of the population of jaguar in the Amazon biome which still has the largest gap of information on the biology and ecology of the species. It demonstrated the effect of the presence of the species in the detectability and the activity pattern of others. Also, it demonstrated their ecological role as an apex predator exclusive because it was the only one that ate all other species of lower trophic levels. It described the environmental space originally occupied (historical distribution) and lost (current distribution). It indicated potential suitable areas to its occurrence and threatened areas to its disappearance.

Ecological niche modelling is a method designed to describe and predict the geographic distribution of an organism. This procedure aims to quantify the species-environment relationship by describing the association between the organism’s occurrence records and the environmental characteristics at these points. More simply, these models attempt to capture the ecological niche that a particular organism occupies. A popular application of ecological niche models is to predict the potential distribution of invasive alien species in their introduced range. From a biodiversity conservation perspective, a pro-active approach to the management of invasions would be to predict the potential distribution of the species so that areas susceptible to invasion can be identified. The performance of ecological niche models and the accuracy of the potential range predictions depend on the quality of the data that is used to calibrate and evaluate the models. Three different types of input data can be used to calibrate models when producing potential distribution predictions in the introduced range of an invasive alien species. Models can be calibrated with native range occurrence records, introduced range occurrence records or a combination of records from both ranges. However, native range occurrence records might suffer from geographical bias as a result of biased sampling or incomplete sampling. When occurrence records are geographically biased, the underlying environmental gradients in which a species can persist are unlikely to be fully sampled, which could result in an underestimation of the potential distribution of the species in the introduced range. I investigated the impact of geographical bias in native range occurrence records on the performance of ecological niche models for 19 invasive plant species by simulating two geographical bias scenarios (six different treatments) in the native range occurrence records of the species. The geographical bias simulated in this study was sufficient to result in significant environmental bias across treatments, but despite this I did not find a significant effect on model performance. However, this finding was perhaps influenced by the quality of the testing dataset and therefore one should be wary of the possible effects of geographical bias when calibrating models with native range occurrence records or combinations there of. Secondly, models can be calibrated with records obtained from the introduced range of a species. However, when calibrating models with records from the introduced range, uncertainties in terms of the equilibrium status and introduction history could influence data quality and thus model performance. A species that has recently been introduced to a new region is unlikely to be in equilibrium with the environment as insufficient time will have elapsed to allow it to disperse to suitable areas, therefore the occurrence records available would be unlikely to capture its full environmental niche and therefore underestimate the species’ potential distribution. I compared model performance for seven invasive alien plant species with different simulated introduction histories when calibrated with native range records, introduced range records or a combination of records from both ranges. A single introduction, multiple introduction and well established scenario was simulated from the introduced range records available for a species. Model performance was not significantly different when compared between models that were calibrated with datasets representing these three types of input data under a simulated single introduction or multiple introduction scenario, indicating that these datasets probably described enough of the species environmental niche to be able to make accurate predictions. However, model performance was significantly different for models calibrated with introduced range records and a combination of records from both ranges under the well established scenario. Further research is recommended to fully understand the effects of introduction history on the niche of the species. Copyright / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2009. / Zoology and Entomology / unrestricted

Resolving the mismatch between the practical potential window (PPW) and the available capacitive potential window of supercapacitor electrodes provides a feasible way to expand the operating voltage of supercapacitors, which further boosts energy density. Here, our research unveils a unique approach to manually control the PPW of the corresponding carbon-based supercapacitors (CSCs) by rational functionalization with amino groups. The extra pair of electrons from amino N atoms naturally adsorbs cations in the electrolyte, which rationalizes the surface charge of the carbon electrode and adjusts the PPW. A remarkable voltage expansion is achieved for CSCs, from 1.4 V to its maximum limit, 1.8 V, correspondently resulting in an approximately 1-fold increase in the energy density. Importantly, such a simple strategy endows our CSCs with an outstanding maximum energy density of 7.7 mWh cm⁻³, which is not only among the best values reported for thin-film CSCs but also comparable to those reported for Li thin-film batteries. These encouraging results are believed to bring fundamental insights into the nature of potential control in energy storage devices.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:47:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Israel_de_Souza_Pinto.pdf: 1497763 bytes, checksum: c5e96e099f6be9115d989030f5784830 (MD5) Previous issue date: 2009-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lutzomyia longipalpis (Lutz & Neiva, 1912) (Diptera, Psychodidae, Phlebotominae) é o principal vetor da leishmaniose visceral americana (LVA) no Brasil. No estado do Espírito Santo, a LVA parece estar associada às regiões de clima seco e de altitudes inferiores a 500 metros em relação ao nível do mar. Para inferir a distribuição potencial de L. longipalpis e a influência das variáveis geográficas e climáticas na sua distribuição potencial no Espírito Santo (ES), foram realizadas coletas de flebotomíneos em localidades em que ocorreram casos de LVA e em áreas adjacentes na região norte do estado. Ao todo, foram pesquisadas 133 localidades pertencentes a 15 municípios, sendo que L. longipalpis foi encontrado em 84 dessas. Para delimitar a distribuição potencial, foi utilizada a modelagem de nicho ecológico usando o programa DesktopGarp e dados de 73 pontos de ocorrência de L. longipalpis, considerados espacialmente únicos e distintos. Além dos 15 municípios com registros de L. longipalpis, foi prevista pela modelagem a distribuição para pelo menos outros nove que não apresentam registros. A modelagem também evidenciou a associação de L. longipalpis com características geoclimáticas propícias à sua ocorrência como: clima seco representado pela pluviosidade menor que 1000 milímetros anuais e altitudes inferiores a 500 metros em relação ao nível do mar. A ocorrência de casos humanos autóctones de LVA em duas localidades dos municípios de Vargem Alta e Rio Novo do Sul, localizados na porção sul do ES e sem as características geográficas e climáticas propícias à ocorrência de L. longipalpis, justificaram estudo sistematizado de coleta de flebotomíneos nessas localidades. No período de agosto de 2006 a julho de 2007 foram realizadas coletas sistematizadas mensais nesses dois municípios e L. longipalpis não foi encontrado em qualquer das localidades. Assim, foi possível dissociar a ocorrência de LVA da presença de L. longipalpis na porção sul do estado do ES. Além disso, devido ao pequeno número de flebotomíneos capturados em Rio Novo do Sul, foi sugerida a existência de um mecanismo de transmissão da LVA não associado aos flebotomíneos nessa localidade. Concluindo, a presença de L. longipalpis no estado do Espírito Santo está associada às características geoclimáticas bem definidas e a ocorrência de LVA em áreas sem essas características provav elmente está vinculada a outro mecanismo de transmissão. / Lutzomyia longipalpis (Lutz & Neiva, 1912) (Diptera, Psychodidae, Phlebotominae) is the main vector of American visceral leishmaniasis (AVL) in Brazil. In the Espírito Santo state, the AVL has always been associated to dry regions and elevations lower than 500 meters at sea level. To infer the potential distribution of L. longipalpis and the influence of biogeographic variables on its potential distribution in Espírito Santo, sand flies were captured on localities with autochthonous cases of AVL and adjacent areas from north region of the state. L. longipalpis was found in 84 localities, for a total of 133 localities belonging to 15 municipalities surveyed. To delimit the potential distribution, it was made ecological niche modeling using the DesktopGarp program and data of 73 occurrence points of L. longipalpis. Besides of the 15 municipalities with records of L. longipalpis, the distribution was provided by ecological niche modeling for, at least, other nine municipalities without records. Yet, the ecological niche modeling showed the association of L. longipalpis with geoclimatic features favorable to its occurrence like as dry climate represented by rainfall lower than 1000 millimeters and elevations lower than 500 meters at sea level. The occurrence of human autochthonous cases of AVL in two localities of Vargem Alta and Rio Novo do Sul municipalities, located on the south portion of ES and without geographic and climatic features favorable to occurrence of L. longipalpis, justified a systematic study for sand flies captured in these localities. From August 2006 to July 2007, mensal systematic entomological surveys were performed in Vargem Alta and Rio Novo do Sul municipalities, but no L. longipalpis was found. Therefore, it is possible that the ocurrence of AVL is disassociated with the presence of L. longipalpis in the south portion of ES. Furthermore, due to the low number of sand flies captured in Rio Novo do Sul, the presence of another mechanism of transmission of AVL is also possible. In conclusion, the presence of L. longipalpis in the Espírito Santo state was associated with geoclimatic well defined features and the occurrence of AVL in areas without these features possibly was related to other mechanism of transmission.