Avaliação da cadeia trófica em dois ecossistemas de grande profundidade do Oceano Pacífico

Avaliação da cadeia trófica em dois ecossistemas de grande profundidade do Oceano Pacífico Andreia Filipa Campos Alves Mestrado de Recursos Biológicos Aquáticos Departamento de Biologia 2015 Orientador Doutora Teresa Amaro, Investigadora pós-doutoramento, HCMR Coorientador Doutora Sandra Ramos, Investigadora pós-doutoramento, CIIMAR Todas as correções determinadas pelo júri, e só essas, foram efetuadas. O Presidente do Júri, Porto, ______/______/_________ “Costumávamos pensar que o nosso destino estava escrito nas estrelas. Hoje sabemos que em grande parte, ele está nos nossos genes.” James Watson i Agradecimentos A dissertação de mestrado aqui apresentado é o culminar de um trabalho que só foi possível devido ao empenho e dedicação de inúmeras pessoas, que de uma forma ou outra, tiveram um papel muito importante. Como tal, gostaria de agradecer: aos meus orientadores, Doutora Teresa Amaro e Doutora Sandra Ramos, que me acompanharam ao longo deste trabalho contribuindo de forma exemplar para a minha formação cientifica e pessoal, permitindo-me adquirir as mais variadas competências. Pelo seu profissionalismo, espirito crítico e bom humor, um muito obrigado, ao Professor Doutor Aires Teles, coordenador de Mestrado de Recursos Biológicos Aquáticos, por sempre ter facilitado as meios necessários para realização deste mestrado, à Doutora Ascensão Ravara, pela sua colaboração que foi fundamental para a identificação da macrofauna, ao Doutor Hidetaka Nomaki por possibilitar a realização deste Projeto, pela sua disponibilidade e colaboração, ao projeto Pest-C/MAR/LA0015/20, SFRH/BPD/26782/2006 e Marie Curie Actions através do projeto CEFMED (nº 327488), a todos os membros do laboratório CIIMAR, que de alguma maneira contribuíram para a realização deste estudo, à minha avó, que já não se encontra entre nós, mas que foi uma fonte de inspiração constante ao longo de todo este trabalho, por todas as qualidades que a caracterizavam, ii aos meus pais, a minha irmã, ao André e aos restantes familiares pela compreensão, pelo carinho e pelo apoio incondicional que demostraram para comigo ao longo deste tempo, sem eles este percurso teria sido mais difícil, aos meus amigos, Nita, Mi e Di, agradeço pelo apoio e carinho, paciência e amizade, principalmente nos momentos mais difíceis, ao Gui por fazer parte da minha vida, me fazer sorrir e nunca me deixar desistir, A todos um muito obrigado!!! iii Até ao momento, deste trabalho resultaram duas comunicações (poster) em reuniões científicas: 1. no Projeto Pluridisciplinares e 2. no Congresso Internacional de Aveiro “14th Deep-Sea Biology Symposium”. Póster científico: Alves, A., Ramos, S., Ravara, A., Amaro, T. (2015). Benthic Macrofaunal Communities Differences Between Oligotrophic and Eutrophic Abyssal Habitats: A Case Study of the West Pacific. IJUP – Investigação Jovem na Universidade do Porto – Projeto Pluridisciplinar, Maio 2015. Alves, A., Ramos, S., Nomaki, H., Ravara, A., Amaro, T. (2015). Feeding Preferences of Abyssal Macrofauna Inferred from in situ Pulse Chase Experiments in the West Pacific. 14th DSBS. Aveiro, Setembro 2015. (comunicação em poster). iv Resumo O ecossistema do mar profundo é o mais extenso ecossistema na terra e cobre 60% da superfície do planeta. O biota associada aos substratos consolidados e não consolidados, também conhecido como bentos, é altamente diverso e complexo, e tem um papel fundamental no fluxo de energia, em diferentes níveis tróficos das cadeias alimentares. Assim, as comunidades bentónicas alimentam-se de matéria orgânica em suspensão ou depositada no sedimento. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivos caracterizar as comunidades da macrofauna bentónica de dois habitats do mar profundo do Pacifico ocidental e verificar a resposta destas comunidades face à presença de diferentes alimentos (cianobactérias e diatomáceas). Para tal, foram analisadas organismos de dois habitats diferentes do Pacifico ocidental: eutrófico (alto teor de matéria orgânica - 39⁰00N, 146⁰00E, profundidade da água: 5256 metros) e oligotrófico (baixo teor de matéria orgânica - 1⁰15N, 163⁰15E, profundidade da água: 4277 metros), recolhidos pelo submarino Shinkai 6500. A diversidade da macrofauna foi estudada através das abundâncias de seis frações de profundidades (0-1; 1-2; 2-3; 3-5; 5-10 e 10-15 cm). Após identificação até ao nível taxonómico mais baixo possível, a abundância, diversidade, riqueza específica foram calculadas e atribuída a posição trófica na cadeia alimentar de cada taxa identificado. A posição trófica da cadeia alimentar foi inicialmente determinada através da classificação do grupo trófico funcional de acordo com a informação disponível na literatura e, posteriormente comprovada através da análise de isótopos estáveis. Os resultados evidenciaram que no habitat eutrófico a abundância média (1320±277 ind./m2), foi mais elevada com 23 diferentes taxa sendo os Nematoda o grupo mais abundante (74%). Em contraste, no habitat oligotrófico, a abundância foi em média inferior (83±61 ind./m2) com apenas 6 diferentes taxa identificados, sendo o filo Artropoda o mais abundante (38%). Para avaliar a resposta da macrofauna a dois tipos de alimentos foi realizada uma experiencia in situ de modo a simular um bloom de fitoplâncton. Assim, as comunidades de cada habitat foram injetadas com dois tipos distintos de alimento (cianobactérias e diatomáceas) marcados radioactivamente, durante um período curto e longo de incubação. Através da análise de isótopos estáveis, os resultados não foram conclusivos para o habitat oligotrófico. No entanto, para o habitat eutrófico verificou-se existir preferência pelas diatomáceas, tanto no período curto, como no longo de incubação. Este estudo contribuiu para o aumento do conhecimento científico v do funcionamento trófico das comunidades de macrofauna bentónica das planícies abissais do Pacifico profundo. vi Abstract The deep-sea floor ecosystem is the largest ecosystem on Earth, covering about 60% of the globe surface. The biota associated with consolidated and unconsolidated substrates is highly diverse and complex, and has a fundamental role for the energy flow at different trophic levels of the food web. Deep benthic and pelagic communities feed of organic matter sinking through the ocean interior from the euphotic zone. The content of available organic matter controls the benthic communities, working as a major environmental driver. To examine the response of abyssal benthic communities to different food resources we simulated a food sedimentation event containing diatoms and cyanobacteria at two stations in the Western Pacific. In this context, the benthic macrofaunal communities at two different habitats of western Pacific were analysed: one eutrophic (high organic matter content; 39˚00N, 146 ˚00E, water depth: 5256 m) and another oligotrophic (low organic matter content; 1˚15N, 163˚15E, water depth: 4277 m), collected within Shinkai 6500 submarine. The macrofauna abundance was studied along six depth layers, namely 0-1, 1-2, 2-3, 3-5, 5-10 and 10-15 cm. After identification until the possible lowest taxonomic level, abundance, diversity, richness and trophic position in the food web were calculated. The trophic position in the food web was initially determined by classification of the functional trophic group according to the information available in the literature, and later by analysis of stable isotopes. Mean abundance ranged between 83±61 ind./m2 in the oligotrophic station and 1320±277 ind./m2 in the eutrophic station. Species richness also varied, with 23 taxa observed at the eutrophic habitat and only 6 taxa in the oligotrophic habitat. At each sampling station we simulated a food sedimentation event containing labeled cyanobacteria and diatoms during two incubation periods (short and long). We found no evidence for selective ingestion of the different food at the oligotrophic habitat, whereas at the eutrophic habitat, the community seems to have preference for diatoms during both short and long incubation periods. This study contributed to increase our scientific knowledge of deep Pacific benthic communities, and understanding of their trophic functioning. Introdução 3 Os primeiros estudos dos ecossistemas marinhos de grande profundidade (Sanders et al., 1965; Sanders & Hessler, 1969) tiveram como objetivo principal descrever e explicar a biodiversidade existente nessas regiões (Brandt et al., 2004). No século XX observaram-se desenvolvimentos notáveis no domínio da investigação dos oceanos, nas tecnologias submarinas e na acústica, ocorridas durante a 2ª Guerra Mundial. Multiplicaram-se os cruzeiros científicos e nos anos 60, com o submersível americano Alvin, iniciou-se uma nova era da investigação do oceano profundo com acesso a sistemas de visualização. Nos anos 80 surgem outros submersíveis com capacidades para mergulhar abaixo dos 4000 metros de profundidade, como o Nautile da França, os MIR da União Soviética e o Shinkai do Japão. Entretanto com o desenvolvimento das tecnologias robóticas várias outras plataformas começaram a estar disponíveis para a investigação oceanográfica. Desta forma, um grande número de habitats foi descoberto, como canhões, montes submarinos, recifes, fontes hidrotermais e fontes frias, que suportam comunidades microbianas e faunísticas únicas (Van Dover, 2000; Barry et al., 2002; Brandt et al., 2007; Roberts, 2009; Tyler et al., 2009). Figura 1 - Esquema representativo das diferentes zonas e regiões que constituem os oceanos adaptado de http://www.geoprof.org/mar_prof.php Introdução 4 Planícies abissais A planície abissal é uma área extensa dos fundos oceânicos com topografia suave e plana, normalmente coberta por sedimentos pelágicos, situadas entre os 4000 e os 6000 metros de profundidade (Tyler, 2003). Nas planícies abissais podem existir depressões designadas por fossa, que apresentam grandes profundidades, podendo mesmo ultrapassar os 11000 metros. Podem ainda existir ilhas e colinas formadas pela acumulação de materiais vulcânicos emitidos por vulcões submarinos (Smith & Demopoulos, 2003). Até aos cinco mil metros de profundidade, a fina textura dos sedimentos é formada pela deposição das carapaças de microrganismos calcários, como os de foraminíferos e de certas algas. Abaixo dessa profundidade, o sedimento mais comum é a de natureza silicosa, formada a partir das carapaças de diatomáceas que afundam desde a superfície. A grande parte do sedimento nas planícies abissais é depositado a partir das margens continentais ao longo dos canhões submarinos Fontes hidrotermais As fontes hidrotermais são uma espécie de vulcões submarinos, que podem atingir temperaturas na ordem dos 300ºC proporcionando inúmeras formas de vida, e aparecem geralmente associadas aos rifts oceânicos ou a zonas de subducção. Foram descobertas em 1977 e que estão normalmente situadas abaixo de dois mil metros de profundidade em regiões de fundo oceânico com atividade vulcânica. A biologia e a fisiologia das comunidades bentónicas em torno das fontes hidrotermais profundas estão relativamente bem estudadas, no entanto, existe pouca informação sobre o efeito de fontes hidrotermais de baixa profundidade no ecossistema (Thiermann et al., 1997). Atualmente estas áreas tem sido exploradas ativamente e cada vez mais fontes hidrotermais são descobertas. O submersível Alvin desde de 1977 tem sido utilizado como meio para as descobrir e catalogar e, já efetuou mais de 1000 mergulhos. Devido ao cariz provisório das fontes hidrotermais torna-se difícil identificar concretamente o local onde estas áreas se encontram, pois muitas das que já foram identificadas já colapsaram e muitas estarão a surgir neste momento. Alguns dos Introdução 5 sítios mais estudados situam-se no mar Egeu (Dando et al., 1995), na Baía de Plenty, Nova Zelândia (Pichler & Dix, 1996), na cumeeira de Kolbeinsey, na Islândia (Botz et al., 1996), em Kraternaya Bight, nas Ilhas Kurile (Tarasov et al., 1990), no porto de Matupi, na Baía de Tatum, na Papua Nova Guiné (Pichler et al., 1999; Tarasov et al., 1999) e a região subpolar de baixa profundidade na cumeeira do médio Atlântico (Fricke et al., 1989) (Figura 2). A alteração do ambiente por influência das fontes hidrotermais ocorrem tanto em fontes hidrotermais de elevada profundidade, como nas de baixa profundidade, e têm um efeito significativo no habitat bentónico. No entanto, o seu efeito na coluna de água é bastante diferente. Normalmente, o efeito das fontes hidrotermais profundas é restrito a uma zona muito estreita em proximidade imediata com a descarga ou com a pluma, ocorrendo um efeito semelhante em áreas abertas com fontes hidrotermais de baixa profundidade. Em contraste, fontes hidrotermais de baixa profundidade semiisoladas ou em baías, têm a camada de água perto do fundo e/ou da superfície entre 0-0,5 m de profundidade afetados pelos fluidos termais (Tarasov et al., 1999). Canhões Submarinos Os canhões submarinos são sistemas complexos e heterogéneos. Apresentam uma forma típica em V, com gargantas estreitas e vertentes muito inclinadas. O Figura 2 - Fontes hidrotermais mais exploradas Introdução 6 comprimento médio é de 50 km e, muito embora a maioria tenha poucos quilómetros de comprimento, existem alguns com cerca de 200 a 300 km de extensão. Assim, até ao presente o canhão submarino mais extenso possui cerca de 442 km. Estas estruturas atingem grandes profundidades, estando muitas vezes abaixo dos 3000 metros de profundidade (Shepard & Milliman, 1978). Os canhões submarinos embutidos na margem continental funcionam como vias de drenagem de materiais (sedimento, lixo, etc.) do continente para a planície abissal, e a sua eficácia depende, entre outros fatores, da distância ao litoral a que estão definidas as suas cabeceiras e da área de plataforma que os influenciam diretamente. Este tipo de incisões está frequentemente associado a diversos condicionalismos energéticos (upwelling e acumulação de energia das ondas internas) com capacidade de transferir os sedimentos acumulados na plataforma, bordo e vertente continental superior, para a planície abissal. No caso de canhões cuja cabeceira esteja muito próxima da orla litoral, a sua morfologia tem uma influência significativa sobre os processos costeiros, como a hidrodinâmica da zona costeira (ex. ondas gigantes, tsunamis) e o transporte sedimentar (ex. o Canhão Submarino da Nazaré) (Masson et al., 2011). Além disso, a presença de canhões submarinos afeta fortemente a circulação e a produtividade oceânica, bem como a distribuição da cobertura sedimentar de fundo, sendo estas estruturas um dos principais mecanismos de transferência de massa, entre a zona costeira e o oceano profundo (grandes transferências catastróficas de massa são despoletadas, por exemplo, pela atividade neotectónica, sendo que estas depressões submarinas tendem a guiar as correntes de massa descendentes até às planícies abissais). Recentemente foram feitos vários estudos focados nos habitats bentónicos associados aos canhões submarinos e foi descoberto que devido às características oceanográficas, geológicas anteriormente descritas, estas estruturam contém uma diversidade elevada e por conseguinte são considerados, muitas vezes, áreas de hotspot de biodiversidade, não só ao nível de organismos bentónicos (Tyler et al., 2009; Amaro et al., 2010; De Leo et al., 2010), como populações de peixes comercialmente importantes ao homem (Company et al., 2008; Würtz, 2012). Introdução 7 Montes submarinos Os montes submarinos são estruturas conspícuas, normalmente com flancos abruptos e uma forma cónica de base circular, elíptica ou mais alongada. Do ponto de vista geológico são formações que emergem do leito do oceano, geralmente de origem vulcânica e frequentemente associados como hotspots de biodiversidade do fundo do mar. Apesar de existirem milhares de montanhas submarinas estes sistemas são pouco estudados (Gubbay & Deutschland, 2003). Atualmente são conhecidos cerca de 100 000 montes submarinos, dos quais 14 000 são de grandes dimensões (Pitcher et al., 2008) e, em apenas 200 destes 14 000 montes submarinos foram recolhidas amostras (Stocks et al., 2004). As correntes que circundam os montes submarinos e as superfícies rochosas expostas dos mesmos oferecem condições ideias para animais filtradores, que tendem a dominar a zona bentónica. No Oceano Atlântico existem pelo menos 800 montes submarinos de grandes dimensões, a maioria deles, associada à Crista Média Atlântica mas também na zona a oeste de Portugal Continental (Gubbay & Deutschland, 2003). Os montes são de natureza rochosa e podem possuir fissuras, falhas, canhões, mas é frequente a acumulação de sedimentos biogénicos (Gubbay & Deutschland, 2003). O relevo dos montes submarinos tem efeitos profundos sobre a circulação oceânica circundante, como a formação de ondas retidas, jatos, turbilhões e as circulações fechadas conhecidas como colunas de Taylor (Rogers, 2004). Os montes podem ser divididos (a) pouco profundos, quando o cume se encontra na zona fótica; (b) intermédio, quando o cume se encontra entre o limite inferior da zona fótica e a profundidade de migração diurna do zooplâncton (aproximadamente 400m) e (c) profundos, quando o cume está abaixo dos 400 m sem efeito da luz (Pitcher et al., 2008). Os montes são caracterizados por uma elevada biodiversidade e pensa-se que os que se aproximam mais da superfície são importantes por facilitarem a dispersão das espécies nos oceanos agindo como pontos de passagem (stepping stones) para espécies nas suas rotas de colonização (Gubbay & Deutschland, 2003). Fontes Frias As fontes frias encontram-se entre os ambientes redutores mais geologicamente diversos explorados até à data. Estão dispersos globalmente, ocorrendo em todas as Introdução 8 margens continentais (tectonicamente ativas e passivas), e mesmo em lagos e mares interiores. São conhecidas fontes frias desde profundidades inferiores a 15 m até profundidades superiores a 7400 m (no Fosso do Japão). As fontes frias encontram-se com frequência ao longo de fraturas na crista de colinas, nas escarpas baixas e nos afloramentos planos, além de zonas de falha associadas a tectónicas salinas em margens continentais passivas (Gibson et al., 2005). Estes locais são semelhantes às fontes hidrotermais (excetuando no que respeita à temperatura), com comunidades caracterizadas por uma produção primária quimioautotrófica e com associações simbióticas entre bactérias eucariotas. O metano e o sulfureto são as principais fontes de energia, são oxidados por espécies bacterianas na presença de oxigénio (ou possivelmente nitrato). As altas concentrações de metano, hidrocarbonetos ou sulfureto podem estar presentes no fluido, sendo que as concentrações e o fluxo têm grandes efeitos na composição da comunidade quimioautotrófica adjacente (Solem, 1997). O metano existente nas fontes frias pode ser biogénico (microbiano) ou termogénico na sua origem. As taxas de 13C/12C diferem entre os mecanismos, com o metano biogénico a ter menores quantidades de 13C na sua assinatura. Em sedimentos anóxicos controlados por difusão, todo o metano produzido por metanogénese é oxidado na zona de transição metano/sulfato e nunca alcança as águas do fundo. Nas fontes frias, a água saturada de metano existente nos poros do sedimento é transportada na direção da superfície do sedimento e a grande disponibilidade de metano leva a taxas mais altas de Oxidação Anaeróbica de Metano na superfície dos sedimentos (Gibson et al., 2005). 1.2 – O estudo das comunidades bentónicas do mar profundo na planície abissal As comunidades bentónicas são compostas por organismos que têm contato com o substrato em pelo menos uma etapa do seu ciclo de vida, ou apresentam uma íntima relação com ele. A estrutura das comunidades é influenciada pela competição entre as espécies que a compõem, sendo o espaço e o alimento os recursos mais limitantes. Deste modo, desempenham um papel importante e fundamental na estrutura física dos seus habitats e nos processos ecológicos e biogeoquímicos destes ecossistemas (Thrush & Dayton, 2002). Introdução 9 As comunidades bentónicas podem ser classificadas ou catalogadas em diferentes grupos funcionais, em função das suas dimensões, biótopos, distribuição vertical e nutrição (Levinton, 2001). De acordo com o habitat preferencial os organismos bentónicos podem ser classificados em: infauna (ou endofauna) que incluem todos os organismos bentónicos que escavam substrato ou encontram-se enterrados no sedimento ou rochas; e epifauna que é composta por espécies que vivem ou deslocam-se sobre o substrato (Gray & Elliott, 2009). Relativamente ao tamanho, podem ser identificados em várias categorias: (1) megafauna - organismos maiores que 1 cm; (2) macrobentos – organismos maiores do que 0,5 milímetros; (3) meiobentos ou mesobentos - organismos maiores do que 0,062 milímetros; (4) microbentos - organismos menores do que 0,062 milímetros (Eleftheriou & Holme, 1984). 1.2.1 – Métodos de amostragem em mar profundo Os métodos de estudo das comunidades bentónicas do oceano profundo são muito variados e adaptados ao tipo de substrato e profundidade do local. Alguns equipamentos são apropriados para realizar amostragens quantitativas, enquanto que outros servem somente para amostragem qualitativa (tipo de engenho a utilizar, estratégia de amostragem, evitar os organismos a amostrar, migrações verticais, microdistribuição, evitamento, extrusão, colmatagem, etc.) (Nybakken, 1993). Nas últimas décadas, com o avanço da tecnologia oceânica e robótica, têm sido desenvolvidos aparelhos, com ou sem tripulação, capazes de alcançar grandes profundidades (Gage & Tyler, 1991). No entanto, o uso de submersíveis ou câmaras controladas para descer a milhares de metros de profundidade é uma metodologia muito dispendiosa o que limita os estudos do fundo marinho. Outra limitação prende-se com as densidades dos organismos bentónicos, sendo por isso necessário recolher um grande número de amostras para quantificar de forma representativa a biodiversidade existente. As técnicas mais utilizadas para a amostrar organismos bentónicos são os corers (boxcorer, multicorer, megacorer), dragas e redes de arrasto. A técnica de filmagem Introdução 10 também é um método bastante utilizada para pontos com elevadas profundidades (Figura 3). Os corers são normalmente usados para amostrar sedimentos para serem analisados a nível químico, geo-quimico e biológico e permitem amostrar os sedimentos de uma forma quantitativa. O boxcorer permite amostrar uma área maior (600 a 2500 cm2) e a camadas mais profundas (penetração de 50 cm), mas a qualidade da amostra é menor, especialmente nas camadas mais superficiais. Os multicorers podem ter 4 a 8 tubos (Diâmetro 6 cm, comprimento 80 cm). Enquanto que a qualidade da amostra é excelente, a área é bem menor e permite amostrar a uma profundidade tão grande no sedimento. Embora, tenham tubos maiores em comprimento do que as boxcorers, a penetração máxima não vai além dos 20 cm. São mais usados para amostragens dos meiobentos e microbentos, enquanto que os megacorers (tubos diâmetro 11 cm) são usados para a macrofauna. As dragas são armações pesadas de metal que são arrastadas sobre o fundo marinho, enquanto os materiais vão sendo depositados em sacos de forma cónica. Figura 3 - Principais equipamentos utilizados na amostragem de organismos bentónicos A – Multicorer; B – Submersível; C – Boxcorer Introdução 11 A composição específica dos ecossistemas varia entre regiões, mas os princípios de transferência energética entre os diferentes componentes da cadeia, desde os organismos fotossintéticos e os sucessivos níveis tróficos, são similares em todos os oceanos (Pope & Knights, 1982; Daan, 1986). A macrofauna é uma componente chave dentro dos ecossistemas aquáticos, uma vez que participa intensamente nas atividades de manutenção e regulação dos processos do ecossistema, como decomposição da matéria orgânica e reciclagem de nutrientes (por bioturbação). Adicionalmente, ocupa uma posição essencial nas cadeias alimentares aquáticas, por serem os principais consumidores secundários (Nybakken, 1993). No entanto, podem também incluir espécies detritívoras e, assim, representam um elo fundamental entre as cadeias de detritos e de cadeia trófica mais elevada. Devido à ação destes invertebrados, os detritos são transformados em partículas menores, aumentando a área disponível para colonização por microrganismos decompositores (Pomeroy, 1980). Deste modo, indiretamente aceleram a decomposição dos detritos e, portanto, a disponibilização de nutrientes minerais para os produtores (Anderson & Cargill, 1987). Devido à sua grande dependência dos detritos, não apenas como alimento, mas também como habitat, a disponibilidade e a qualidade da matéria orgânica estão entre os principais fatores que interferem na estrutura das comunidades macrobentónicas (Rich & Wetzel, 1978), juntamente com a concentração de oxigênio dissolvido na água e a granulometria do substrato (Brinkhurst, 1970). As cadeias alimentares não são sequências isoladas, estão interligadas, e o padrão de interconexões denomina-se rede alimentar ou rede trófica. Em comunidades naturais complexas diz-se que os organismos que obtêm o seu alimento através do mesmo número de estágios pertencem ao mesmo nível trófico (Figura 4). Introdução 12 A análise de isótopos estáveis (principalmente de carbono (δ13C) e azoto (δ15N) tem sido amplamente utilizada no estudo da ecologia ao nível dos ecossistemas (Michener & Kaufman, 2007). Esta ferramenta tem contribuído significativamente para caracterizar e comparar cadeias tróficas em zonas distintas (Froneman, 2001; Winemiller et al., 2007; Baeta et al., 2009; Faye et al., 2011;), avaliar a influência antropogénica nas cadeias tróficas destes sistemas e, mais recentemente, para caracterizar o nicho trófico de comunidades ou espécies (Martínez de Rio et al., 2009; Vander Zanden et al., 2013) ou determinar a proporção de presas que contribuem para a dieta de uma espécie (Newsome et al., 2012). A teoria em torno das técnicas dos isótopos estáveis revela que os principais elementos dos produtos encontrados na natureza existem também espontaneamente na sua forma isotópica. Assim, o mesmo composto químico, proveniente de diferentes fontes, pode ser também constituído por isótopos estáveis em diferentes concentrações naturais. A utilização deste método baseia-se na premissa de que a razão isotópica, a proporção entre o isótopo mais pesado e o mais leve, varia de uma forma previsível, conforme o elemento se comporta na natureza. Assim, a cada transformação física, química e biológica por que passa a matéria orgânica, ocorre Figura 4 - Cadeia alimentar do meio aquático (modificado de Andréa et al., 2007) Material e Métodos 18 2.3 – Amostragem Em ambos os locais, a amostragem da macrofauna (3 cores recolhidos independentes) foi obtida através do submarino tripulado Shinkai 6500 e usando push cores (ɸ = 8.2 cm, comprimento = 32 cm). O processamento da amostra foi iniciado a bordo do navio, dividindo o core em seis frações de profundidade 0-1 cm, 1-2 cm, 2-3 cm, 3-5 cm, 5-10 cm e 10-15 cm, seguindo técnicas standard adotadas para o mar profundo (Cunha et al., 2011). Cada fração do sedimento foi lavado com água do mar e crivado com uma malha de 300 µm. O material crivado foi fixado em formaldeído tamponado, diluído com água do mar a 4% e corado com rosa Bengala (0.5 g/l) para posterior análise laboratorial (Figura 8). Figura 7 - Desenho Experimental Material e Métodos 19 Os seis cores foram processados imediatamente após chegarem a bordo do navio e as amostras de macrofauna foram usadas para determinar a abundância natural de C e N dos organismos (referidas aqui como amostras controlo). O sedimento dos cores usados nas experiências foram processados depois do período curto e longo de incubação. 2.4 – Tratamento laboratorial Cada amostra foi novamente crivada, lavada em água doce e transferida para uma placa de Petri. Todos os organismos foram cuidadosamente identificados à lupa binocular e microscópio ótico (quando necessário) até à família, com base nos caracteres morfológicos, recorrendo a chaves taxonómicas e monografias especializadas ( Saldanha, 1995; Campbell et al., 1994; Fauchald, 1977; Jumars et al., 2015). Para efeitos de contagem dos indivíduos, apenas foram consideradas as cabeças. A abundância de cada amostra foi determinada para cada fração de sedimento de cada réplica e para cada tratamento. As famílias das poliquetas foram identificadas como filtradores (F, família Sabeliidae), decompositores de superfície (SDF, famílias Ampharetidae, Cirratulidae, Oweniidae, Spionidae, Terebellidae), decompositores sub-superficiais (SSDF, famílias Figura 8 - Corer fracionado em seis frações de profundidade Material e Métodos 20 Capitellidae, Maldanidae, Paraonidae, Scallibregmatidae), predadores–detritívoros (P– D, famílias Amphinomidae, Glyceridae, Phyllodocidae, Polynoidae) e omnívoros (OMN, família Onuphidae) (Fauchald & Jumars, 1979). Relativamente aos crustáceos e aos bivalves não foi possível classificar os seus grupos tróficos, porque a resolução de taxonomia foi baixa e como tal foi impossível de o fazer (Figura 9). Figura 9 - Exemplares de macrofauna bentónica encontrados no Oceano Pacifico entre Julho e Setembro 2013 e Maio e Julho 2014. A – Ostracoda; B – Isopoda; C – Cumacea; DCopepoda; E – Sipuncula; F – Nematoda; G – Bivalve; H – Chrysopetalidae; I – Capitellida; J - Phyllodocidae; K – Fauveliopsidae; L – Sabelliriidae; M – Cirratulidae; N – Spionidae; O – Terebellidae. Material e Métodos 21 Depois da identificação e da contagem, cada indivíduo foi armazenado em eppendorfs individuais com formaldeído tamponado, diluído com água do mar a 4% e enviadas para o JAMSTEC (Japão), para posterior análise de isótopos estáveis. Em resumo, os isótopos C e N foram medidos pelo instrumento Delta plus XP, Thermo - Finnigan ligado a um analisador de elementos FlashEA1112, CE. Os rácios de isótopos foram expressos da seguinte forma: δ13C (‰) = [(13C/12C) amostra/(13C/12C) standard – 1] x 1000, δ15N (‰) =[(15C/14C) amostra/(15C/14C) standard – 1] x 1000 (Nomaki et al., 2011). O enriquecimento em 13C e 15N foram expressos como Δδ13C e Δδ15N, indicando o aumento relativo em δ13C e δ15N na amostra em comparação com o valor amostras recolhidas no controlo e foram calculadas como: Δδ13C (‰) = δ13Csample – δ13Cbackground, Δδ15N (‰) = δ15Nsample – δ15Nbackground, respetivamente (Nomaki et al., 2008). 2.5 – Análise de dados A caracterização das comunidades bentónicas de cada local estudado (oligotrófico versus eutrófico) foi efetuada ao nível da abundância, riqueza especifica, diversidade e posição trófica na cadeia alimentar. Para tal foram consideradas como amostras os locais controlo da experiência e, os 4 cores recolhidos em cada controlo de cada habitat foram utlizados como réplicas para a determinação da abundância, riqueza especifica e diversidade médias do local eutrófico e oligotrófico. A distribuição vertical dos organismos foi estudada através da abundância média e desvio-padrão da macrofauna das seis frações de profundidade (0-1 cm, 1-2 cm, 2-3 cm, 3-5 cm, 5-10 cm e 10-15 cm). A abundância foi calculada através da soma total de indivíduos de cada réplica dividida pela área de cada core (0,07 m2) e expressa como número de indivíduos por m2 (ind.m2). Para avaliar a diversidade de cada habitat foram calculados três indices de diversidade, nomeadamente: Material e Métodos 22  Índice de Riqueza Especifica de Margalef (d) baseia-se na combinação entre o número de espécies ocorridas (S) e o número total de indivíduos de todas as espécies (N) (Margalef, 1958) através da equação: d = (S-1) / log N  Índice de Diversidade de Shannon-Wiener (H´) baseia-se na proporção das abundâncias das espécies tendo em conta a equitabilidade e a riqueza específica, assumindo que a amostragem dos indivíduos é feita aleatoriamente a partir de uma grande população e que todas as espécies se encontram representadas na amostra (Shannon & Weaver, 2015). H’= - ∑i pi log (pi) onde pi é a proporção de indivíduos da espécie i  Índice de Equitabilidade de Pielou (J´) representa a proporção da diversidade observada pela diversidade máxima, assumindo que todas as espécies da comunidade estão presentes na amostra, representando de que forma os indivíduos estão distribuídos entre as diferentes espécies (Lloyd & Ghelardi, 1964) J’= H’/Ln (S) Todos os índices de diversidade foram calculadas recorrendo ao software PRIMER 6 (Clarke & Warwick, 2001). Foi feita uma análise de variância (ANOVA) para avaliar o efeito do local (oligotrófico versus eutrófico) na abundância, diversidade (H´) e equitabilidade (J´) da macrofauna. Todos os dados foram transformados log (x+1) de modo a cumprir os pressupostos de normalidade e homocesdasticidade da ANOVA (Zar, 1996). As Material e Métodos 23 análises foram efetuadas a um nível de significância de 0,05 (Zar, 1996) com o software STATISTICA 12. Ao nível da estrutura da comunidade de macrofauna, o efeito do local (oligotrófico versus eutrófico) e tempo (incubação curta versus longa) foi avaliado através análise ANOSIM (Clarke & Green, 1988). Para tal, os dados de abundância das espécies foram transformados para raiz quadrada (reduzindo a contribuição das espécies mais abundantes) e a similaridade entre as amostras foi medida através da matriz de similaridade utilizando-se o coeficiente de Bray-Curtis. A análise de contribuição percentual de similaridade (SIMPER) foi efetuada para identificar as espécies que mais contribuíram para a dissimilaridade entre os grupos. Estas análises estatísticas multivariadas foram efectuadas através do software PRIMER 6 (Clarke & Warwick, 2001). Mais concretamente, foi efectuado uma forma de caracterizar as comunidades de acordo com os fatores especiais e temporais. CAPÍTULO III – RESULTADOS Resultados 25 3.1 – Estrutura da comunidade de macrofauna A descrição da estrutura da comunidade baseou-se nos organismos amostrados nos cores do controlo. No total 375 indivíduos foram identificados, distribuidos por 24 taxa referentes a 8 filos, incluindo Nematoda, Annelida, Artropoda, Mollusca, Sipuncula, Nemertea, Loricifera e Echinodermata. A percentagem de indivíduos não identificados (danificados ou em mau estado de conservação) foi de 3% no local eutrófico e 10% no oligotrófico (Figura 10). Figura 10 - Percentagem da abundância total dos grupos funcionais para cada local de amostragem (eutrófico versus oligotrófico) No local eutrófico, os Nematoda foram o filo mais abundante, representando 71% do total de macrofauna, seguido dos Artropoda com 13% (Figura 10). No habitat oligotrófico o filo mais abundante foi o Artropoda com 38%, seguido do Nematoda com 36% do total da macrofauna. Os restantes filos apresentaram abundâncias comparativamente mais baixas em ambos os locais, nomeadamente o filo Annelida, representados aqui pelas poliquetas, que representaram 5% e 10% do total da macrofauna no locais eutrófico e oligotrófico, respetivamente (Figura 10). Resultados 26 Relativamente à família das poliquetas e para o local eutrófico, as famílias Capitellidae, Spionidae e Paraonidae foram as mais abundantes, contribuindo com 43% do total da abundancia deste local. No local oligotrófico, a família Paraonidae foi mais abundante contribuindo com 38% do total da abundância (Figura 11). Comparativamente aos grupos funcionais, no local eutrófico o grupo mais abundante foi o pertencente aos predadores/detritivoros/filtradores (41%), seguido pelos predadores com 37 % (Figura 12). No local oligotrófico, a maioria das poliquetas pertencem ao grupos dos predadores (56%) (Figura 12), enquanto que os predadores/detritivoros/filtradores representaram 31% do total da macrofauna. 11% Figura 11 - Percentagem da abundância relativa da família de poliquetas para cada local de amostragem (eutrófico versus oligotrófico) Resultados 27 A abundância média do local eutrófico foi de 1320 ± 277 ind.m2 e 83 ± 61 ind.m2 no local oligotrófico. A macrofauna do local eutrófico foi significativamente mais abundante do que no local oligotrófico (F= 39,64 p<0.05). A distribuição vertical dos organismos em ambas os locais mostrou que a macrofauna comunidade encontrada principalmente nos primeiros 10 cm (Figura 13). Os organismos amostrados pertencem maioritariamente aos filos Nematoda e Artropoda. No local eutrófico, as abundâncias estimadas são 4 vezes maiores do que no local oligotrófico. Figura 12 - Abundância de poliquetas por grupos funcionais para o local eutrófico e oligotrófico A classificação das poliquetas em grupos funcionais foi baseada em Fauchald e Jumars (1979). Discussão 34 Nos fundos marinhos a produção biologica está altamente dependente do fluxo de propagação de materia orgânica a partir das zonas mais à superficie. Este fluxo de materia orgância é muito baixo, mas constitui uma pequena percentagem da produção primária nas águas sobrejacentes. Segundo Borowski & Thiel, (1998) na zona equatorial do Pacifico (local eutrófico), a macrofauna bentónica apresenta grande diversidade de taxa, incluindo poliquetas, tanaidaceos, isópodes e bivalves, sendo as poliquetas o grupo mais dominante, representando cerca de 62% da abundância local. Deste modo, a elevada produção primária, devido à ressurgência de nutrientes (Berger, 1989; Murray et al., 1994; Lundry et al., 1997) e à alta produtividade perto do equador produz um maior fluxo de carbono orgânico particulado para o interior (Honjo et al., 1995). Hessler & Jumars, (1974), no norte do Pacifico (local oligotrófico), também observaram a ocorrência dos mesmos grupos, mas em menor abundância, pois a macrofauna bentónica é escassa devido à baixa concentração de nutrientes. Os resultados deste estudo diferem consideravelmente em relação aos estudos anteriores, uma vez que o grupo dos nematoda foi o mais abundante, sobretudo no local eutrófico. A capacidade de adaptação e proliferação destes organismos deve-se essencialmente ao seu caracter não-seletivo na decomposição da matéria orgânica existente em cada local. No local eutrófico, de acordo com Borowski & Thiel (1998), as famílias de poliquetas que predominaram foram Cirratulidae, Paraonidae, Sabellidae e Spionidae. Enquanto que, no local oligotrófico, de acordo com Hessler & Jumars, (1974), a família de poliquetas mais abundantes foram Cirratulidae (25%), Capitellidae (14%), Fauveliopsidae (11%) e Paraonidae (>6%). Mais uma vez, os resultados deste trabalho diferem dos estudos anteriores, uma vez que as famílias mais abundantes de poliquetas no local eutrófico foram Capitellidae, Spionidae e Paraonidae, e no local oligotrófico foi Paraonidae. No entanto, os nossos resultados devem ser interpretados com precaução, uma vez que o número de amostras recolhidas e a área total amostrada ter sido inferior aos trabalhos citados, o que pode ter influenciado as diferenças encontradas. Mas, atendendo à grande profundidade dos locais amostrados, os custos associados para recolha destas amostras e a escassez de estudos relativos à macrofauna bentónica no oceano Pacifico ocidental a profundidades igual ou superior 5700 metros, os resultados deste trabalho constituem um avanço para o aumento do conhecimento científico da macrofauna de planícies abissais do oceano Pacifico. Discussão 35 Relativamente aos grupos funcionais, no local eutrófico o grupo mais abundante foi o pertencente aos predadores/detritívoros/filtradores, seguido pelos predadores. No local eutrófico, a maioria das poliquetas pertenceram aos grupos dos predadores, enquanto que os predadores/detritívoros/filtradores representaram o total da macrofauna. Segundo Alba-Tercedor & Sanchez-Ortega, (1988), o estudo do número de organismos, da sua distribuição e biomassa ou das alterações funcionais nos ecossistemas são aspetos nos quais se deve debruçar um estudo de caracterização de uma comunidade. Neste estudo, a caracterização da macrofauna bentónica a nível funcional ficou bastante incompleta, devido à impossibilidade da identificação dos organismos até ao nível taxonómico mais baixo (espécie). Por conseguinte, existiram vários organismos que foram classificados como pertencentes a vários grupos funcionais, como por exemplo predadores/detritívoros/filtradores. No estudo da comunidade bentónica dos dois locais de amostragem não foram identificados, preferências nítidas por determinados estratos da coluna de substrato (1-2 cm). A abundância média não diferiu muito nas quatro primeiras frações de sedimento. De acordo com estudos anteriores (Witte, 2000; Enge et al., 2011; Gontikaki et al., 2011), a maior abundância de organismos tende a estar concentrada até 2 cm de profundidade (as duas primeiras frações de sedimento), contrariamente ao que se observou neste estudo. Os nossos resultados devem ser interpretados como precaução, uma vez que tal como foi anteriormente dito, o número de amostras recolhidas e a área total amostrada ter sido inferior aos trabalhos citados, o que pode ter influenciado as diferenças encontradas. No presente estudo pode-se verificar que as espécies oportunistas foram as que mais contribuíram para as diferenças entre os dois locais, uma vez que as suas abundâncias foram notoriamente maiores em zonas onde existe maior concentração de nutrientes, ou seja o local eutrófico. Para verificar qual a preferência de alimento das comunidades bentónicas nos dois locais de amostragem (oligotrófico, eutrófico), foram injetados dois alimentos diferentes (cianobactérias e diatomáceas). No local oligotrófico foi possível observar que existiram poucos organismos com alimento radioactivamente marcado durante os períodos de incubação (curto e longo). A marcação de ambos os alimentos foi praticamente nula ou muito fraca. Tal pode ter sido devido ao período de experiência, ou seja, um dia ser tempo insuficiente para observar que ingeriram o alimento, e 51 dias tempo demasiado logo para ainda se observar o sinal radioativo. Como este local Discussão 36 é caracterizado por ser pobre em nutriente, a escassez de alimento pode ter feito com que os organismos absorvessem todo o alimento até o final da experiência e como tal, a marcação de ambos os alimentos ser práticamente nula. No entanto, não é possivel afimar que a experiencia não resultou, porque não existe uma amostragem de tempo intermédio para comparação. No local eutrófico observaram-se poucos organismos que ingeriram o alimento marcado durante o período curto. Em contrapartida e, no periodo de incubação mais longo foi possivel observar bastantes organismos que ingeriram o alimento marcado. CAPÍTULO V – CONSIDERAÇÕES FINAIS 38 No presente estudo foi possível concluir que a macrofauna bentónica diferiu entre o local eutrófico e o local oligotrófico. No local eutrófico, a macrofauna foi dominada pelos oportunistas nematoda, associados à maior disponibilidade de matéria orgânica, enquanto que os artropoda juntamente com os nematoda dominaram a macrofauna do local oligotrófico. As comunidades foram mais diversas com maior número de taxa no local eutrófico, mas mais equitativas no local oligotrófico. Em relação aos grupos tróficos, verificou-se uma maior dominância de predadores no local eutrófico e o grupo predadores/detritívoros/filtradores teve maior abundância no oligotrófico. Finalmente, a nível de poliquetas, três famílias foram mais abundantes no habitat eutrófico (Capitellidae, Spionidae e Paraonidae), em comparação com apenas uma família do local oligotrófico (Paraonidae). Relativamente ao alimento preferencial no local oligotrófico observaram-se poucos organismos que ingeriram o alimento marcado durante o período curto, não tendo sido possível identificar qual o alimento preferencial. Em contrapartida, verificou-se uma preferência evidente de diatomáceas como alimento da macrofauna bentónica do local eutrófico. Em futuros trabalhos será necessário existir um período de incubação intermédio, para avaliar a preferência dos alimentos pela comunidade de macroinvertebrados destes locais do Pacifico profundo. CAPÍTULO VI – BIBLIOGRAFIA Bibliografia 40 Alba-Tercedor, J., & Sánchez-Ortega, A. (1988). Un método rápido y simple para evaluar la calidad biológica de las aguas corrientes basado en el de Hellawell (1978). Limnetica, 4(51-56). Amaro, T., Bianchelli, S., Billett, D., Cunha, M., Pusceddu, A., & Danovaro, R. (2010). The trophic biology of the holothurian Molpadia musculus: implications for organic matter cycling and ecosystem functioning in a deep submarine canyon. Biogeosciences, 7(8), 2419-2432. Anderson, N., & Cargill, A. (1987). Nutritional ecology of aquatic detritivorous insects. 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