Os colifagos somáticos (CS) são os melhores indicadores de poluição fecal. Neste trabalho, foi determinada a abundância de CS em amostras de água do mar, plâncton, e bivalves coletadas em Santos, São Sebastião e Ubatuba. Houve correlação positiva entre CS e as bactérias marinhas viáveis, coliformes termotolerantes, E.coli e enterococos intestinais, e a correlação foi negativa com a temperatura. As maiores contagens de CS foram obtidas em Santos. As freqüências das famílias encontradas nas amostras de água do mar e plâncton foram: Siphoviridae (50% e 65,8%), Podoviridae (36% e 15,8%), Microviridae (9% e 15,8%) e Myoviridae (5%, 2,6%), respectivamente. Em bivalves, só foi observada Siphoviridae. Os morfotipos observados foram A1 (3%), B1 (63%), C1 (21%) e D1 (13%). As técnicas de RFLP e rep-PCR não foram discriminatórias. 9,6% dos colifagos apresentaram os genes que codificam para as toxinas ST e/ou LT. O presente estudo está identificando os colifagos como perigos microbiológicos e gerando subsídios para avaliação de riscos microbiológicos no ecossistema marinho. / The somatic coliphages (SC) are the better indicator for fecal pollution. In this research, it was obtained the SC abundance in seawater, plankton and bivalves samples collected from Santos, São Sebastiâo and Ubatuba. SC counts were correlated with marine viable bacteria, thermotolerant coliforms, E. coli and intestinal enterococci, and the correlation was negative with the temperature. Highest SC counts were obtained from samples collected at Santos. The frequency of SC families found in seawater and plankton samples were: Siphoviridae (50% and 65.8%), Podoviridae (36% and 15.8%), Microviridae (9% and 15.8%), and Myoviridae (5%, 2.6%), respectively. In bivalves, only Siphoviridae was found. Morphotypes A1 (3%), B1 (63%), C1 (21%) and D1 (13%) were observed. The RFLP and rep-PCR techniques were not discriminatory. 9.6% of coliphages contained genes codifying for thermostable toxin (ST) and/or thermolabil toxin (LT). This study is identifying the coliphages as microbial hazard and giving support to later studies for microbial risk assessment of marine ecosystem.

Realizou-se, no Centro de Pesquisa de Peixes Tropicais (CEPTA/IBAMA), em Pirassununga-SP, um experimento com o objetivo de avaliar a influência da densidade de estocagem de peixes e do fluxo diferenciado de entrada e saída de água em viveiros de piscicultura nas características físicas e químicas da água; na estrutura (composição e densidade), biomassa, sucessão e diversidade de espécies da comunidade do fitoplâncton e na composição e densidade da comunidade do zooplâncton (considerando-se apenas grupo), procurando-se avaliar o balanço de entrada e saída de materiais em viveiros, enfatizando a concentração de nutrientes, comunidade planctônica, concentração de material em suspensão e clorofila a. Além disso, procurou-se quantificar os impactos da atividade da piscicultura nos recursos hídricos, demonstrando suas interações positivas e negativas com o ambiente. Os estudos foram desenvolvidos durante 60 dias, com coletas diárias inicialmente e a cada dois dias após o peixamento, analisando-se a temperatura, pH, condutividade elétrica da água, oxigênio dissolvido, material em suspensão, nutrientes, alcalinidade, dureza, cálcio, clorofila a, comunidade zooplanctônica e fitoplanctônica. Os resultados obtidos demonstraram o efeito do fluxo de água e da densidade de estocagem de peixes sobre as características físicas e químicas da água, observando-se a redução acentuada na concentração de oxigênio dissolvido na água (valores abaixo de 2 mg/l), aumento nas concentrações de fósforo e nitrogênio, material sem suspensão e clorofila a. Em conseqüência do aumento da concentração de nutrientes, principalmente de fósforo, ocorreu um aumento na biomassa e na densidade do fitoplâncton e na densidade do zooplâncton. A redução de oxigênio dissolvido na água, associado à outras variáveis, promoveu uma mortandade de peixes no tratamento T2. A divisão Chlorophyta foi dominante no fitoplâncton nos diferentes tratamentos e o padrão de sucessão observado foi Desmidiaceae&#8594Chlorococcales&#8594Cyanophyta. Em relação ao zooplâncton, Rotifera foi dominante na fase de enchimento, sendo posteriormente substituído por Cladocera e Copepoda. Nos diferentes tratamentos foi possível observar a interação indireta do efeito cascata. O sistema de piscicultura gerou cargas potencialmente poluidoras, sendo que a ração foi a responsável pelo incremento de nutrientes na água do efluente. Em média as concentrações de fósforo foram 36 vezes maior que o permitido por lei, enquadrando o efluente dos tratamentos como impróprio para serem lançados em rio de Classe 2. Considerando-se os resultados obtidos, recomenda-se o tratamento do efluente antes do lançamento no Rio Mogi-Guassu, corpo receptor e enquadrado como rio de Classe 2. / An experiment was conducted at the Tropical Fish Research Center (CEPTA, Pirassununga, SP, Brazil) to analyze the influence of the density of fish stocks and the differentiated water inflow and outflow in fishponds on the limnological characteristics of the water, its structure (composition and density), biomass fluctuations, succession and diversity of the phytoplankton and the composition and density of the zooplankton (considered only by group), in order to evaluate the balance of the entry and exit of biomass in fishponds, with emphasis on the concentration of nutrients, planktonic biomass (chlorophyll) and suspended matter. The experiment also aimed to quantify the impact of fishculture on hydric resources, demonstrating its positive and negative effects on the environment. The study was carried out for 60 days, with daily samples taken initially, and at two days\' interval after the introduction of the fish. The characteristics analyzed were water temperature, water load, dissolved oxygen, pH, conductivity, nutrients, suspended matter, chlorophyll a composition, density, diversity, abundance of phytoplankton, density and abundance of zooplankton. The results obtained demonstrated the effect of the water flow and the density of fish stocks on the physical and chemical characteristics of the water. An accentuated reduction was observed in dissolved oxygen concentrations (under 2 mg/l) and in increased phosphorous, nitrogen, organic matter and chlorophyll concentrations. The increased concentration of nutrients, mainly phosphorous, caused increased levels of phytoplankton and zooplankton biomass and density. The depletion of dissolved oxygen in the water, coupled to other variables, led to fish mortality under the T2 treatment. The Chlorophyta division predominated in the phytoplankton under the different treatments and the succession observed was a Desmidiaceae&#8594Chlorococcales&#8594Cyanophyta pattern. As for zooplancton, Rotifera predominated in the inflow phase and was later substituted by Cladocera and Copepoda. The indirect interaction of the cascade effect was observed during the different treatments. The fish culture system generated potentially polluting loads, with fish feed found to be responsible for the increased nutrient waste in the effluent. Phosphorus concentrations were, on average, 36 times higher than allowed by law, characterizing the effluent from the treatments as unsuitable to be cast into class 2 rivers. Based on the findings of this study and on environmental management strategies, it is recommended that the effluent be treated before the water is allowed to flow into the Class 2 recipient, the Mogi-Guassu river.

Plankton microorganisms constitute the base of the marine food web and play a great role in global atmospheric carbon dioxide drawdown. Moreover, being very sensitive to any environmental changes they allow noticing (and potentially counteracting) them faster than with any other means. As such they not only influence the fishery industry but are also frequently used to analyze changes in exploited coastal areas and the influence of these interferences on local environment and climate. As a consequence, there is a strong need for highly efficient systems allowing long time and large volume observation of plankton communities. This would provide us with better understanding of plankton role on global climate as well as help maintain the fragile environmental equilibrium. The adopted sensors typically provide huge amounts of data that must be processed efficiently without the need for intensive manual work of specialists. A new system for general purpose particle analysis in large volumes is presented. It has been designed and optimized for the continuous plankton monitoring problem; however, it can be easily applied as a versatile moving fluids analysis tool or in any other application in which targets to be detected and identified move in a unidirectional flux. The proposed system is composed of three stages: data acquisition, targets detection and their identification. Dedicated optical hardware is used to record images of small particles immersed in the water flux. Targets detection is performed using a Visual Rhythm-based method which greatly accelerates the processing time and allows higher volume throughput. The proposed method detects, counts and measures organisms present in water flux passing in front of the camera. Moreover, the developed software allows saving cropped plankton images which not only greatly reduces required storage space but also constitutes the input for their automatic identification. In order to assure maximal performance (up to 720 MB/s) the algorithm was implemented using CUDA for GPGPU. The method was tested on a large dataset and compared with alternative frame-by-frame approach. The obtained plankton images were used to build a classifier that is applied to automatically identify organisms in plankton analysis experiments. For this purpose a dedicated feature extracting software was developed. Various subsets of the 55 shape characteristics were tested with different off-the-shelf learning models. The best accuracy of approximately 92% was obtained with Support Vector Machines. This result is comparable to the average expert manual identification performance. This work was developed under joint supervision with Professor Rubens Lopes (IO-USP). / Microorganismos planctônicos constituem a base da cadeia alimentar marinha e desempenham um grande papel na redução do dióxido de carbono na atmosfera. Além disso, são muito sensíveis a alterações ambientais e permitem perceber (e potencialmente neutralizar) as mesmas mais rapidamente do que em qualquer outro meio. Como tal, não só influenciam a indústria da pesca, mas também são frequentemente utilizados para analisar as mudanças nas zonas costeiras exploradas e a influência destas interferências no ambiente e clima locais. Como consequência, existe uma forte necessidade de desenvolver sistemas altamente eficientes, que permitam observar comunidades planctônicas em grandes escalas de tempo e volume. Isso nos fornece uma melhor compreensão do papel do plâncton no clima global, bem como ajuda a manter o equilíbrio do frágil meio ambiente. Os sensores utilizados normalmente fornecem grandes quantidades de dados que devem ser processados de forma eficiente sem a necessidade do trabalho manual intensivo de especialistas. Um novo sistema de monitoramento de plâncton em grandes volumes é apresentado. Foi desenvolvido e otimizado para o monitoramento contínuo de plâncton; no entanto, pode ser aplicado como uma ferramenta versátil para a análise de fluídos em movimento ou em qualquer aplicação que visa detectar e identificar movimento em fluxo unidirecional. O sistema proposto é composto de três estágios: aquisição de dados, detecção de alvos e suas identificações. O equipamento óptico é utilizado para gravar imagens de pequenas particulas imersas no fluxo de água. A detecção de alvos é realizada pelo método baseado no Ritmo Visual, que acelera significativamente o tempo de processamento e permite um maior fluxo de volume. O método proposto detecta, conta e mede organismos presentes na passagem do fluxo de água em frente ao sensor da câmera. Além disso, o software desenvolvido permite salvar imagens segmentadas de plâncton, que não só reduz consideravelmente o espaço de armazenamento necessário, mas também constitui a entrada para a sua identificação automática. Para garantir o desempenho máximo de até 720 MB/s, o algoritmo foi implementado utilizando CUDA para GPGPU. O método foi testado em um grande conjunto de dados e comparado com a abordagem alternativa de quadro-a-quadro. As imagens obtidas foram utilizadas para construir um classificador que é aplicado na identificação automática de organismos em experimentos de análise de plâncton. Por este motivo desenvolveu-se um software para extração de características. Diversos subconjuntos das 55 características foram testados através de modelos de aprendizagem disponíveis. A melhor exatidão de aproximadamente 92% foi obtida através da máquina de vetores de suporte. Este resultado é comparável à identificação manual média realizada por especialistas. Este trabalho foi desenvolvido sob a co-orientacao do Professor Rubens Lopes (IO-USP).

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:28:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMVR.pdf: 1800586 bytes, checksum: c44cb463d61ffeb5394f543684f66e59 (MD5) Previous issue date: 2003-06-24 / Concern with the effect of oil spills in coastal regions resulting from the production, refining and transport of this product has been one of the priorities of the institutions working with this sector. Consequently, there is a large demand for research on the impacts of by accidents on the environment and, particularly, on natural communities. In the present study, a mesocosm experiment was used to evaluate the effects of a mixture of light Arabian and Russian oil with the chemical dispersant Corexit® 9500, over a coastal plankton community. The experiment was carried out in Rio de Janeiro and lasted 25 consecutive days. Three replicates were used as control, with only seawater, three were treated with 800 mL of petroleum and the other three were treated with the mixture 800 mL of petroleum and 80 mL of dispersant. The chemical alterations in the water were striking, especially the rise in the concentration of organic compounds. The results demonstrated a severe reduction of phytoplankton density, as a result of the addition of oil. There was also a change in the composition of the organism groups, with alteration of dominance of diatoms to phytoflagelates. Similar effect was found for the zooplankton. Both the oil and its mixture with dispersant resulted in a reduction of population densities and changes, or disappearance, of some components. Meroplanktonic organisms had a higher sensitivity to the acute effects of the oil and oil-dispersant mixture than holoplanktonic organisms. Copepods were resistant to the effects of oil and oil-dispersant mixture. Among the herbivores, Acartia lilljeborgi had greater resistance to the acute toxic effect of oil, whereas Pseudodiaptomus acutus was more resistant to the chronic effects of both oil and the mixture. Among carnivores, Oithona hebes appeared as a resistant species to both acute and chronical effects. Mesocosms were shown to be useful for investigating the effects of oil spills on marine environments since standardized laboratory tests with algae and invertebrate test-organisms corroborated the field findings. / A avaliação dos efeitos de derrames de petróleo nas regiões costeiras decorrentes das atividades de produção, refinamento ou transporte deste produto tem sido uma das prioridades das instituições ligadas a este setor e há uma demanda muito grande de pesquisas sobre os impactos ocasionados por estes sobre o ambiente e as comunidades naturais, em particular. No presente estudo a experimentação em mesocosmos foi utilizada para avaliar os efeitos do derrame do petróleo ARLE/URAL e deste tratado com o dispersante químico Corexit® 9500, sobre uma comunidade planctônica costeira. O experimento foi realizado no Rio de Janeiro, Brasil e teve a duração de 25 dias consecutivos (19/06 a 13/07/2002). Os tratamentos foram feitos em triplicata com um volume aproximado de 1,7m3 de água do mar em cada unidade. Foram utilizadas três réplicas como controle, contendo apenas água do mar, três réplicas foram tratadas com 800 mL de petróleo e três outras réplicas foram tratadas com a mistura de 800 mL de petróleo e 80 mL de dispersante. As alterações químicas na água foram marcantes, principalmente em relação ao aumento na concentração dos compostos orgânicos. Os resultados evidenciaram uma redução severa na densidade do fitoplâncton, em decorrência da adição do óleo ou da mistura de óleo e dispersante. Houve também uma mudança na composição dos grupos, com alteração da dominância de diatomáceas para fitoflagelados. Em relação aos grupos zooplanctônicos também foi observado um efeito mais acentuado no tratamento com petróleo e dispersante. Os organismos meroplanctônicos foram mais sensíveis ao petróleo do que os holoplanctônicos. Os copépodes foram dominantes, em todos os tratamentos. A espécie herbívora Acartia lilljeborgi foi mais resistente ao efeito agudo do petróleo, enquanto Pseudodiaptomus acutus foi mais resistente ao efeito crônico Entre os Copepoda carnívoros Oithona hebes foi a espécie mais resistente, tanto ao impacto agudo quanto ao impacto crônico. Os mesocosmos são adequados para a avaliação dos efeitos do derrame de petróleo ou da mistura de petróleo e dispersante, como corroborado pelos estudos de toxicidade com algas e organismos-teste invertebrados, que corroboraram os efeitos observados em campo. A utilização de dispersante químico na etapa de remediação após os derrames necessita ser reavaliada tendo em vista os resultados deste trabalho que indicam que a mistura petróleodispersante é ainda mais tóxica do que o petróleo sozinho.

Realizou-se, no Centro de Pesquisa de Peixes Tropicais (CEPTA/IBAMA), em Pirassununga-SP, um experimento com o objetivo de avaliar a influência da densidade de estocagem de peixes e do fluxo diferenciado de entrada e saída de água em viveiros de piscicultura nas características físicas e químicas da água; na estrutura (composição e densidade), biomassa, sucessão e diversidade de espécies da comunidade do fitoplâncton e na composição e densidade da comunidade do zooplâncton (considerando-se apenas grupo), procurando-se avaliar o balanço de entrada e saída de materiais em viveiros, enfatizando a concentração de nutrientes, comunidade planctônica, concentração de material em suspensão e clorofila a. Além disso, procurou-se quantificar os impactos da atividade da piscicultura nos recursos hídricos, demonstrando suas interações positivas e negativas com o ambiente. Os estudos foram desenvolvidos durante 60 dias, com coletas diárias inicialmente e a cada dois dias após o peixamento, analisando-se a temperatura, pH, condutividade elétrica da água, oxigênio dissolvido, material em suspensão, nutrientes, alcalinidade, dureza, cálcio, clorofila a, comunidade zooplanctônica e fitoplanctônica. Os resultados obtidos demonstraram o efeito do fluxo de água e da densidade de estocagem de peixes sobre as características físicas e químicas da água, observando-se a redução acentuada na concentração de oxigênio dissolvido na água (valores abaixo de 2 mg/l), aumento nas concentrações de fósforo e nitrogênio, material sem suspensão e clorofila a. Em conseqüência do aumento da concentração de nutrientes, principalmente de fósforo, ocorreu um aumento na biomassa e na densidade do fitoplâncton e na densidade do zooplâncton. A redução de oxigênio dissolvido na água, associado à outras variáveis, promoveu uma mortandade de peixes no tratamento T2. A divisão Chlorophyta foi dominante no fitoplâncton nos diferentes tratamentos e o padrão de sucessão observado foi Desmidiaceae&#8594Chlorococcales&#8594Cyanophyta. Em relação ao zooplâncton, Rotifera foi dominante na fase de enchimento, sendo posteriormente substituído por Cladocera e Copepoda. Nos diferentes tratamentos foi possível observar a interação indireta do efeito cascata. O sistema de piscicultura gerou cargas potencialmente poluidoras, sendo que a ração foi a responsável pelo incremento de nutrientes na água do efluente. Em média as concentrações de fósforo foram 36 vezes maior que o permitido por lei, enquadrando o efluente dos tratamentos como impróprio para serem lançados em rio de Classe 2. Considerando-se os resultados obtidos, recomenda-se o tratamento do efluente antes do lançamento no Rio Mogi-Guassu, corpo receptor e enquadrado como rio de Classe 2. / An experiment was conducted at the Tropical Fish Research Center (CEPTA, Pirassununga, SP, Brazil) to analyze the influence of the density of fish stocks and the differentiated water inflow and outflow in fishponds on the limnological characteristics of the water, its structure (composition and density), biomass fluctuations, succession and diversity of the phytoplankton and the composition and density of the zooplankton (considered only by group), in order to evaluate the balance of the entry and exit of biomass in fishponds, with emphasis on the concentration of nutrients, planktonic biomass (chlorophyll) and suspended matter. The experiment also aimed to quantify the impact of fishculture on hydric resources, demonstrating its positive and negative effects on the environment. The study was carried out for 60 days, with daily samples taken initially, and at two days\' interval after the introduction of the fish. The characteristics analyzed were water temperature, water load, dissolved oxygen, pH, conductivity, nutrients, suspended matter, chlorophyll a composition, density, diversity, abundance of phytoplankton, density and abundance of zooplankton. The results obtained demonstrated the effect of the water flow and the density of fish stocks on the physical and chemical characteristics of the water. An accentuated reduction was observed in dissolved oxygen concentrations (under 2 mg/l) and in increased phosphorous, nitrogen, organic matter and chlorophyll concentrations. The increased concentration of nutrients, mainly phosphorous, caused increased levels of phytoplankton and zooplankton biomass and density. The depletion of dissolved oxygen in the water, coupled to other variables, led to fish mortality under the T2 treatment. The Chlorophyta division predominated in the phytoplankton under the different treatments and the succession observed was a Desmidiaceae&#8594Chlorococcales&#8594Cyanophyta pattern. As for zooplancton, Rotifera predominated in the inflow phase and was later substituted by Cladocera and Copepoda. The indirect interaction of the cascade effect was observed during the different treatments. The fish culture system generated potentially polluting loads, with fish feed found to be responsible for the increased nutrient waste in the effluent. Phosphorus concentrations were, on average, 36 times higher than allowed by law, characterizing the effluent from the treatments as unsuitable to be cast into class 2 rivers. Based on the findings of this study and on environmental management strategies, it is recommended that the effluent be treated before the water is allowed to flow into the Class 2 recipient, the Mogi-Guassu river.

Os colifagos somáticos (CS) são os melhores indicadores de poluição fecal. Neste trabalho, foi determinada a abundância de CS em amostras de água do mar, plâncton, e bivalves coletadas em Santos, São Sebastião e Ubatuba. Houve correlação positiva entre CS e as bactérias marinhas viáveis, coliformes termotolerantes, E.coli e enterococos intestinais, e a correlação foi negativa com a temperatura. As maiores contagens de CS foram obtidas em Santos. As freqüências das famílias encontradas nas amostras de água do mar e plâncton foram: Siphoviridae (50% e 65,8%), Podoviridae (36% e 15,8%), Microviridae (9% e 15,8%) e Myoviridae (5%, 2,6%), respectivamente. Em bivalves, só foi observada Siphoviridae. Os morfotipos observados foram A1 (3%), B1 (63%), C1 (21%) e D1 (13%). As técnicas de RFLP e rep-PCR não foram discriminatórias. 9,6% dos colifagos apresentaram os genes que codificam para as toxinas ST e/ou LT. O presente estudo está identificando os colifagos como perigos microbiológicos e gerando subsídios para avaliação de riscos microbiológicos no ecossistema marinho. / The somatic coliphages (SC) are the better indicator for fecal pollution. In this research, it was obtained the SC abundance in seawater, plankton and bivalves samples collected from Santos, São Sebastiâo and Ubatuba. SC counts were correlated with marine viable bacteria, thermotolerant coliforms, E. coli and intestinal enterococci, and the correlation was negative with the temperature. Highest SC counts were obtained from samples collected at Santos. The frequency of SC families found in seawater and plankton samples were: Siphoviridae (50% and 65.8%), Podoviridae (36% and 15.8%), Microviridae (9% and 15.8%), and Myoviridae (5%, 2.6%), respectively. In bivalves, only Siphoviridae was found. Morphotypes A1 (3%), B1 (63%), C1 (21%) and D1 (13%) were observed. The RFLP and rep-PCR techniques were not discriminatory. 9.6% of coliphages contained genes codifying for thermostable toxin (ST) and/or thermolabil toxin (LT). This study is identifying the coliphages as microbial hazard and giving support to later studies for microbial risk assessment of marine ecosystem.

Bactérias quitinolíticas são autóctones do ecossistema marinho e tem um importante papel no processo de degradação de quitina. Relativamente pouco é conhecido sobre a diversidade e potencial enzimático de bactérias quitinolíticas isoladas de ambientes tropicais costeiros. Amostras de água do mar e de plâncton foram coletadas no Canal de São Sebastião, Baixada Santista e Ubatuba. As bactérias quitinolíticas foram enumeradas e isoladas em meio mínimo contendo quitina coloidal e caracterizadas através de métodos fenotípicos e genotípicos. As maiores contagens de bactérias quitinolíticas foram observadas em amostras de água do mar e plâncton coletadas na Baixada Santista. A diversidade de bactérias quitinolíticas e o potencial de produção de quitinases foram influenciados pelo nível de contaminação fecal presente no ecossistema marinho. Uma maior diversidade foi encontrada em ambiente com médio e baixo impacto antropogênico, mas bactérias quitinolíticas isoladas de ambiente com alta atividade antropogênica mostraram os maiores valores de produção de quitinases. / Chitinolytic bacteria are autochthonous in marine ecosystems and have an important role in chitin degradation process. A very little is know about the diversity and enzymatic potential of chitinolytic bacteria isolated from coastal tropical environments. Seawater and plankton samples were collected at Canal de São Sebastião, Baixada Santista and Ubatuba. Chitinolytic bacteria were counted and isolated in minimal media containing colloidal chitin and characterized using phenotypic and genotypic methods. Highest counts of chitinolytic bacteria were observed in seawater and plankton samples collected at Baixada Santista. The diversity of chitinolytic bacteria and the potential of chitinases production were influenced by the level of fecal contamination present in the marine ecosystem. Highest diversity was found in environment with medium and low anthropogenic impact, but chitinolytic bacteria isolated from environment with high anthropogenic influences showed highest chitinases production.

Plankton microorganisms constitute the base of the marine food web and play a great role in global atmospheric carbon dioxide drawdown. Moreover, being very sensitive to any environmental changes they allow noticing (and potentially counteracting) them faster than with any other means. As such they not only influence the fishery industry but are also frequently used to analyze changes in exploited coastal areas and the influence of these interferences on local environment and climate. As a consequence, there is a strong need for highly efficient systems allowing long time and large volume observation of plankton communities. This would provide us with better understanding of plankton role on global climate as well as help maintain the fragile environmental equilibrium. The adopted sensors typically provide huge amounts of data that must be processed efficiently without the need for intensive manual work of specialists. A new system for general purpose particle analysis in large volumes is presented. It has been designed and optimized for the continuous plankton monitoring problem; however, it can be easily applied as a versatile moving fluids analysis tool or in any other application in which targets to be detected and identified move in a unidirectional flux. The proposed system is composed of three stages: data acquisition, targets detection and their identification. Dedicated optical hardware is used to record images of small particles immersed in the water flux. Targets detection is performed using a Visual Rhythm-based method which greatly accelerates the processing time and allows higher volume throughput. The proposed method detects, counts and measures organisms present in water flux passing in front of the camera. Moreover, the developed software allows saving cropped plankton images which not only greatly reduces required storage space but also constitutes the input for their automatic identification. In order to assure maximal performance (up to 720 MB/s) the algorithm was implemented using CUDA for GPGPU. The method was tested on a large dataset and compared with alternative frame-by-frame approach. The obtained plankton images were used to build a classifier that is applied to automatically identify organisms in plankton analysis experiments. For this purpose a dedicated feature extracting software was developed. Various subsets of the 55 shape characteristics were tested with different off-the-shelf learning models. The best accuracy of approximately 92% was obtained with Support Vector Machines. This result is comparable to the average expert manual identification performance. This work was developed under joint supervision with Professor Rubens Lopes (IO-USP). / Microorganismos planctônicos constituem a base da cadeia alimentar marinha e desempenham um grande papel na redução do dióxido de carbono na atmosfera. Além disso, são muito sensíveis a alterações ambientais e permitem perceber (e potencialmente neutralizar) as mesmas mais rapidamente do que em qualquer outro meio. Como tal, não só influenciam a indústria da pesca, mas também são frequentemente utilizados para analisar as mudanças nas zonas costeiras exploradas e a influência destas interferências no ambiente e clima locais. Como consequência, existe uma forte necessidade de desenvolver sistemas altamente eficientes, que permitam observar comunidades planctônicas em grandes escalas de tempo e volume. Isso nos fornece uma melhor compreensão do papel do plâncton no clima global, bem como ajuda a manter o equilíbrio do frágil meio ambiente. Os sensores utilizados normalmente fornecem grandes quantidades de dados que devem ser processados de forma eficiente sem a necessidade do trabalho manual intensivo de especialistas. Um novo sistema de monitoramento de plâncton em grandes volumes é apresentado. Foi desenvolvido e otimizado para o monitoramento contínuo de plâncton; no entanto, pode ser aplicado como uma ferramenta versátil para a análise de fluídos em movimento ou em qualquer aplicação que visa detectar e identificar movimento em fluxo unidirecional. O sistema proposto é composto de três estágios: aquisição de dados, detecção de alvos e suas identificações. O equipamento óptico é utilizado para gravar imagens de pequenas particulas imersas no fluxo de água. A detecção de alvos é realizada pelo método baseado no Ritmo Visual, que acelera significativamente o tempo de processamento e permite um maior fluxo de volume. O método proposto detecta, conta e mede organismos presentes na passagem do fluxo de água em frente ao sensor da câmera. Além disso, o software desenvolvido permite salvar imagens segmentadas de plâncton, que não só reduz consideravelmente o espaço de armazenamento necessário, mas também constitui a entrada para a sua identificação automática. Para garantir o desempenho máximo de até 720 MB/s, o algoritmo foi implementado utilizando CUDA para GPGPU. O método foi testado em um grande conjunto de dados e comparado com a abordagem alternativa de quadro-a-quadro. As imagens obtidas foram utilizadas para construir um classificador que é aplicado na identificação automática de organismos em experimentos de análise de plâncton. Por este motivo desenvolveu-se um software para extração de características. Diversos subconjuntos das 55 características foram testados através de modelos de aprendizagem disponíveis. A melhor exatidão de aproximadamente 92% foi obtida através da máquina de vetores de suporte. Este resultado é comparável à identificação manual média realizada por especialistas. Este trabalho foi desenvolvido sob a co-orientacao do Professor Rubens Lopes (IO-USP).

Um dos principais problemas relacionados aos estudos limnológicos realizados manualmente em laboratório consiste no grande esforço, tempo de análise e trabalho especializado necessário. Esses fatores limitam a quantidade de amostras possíveis de serem analisadas em um determinado estudo, já que recursos sejam eles reagentes, recursos financeiros ou tempo são limitados. No presente trabalho foi utilizado um sistema semi-automatizado de medidas de variáveis físicas e químicas da água. O sistema é composto por uma sonda multi-parâmetro (Horiba U-22) e um sistema de posicionamento global (GPS) acoplados a um micro-computador, que realizam medidas georeferenciadas em curtos intervalos de tempo, permitindo um rastreamento horizontal das características da água. Foi ainda desenvolvido um sistema semi-automático para coleta fracionada da comunidade planctônica por meio de bomba de sucção operada por bateria e filtro coletor com rede de plâncton de diferentes aberturas de malha. O material coletado foi fotografado por meio de sistema de aquisição digital de imagens (microscópio Zeiss equipado com câmera AxionCan). Neste trabalho foi produzido um software (Planktonscan) que a partir da análise das imagens capturadas permite produzir dados com estimativas das medidas e dimensões dos organismos, calcular biovolumes e, utilizando fatores de conversão, estimar os valores de biomassa. O software apresenta uma interface para identificação, calcula a densidade dos organismos e produz relatório gráfico com informações sobre os organismos individuais e sobre a comunidade. Os equipamentos e o software foram testados em análises limnológicas e amostragem de plâncton no reservatório do Monjolinho, São Carlos, SP, em dezembro de 2005. Os resultados obtidos foram comparados com os disponíveis na literatura e demonstraram a aplicabilidade do sistema. / A major problem associated with the study of planktonic communities lies on the difficulties of analyzing the collected material, a long time-consuming procedure. Biomass determination is also a step requiring great effort and is subjected to large errors. In the present work a semi-automated system for measuring physical and chemical variables in the water was developed. The system is made up by a flow-pump, a multi-parameter probe and a global positioning system coupled to a microcomputer that performs measurements at short time intervals, allowing a horizontal tracking of the water quality, in much shorter times than traditional methods. Another semi-automated device was developed for collecting separate plankton size fractions. It uses a battery operating suction-pump coupled to a filter with different mesh nets. The collected materials are then submitted to image computer acquisition (Axion Vision Zeiss System). Additionally, in this study a software was produced (Planktonscan), that taking the measures of individuals dimensions (length, width and height) calculates biovolume and using conversion factors calculate the biomass for each zooplankton organism identified in the sample. Both systems were tested, regarding the measurement of limnological variables and plankton sampling, in the Monjolinho Reservoir, SP. The performance was good, resulting in a larger number of points sampled (60) in a shorter sampling time (1 hour) than those usually required. The biomass results provided by Planktonscan software were compared to data from literature, obtained by the traditional gravimetric method for dry weight determination and also with data generated from the use of mathematical models (length dry-weight regressions) available. The results were expressed as species population densities, biomasses and size spectra, evidencing the applicability of the models here developed.