Graduation date: 1970

My thesis focuses on copepod-diatom interactions, specifically on the effects of food quality and toxicity on copepod feeding, reproductive success and behavior but as a frame, also includes a quantitative evaluation of copepod carbon requirements compared to other trophic plankton groups. My aim was to evaluate the function of copepods in diatom-dominated spring blooms. I thereby used a series of mesocosm and laboratory experiments. For a realistic extrapolation of the results to natural environments I used different strains of a diatom species, Skeletonema marinoi, which is a common spring blooming species in the Baltic Sea. This species is known to produce polyunsaturated aldehydes (PUA; mainly heptadienal, octadienal and decadienal), which have previously been identified as the potential reasons for the detrimental effects of diatoms on copepod reproduction. All strains varied in size, mineral and biochemical content, and PUA production. I tested the effects on different dominant copepod species from northern temperate waters; Acartia sp. (A. clausi and A. tonsa), Calanus finmarchicus, Pseudocalanus elongatus, and Temora longicornis, as well as the dominant species in the northern Baltic Sea, Eurytemora affinis. The specific contributions of respiratory carbon requiment of mesozooplankton and lower size fractions to carbon cycling during PUA-producing diatom blooms are poorly documented. My results show that nanoplankton and microzooplankton dominated the carbon cycling (> 50% of primary production) whereas the contribution of bacterioplankton varied. Mesozooplankton was always of minor importance with contribution of <6% of primary production.  This illustrates the importance of lower size fractions during a phytoplankton spring bloom. Irrespective of their small contribution to the total community carbon cycling, copepods displayed non-selective and typically high feeding rate on different PUA-producing S. marinoi strains, indicating that there was no feeding deterrence. The effect of feeding on copepod reproductive success, however, varied between different strains, and depending on copepod species. In experiments with monospecific diatom diets reduced egg production rate and hatching success were mainly related to food quality measured as fatty acids and sterols, or algae growth rate, low assimilation efficiency or PUA production / ingestion. On the other hand, copepod reproduction and population development in the diverse diet, including a high concentration of S. marinoi and PUA (both particulate and dissolved), increased with increasing food concentration and was unaffected by the presence of toxic diatoms. I conclude that although a negative correlation between different reproductive variables and PUA production / ingestion may sometimes be observed in laboratory incubations, this is highly dependent on the strain / species used, and the effect of the algal strain can be stronger than the effect of the e.g., growth-stage dependent PUA production. Although copepod grazing might not be very important during a diatom spring bloom, even a highly PUA-producing S. marinoi can be considered an appropriate food source for copepods when occurring among the natural food assemblage, inducing a high reproductive output.

’impact de plusieurs éléments traces métalliques (ETMs) (plomb, zinc, cuivre ou cadmium) sur la croissance de deux espèces phytoplanctoniques marines, la diatomée Skeletonema costatum et le dinoflagellé toxique Alexandrium catenella, a été étudié à partir de cultures réalisées en conditions physiologiques et en conditions contaminantes. Les résultats obtenus ont révélé des perturbations de croissance chez S. costatum et chez A. catenella, lorsque ces espèces étaient exposées à de fortes concentrations métalliques. Les effets létaux se manifestaient par une forte mortalité cellulaire, accompagnée, chez A. catenella, par la conversion d’un certain nombre de cellules végétatives en kystes de résistance. Puis, l’exsudation de la matière organique dissoute (MOD) par S. costatum et par A. catenella en réponse aux stress métalliques, a été caractérisée. L’exsudation du carbone organique dissous (COD) variait en fonction de la phase de croissance, et était associée au niveau de contamination métallique, et à la nature du métal testé. Les valeurs maximales de COD exsudé par cellule étaient mesurées en réponse à la contamination par le cuivre 16 µM pendant la phase d’adaptation, et en réponse à la contamination par le cadmium 200 µM pendant la phase exponentielle de la croissance. Plus spécifiquement, la matière organique dissoute fluorescente (FDOM) exsudée par S. costatum et par A. catenella a été analysée par spectroscopie de fluorescence 3D associée à l’algorithme PARAFAC. Les traitements PARAFAC révélaient quatre composantes, lesquelles étaient attribuées à deux contributions principales, l’une liée à l’activité biologique de l’espèce, l’autre liée à la décomposition de la matière organique. Les composantes C1 et C2 étaient combinées à des pics tryptophaniques et à des substances humiques, tandis que les composantes C3 et C4 étaient associées à la production de matière organique marine. Par ailleurs, le glucose et le galactose étaient prédominants parmi les aldoses constituant les polysaccharides exsudés dans la MOD. De plus, des modifications protéomiques étaient observées dans les protéomes d’A. catenella, en réponse aux divers stress métalliques. Les protéines de stress exprimées par A. catenella étaient mises en évidence par comparaison des profils d’expression protéiques (PEPs) obtenus par électrophorèse bidimensionnelle (électrophorèse 2D), en conditions physiologiques et en conditions contaminantes. Les protéines de stress étaient impliquées dans de nombreuses catégories fonctionnelles : réponse au stress oxydatif (superoxyde dismutase, sous – unités du protéasome), photosynthèse (ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase, complexe péridinine chlorophylle – protéine, ferrédoxine-NADP réductase), métabolisme des carbohydrates (triosephosphate isomérase, ribose 5-phosphate isomérase, malate déshydrogénase, photorespiration et métabolisme du phosphore (phosphoglycolate phosphatase), métabolisme énergétique (ATP – synthase), signal cellulaire (calmoduline), activité chaperonne (HSP 70, HSP 90) et bioluminescence d’A. catenella (luciférine – binding protéine). La sur – expression de la phosphoglycolate phosphatase (PGP) et celle de l’ATP – synthase, observées en réponse à la contamination par le plomb, pourraient participer à une stratégie de défense mise en place par A. catenella afin (i) de se protéger du stress oxydatif lié à la contamination métallique, la PGP étant impliquée dans la dissipation de l’excès d’énergie (ii) de produire davantage de réserves énergétiques (ATP) et ainsi de répondre à des besoins accrus en raison du stress métallique, dans le but de s’y adapter. / Mpact of several trace metals (lead, zinc, copper or cadmium) on the growth of two marine phytoplankton species: the diatom Skeletonema costatum and the toxic dinoflagellate Alexandrium catenella, has been studied from cultures grown under physiological and contaminated conditions. The results obtained revealed growth perturbations in S. costatum and in A. catenella, when these species were exposed to high metal concentrations. The lethal effects appeared through a strong cell death, coming, in A. catenella, with the conversion of vegetative cells into resistance cysts. Then, exudation of dissolved organic matter (DOM) by S. costatum and by A. catenella in response to metal stress has been characterized. Exudation of dissolved organic carbon (DOC) varied according to the growth phase, and was associated with the level of metal contamination and the nature of the tested metal. The maximal values ​​of DOC exudated per cell were measured in response to contamination by copper 16 µM during the adaptation phase, and in response to contamination by cadmium 200 µM during the exponential phase of growth. More specifically, the fluorescent dissolved organic matter (FDOM) exudated by S. costatum and by A. catenella has been analyzed by 3D fluorescence spectroscopy combined with PARAFAC algorithm. The PARAFAC treatments revealed four components, which were attributed to two main contributions, one related to the biological activity of the species, and the other related to the decomposition of organic matter. The C1 and C2 components were combined with tryptophan peaks and with humic substances, while the C3 and C4 components were generally associated with the production of marine organic matter. Moreover, glucose and galactose were the main aldoses among the polysaccharides exudated in the DOM. Proteomic changes occurred in the proteomes of A. catenella in response to the various metal stresses. Stress proteins expressed by A. catenella were obtained by comparison of the protein expression profiles (PEPs) achieved by two-dimensional electrophoresis (2D - electrophoresis) under physiological and contaminated conditions. Stress proteins are involved in many functional categories: response to oxidative stress (superoxide dismutase, proteasome sub - units), photosynthesis (ribulose 1,5- bisphosphate carboxylase, peridinin chlorophyll protein complex, ferredoxin -NADP reductase), carbohydrate metabolism (triosephosphate isomerase, ribose 5-phosphate isomerase, malate dehydrogenase), photorespiration and phosphorus metabolism (phosphoglycolate phosphatase), energy metabolism (ATP - synthase), cell signalling (calmodulin), chaperone activity (HSP 70, HSP 90) and bioluminescence of A. catenella (luciferin - binding protein). Over - expression of phosphoglycolate phosphatase (PGP) and of ATP – synthase, occurring in response to metal contamination by lead, could represent a strategy of defence set up by A. catenella (i) to protect itself from the oxidative stress due to metal contamination, PGP being involved in the dissipation of excess energy (ii) to produce more reserves of energy (ATP) so as to satisfy the increased requirements resulting from the metal stress, in order to adapt to it.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8191_1.pdf: 2835101 bytes, checksum: 92c50cb21826629cadc7d03ff73c1058 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Os ambientes costeiros são regiões caracterizadas pela alta complexidade e diversidade biológica, onde a variedade supera outros ecossistemas já estabelecidos. As áreas estuarinas constituem um dos ecossistemas mais produtivos do mundo, graças ao grande aporte de nutrientes inorgânicos dissolvidos, oriundos do continente. O que vem sendo modificado nos últimos anos, devido ao seu uso indiscriminado. Nesse contexto, os estuários do rio Ipojuca e da bacia do Pina estão localizados, à cerca de 40 km ao sul da cidade do Recife e na parte interna da capital, respectivamente e encontram-se inseridos na região metropolitana do estado de Pernambuco. Esses ecossistemas foram investigados com o objetivo de inventariar a ocorrência da diatomécea Skeletonema costatum (Greville) Cleve analisando suas variações quantitativas e morfométricas e as principais variáveis ambientais que interferem no seu desenvolvimento. O material analisado foi coletado nos meses de Junho, Julho e Agosto (período seco) e Outubro, Novembro e Dezembro (período chuvoso) nos anos de 1986, no rio Ipojuca, e 1990, na bacia do Pina, na baixa-mar e preamar. Foram aferidos no local: temperatura do ar e da água e transparência. Foram coletadas amostras da água com garrafa do tipo Nansen para análise dos demais parâmetros hidrológicos. As amostras do fitoplâncton foram coletadas através de arrasto superficial, horizontal, com duração de 3 minutos e auxílio de barco a motor, utilizando rede de plâncton (64μm de abertura de malha) e neutralizadas com formol 4%. A temperatura, transparência da água e salinidade, nos dois ambientes, teve seus maiores valores no período seco, o fosfato foi maior apenas na bacia do Pina e o silicato no rio Ipojuca. O pH não variou sazonalmente nos dois ambientes. Os maiores valores de oxigênio dissolvido, nitrito e nitrato foram registrados no período chuvoso. Em relação às marés, os valores mais elevados durante as baixa-mares foram temperatura e nitrato (no rio Ipojuca) e nitrito (na bacia do Pina), fosfato e silicato, de uma maneira geral. Nas preamares, foram registrados maiores valores de transparência, salinidade, pH, oxigênio dissolvido, nitrito (no rio Ipojuca), temperatura e nitrato (na bacia do Pina). A espécie apresentou características distintas. No estuário do Ipojuca as células eram robustas, maiores e visíveis, colônias grandes, com processos evidentes. No estuário do Pina as frústulas eram frágeis, quase imperceptíveis, esbranquiçadas, com processos curtos e colônias pequenas. Os valores da altura, processos celulares e n° de cél/colônia apresentaram pequena variação sazonal, nos ciclos de marés e entre os ambientes, não sendo consideradas significativas pelo teste t de significância. O diâmetro celular demonstrou forte variação, entre os ambientes, mostrando-se mais elevado no estuário do rio Ipojuca representando o parâmetro mais significativo. A densidade celular, no rio Ipojuca, obteve valores elevados no período chuvoso, quando ocorreu baixa salinidade e maiores concentrações de silicato. Na bacia do Pina os maiores valores ocorreram no período seco. O biovolume celular foi mais alto no estuário do rio Ipojuca e os valores de biovolume total foram equivalentes nos dois ambientes. A análise dos componentes principais (ACP) evidenciou que no rio Ipojuca o oxigênio dissolvido, pH, nitrito, nitrato e fosfato contribuíram positivamente para o desenvolvimento da espécie. No entanto, para a bacia do Pina, a precipitação e transparência da água determinaram o desenvolvimento da espécie. Os dados obtidos classificam o estuário da bacia do Pina como ecossistema com forte estresse ambiental e eutrofização. O estuário do rio Ipojuca ainda encontra-se com certo grau de conservação. O estudo mostrou que a espécie Skeletonema costatum desenvolve-se melhor em ambientes não eutrofizados, sendo assim, uma boa indicadora da qualidade do ambiente

'impact de plusieurs éléments traces métalliques (ETMs) (plomb, zinc, cuivre ou cadmium) sur la croissance de deux espèces phytoplanctoniques marines, la diatomée Skeletonema costatum et le dinoflagellé toxique Alexandrium catenella, a été étudié à partir de cultures réalisées en conditions physiologiques et en conditions contaminantes. Les résultats obtenus ont révélé des perturbations de croissance chez S. costatum et chez A. catenella, lorsque ces espèces étaient exposées à de fortes concentrations métalliques. Les effets létaux se manifestaient par une forte mortalité cellulaire, accompagnée, chez A. catenella, par la conversion d'un certain nombre de cellules végétatives en kystes de résistance. Puis, l'exsudation de la matière organique dissoute (MOD) par S. costatum et par A. catenella en réponse aux stress métalliques, a été caractérisée. L'exsudation du carbone organique dissous (COD) variait en fonction de la phase de croissance, et était associée au niveau de contamination métallique, et à la nature du métal testé. Les valeurs maximales de COD exsudé par cellule étaient mesurées en réponse à la contamination par le cuivre 16 µM pendant la phase d'adaptation, et en réponse à la contamination par le cadmium 200 µM pendant la phase exponentielle de la croissance. Plus spécifiquement, la matière organique dissoute fluorescente (FDOM) exsudée par S. costatum et par A. catenella a été analysée par spectroscopie de fluorescence 3D associée à l'algorithme PARAFAC. Les traitements PARAFAC révélaient quatre composantes, lesquelles étaient attribuées à deux contributions principales, l'une liée à l'activité biologique de l'espèce, l'autre liée à la décomposition de la matière organique. Les composantes C1 et C2 étaient combinées à des pics tryptophaniques et à des substances humiques, tandis que les composantes C3 et C4 étaient associées à la production de matière organique marine. Par ailleurs, le glucose et le galactose étaient prédominants parmi les aldoses constituant les polysaccharides exsudés dans la MOD. De plus, des modifications protéomiques étaient observées dans les protéomes d'A. catenella, en réponse aux divers stress métalliques. Les protéines de stress exprimées par A. catenella étaient mises en évidence par comparaison des profils d'expression protéiques (PEPs) obtenus par électrophorèse bidimensionnelle (électrophorèse 2D), en conditions physiologiques et en conditions contaminantes. Les protéines de stress étaient impliquées dans de nombreuses catégories fonctionnelles : réponse au stress oxydatif (superoxyde dismutase, sous - unités du protéasome), photosynthèse (ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase, complexe péridinine chlorophylle - protéine, ferrédoxine-NADP réductase), métabolisme des carbohydrates (triosephosphate isomérase, ribose 5-phosphate isomérase, malate déshydrogénase, photorespiration et métabolisme du phosphore (phosphoglycolate phosphatase), métabolisme énergétique (ATP - synthase), signal cellulaire (calmoduline), activité chaperonne (HSP 70, HSP 90) et bioluminescence d'A. catenella (luciférine - binding protéine). La sur - expression de la phosphoglycolate phosphatase (PGP) et celle de l'ATP - synthase, observées en réponse à la contamination par le plomb, pourraient participer à une stratégie de défense mise en place par A. catenella afin (i) de se protéger du stress oxydatif lié à la contamination métallique, la PGP étant impliquée dans la dissipation de l'excès d'énergie (ii) de produire davantage de réserves énergétiques (ATP) et ainsi de répondre à des besoins accrus en raison du stress métallique, dans le but de s'y adapter.