O crescente desenvolvimento industrial e urbano tem acarretado a introdução de grandes quantidades de metais nos ecossistemas aquáticos, expondo, potencialmente, sua biota e toda a cadeia alimentar que dela se origina à contaminação por esses elementos. Muitos estudos sobre o comportamento dos metais no meio aquático vêm sendo desenvolvidos, pois os metais representam um problema ambiental por sua persistência no ambiente e não biodegradabilidade. No entanto, pouco se conhece sobre seus efeitos ecológicos na estrutura e função das comunidades aquáticas. O presente trabalho, neste sentido, visa contribuir para um melhor conhecimento desses efeitos sobre a comunidade zooplanctônica em experimentos de campo que reproduzem, com maior fidelidade, o ecossistema. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos dos metais cromo e cobre sobre a estrutura da comunidade zooplanctônica de espécies holo-zooplanctônicas em experimentos de mesocosmos realizados na Represa do Lobo-Broa (CHREA/USP). Os mesocosmos constituíram-se de três cercados de filme de PVC transparente, com volume aproximado de 5000 litros, em contato com o sedimento de fundo. Um mesocosmos foi mantido como controle, não sendo contaminado, e os outros dois foram contaminados inicialmente com as concentrações máximas permitidas pelo CONAMA/86 para o cobre (20µg/L) e cromo (40µg/L). O experimento foi realizado de 28 de Março a 30 de Abril de 2002, quando amostras de água (para análises limnológicas) e plâncton foram coletadas duas vezes antes da contaminação e em intervalos de dois e três dias após a introdução dos metais. Na análise das amostras de zooplâncton foram contadas e identificadas as espécies dos três principais grupos zooplanctônicos (Copepoda, Cladocera e Rotifera), quantificados os ovos e classes populacionais de Cladocera e Copepoda, e posteriormente feitos os cálculos de diversos índices ecológicos. Os resultados obtidos indicam que as concentrações dos metais aplicadas causaram efeitos sobre a comunidade zooplanctônica. No entanto, estes efeitos foram diferenciados entre os diversos grupos e espécies observadas, sendo que para avaliar os efeitos sub-letais, uma análise populacional demonstrou ser mais eficiente do que índices ecológicos gerais. Apesar dos índices ecológicos terem demonstrado que os efeitos da contaminação por cromo foram mais severos sobre a comunidade zooplanctônica em relação ao cobre, os microcrustáceos apresentaram um melhor desenvolvimento no tanque contaminado cromo, sendo estes efeitos diferentes para as diversas espécies. Foram observadas alterações na abundância, produção e estoque de ovos de Calanoida, com efeito mais pronunciado no tanque contaminado com cobre. Os Cyclopoida foram mais resistentes à contaminação pelos metais, porém apresentaram sensibilidade diferenciada entre as espécies e entre os estágios de desenvolvimento. Em geral, os cladóceros foram mais sensíveis à contaminação, com efeito tóxico agudo em várias espécies, e efeitos crônicos para ambos os metais, avaliados pela redução no desenvolvimento e produção de ovos. Foram observadas ainda diferenças na sensibilidade entre as espécies de Cladocera, e a competição por recursos demonstrou ser um fator importante na sucessão de espécies nos mesocosmos. O cromo causou efeitos tóxicos mais acentuados sobre a maioria das espécies de Rotifera. A competição por recursos e a predação sobre Rotifera foram fatores importantes na estruturação de suas populações, sendo bastante influenciadas por efeitos indiretos causados pela contaminação do meio / The urban and industrial development has been contributing to the introduction of great amounts of heavy metals in the aquatic ecosystems, exposing its biota and the whole food chain to the contamination with these elements. A lot of studies about the behavior of heavy metals in the aquatic environment have been developed, since heavy metals represent an environmental problem due to its persistence and no biodegradability in the environment. However, little is known about the ecological effects of heavy metals on the structure and function of the aquatic communities. This work contributes for a better knowledge of these effects on the zooplankton community in field experiments. The purpose of this work was to evaluate the effects of chromium and copper on the zooplankton community structure in mesocosms experiments at the Lobo-Broa reservoir (CHREA/USP). The mesocosms were constituted of three 5000 liters transparent PVC littoral enclosures in contact with the bottom sediment. One mesocosms was maintained as control (not contaminated), and two were contaminated with the CONAMA/86 maximum concentrations allowed for copper (20µg/L) and chromium (40µg/L). The experiment was conducted from March 28 to April 30, 2002, when samples of water (for limnological analyses) and plankton were collected before and after the contamination in intervals of two to seven days. The zooplankton samples were counted and the species of the three main groups (Copepoda, Cladocera and Rotifera) were identified, eggs and population classes of Cladocera and Copepoda were quantified, and ecological indexes were calculated. According to the results, the concentrations of metals applied caused several effects on the zooplankton community. The ecological indexes showed that the effects of the chromium contamination were more severe over the zooplankton community than copper. However, the effects of the contamination were different for each metal, zooplankton group and species, and for the evaluation of these effects, the analysis based on population data was more efficient than the analyses based on ecological indexes. Copper caused more deleterious effects over the Crustaceans than chromium, but these effects were different for each species. It was observed a different sensibility among the species and the development stages of Copepoda. A more severe reduction in the population abundance and production of eggs of Calanoida occurred in the copper contaminated mesocosms than in the chromium one. Cyclopoida were more resistant to the metal contamination than Calanoida. Cladocera were the most sensitive group, reducing Its abundance and egg production in the contaminated mesocosms, and presenting acute and chronic effects for both metals. It was observed differences in the sensibility among the species of Cladocera, and the competition for resources demonstrated to be an important factor in the succession of species. Several species of Rotifera were more sensitive to chromium than copper, and indirect effects of contamination, like changes in the competition for resources and predation, were important factors in the determination of the Rotifera population structure

Ecological risk assessment (ERA) studies are important to assess environmental changes that have been caused by anthropogenic activities. These integration models show the estimation of adverse risk effects across the levels of biological organization potentially exposed to perturbation, including a better understanding of the ecosystems complexity. It is well known that the pesticide have severe environment effects contributing to biodiversity loss and trophic levels changes. In this context, the aim of this study was to evaluate the ecological risk assessment in pesticide contamination scenarios for aquatic and terrestrial compartments. To attempt it direct and indirect effects on individual response for different biological organization and for multi trophic interactions responses with ecosystems models were evaluated. Thus the environmental impacts in relation to losses and changes of the ecosystems functions and services were analyzed. For this purpose, a risk scenario was designed to compare the Ivermectin contamination exposure routes, via dermal (soil) and oral (food) on Eisenia fetida reproduction tests. An experimental approach was constructed to characterise the effects of the fungicide Scala® (Pyrimethanil) in spraying application comparing to homogenous soil application on a constructed soil multi-species test system. n experiment was performed to reported the effects of the fungicide Mythos® (Pyrimethanil) with terrestrial plant test followed by elutriate test with non-targets freshwater organisms and avoidance test with soil invertebrates and quantify the ecosystems services framework. A holistic higher tier fungicide risk assessment was done with terrestrial and aquatic responses and trophic levels with multitrophic interactions in ecosystem models and supplementary with individuals\' responses. The results obtained suggest that the analyzed reproduction parameters for earthworms were affected with the increase of ivermectin concentrations with statistical significant differences between the contamination exposure routes. The fungicide pyrimethanil has adverse effect on soil invertebrates\' response for the application and spatial distribution with the habitat preferences and foraging abilities has affected directly or indirectly by the fungicide toxicity. The impacts by the runoff and leaching pesticides into adjacent water bodies and surrounding soil showed changes in the organism\'s structure with changes and loss in the provisioning, regulatory and supporting services. The integrated holistic four-tiered fungicide risk assessment showed the possible impacts and the adverse effects on the terrestrial and aquatic organisms, ecosystems and processes in the simulate scenarios. From the results, it is possible to conclude that the experiments performed crossed the multiple aspects of contaminations and show the individuals to ecosystems responses approaches using the exposure routes of contamination, multi trophic interactions of experimental ecosystems models, behavioral, individual and some comparatives responses with aquatic and terrestrial compartments in risk assessment. Furthermore, this study are an important register for the deleterious effects and responses to impacts of pesticides, prompting the possible environmental losses and changes of the ecosystems functions and services in disturbances areas. / Os estudos de avaliação de risco ecológico consistem em avaliar os riscos ecológicos ocasionados pelas diversas atividades antropogênicas a um determinado sistema. Essa abordagem de integração reporta a estimativa dos efeitos de risco adverso através dos níveis de organização biológica potencialmente expostos a pertubação, incluindo assim uma melhor compreensão da complexidade dos ecossistemas. É bem conhecido que os pesticidas possuem efeitos nocivos ao meio ambiente, contribuindo para a perda de biodiversidade e mudanças nos níveis tróficos. A partir dessa análise, o objetivo geral desse estudo foi uma avaliação de risco ecológico em cenários de contaminação por pesticidas em relação aos compartimentos terrestres e aquáticos. Para tanto, foram avaliados os efeitos diretos e indiretos sobre as respostas individuais para diferentes níveis de organização biológica e para as interações multitróficas através de modelos ecossistêmicos. Assim, foram analisados os impactos ambientais em relação as perdas e mudanças das funções e serviços dos ecossistemas. Para esse propósito, foram desenvolvidos cenários de risco em relação as rotas de exposição do antiparasitário Ivermectin para a minhoca Eisenia fetida em relação a testes de reprodução, através da via dermal (solo) e oral (comida). Foi construída uma abordagem experimental para caracterizar os efeitos do fungicida Scala® (Pyrimethanil), comparando a aplicação através de pulverização por spray com a aplicação homogênea no solo em um sistema terrestre multiespécies. Experimentos foram realizados para reportar os efeitos do fungicida Mythos® (Pyrimethanil) em plantas terrestres alvo, seguidos por teste com elutriato com organismos de água doce não-alvo e testes de fuga com invertebrados terrestres não-alvo e uma quantificação dos serviços ecossistêmicos. Foi realizada uma avaliação de risco holística do fungicida pyrimethanil com respostas dos organismos terrestres e aquáticos e das interações tróficas através dos modelos ecossistêmicos e complementados com respostas individuais. Os resultados obtidos sugerem que os parâmetros de reprodução para as minhocas foram afetados com o aumento das concentrações de ivermectina com diferenças estatísticas significativas entre as rotas de exposição a contaminação. O fungicida pyrimethanil mostrou efeitos adversos sobre os invertebrados terrestres para as aplicações do pesticida e para a distribuição espacial, sendo as preferências de habitat e habilidade de forageio direta ou indiretamente afetadas pela toxicidade do fungicida. Os possíveis impactos do runoff e lixiviação nos corpos de água e solos adjacentes mostram mudanças na estrutura da comunidade com mudanças e perdas nos serviços ecossistêmicos de provisão, regulação e suporte. A avaliação de risco holística mostrou os impactos e efeitos adversos sobre os organismos terrestres e aquáticos, ecossistemas e processos nos diferentes cenários de simulação. Ao analisar os dados obtidos é possível concluir que os experimentos realizados permeiam os múltiplos aspectos da contaminação por pesticidas, mostrando respostas de indivíduos a ecossistemas através das rotas de exposição da contaminação, interações multitróficas a partir dos experimentos de modelos ecossistêmicos, respostas individuais, comportamentais e comparativas com os sistemas terrestres e aquáticos em avaliações de risco ecológico. Portanto, esse estudo se apresenta como um importante registro dos efeitos deletérios e das respostas dos impactos por pesticidas, levando a possíveis perdas e mudanças das funções e serviços ecossistêmicos em áreas com distúrbios.

O aumento do consumo de agrotóxicos, em geral nos países em desenvolvimento cuja base econômica é a agricultura, como no Brasil (primeiro no ranking mundial), tem sido relacionado à expansão da degradação dos ecossistemas e à perda da biodiversidade, principalmente das espécies não alvo, incluindo ainda os riscos inerentes à saúde humana. Além disso, a ausência de políticas e programas mais efetivos relacionados à regulação e uso de agrotóxicos no Brasil, bem como o estabelecimento de normas restritivas baseadas em resultados gerados em países de clima temperado, tornam-se cada vez mais preocupantes, pois podem subestimar os reais riscos da contaminação ambiental por agrotóxicos em ecossistemas tropicais. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos diretos e indiretos do agrotóxico pyrimethanil, um fungicida utilizado em diversas culturas de climas temperado e tropical, sobre a comunidade aquática tropical, considerando experimentos laboratoriais e o uso de modelos ecossistêmicos para avaliação destes efeitos. Para atender aos objetivos propostos foram realizados testes de toxicidade com as espécies Pseudokirchneriella subcapitata (alga), Ceriodaphnia silvestrii e Daphnia similis (zooplâncton) e Danio rerio (peixes), além de um experimento em mesocosmos, monitorado em longo prazo (durante 15 dias antes e 366 dias após a contaminação), avaliando as variações físicas e químicas, bem como as respostas das comunidades zooplanctônicas e fitoplanctônicas frente à contaminação por pyrimethanil, em uma concentração média de 1,36 mg.L-1. Nos testes de toxicidade, as CEs obtidas foram de 0,67 mg.L-1 (crônica) e 3,26 mg.L-1 (aguda) para C. silvestrii; de 3,65 mg.L-1 (agudo) para D. similis; de 9,65 mg.L-1 para P. subcapitata e para D. rerio os valores obtidos para imobilidade foram de 10,45 mg.L-1 (96h) e 13,77 mg.L-1(48h) e para a mortalidade foram de 27,45 mg.L-1 (96h) e 32,17 mg.L-1 (48h). Pelos resultados dos experimentos em mesocosmos verificaram-se efeitos negativos diretos sobre o zooplâncton (redução da densidade e alteração na composição de espécies) e indiretos sobre o fitoplâncton, decorrentes da diminuição da pressão de pastagem, além do desaparecimento de algumas espécies mais sensíveis. Os efeitos tóxicos observados foram além do período em que foi observada a degradação completa do pyrimethanil, demonstrando o alto impacto do agrotóxico em ecossistemas aquáticos e a complexidade da dinâmica desse tipo de contaminação em ecossistemas naturais. O design experimental revelou-se adequado, gerando informações importantes sobre os impactos dos agrotóxicos nos ecossistemas aquáticos. A partir dos resultados obtidos sugere-se que a utilização de espécies nativas de regiões tropicais seja ampliada nos testes de toxicidade laboratoriais, sendo fundamental que os mesmos sejam complementados com os experimentos em modelos ecossistêmicos, o que permite uma avaliação dos efeitos diretos e indiretos dos contaminantes em nível de população e comunidade, bem como uma melhor compreensão destes efeitos nas funções e serviços ecossistêmicos. / The increase in the consumption of pesticides, mainly in developing countries whose economic base is agriculture, as Brazil (first in the world ranking), has been associated to the expansion of ecosystem degradation and biodiversity losses, especially of non-target species, also including the risks to human health. In addition, the absence of policies and effective programs related to the regulation and use of pesticides in Brazil, and the establishment of restrictive standards based on results generated in temperate countries, make it becomes increasingly worrisome because it may underestimate the real risks of environmental contamination by pesticides in tropical ecosystems. In this context, the present study aim to evaluate the direct and indirect effects of the pesticide pyrimethanil, a fungicide used in many temperate and tropical crops, upon a tropical aquatic community, considering laboratory experiments and the use of ecosystem models to evaluate these effects. To achieve the proposed objectives toxicity tests were performed with the species Pseudokirchneriella subcapitata (algae), Ceriodaphnia silvestrii and Daphnia similis (zooplankton) and Danio rerio (fish), as well as an experiment in mesocosms, monitored for a long-term (15 days before and 366 days after infection), evaluating the physical and chemical variations, and also the responses of phytoplankton and zooplankton communities across the pyrimethanil contamination in an average concentration of 1.36 mg.L-1. In toxicity tests, the ECs obtained were 0.67 mg.L-1 (chronic) and 3.26 mg L-1 (acute) for C. silvestrii; 3,65 mg.L-1 (acute) for D. similis; 9.65 mg.L-1 for P. subcapitata; and the values obtained for D. rerio immobility were 10.45 mg.L-1 (96h) and 13.77 mg.L-1 (48h) and mortality were 27.45 mg.L-1 (96h) and 32.17 mg.L-1 (48h). The results of the experiments in mesocosms showed direct negative effects on zooplankton (reduced density and change in species composition) and indirect effects on phytoplankton, resulted from the decrease in grazing pressure in addition to the exclusion of some sensitive species. Even after the complete degradation of pyrimethanil, toxic effects were observed, demonstrating the high impact of this pesticide on aquatic ecosystems and the complexity of the dynamics of this type of contamination in natural ecosystems. The design of the experiment revealed to be appropriate for the study, generating important information about the impacts of pesticides on aquatic ecosystems. From the results, it is suggested an increase in the use of native tropical species in the toxicity laboratory tests. Also, this process should be complemented with experiments in ecosystem models, allowing the evaluation of the direct and indirect effects of contaminants in the population and in community level as well as a better understanding of these effects on ecosystem functions and services.

O Vertimec® 18CE, cujo principio ativo é a abamectina, tem sido comercializado no Brasil desde 1994 como acaricida, inseticida e nematicida em fruticulturas, horticulturas e plantas ornamentais; mas, apesar da ampla utilização e de sua classificação toxicológica como medianamente tóxica, é considerado muito perigoso ao meio ambiente, altamente persistente e extremamente tóxico para microcrustáceos e peixes. Considerando essa periculosidade ambiental, objetivou-se nesse estudo avaliar os efeitos diretos e indiretos do agrotóxico Vertimec® 18CE nos ecossistemas aquáticos por meio de estudos experimentais laboratoriais e in situ, contemplando diferentes etapas. Na etapa 1 foram realizados experimentos de campo associados aos testes laboratoriais, avaliando se a água de escorrimento superficial (decorrente da precipitação de 19 mm em solo contaminado com Vertimec® 18CE, em concentração de 0,125 litros de calda/\'M POT.2\', recomendada para culturas de morango) ocasionava toxicidade aos organismos-teste Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia, Chironomus xanthus e Danio rerio. Na etapa 2 procurou-se avaliar a influência do agrotóxico Vertimec® 18CE na composição e densidade da comunidade zooplanctônica em experimentos in situ (mesocosmos). Para tanto, utilizou-se a água do escorrimento superficial, a qual foi transferida para as unidades experimentais, nos seguintes tratamentos: 1) controle dos mesocosmos - C; 2) runoff não contaminado - RNC, com água de escorrimento do solo não contaminado; 3) runoff contaminado - RC, com água de escorrimento do solo contaminado com o Vertimec® 18CE, 4) aplicação direta do Vertimec® 18CE - V e 5) amostras coletadas aleatoriamente para verificar se houve contaminação entre os mesocosmos - A. A etapa 3 incluiu a determinação da faixa de sensibilidade dos organismos-teste Daphnia similis, Chironomus xanthus e Danio rerio à abamectina (ingrediente ativo). Os resultados obtidos demonstraram toxicidade do Vertimec® 18CE, associado ao runoff, a todos os organismos-teste, sendo C. dubia a mais sensível, com toxicidade crônica ocorrendo na maior diluição da amostra (3,125%). Com relação aos resultados da etapa 2 verificou-se que o Vertimec® 18CE, associado ao runoff e adicionado diretamente nos mesocosmos, causou alterações na composição e densidade da comunidade zooplanctônica, sendo observado efeitos deletérios especialmente para Copepoda e Cladocera, com menores efeitos sobre Rotifera. Os resultados obtidos na etapa 3 demonstraram que a abamectina é altamente tóxica em concentrações muito baixas, obtendo-se valores de \'CE IND.50\', 48 h para D similis de 5,1 ng/L; \'CL IND.50\', 96 h para C. xanthus de 2,67 \'mü\'g/L e \'CL IND.50\', 48 h para Danio rerio de 33 \'mü\'g/L. Diante do exposto, conclui-se que o agrotóxico Vertimec® 18CE e o seu princípio ativo, a abamectina, causaram toxicidade em baixas concentrações para os organismos aquáticos avaliados neste estudo, o que sugere a adoção de medidas mais restritivas para o uso desse agrotóxico. / The Vertimec® 18EC, whose active ingredient is abamectin, has been commercialized in Brazil since 1994 as acaricide, insecticide and nematicide on fruit and vegetal crops and ornamental plants. Despite its widespread use and toxic classification as moderately hazardous, it is considered very dangerous to the environment, highly persistent and highly toxic to fish and microcrustaceans. In this context, the present study aimed to evaluate the direct and indirect effects of Vertimec® 18EC in aquatic ecosystems through experimental laboratory and in situ studies, comprising different steps. In step 1, field experiments were performed associated to laboratory tests, evaluating if the runoff (from the precipitation of 19 mm in Vertimec® 18EC contaminated soil, in a concentration of 0.125 L/\'M POT.2\', recommended for strawberry crops) caused toxicity to test organisms Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia, Chironomus xanthus and Danio rerio. In step 2 the effect of Vertimec® 18EC on the composition and density of zooplankton were evaluated by in situ experiments (mesocosms). Therefore, runoff water was transferred to the experimental units in the following treatments: 1) control of the mesocosm - C; 2) uncontaminated runoff - UC, runoff from the uncontaminated soil); 3) contaminated runoff - CR, runoff from the soil contaminated with Vertimec® 18EC; 4) direct application of Vertimec® 18EC - V; and 5) random sampling in order to verify crossed contamination among the mesocosms - A. Step 3 comprised determination of the sensitivity range of test organisms Daphnia similis, Chironomus xanthus and Danio rerio to abamectin (active ingredient). Results obtained displayed Vertimec® 18EC toxicity associated to runoff to all test organisms, with C. dubia being the most sensitive, with chronic toxicity occurring at a higher sample dilution (3.125%). Concerning the results for step 2, it was verified that Vertimec® 18EC associated with runoff and added directly into the mesocosms caused changes in the composition and density of zooplankton with deleterious effects especially to Copepoda and Cladocera with less effects to Rotifera. The results obtained for step 3 showed that abamectin is highly toxic to aquatic organisms, even at low concentrations, yielding 48 h EC50 values for D. similis of 5.1 ng/L, 96 h \'LC IND.50\' for C. xanthus of 2.67 \'mü\'g/L and 48 h \'LC IND.50\' for Danio rerio of 33 \'mü\'g/L. In this context, it was verified that Vertimec® 18EC and its active ingredient, abamectin, caused toxicity to the test organisms evaluated in this study in low concentrations, what demands restrictive measurements for the use of this pesticide.

The growing crisis of antibiotic resistance is a major threat to ecosystems and human health. Infections caused by known and emerging antibiotic resistant pathogens are on the rise globally, with approximately 700,000 deaths per year caused by antibiotic resistant bacteria (1). In the United States, infections from antibiotic resistant bacteria cause more than 2 million illnesses and 23,000 deaths (2). Antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes are released into aquatic ecosystems through hospital waste, residential sewer lines and animal agricultural waste streams. Animal agriculture accounts for approximately 70% of antibiotic use in the United States (3). In agricultural ecosystems, runoff, land-applied fertilizer and waste lagoons can all contribute to the spread of antibiotic resistance. In urban ecosystems, sewage spills and other wastewater inputs contribute to the spread of antibiotic resistance. Environmental matrices, such as soil and water, can provide habitat, serving as reservoirs to potentially promote the spread of resistance. Research addressing antibiotic resistance primarily focuses on monitoring clinical occurrence and nosocomial infections (acquired in hospitals),but the natural environment also plays a role in the spread of antibiotic resistance. The consequences to aquatic ecosystems are not often studied and not well understood. Antibiotic resistance genes can transfer between bacteria through transduction, transformation and conjugation, potentially persisting in non-pathogenic environmental bacteria. Environmental reservoirs of antibiotics, antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes should be considered and integrated into frameworks to improve monitoring, regulation and management of urban and rural watersheds. The research presented in this doctoral dissertation includes field and laboratory studies designed to assess the prevalence and persistence of antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes in aquatic environments, with a focus on vancomycin-resistant enterococci, which are considered a major threat in the United States and top priority pathogens according to the Centers for Disease Control (2). The vanA gene associated with high-level resistance is located on mobile plasmids and associated with clinical infections, predominantly in the species Enterococcus faecium. E. faecium can cause bacteremia, endocarditis, pelvic infections and more (4). When vancomycin, often the last line of treatment for these infections, is no longer effective, the health burdens increase both financially and physically and infections can be fatal. Chapter 1 summarizes background and review of antibiotic resistance in the environment, including a co-authored review of culture-based methods to detect antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes in in the environment (previously published in the Journal of Environmental Quality (5). In Chapter 2, a field study was performed to investigate the occurrence and persistence of vancomycin-resistant enterococci and vanA in a sewage spill in Pinellas County, Florida, previously published in the journal Applied and Environmental Microbiology (6). In Chapter 3, antibiotic resistance genes were quantified to study their persistence in poultry litter microcosms (manuscript in prep). In Chapter 4, microcosms were used to assess how nutrients and plasmid-associated vancomycin resistance affect survival among E. faecium strains (in process of submitting for publication at Applied and Environmental Microbiology). Antibiotic resistance is a public health crisis and the results of the studies presented here contribute data towards a better understanding of environmental reservoirs of antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes. The research has broad implications for public health, environmental policy and ecosystem management.

Agrotóxicos são produtos químicos aplicados no ambiente para controlar as espécies que causam danos às culturas agrícolas. No entanto, podem atingir espécies não-alvo ao serem carreados para os ecossistemas aquáticos e ainda causar sérios danos a saúde humana. Dentre os diversos agrotóxicos destaca-se o Vertimec®, utilizado em várias culturas agrícolas, incluindo morango e batata, produtos que compõem a renda econômica de muitos produtores rurais. Porém, apesar de seu uso intenso, existe ainda uma carência de estudos sobre seus potenciais riscos a biota terrestre e aquática. Dentro desse contexto, procurou-se avaliar os efeitos da aplicação do Vertimec® sobre o fitoplâncton, por meio de estudos laboratoriais (bioensaio unialgal com Pseudokirchneriella subcapitata) e in situ (composição e densidade, em mesocosmos) a partir da simulação da contaminação do solo com Vertimec® e posterior carreamento ao corpo hídrico, utilizando a água do runoff em bioensaio unialgal; da adição da água do runoff em mesocosmos, em quatro tratamentos (controle, runoff contaminado, não contaminado e adição direta do contaminante), avaliando os efeitos na estrutura da comunidade e do bioensaio unialgal com Abamectina, principal princípio ativo do Vertimec®. Os resultados obtidos demonstram que os efeitos do runoff sobre a densidade celular de P. subcapitata não ocorreram em função do produto aplicado e sim pela elevada turbidez das amostras. Nos testes com a água dos mesocosmos, os tratamentos que receberam o runoff estimularam o crescimento de P. subcapitata, indicando o efeito do aporte de nutrientes ao meio de cultura, enquanto menores densidades ocorreram no tratamento com adição direta de Vertimec®, porém, ainda maiores em relação ao controle. Na análise da estrutura da comunidade de fitoplâncton nos mesocosmos, verificou-se alterações nas características físicas e químicas da água (pH, oxigênio dissolvido, turbidez, condutividade e nutrientes), caracterizando efeitos do runoff (com ou sem Vertimec®) ou da adição direta do contaminante, os quais implicaram em mudanças na densidade e composição do fitoplâncton (como a redução de Bacillariophyta, o aumento de Chlorophyceae e, entre estas, uma maior contribuição da espécie Monoraphidium minutum). Apesar do reconhecimento dos efeitos do Vertimec® no fitoplâncton, por meio dos estudos in situ, os resultados com a Abamectina não demonstram toxicidade a alga P. subcapitata, indicando a presença de outros contaminantes no produto comercial. / Pesticides are chemical products applied to environment in order to control species which cause harm to agriculture. However, these chemicals can reach non-target species when flushed into aquatic ecosystems and even bring grave diseases to human health. Amongst many, Vertimec® stands out in a range of pesticides, being utilized in numerous agricultures, including potatoes and strawberries, which constitute the income of many farmers. Nevertheless, despite its intensive use, there is still lack of research and study on its potential risks on terrestrial and aquatic biota. In this context, we sought to evaluate the effects of the application of Vertimec® on phytoplankton, through laboratorial study (unialgal bioassay, with Pseudokircheneriella subcapitata) and in situ (composition and density, in mesocosms) starting from the simulation of soil contamination with Vertimec® and subsequent flushing into the body of water, making use of the runoff water in unialgal bioassay; the addition of runoff water from mesocosms in four treatments (control, contaminated runoff, non-contaminated and direct addition of contaminant), evaluating the effects on the community structure and unialgal bioassay with Abamectin, main Vertimec®s active principle. The results obtained show that the runoff effects on the cellular density of P. subcapitata will not occur according the product used but due to the high turbidity of the samples. At the tests with water at the mesocosms, the treatments which received runoff motivated the growing of P. subcapitata, indicating the nutrient-contributing effect to the environment of the culture. At the analysis of the phytoplanktonic community at the mesocosms, alterations on the physical and chemical characteristics of the water were observed (pH, dissolved oxygen, turbidity, conductivity and nutrients) featuring effects of runoff (with or without Vertimec®) or the direct addition of the contaminant, which implicated chances in the density and composition of the phytoplankton (such as the reduction of Bacillariophyta, increase of Chlorophyceae and, along with these , a larger contribution to the species Monoraphidium minutum). Despite acknowledging the effects of Vertimec® on phytoplankton, though in situ studies, the results from Abamectin do not show toxicity to the algae P.subcapitata, demonstrating the presence of other contaminants in the marketable product.

Le vent joue un rôle clé dans la structure et le fonctionnement des lacs. Le brassage de la colonne d’eau est notamment impliqué dans la compétition entre les différentes espèces de phytoplancton dont les stratégies de positionnement vertical varient largement entre groupes. Par exemple, les cyanobactéries sont globalement favorisées par des conditions de brassage faible grâce à des mécanismes physiologiques de flottaison leur permettant de se maintenir à une profondeur désirée, alors que les diatomées et les algues vertes qui n’ont pas de système de flottaison dépendent d’un brassage important pour être suspendues dans la zone euphotique. Dans les lacs peu profonds, le brassage généré par le vent est généralement suffisant pour entrainer la resuspension des sédiments. Ceci a pour conséquence directe une augmentation de la turbidité qui peut directement impacter la croissance et la productivité algale. La seconde conséquence est la libération de phosphore précédemment stocké dans les sédiments. La pollution et l’usage d’engrais ont provoqué un important import de phosphore dans les lacs qui sont pour la plupart dans un état d’eutrophisation. Dans un premier temps, cette thèse a eu pour objectif de modéliser la compétition entre une cyanobactérie et une algue verte dans une colonne d’eau de lac peu profond prenant en compte la possibilité de resuspension des sédiments et de phosphore. Différents niveaux de brassage ont été testés : de quasi-stagnant à tempête. Des centaines de simulation ont été réalisées dans différentes conditions de brassage, d’eutrophisation (de oligo- à hypereutrophe) et de réchauffement climatique (actuel et +2°C) permettant d’établir des domaines de conditions de dominance d’une espèce ou de l’autre. Dans une seconde partie, la thèse a eu pour objectif d’explorer les impacts potentiels du brassage sur l’ensemble du réseau trophique pélagique. En effet, la grande majorité des études portant sur le brassage sont des études in situ focalisées sur le phytoplancton. Dans le cas présent, nous avons utilisé des mésocosmes de 15m3 équipés de batteurs à vagues dont les amplitudes, fréquences et longueurs d’ondes sont modifiables. Une première expérience en 2012 a eu pour objet de suivre durant 9 semaines la dynamique des variables physico-chimiques standards et des communautés de phytoplancton, zooplancton, bactéries et virus dans deux modalités de brassage : brassage superficiel et brassage de l’ensemble de la colonne d’eau avec resuspension des sédiments. L’année suivante, la même expérience a été conduite mais cette fois-ci couplée à un traitement de réchauffement appliqué grâce à des bâches de polyéthylène transparentes posées sur les mésocosmes. Ces deux expériences montrent un effet important du brassage sur le phytoplancton avec une augmentation du contenu en chlorophyll a et une augmentation de la productivité. Au niveau du zooplancton, la réponse dépend du sous-groupe. Dans nos expériences, uniquement les copépodes ont répondu négativement au régime de brassage avec un potentiel effet cascade sur la population de rotifers. L’expérience de 2012 suggère également un renforcement de l’activité de lyse bactérienne par les virus dans des conditions de brassage important. En 2013, aucun effet du réchauffement de l’eau de 1°C n’a été observé sur les variables mesurées. Des analyses supplémentaires en cours devraient permettre de compléter les informations obtenues et de vérifier l’absence d’effet du réchauffement. / The wind plays a key role in the structure and functioning of lakes. Water column mixing is involved in the competition between different species of phytoplankton with different vertical positioning strategies. For example, buoyant cyanobacteria are generally favored by low mixing conditions, while sinking diatoms and green algae depend on mixing to be suspended in the photic zone. In addition, in shallow lakes, wind-induced mixing is usually sufficient to cause sediment resuspension. This leads to an increase in turbidity which can directly impact the algal growth and productivity. Resuspension can also induce the release of phosphorus previously stored in sediments. This internal loading via resuspension can boost algal production and growth. The first goal of this thesis was to model the competition between the buoyant cyanobacterium Microcystis aeruginosa and a sinking green algae under different mixing conditions: from quasi-stagnant to storm-like events. Hundreds of simulations were carried out in different conditions of mixing, phosphorus concentration and water temperatures in order to establish the conditions necessary for the dominance of one species on the other. In the second part of this thesis, we explored the potential impacts of mixing on the pelagic food web. The vast majority of previous studies on mixing in shallow lakes are in situ studies focused on phytoplankton. In the summer 2012, we used 15m3 mesocosms equipped with wave-makers and followed during nine weeks the dynamics of physical and chemical variables and the dynamic of phytoplankton, zooplankton, bacteria and viruses under two mixing conditions: whole column mixing with sediment resuspension and superficial mixing without resuspension. The following year, the same experiment was conducted but this time crossed with a warming treatment. Both experiments gave similar results in regards to mixing. We observed a significant effect of mixing on phytoplankton with an increase in chlorophyll content and an increase in productivity. The response of zooplankton to mixing depended on the subgroup. In our experiments, only copepods responded negatively to mixing with a potential cascade effect on the rotifer population while bosminas remained unaffected throughout the experiments. The 2012 experience also suggests an increase in bacterial lysis activity by virus in mixed enclosures. In 2013, no effect of water warming (+1°C) was observed on the measured variables, however, additional analysis are still underway to confirm or infirm these results.

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Nos últimos anos o aumento do consumo de agrotóxicos em todo o mundo tem preocupado agências nacionais e internacionais em decorrência dos diversos impactos ambientais e das sérias implicações à saúde humana. Dentre os inúmeros produtos utilizados na agricultura destaca-se o agrotóxico Vertimec 18CE, indicado para 42 usos distintos, compreendendo 24 culturas, visando o combate de 17 diferentes pragas. Considerando os riscos ambientais associados ao uso de agrotóxicos, se faz necessária a realização de estudos mais abrangentes para melhor compreender as inter-relações existentes no processo de contaminação e os reais efeitos sobre a biota aquática. Nesse sentido, procurou-se, na presente pesquisa, avaliar os efeitos do Vertimec 18CE sobre Danio rerio (Cypriniformes, Cyprinidae) por meio de experimentos in situ, a partir da simulação da contaminação do ambiente aquático por água proveniente do carreamento superficial de parcelas de solo contaminadas e não contaminadas (controle), além da aplicação direta do contaminante na coluna d\'água; bem como por experimentos laboratoriais com diferentes diluições do runoff (simulando o aporte diferenciado quantitativamente), com amostras ambientais dos mesocosmos e pela avaliação da sensibilidade ao produto comercial Vertimec 18CE. Para isso foram utilizadas duas parcelas de solo com 8 \'M POT.2\' cada e inclinação de 6%, das quais uma recebeu a contaminação segundo a dose recomendada para o cultivo de morango (0,125 litros de calda por \'M POT.2\') e a outra somente aspersão com água, servindo como controle. Posteriormente foi simulada uma chuva de 20 a 30 mm e coletada a água de runoff para a execução dos experimentos in situ e laboratoriais com as diluições de runoff. Simultaneamente foram realizadas análises físicas e químicas da água de runoff e dos mesocosmos, além da caracterização física e química do sedimento do experimento in situ e das parcelas de solo utilizadas. As análises limnológicas do experimento in situ demonstraram o aumento de nutrientes (nitrogênio e fósforo), material em suspensão e turbidez, com efeitos sobre a concentração de clorofila a, feofitina, condutividade e oxigênio dissolvido. Os resultados obtidos nos testes de toxicidade indicaram diferenças entre os testes laboratoriais (com condições mais controladas) e in situ (condições mais próximas ao sistema natural), registrando-se toxicidade crônica apenas no experimento in situ, para o tratamento com contaminação direta com o agrotóxico. Não foram observados efeitos agudos ou crônicos nos experimentos laboratoriais com as diluições de runoff e nem com as amostras de água dos mesocosmos. Os efeitos tóxicos registrados nos testes de toxicidade crônica de curta duração indicam maior tempo de permanência da formulação comercial em relação ao seu princípio ativo isolado, a abamectina, demonstrando os riscos potenciais do uso do produto comercial sem estudos prévios. Quanto à sensibilidade os valores de CL50, 48h estiveram entre 3,88 e 6,13 \'mü\'l/L de Vertimec 18CE (média de 4,74 \'mü\'l/L), enquanto que os valores da CE50, 48h estiveram entre 2,46 e 5,63 \'mü\'l/L (média de 3,66 \'mü\'l/L). No teste crônico de curta duração obteve-se valores de 3,0 \'mü\'l/L; 2,0 \'mü\'l/L e 2,5 \'mü\'l/L para CEO, CENO e VC, respectivamente. / In recent years the increased of pesticides use in the world has been concerned national and international agencies as a result of various environmental impacts and the serious implications to human health. Among the many products used in agriculture, stands out the pesticide Vertimec 18CE, nominated for 42 different uses, comprising 24 cultures, aimed to combat 17 different pests. Considering the environmental risks associated with pesticide use, it is necessary to carry out further studies to better understand the interrelationships within the process of contamination and the actual effects on aquatic biota. In this sense, this study aimed to evaluate the effects of Vertimec 18CE on Danio rerio (Cypriniformes, Cyprinidae) through in situ experiments, by simulating the contamination of the aquatic environment by water from the surface runoff of contaminated and uncontaminated (control) soil, beyond the direct application of the contaminant in the water column, as well laboratory experiments with different dilutions of the runoff (simulating the contribution quantitatively different), with samples of the mesocoms and the assessment of the sensitivity to the commercial product Vertimec 18CE. For this we used two parcels of land with 8 \'M POT.2\' each and incline of 6%, one received a recommended dose contamination for the cultivation of strawberries (0.125 L per \'M POT. 2\') and the other only water spraying, as a control. Subsequently we simulated a 20 to 30 mm of rain and runoff water was collected for the addition of in situ and laboratory experiments with dilutions of runoff. Were performed physical and chemical analysis of runoff water and the mesocosms, as well as physical and chemical characterization of sediment of in situ experiment and the parcels of soil used. Limnological analyses of in situ experiment showed an increase of nutrients (nitrogen and phosphorus), suspended solids and turbidity, with effects on the concentration of chlorophyll, pheophytin, conductivity and dissolved oxygen. The results obtained in toxicity tests indicated differences between the laboratory tests (with more controlled conditions) and in situ (conditions closer to the natural system), registering only partial chronic toxicity in the in situ experiment, to treatment with direct pesticide contamination. There were no acute or chronic effects in laboratory experiments with dilutions or with runoff and water samples from mesocosms. Toxic effects reported in chronic toxicity tests indicated higher persistence of the commercial formulation in relation to its isolated active ingredient, abamectin, demonstrating the potential risks of the use of commercial product without prior studies. In relation to the sensitivity of LC50, 48h values were between 3.88 and 6.13 \'mü\'l/L Vertimec 18CE (medium value of 4.74 \'mü\'l/L), whereas the EC50, 48h values were among 2.46 and 5.63 \'mü\'l/L (medium value of 3.66 \'mü\'l/L). In the partial chronic test we obtained a values of 3.0 \'mü\'l/L, 2.0 and 2.5 \'mü\'l/L for LOEC, NOEC and CV, respectively.

Os ecossistemas aquáticos têm sido afetados pelo uso intensivo de agrotóxicos e pela introdução de espécies exóticas. Para melhor avaliar os efeitos diretos e indiretos dessas atividades sobre as comunidades aquáticas, é essencial a utilização de experimentos em escala mais próxima a real. O objetivo desta pesquisa foi analisar os efeitos do agrotóxico Vertimec® 18 CE, cujo princípio ativo é a abamectina, sobre a comunidade planctônica através de um experimento em mesocosmos com duração de 20 dias. Para reproduzir relações biológicas mais complexas e analisar o impacto da introdução de uma espécie exótica sobre o plâncton, inseriram-se girinos de Lithobates catesbeianus em alguns tratamentos. Foram consideradas duas concentrações do agrotóxico (2 μL L-1 em dose múltipla e 8 μL L-1 em dose única) na ausência e presença de girinos, além de dois tratamentos não contaminados (controle com e sem girinos). Variáveis físicas, químicas e biológicas (clorofila a, aspectos qualitativos e quantitativos do fitoplâncton e do zooplâncton) da água e do sedimento foram monitoradas. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que os girinos causaram um aumento na concentração de nutrientes na água e uma diminuição do oxigênio dissolvido e da densidade planctônica. Nos tratamentos contaminados, como um efeito indireto do incremento da concentração de nutrientes e da mortalidade das espécies de Cladocera e Copepoda, a densidade do fitoplâncton e de algumas espécies tolerantes de Rotifera aumentou. No tratamento com a concentração mais elevada do agrotóxico, registrou-se a morte de todos os girinos, proporcionando um aumento na concentração de nutrientes na água e na densidade de algumas espécies fitoplanctônicas, que alcançaram uma densidade total de 96.919 ind mL-1. Estes resultados indicam que a inserção dos girinos e a adição do agrotóxico causaram efeitos diretos e indiretos sobre a comunidade planctônica e a qualidade da água. Conclui-se que os mesocosmos podem contribuir para a compreensão de tais efeitos e oferecer subsídios ao manejo de ecossistemas de água doce impactados por atividades antrópicas. / Aquatic ecosystems have been impacted due to the intensive use of pesticides and the introduction of exotic species. It is essential to use more realistic experiments for assessing direct and indirect effects of these activities on aquatic communities. This thesis aimed to analyze the effects of the pesticide Vertimec® 18 EC, whose active ingredient is abamectin, on plankton community through a mesocosm experiment during 20 days. Tadpoles of the species Lithobates catesbeianus were introduced in some treatments to simulate complex biological relationships and to evaluate the impact of the introduction of such exotic species on plankton. Different treatments were analyzed, including one case of no contamination (control) and two cases of contamination: 2 μL L-1 (multiple dose) and 8 μL L-1 (single dose). Such conditions were considered both with absence and presence of tadpoles. Physical, chemical and biological (chlorophyll a, qualitative and quantitative aspects of phytoplankton and zooplankton) variables of water and sediment were also monitored. The tadpoles caused an increase in the concentration of nutrients and a decrease of dissolved oxygen concentration and plankton density. In the contaminated treatments, as an indirect effect of the nutrient increase and the mortality of species of Cladocera and Copepoda, the density of phytoplankton and some tolerant species of rotifers increased. In the treatment with the highest concentration of the pesticide, all the tadpoles died. As a result of the death of the tadpoles, there was nutrient enrichment in the water, with an associated increase in the density of some phytoplankton species, reaching a total density of 96,919 ind mL-1. These results suggested that direct and indirect effects occurred on plankton community and water quality through the addition of the contaminant and the tadpoles. We conclude that the mesocosms might contribute to the understanding of these effects and provide subsidies for management of freshwater ecosystems impacted by human activities.