Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2014-09-05T14:43:24Z No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado Gabriel Luiz dos Santos.pdf: 1820652 bytes, checksum: 813a41cbb9ae01d5c374c54cce45816c (MD5) / Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-09-05T16:01:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado Gabriel Luiz dos Santos.pdf: 1820652 bytes, checksum: 813a41cbb9ae01d5c374c54cce45816c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-05T16:01:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado Gabriel Luiz dos Santos.pdf: 1820652 bytes, checksum: 813a41cbb9ae01d5c374c54cce45816c (MD5) / CNPq / O presente trabalho realizado em amostras coletadas na Baía de Todos os Santos, Bahia, Brasil, propõe estratégias para determinação multielementar e análise de especiação de vanádio em amostras de moluscos bivalves e sedimentos, empregando ICP OES e ICP-MS. Na primeira parte da tese, foram avaliadas as potencialidades de dois espectrômetros de massa com plasma indutivamente acoplado para determinação de As, Cr, Ni, Se e V em amostras de moluscos bivalves. Para efeito de comparação, três materiais de referência certificados (CRM) foram analisados: NIST 1566b SRM Oyster tissue, NRCC TORT-2 Lobster Hepatopancreas e NIST 2977 SRM Mussel tissue. A condição recomendada, que consistiu na determinação no modo padrão com adição de padrão interno, foi aplicada na determinação dos analitos em amostras de Macoma constricta coletadas em diferentes regiões da BTS. Os resultados apontaram que a maioria dos níveis de As, Cr, Ni, Se e V presentes na espécie Macoma constricta apresentaram valores acima dos níveis estabelecidos pela legislação vigente brasileira que são: 1,0 (As); 0,1 (Cr); 5,0 (Ni); 0,3 (Se) e 0,77 (V) g g-1 (peso úmido), o que representa risco à população e ao ecossistema. Na segunda parte da tese, foram investigadas as condições para a análise de especiação de vanádio em amostras de sedimentos, empregando extração alcalina e determinação por ICP OES. A concentração de V(IV) foi determinada por diferença, considerando a determinação de vanádio total, também realizada por ICP OES, após digestão das amostras com ácido nítrico em forno de micro- ondas com cavidade, usando o procedimento EPA 3051A. O procedimento foi validado através de testes de adição e recuperação e de análise do seguinte material de referência certificado: NIST 2702 (Inorganics in marine sediment). Pelos resultados obtidos pode-se concluir que os compostos contendo V(IV) são mais dominantes nas amostras dos sedimentos analisados. / The present work conducted on samples collected in Todos os Santos Bay, Bahia, Brasil, proposes strategies for multielement determination and speciation analysis of vanadium in bivalve molluscs and sediments samples, using ICP OES and ICP-MS. In the first part of the thesis, the potential of two inductively coupled plasma mass spectrometers for determination of As, Cr, Ni, Se and V in bivalve molluscs samples were evaluated. For comparison, three certified reference materials (CRM) were analyzed: NIST 1566b SRM Oyster tissue, NRCC TORT-2 Lobster Hepatopancreas e NIST 2977 SRM Mussel tissue. The recommended condition, which consisted in determining the standard mode with addition of internal standard, was applied in the determination of analytes in samples of Macoma constricta collected in different regions of the BTS. The results showed that most levels of As, Cr, Ni, Se and V present in the species Macoma constricta have values above the levels established by the Brazilian legislation, that are: 1.0 (As); 0.1 (Cr); 5.0 (Ni); 0.3 (Se) and 0.77 (V) g g-1 (wet weight), which represents risk to the population and the ecosystem. In the second part of the thesis, the conditions for speciation analysis of vanadium in soil and sediment samples were investigated, using alkaline extraction and determining by ICP OES. The V (IV) concentration was determined by difference, considering the total vanadium determination, also performed by ICP OES, after the samples digestion with nitric acid in cavity microwave oven, using the procedure EPA 3051A. The procedure was validated through addition and recovery tests and analysis of the following certified reference material: NIST 2702 (Inorganics in marine sediment). From the obtained results it can be concluded that compounds containing V (IV) are majority in the sediment samples analyzed.

Orientador: Amauri Antonio Menegário / Banca: Valderi Luiz Dressler / Banca: Eduardo de Almeida / Resumo: Um dos fatores mais preocupantes na área de mineração de urânio é adrenagem ácida de mina (DAM), tal processo ocorre de maneira espontânea edescontrolada no complexo minério industrial de Poços de Caldas (CIPC). A DAMpode gerar espécies de urânio acima dos valores permitidos para lançamento emcorpos hídricos. Durante o processo de DAM, o urânio, possivelmente, esta na formade óxidos e hidróxidos de uranilo, ao atingir os corpos hídricos, sua forma podemudar para espécies contendo grupos carbonato e sulfato. A concentração elabilidade dessas espécies são importantes para avaliação da biogeodisponibilidadedo metal para o sistema aquático. A técnica de difusão em filmes finos por gradientede concentração (DGT) tem sido utilizada para quantificação de metais na sua formalábil e especiação de metais em diferentes tipos de amostra. Nesta pesquisa atécnica DGT foi utilizada em laboratório com diferentes fases ligantes para avaliar aaplicação em águas de DAM tratada e afluentes no entorno de mineração de urânio. A partir de imersões in situ, a técnica DGT foi utilizada juntamente com a técnica deextração em fase sólida (SPE) para avaliar a labilidade das espécies de urâniopresente no sistema. Os resultados mostraram que grande parte do urânio presentenas amostras está na forma lábil. Por sua vez estes resultados se mostraramconcordantes com a especiação via software MINTEQ. Por outro lado, os resultadosobtidos pela SPE não foram concordantes com a ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One of the major concerns in uranium mining areas is the Acid Mine Drainage (AMD). This process occurs spontaneously and uncontrollably in Poços de Caldas Ore Industrial Complex (CIPC). DAM can generate levels of uranium species higher than the maximum allowed values for water bodies discharge. During the DMA process, uranium is possibly in the form of uranyl oxides and hydroxides and after reaching water bodies, it changes to species which contain carbonate and sulfate groups. The determination of concentration and lability of these species is important to evaluate the metal biogeoavailability to the water system. The Diffusion Gradients in Thin Films Technique (DGT) has been used for the quantification of labile metals and their speciation in several types of sample. In this research, DGT technique was used in lab with different binding layers to evaluate its suitability to DAM waters and uranium mining surrounding tributaries. Therefore, the developed method was performed in situ along the solid phase extraction technique (SPE) to assess the lability of uranium species present in the system. The results obtained by DGT technique showed that a large part of the uranium present in the samples is its labile form. Also, these results were consistent with speciation via the MINTEQ software. Moreover the results obtained by SPE were not consistent with those from DGT technique, probably because of the saturation of the binding phase or due to the different residence times of ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O objetivo desse trabalho foi demonstrar a viabilidade do acoplamento entre as técnicas de cromatografia líquida de alta eficiência com a espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (HPLC - ICP OES) em um equipamento da Thermo Fisher Scientific, visando análise de especiação elementar de espécies com maiores concentrações na amostra. A identificação de espécies moleculares associadas aos elementos Cu, Fe, Mg, e Zn em amostras de castanha de caju foi adotada como modelo para comprovar tal acoplamento. Para que o ICP OES pudesse adquirir sinais de emissão ao longo de um tempo determinado, ou seja, para que o equipamento pudesse coletar um sinal transiente, fundamental para o acoplamento HPLC - ICP OES, foi necessário executar algumas modificações. Para isso, foram feitas alterações na placa eletrônica principal do equipamento, e trocada sua caixa controladora de gases. Os parâmetros instrumentais do ICP OES foram otimizados em uma série de ensaios com o intuito de estabelecer e avaliar desempenho do instrumento e a robustez do método empregado nas análises de castanha de caju. Determinações das concentrações totais de Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, e Zn foram feitas em amostras de castanha de caju e nos materiais de referência NIST 1515 e NIST 1547, apresentando uma exatidão do método aceitável, levando-se em consideração o preparo de amostra e a medida no ICP OES. As determinações totais elementares nas amostras de castanha de caju indicaram que os teores de Ca foram de (0,04 ± 0,01) % ; Cu (26,3 ± 5,0) mg kg-1; Fe (47,9 ± 8,8) mg kg-1; Mg (0,31 ± 0,04) %; Mn (25,6 ± 3,9) mg kg-1; Ni (24,8 ± 1,9) mg kg-1; Zn (66,3 ± 2,4) mg kg-1. Para identificação de espécies moleculares associadas aos elementos Cu, Fe, Mg, e Zn, foi feita nas amostras de castanha de caju uma extração de metais e proteínas utilizando-se de uma solução extrato de NaOH 1 mol L-1. O extrato ainda foi submetido à uma etapa de clean-up, com precipitação das proteínas com acetona e ressupenção das mesmas com tampão Tris-HCl, pH 7,4. As proteínas e metais ressupensos em tampão foram analisados no sistema HPLC ICP OES, em que a separação cromatográfica ocorreu através de uma coluna de exclusão por tamanho (SEC), a detecção molecular através do detector UV-Vis do HPLC, e a detecção elementar através do ICP OES. As espécies moleculares identificadas estão no intervalo de massa molecular compreendido entre 2 e 177 kDa, sendo que Cu, Fe e Zn apresentam associação com essas espécies moleculares. Foram monitorados ainda, no ICP OES, os sinais de intensidade de emissão de P e S. Esses elementos também apresentaram associação com espécies moleculares com peso molecular entre 2 e 177 kDa, sugerindo que essas espécies se tratam de metaloproteínas. / The aim of this study was to demonstrate the capability of coupling between liquid chromatography techniques of high efficiency with the optical emission spectrometry with inductively coupled plasma (HPLC - ICP OES) in an equipment of Thermo Fisher Scientific, aiming elemental speciation analysis of species with higher concentrations in the sample. The identification of molecular species associated with elements Cu, Fe, Mg and Zn in cashew nuts samples was adopted as a model to prove such coupling. For ICP OES could get emission signal through a certain time, so that the equipment could collect a transient signal, critical to the HPLC coupling - ICP OES, it was necessary to perform some modifications in the instrument. For this, changes were made to the main electronic board of the equipment and also changed their gas controller box. The instrumental parameters of the ICP OES were optimized in a series of tests in order to establish and evaluate performance of the instrument and the robustness of the method employed in cashew nut analysis. Determination of the total concentration of Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni and Zn were made in cashew sample and reference materials NIST 1515 and NIST in 1547, with an accuracy acceptable method, taking into account the sample preparation and measurement by ICP OES. The elemental total determinations in cashew nut samples indicated that Ca were (0.04 ± 0.01)%; Cu (26.3 ± 5.0) mg kg-1; Fe (47.9 ± 8.8) mg kg-1; Mg (0.31 ± 0.04)%; Mn (25.6 ± 3.9) mg kg-1; Ni (24.8 ± 1.9) mg kg-1; Zn (66.3 ± 2.4) mg kg-1. For the identification of molecular species associated with the elements Cu, Fe, Mg, and Zn was performed on samples of cashew nuts an extract of metals and proteins using an extract solution of NaOH 1 mol L-1. The extract was further subjected to one-step of clean-up with protein precipitation with acetone following by a resuspension with Tris-HCl buffer, pH 7.4. Proteins and metals resuspended in buffer, were analyzed in the HPLC - ICP OES system, wherein the chromatographic separation took place by a size exclusion column (SEC), the molecular detection by UV-Vis detector of HPLC, and elemental detection by ICP OES. The molecular species were identified in the molecular weight range between 2 and 177 kDa, and Cu, Fe and Zn are associated with these molecular species. Were also monitored in the ICP OES, P and S emission intensity signals. These elements also associated with molecular species having a molecular weight between 2 and 177 kDa, suggesting that this species are metalloproteins.

O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e validação de um método analítico para a especiação de mercúrio em água com preparação de amostra por microextração em sorvente empacotado (MEPS) e determinação das espécies de mercúrio utilizando cromatografia líquida de alta eficiência hifenada à espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (HPLC-ICP-MS). Para isso foram otimizadas as condições do sistema cromatográfico, do sistema de detecção e do procedimento de extração, considerando os parâmetros que influenciam diretamente na eficiência da análise, como o solvente de eluição, o agente complexante, o número de ciclos de extração e a velocidade de amostragem da seringa semi-automática eVol®. As melhores condições para o preparo de amostra foram encontradas com o uso de ditizona 0,001% m/v como agente complexante e eluição com 50?L de fase móvel, composta por 2-mercaptoetanol 0,05% v/v + L-cisteína 0,4% m/v + acetato de amônio 0,06 mol.L-1. Esse método apresentou valores de limite de detecção (LOD) de 0,19ng/L, 0,13ng/L e 0,16ng/L e recuperação de 100 ± 3%, 112 ± 0,9% e 91 ± 0,9% para mercúrio inorgânico (IHg), metilmercúrio (MeHg) e etilmercúrio (EtHg), respectivamente. A precisão intra-dia para cada espécie apresentou valores inferiores a 6,2% e a precisão inter-dia, valores interiores a 8,3%. Finalmente, o método proposto é uma excelente alternativa para a especiação química de mercúrio em amostras de água, garantindo uma melhor sensibilidade e reduzido volume de amostra. Além disso, poderá ser uma boa opção para pré-concentração de espécies de mercúrio in loco em estudos de contaminação ambiental em locais de difícil acesso e com pouca infraestrutura. / The aim of this study was to develop and validate a novel preconcentration method for determination of mercury species in water using a microextraction by packed sorbent (MEPS) based protocol followed by high performance liquid chromatography hyphenated to inductively coupled plasma mass spectrometry (HPLC-ICP-MS). The optimized conditions of the HPLC and ICP-MS were determined and critical factors in MEPS protocol were established, including elution solvent, complexing agent, number of extraction cycles and sample flow rate of the semi-automated MEPS format (eVol®). The best sample preparation conditions were found with the use of dithizone 0,001% m/v as complexing agent and elution in 50?L of the mobile phase, containing 2-mercaptoethanol 0,05% v/v + L-cysteine 0,4% m/v + ammonium acetate 0,06 mol/L. The proposed method detection limit (LOD) was 0,19ng/L, 0,13ng/L and 0,16ng/L and the recovery was 100 ± 3%, 112 ± 0,9% and 91 ± 0,9% for inorganic mercury (IHg), methylmercury (MeHg) and ethylmercury (EtHg), respectively. The within-day precision was always lower than 6,2%, while the between-day precision was lower than 8,3% for the species determined. Finally, the proposed method is an excellent alternative for mercury speciation in water samples, ensuring a better sensitivity associated to small sample volume. Additionally, it may be a good option for preconcentration of mercury species in situ for environmental contamination studies in places of difficult access and poor infrastructure

A capacidade de ligação de prótons e metais por células vivas da microalga Tetraselmis gracilis (Kylin) butcher foi estudada por titulação potenciométrica e voltametria de redissolução anódica, respectivamente. Dados da titulação alcalimétrica obtidos com uma suspensão de microalga suspensa em NaCl 0,60 mol L-1 a 25,0 ± 0,1 ºC foram tratados por um modelo de distribuição discreta de sítios baseado na linearização das curvas de titulação por funções de Gran modificadas. A concentração total de sítios ionizáveis foi 3,4 x 10-3 mmol g-1, divididos em quatro classes de grupos com pKa 4,4; 5,2; 7,0 e 9,3, cujas abundâncias relativas foram 13, 5,8, 8,2 e 73%, respectivamente. Ligação de Cd(II) e Zn(II) foi estudada em água do mar (pH 8,2) por adições de soluções dos cátion metálicos em soluções simples ou misturas binárias. O cálculo das concentrações dos metais a partir dos dados voltamétricos considerou o agregado célula-metal tendo difusão muito menor do que a do íon livre. Capacidades de adsorção e o logaritmo das constantes de equilíbrio condicionais foram 7,9 ± 0,9 µmol g-1 e 6,9 ± 0,3 L g-1 para Cd(II) e 18,1 ± 0,4 µmol g-1 e 8,8 ± 0,2 L g-1 para Zn(II). Nas titulações com misturas binárias as capacidades de adsorção foram 0,129 ± 0 ,008 e 18,1 ± 0,4 µmol g-1 de Cd(II) e Zn(II), respectivamente, sugerindo que a ligação de Zn(II) inibe a de Cd(II). Entretanto, mesmo na presença de Zn(II) a superfície de alga possui sítios minoritários que se ligam a Cd(II) (log Kads = 7,7 ± 0,2), o que pode causar a bioacumulação desse íon metálico tóxico. / Proton and metal binding capacities of living cells of the microalgae Tetraselmis gracilis (Kylin) butcher were determined by potentiometric titration and anodic stripping voltammetry, respectively. Data of alkalimetric titration of the microalgae suspension obtained in 0.60 mol L-1 NaCl at 25.0 ± 0.1ºC was treated by a discrete site distribution model based on the linearization of the titration curve by modified Gran functions. A total of 3.4 x 10-3 mmol g-1 ionizable sites were determined, divided in four classes of groups with pKa 4.4, 5.2, 7.0 and 9.3, whose relative abundances were 13, 5.8, 8.2 and 73%, respectively. Binding of Cd(II) and Zn(II) was studied in seawater (pH 8.2) by additions of either single metallic species or binary mixtures. Computation of free metal concentrations from the voltammetric data considered the cell-metal aggregates with diffusion coefficient significantly lower than that of free metal ions. Adsorption capacities and the logarithm of the conditional equilibrium constants were 7.9 ± 0.9 µmol g-1 and 6.9 ± 0.3 L g-1 for Cd(II) and 18.1 ± 0.4 µmol g-1 and 8.8 ± 0.2 L g-1 for Zn(II). For titrations with binary mixtures of Cd(II) and Zn(II ) the adsorption capacity of Cd(II) were 0.129 ± 0.008 µmol g-1 and 18.1 ± 0.4 µmol g-1, respectively. The results suggest that binding of Zn(II) inhibits that of Cd(II). However, even in the presence of Zn(II), the alga surface has some minor sites that can bind Cd(II) (log Kads = 7.7 ± 0.2), a process that can lead to bioaccumulation of this toxic metal ion.

A delimitação de espécies é essencial para a caracterização e conservação da biodiversidade. No entanto, representa um desafio para grupos onde há pouca variação em morfologia, como no caso dos lagartos Iphisini. São conhecidas oito espécies pertencentes a seis gêneros na tribo, com base em análises moleculares e de anatomia hemipeniana foram detectadas quatro espécies candidatas para Iphisa. A tribo filogeneticamente aparentada Gymnophthalmini apresenta maior riqueza de espécies e diversidade morfológica, principalmente em espécies com adaptações para a vida fossorial. No entanto, ainda se conhece pouco sobre os mecanismos históricos e ecológicos que causam distintos padrões de especiação, apesar de historicamente o papel de isolamento geográfico ter sido enfatizado para a biota Neotropical. Em tempos recentes, foram desenvolvidos métodos quantitativos para abordar questões evolutivas como probabilidades de especiação, variações em taxas de diversificação e reconstrução de demografia histórica de populações e migração. Implementei neste estudo uma combinação de métodos quantitativos com uso de dados moleculares, morfológicos e ambientais para testar as hipóteses que: há diversidade não reconhecida em Iphisini; as diferenças em riqueza e disparidade morfológica entre Iphisini e outras tribos de Gymnophthalminae se deve a diferenças em tempo e modo de diversificação, e que a diversificação em Acratosaura ocorreu por isolamento geográfico causado por flutuações paleoclimáticas. Com base em análises moleculares, foram delimitadas quatro espécies candidatas para Iphisini, aumentando em 33% a diversidade conhecida para a tribo. Não houve variação entre as espécies candidatas de Acratosaura em morfometria. A filogenia estimada para Gymnophthalminae apresentou alto suporte para a relação entre Iphisini e Heterodactylini, e demonstra um tempo de diversificação e riqueza neste clado similar a Gymnophthalmini. As tribos apresentaram padrões de diversificação semelhantes, mas taxas distintas. Os padrões de evolução morfológica foram congruentes com a diversificação em Gymnophthalmini, porém distintas em Heterodactylini sensu lato, indicando que disparidade independe de diversificação. As análises filogeográficas indicam que as populações de Acratosaura apresentaram estabilidade demográfica e espacial ao longo do tempo, com evidências de fluxo gênico entre linhagens diferenciadas. Desta forma, os resultados sugerem que Acratosaura diversificou sem influência de variações históricas no clima, e provavelmente sem isolamento reprodutivo completo / Species delimitation is essential for characterization and conservation of biodiversity. Nevertheless, it represents a challenge for groups in which morphological variation is subtle, such as the microteiid lizards of the tribe Iphisini. Eight species from six genera are currently recognized in the tribe but recently, based on molecular analysis and hemipenial anatomy, four candidate species were inferred for Iphisa. The phylogenetically related tribe Gymnophthalmini presents higher species richness and morphological diversity, specially in forms with adaptations to fossoriality. Nevertheless, the historical and ecological mechanisms involved in the distinct speciation patterns are poorly known, although geographical isolation have been historically emphasized for neotropical biota. In recent times, quantitative methods were developed to address evolutionary questions such as speciation probabilities, variation in diversification rates and reconstruction of historical demography of populations and migration. In this study I used a combination of quantitative methods based on molecular, morphological and environmental data for testing the hypothesis that: there is unrecognized diversity within Iphisini; differences in species richness and disparity among Iphisini and related tribes are congruent with differences in time and mode of diversification; and that diversification in Acratosaura occurred with geographical isolation caused by paleoclimatic fluctuations. Based on the results of molecular analyses, four candidate species were delimited for Iphisini, rising in 33% the tribe diversity. There was no significant variation in morphometry between candidate species of Acratosaura. The phylogeny of Gymnophthalminae presented high support for the relationship between Iphisini and Heterodactylini, and showed diversification timming and species richness comparable between this clade and Gymnophthalmini. The tribes presented similar diversification patterns but distinct rates. The patterns of morphological evolution were congruent with diversification patterns in Gymnophthalmini but distinct in Heterodactylini sensu lato, indicating that disparity is independent from diversification in the group. The phylogeographic analyses indicate that populations of Acratosaura presented demographic and spatial stability through time, with evidences of gene flow among lineages after differentiation. Thus, the results suggest that diversification of Acratosaura was not influenced by variations in historical climate, and probably occurred without complete reproductive isolation

Os Cubozoa são animais de águas tropicais e subtropicais ao redor do mundo. A cubomedusa Chiropsalmus cf. quadrumanus (Cubozoa: Chiropsalmidae) habita na costa Atlântica americana entre os 35°N e 27°S, uma área com barreiras putativas que poderiam impedir a distribuição contínua de C. cf. quadrumanus, tornando-se um modelo interessante para estudos de estrutura populacional e filogeografia. O objetivo deste trabalho foi analisar a estrutura haplotípica de quatro populações da C. cf. quadrumanus da costa brasileira. Nossas análises foram baseadas nos marcadores mitocondriais COI e 16S e a região nuclear ITS de 40 indivíduos provenientes de Ceará (03°43S 038°29W); Rio de Janeiro (22°37S 041°54W); São Paulo (23°26S 45°04 W) e Paraná (25°41\'S 048°25\'W), assim como por estudos morfométricos de 5 indivíduos de cada população. Análises filogenéticas e de redes de haplótipos de cada marcador revelaram uma profunda divergência gênica entre duas linhagens, Ceará - São Paulo e Rio de Janeiro - Paraná, dados estes corroborados por alguns caracteres das analises morfométricas. Nossos resultados sugerem que a espécie Chiropsalmus cf. quadrumanus é um complexo de espécies resultado da combinação entre taxonomia conservadora e especiação críptica. Estudos mais abrangentes que contenham espécimes de outros pontos da costa brasileira, incluída a localidade tipo (Santa Catarina, Müller, 1859), poderão verificar a existência de outras possíveis espécies crípticas e ampliar o conhecimento sobre a distribuição das duas linhagens encontradas neste estudo. As conseqüências taxonômicas do presente trabalho são importantes e ainda deverão ser trabalhadas. A falta de informação sobre a espécie, em conjunto com atitudes taxonômicas conservadoras e eventos de especiação críptica, não nos permitem delimitar as novas espécies com clareza. De qualquer maneira, nossos resultados revelam que há um complexo de espécies com o nome Chiropsalmus quadrumanus no Atlântico Americano. O presente trabalho constitui o primeiro estudo filogeográfico para qualquer espécie de cubozoário. / Cubozoans live in tropical and subtropical waters around the world. Chiropsalmus cf. quadrumanus (Cubozoa: Chiropsalmidae) inhabits the Atlantic coast of America between 35°N and 27°S, an area with putative barriers that could prevent the continuous distribution of C. cf. quadrumanus, turning the species an interesting model to study population structure and phylogeography. The aim of this work was to analyze the haplotype structure of four populations of C. cf. quadrumanus from the Brazilian coast. We carried out our analyses based on the COI and 16S mitochondrial markers and the nuclear ITS region of 40 individuals from Ceará (03°43S 038°29W); Rio de Janeiro (22°37S 041°54W); São Paulo (23°26S 45°04 W) and Paraná (25°41\'S 048°25\'W), as well by morphometric surveys of 5 individuals from each population. Phylogenetic and haplotype network analyses of each marker reveled a deep genetic divergence between two lineages, Ceará - São Paulo and Rio de Janeiro - Paraná, this data were corroborated by some characters of the morphometrical analyses. Our results suggest that the species Chiropsalmus cf. quadrumanus is a complex of species resulting of the mixture of over-conservative taxonomy and cryptic speciation. More inclusive studies containing specimens from other points of the Brazilian coast, including the type locality (Santa Catarina, Müller, 1859),could verify the existence of other possible cryptic species and increase the knowledge about the distribution of the two lineages found in this study. The taxonomic consequences of this survey are important and should be overwrought. Lack of information about the species, conservative taxonomic attitudes and cryptic speciation events prevent us to delimit new species clearly. However, our results revealed a species complex named Chiropsalmus quadrumanus in the Atlantic coast of America. The present work represents the first phylogeographic approach of any cubozoan species.

O arsênio é um elemento químico tóxico encontrado na natureza em várias formas químicas. Entretanto, cada uma delas apresenta diferença na toxicocinética e toxicodinâmica. Os alimentos são considerados a principal fonte de exposição pelos humanos, destacando o arroz, que pode conter o arsênio na forma inorgânica e nas formas de ácidos monometilarsônico e dimetilarsínico (DMA), e alimentos de origem marinha. Os compostos de arsênio encontrados na biota marinha são classificados como solúveis em água, como arsenobetaína e arsenoaçúcares, e solúveis em lipídeos como os arsenolipídeos. Assim, é importante o desenvolvimento de estudos que avaliem a exposição ao arsênio pela alimentação, sua distribuição em organismos e sua especiação química. Neste sentido, o presente trabalho está apresentado em dois capítulos. O capítulo I corresponde ao estudo de exposição crônica em camudongos machos Swiss ao arsênio presente na dieta e os efeitos em alguns parâmetros bioquímicos. Para isso os animais foram divididos em grupo controle, três grupos expostos à dieta contendo arroz naturalmente contaminado com arsênio e três grupos expostos à dieta preparada com sais de arsênio nas mesmas concentrações presentes no arroz. Concentrações de arsênio total foram determinadas nos tecidos dos animais em estudo por ICP-MS, sendo que as maiores concentrações foram observadas na bexiga > pêlos > pulmões > rins > fígado > coração > cérebro > sangue. Análises de especiação química usando HPLC-ICP-MS mostraram a presença de DMA e As5+ em amostras de fígado e rins. Adicionalmente, não foram observadas alterações nas concentrações de glicose e de óxido nítrico plasmáticos. Uma redução significativa nas concentrações de hemoglobina sanguínea foi observada apenas para os animais expostos à ração preparada com a maior concentração de arsênio na forma do sal. Alterações em alguns parâmetros relacionados ao estresse oxidativo foram encontradas nos animais expostos às dietas contendo a maior proporção de arroz e a maior concentração de arsênio na forma de sal. Portanto, as características pioneiras deste estudo levantam questionamentos diversos e incentivam a continuidade de pesquisas futuras relacionadas à avaliação da segurança do consumo de arroz. O capítulo II refere-se ao estudo de identificação e distribuição de arsenolipídeos em tecidos de baleia-piloto-de-aleta-longa (Globicephala melas), com diferenças na idade e sexo. Arsênio total foi determinado nas amostras por ICP-MS, sendo as maiores concentrações encontradas nos rins. Os resultados mostraram que as baleias-piloto adultas tendem a acumular maior concentração do elemento em relação a juvenis. As amostras de fígado, rins, músculo e camada de gordura foram submetidas a um procedimento de extração. As maiores concentrações de arsênio total foram determinadas nos extratos metanol/diclorometano por ICP-MS e 7 arsenolipídeos (ácidos graxos e hidrocarbonetos contendo arsênio) foram ii identificados nestes extratos após análise de especiação química por HPLC-ICP-MS/ESI-MS. Por outro lado, mesmo o extrato hexano apresentando menores concentrações do elemento, alguns arsenolipídeos foram identificados. Foi possível observar que cada tecido apresentou um perfil específico de distribuição destes compostos. Assim, este segundo estudo foi precursor na identificação e distribuição de arsenolipídeos em tecidos de baleias, contribuindo para o fortalecimento da avaliação de aspectos biogeoquímicos e toxicológicos do arsênio / Arsenic is a toxic and widely distributed element in the nature. It is found in different chemical forms and each of them presents different toxicokinetic and toxicodynamic. Food is considered the main source of exposure to humans highlighting the rice that usually contains inorganic arsenic, monomethylarsonic acid and dimethylarsinic acid (DMA), and sea food. Organic arsenic forms, found in marine biota, are classified as water-soluble (arsenobetaine and arsenosugars), or lipid-soluble compounds (arsenolipids). Therefore, it is of extreme importance the development of studies that evaluate arsenic exposure by diet, the distribution of the element in organisms, and its chemical speciation. Thus, the present study is divided in two chapters. Chapter I is related to the effects on some biochemical parameters after a chronic exposure to arsenic through the diet by Swiss male mice. For this, animals were divided into a control group, three groups fed with a diet containing rice naturally contaminated with arsenic, and three groups fed with a diet prepared with arsenic salts at the same concentration present in rice. Total arsenic concentration in the tissues was determined by ICP-MS. The highest concentrations were observed in bladder > hair > lung > kidneys > liver > heart > brain > blood. The chemical speciation analysis using HPLC-ICP-MS showed the presence of DMA and As5+ in liver and kidneys samples. Additionally, no changes were observed in the plasmatic glucose and nitric oxide levels. A significant reduction in blood hemoglobin concentration was observed only in animals exposed to the diet prepared at the highest concentration of arsenic salts. Biochemical parameters related to oxidative stress were altered in the whole blood of animals exposed to the diets containing higher proportion of rice and higher concentration of arsenic added as a salt. So, the pioneer results of the present study contribute to the answer of a number of issues and may encourage future research concerning safety assessment of rice consumption. Chapter II refers to the identification of arsenolipids in tissue samples collected from long-finned pilot whales (Globicephala Melas). The investigation comprised whether arsenolipids were present in the tissues of pilot whales, and how they were distributed into the different organs. Total arsenic concentration in the tissues was determined, with the highest concentration found in the kidneys. The results showed that adult pilot whales tend to accumulate higher concentration of the element compared to the juvenile ones. Furthermore, extractions of nonpolar and polar arsenolipids from liver, kidneys, muscle, and blubber samples were performed. The highest arsenic concentration was found in the methanol/dichloromethane extracts by ICP-MS and also 7 arsenolipids (arsenic-containing fatty acids and hydrocarbons) were identified after chemical speciation analysis by HPLC-ICP-MS/ESI-MS. On the other hand, even the hexane extract having lower arsenic concentration, there were some arsenolipids identified. It was noticed that each tissue presented a specific profile of arsenolipids iv distribution. So, this second study was pioneer in identification of arsenolipids in whales tissues and contribute to biogeochemical and toxicological evaluation of arsenic.

Espécies em anel se formam quando uma população se expande em volta de uma barreira geográfica, de modo que as duas frentes de expansão que se reencontram no outro lado da barreira estejam isoladas reprodutivamente. Esse complexos são considerados um exemplo emblemático de especiação por distância, processo no qual a aquisição do isolamento reprodutivo depende da atenuação do fluxo gênico pela distância. Barreiras geográficas que limitam a dispersão dos organismos têm tido um papel central no estudo da especiação, já que a sua presença tem o potencial de facilitar este processo. Além disso, a dispersão também é limitada por fatores endógenos, de modo que, frequentemente, a área acessível a cada indivíduo é menor do que a área total da distribuição da espécies. Na especiação por distância, esta limitação é o principal mecanismo promovendo a redução do fluxo gênico. Usando modelos baseados em agentes, simulamos a expansão e divergência de uma população em volta de uma barreira central com presença contínua de fluxo gênico. Nossos resultados mostram que espécies em anel são instáveis e resultam em especiação completa ou homogeneização da divergência adquirida durante o processo de expansão, porém podem persistir por períodos prolongados de tempo, mesmo na ausência de seleção ambiental. Esta persistência é afetada pela configuração da paisagem, e sugerimos que a forma da área de distribuição de Phylloscopus trochiloides, um dos casos mais bem documentados deste fenômeno, pode ser importante para a sua existência. Com este exemplo, mostramos que modelos baseados em agentes podem ajudar a entender padrões de distribuição espacial da variação genética e discriminar o efeito de atributos geográficos em casos particulares. Dada a demonstração da ocorrência de espécies em anel nas simulações, investigamos em mais detalhe as suas condições de formação. Concluímos que, na ausência de seleção ambiental, estes complexos são raros e se formam apenas em condições muito restritas que dependem conjuntamente de atributos da paisagem, da população e dos organismos. No entanto, a aquisição do isolamento reprodutivo é melhor explicada pela estruturação populacional gerada pela configuração da paisagem, do que pela reprodução local. Discutimos que a especiação por distância pode ser particularmente favorecida no caso de espécies em anel devido à ocorrência de expansão populacional, cenário no qual a deriva genética pode potencializar a fixação diferencial de alelos. As condições de formação de espécies em anel por especiação por distância são muito restritas e, só por isso, já seria esperado que elas fossem raras. Como as espécies estão sujeitas à variação ambiental, há grandes chances de que surjam lacunas em suas distribuições ao longo do tempo. Espécies em anel podem estar especialmente sujeitas ao surgimento de lacunas, pois a sua formação é favorecida por áreas particularmente estreitas. Além disso, na ausência de seleção ambiental, o fluxo gênico as torna intrinsecamente instáveis, e espera-se que estes complexos se separem ou se misturem completamente com o tempo. Esta transitoriedade é mais um fator a contribuir para a raridade de espécies em anel / Ring species are circular chains of gradually changing taxa which are formed when a population expands around a geographic barrier in such a way that the two expanding fronts, which meet after many generations, are reproductively isolated. These structures are considered a prime example of speciation by distance, a process in which the acquisition of reproductive isolation depends on the attenuation of gene flow with distance. Geographical barriers that limit dispersal have played a central role in the study of speciation, since their presence has the potential of facilitating divergence. In addition, dispersal is also limited by endogenous factors, so that the area accessible to each individual is less than total area of the species distribution. In speciation by distance, this limitation is the main mechanism promoting the reduction of gene flow. Using agent-based models, we simulated the expansion and divergence of a population around a central barrier with ongoing gene flow. Our results show that ring species are unstable to speciation or mixing, but can persist for extended times, even in the absence of environmental selection. This persistence is affected by landscape configuration and we suggest that the shape of the distribution area of the greenish warbler ring species, one of the best documented examples of this phenomenon, may be important for its existence. These results imply that agent-based models can aid the understanding of patterns of spatial distribution of genetic diversity and the effect of spatial attributes in particular cases. Given the demonstration of ring species in the simulations, we investigated the conditions for their formation in more detail. We conclude that, in the absence of environmental selection, these complexes are rare and form only under very restricted conditions which depend on landscape, population and individual features. However, population structuring leading to the acquisition of reproductive isolation is better explained by landscape configuration than by local mating. We suggest that speciation by distance can be particularly favored in the case of ring species due to population expansion, since under these circumstances genetic drift can enhance differential allele fixation. The conditions for ring species formation by speciation by distance are very limited, which by itself could explain their rarity. Since species are subject to environmental variation, gaps in their distributions may appear over time. Ring species may be especially susceptible to the emergence of gaps, since their formation is favored by particularly narrow areas. Furthermore, in the absence of environmental selection, these complexes are intrinsically unstable due to the presence of gene flow, and are expected to completely speciate or mix. This transience in time is another factor contributing to the rarity of ring species

Apresenta-se nesta tese os resultados de aplicações do formalismo da Mecânica Estatística em dois problemas independentes. O primeiro diz respeito a um modelo para Evolução do Acasalamento Preferencial no processo de Especiação Simpátrica; enquanto que o segundo refere-se ao desenvolvimento de um algoritmo de aprendizado por meio de Inferência Aproximativa. No problema biológico estudado, cada indivíduo em um modelo de agentes é composto por dois traços. Enquanto um é responsável pela ecologia do indivíduo, o outro dita uma aparência física descorrelacionada com a adaptabilidade. Esses traços são expressos por diferentes loci que estão ligados entre si por uma taxa de recombinação. O modelo inclui também a possibilidade de evolução da preferência sexual dos indivíduos. Foi construído para esse modelo um diagrama de fases no espaço dos parâmetros que descrevem o ambiente como, por exemplo, quantidades de recursos e deficiência do indivíduo híbrido. Foram encontradas três fases de equilíbrio: (i) emergência de Acasalamento Preferencial; (ii) extinção de um dos alelos do locus responsável pela ecologia e (iii) equilíbrio Hardy-Weinberg. Foi verificado que o acasalamento preferencial pode emergir ou mesmo ser perdido (e vice-versa) em resposta a mudanças no ambiente. Além disso, o sistema apresenta memória característica típica de transições de primeira ordem, o que permitiu a descrição desse sistema biológico por meio do arcabouço da Mecânica Estatística. Em relação à Inferência Aproximativa, está-se interessado na construção de um algoritmo de aprendizado supervisionado por meio da técnica de Propagação de Expectativas. Mais especificamente, pretende-se inferir os parâmetros que compõem um Perceptron Professor a partir do conjunto de pares - entradas e saídas - que formam o conjunto de dados disponíveis. A estimativa desses parâmetros será feita pela substituição de uma distribuição Posterior original, geralmente intratável, por uma distribuição aproximativa tratável. o algoritmo Propagação de Expectativas foi adotado para a atualização, passo a passo, dos termos que compõem essa distribuição aproximativa. Essa atualização deve ser repetida até que a convergência seja atingida. Utilizando o Teorema do Limite Central e o método de Cavidade, foi possível obter um algoritmo genérico e que apresentou desempenho bastante evidente em dois modelos estudados: o modelo do Perceptron Binário e o modelo do Perceptron Gaussiano, com desempenho ótimo em ambos os casos. / This thesis presents applications of the framework of Statistical Mechanics to two independent problems. The first corresponds to a computational model for the evolution of Assortative Mating in the Sympatric Speciation process; and the second a learning algorithm built by means of a Bayesian Inference approach. In the biological problem each individual in an agent-based model is composed of two traits. One trait, called the ecological trait, is directly related with the fitness; the other, called the marker trait, has no bearing on the fitness. The traits are determined by different loci which are linked by a recombination rate. There is also the possibility of evolution of mating preferences, which are inherited from the mother and subject to random variations. The study of the phase diagram in the spa e of parameters describing the environment (like carrying capacity and disruptive selection) reveals the existence of three phases: (i) assortative mating; (ii) extinction of one allele from ecological loci; and (iii) Hardy-Weinberg equilibrium. It was verifed that the assortative mating an emerge or even be lost (and vice-versa) acording with the environmental hanges. Moreover, the system shows memory of the initial condition, characterising a hysteresis. Hysteresis is the signature of first order phase transition, which allows the description of the system by means of the Statistical Mechanics framework. In relation to the Bayesian Inference, a supervised learning algorithm was constructed by means of the Expectation Propagation approach. The idea is to estimate the parameters which compose a Teacher Perceptron by the substitution of the original posterior distribution, intra table, by a tractable approximative distribution. The step-by-step update of the terms composing the approximative distribution was performed by using the Expectation Propagation algorithm. The update must be repeated until the convergence ocurrs. Using the Central Limit Theorem and the Cavity Approah, it was possible to get a generic algorithm that has shown a very good performance in two application scenarios: The Binary Perceptron Model and the Gaussian Perceptron Model.