Hydration of Clays at the Molecular Scale: The Promising Perspective of Classical Density Functional Theory

We report here how the hydration of complex surfaces can be efficiently studied thanks to recent advances in classical molecular density functional theory. This is illustrated on the example of the pyrophylite clay. After presenting the most recent advances, we show that the strength of this implicit method is that (i) it is in quantitative or semi-quantitative agreement with reference all-atoms simulations (molecular dynamics here) for both the solvation structure and energetics, and that (ii) the computational cost is two to three orders of magnitude less than in explicit methods. The method remains imperfect, in that it locally overestimates the polarization of water close to hydrophylic sites of the clay. The high numerical efficiency of the method is illustrated and exploited to carry a systematic study of the electrostatic and van der Waals components of the surface-solvant interactions within the most popular force field for clays, CLAYFF. Hydration structure and energetics are found to weakly depend upon the electrostatics. We conclude on the consequences of such findings in future force-field development.Comment: 24 pages, 8 figures. Molecular Physics (2014

Whole Azorean arthropod diversity : understanding the trophic relations and functional diversity at a plot scale

Tese de Doutoramento, Gestão Interdisciplinar da Paisagem, 14 de novembro de 2018, Universidade dos Açores.Os ecossistemas insulares albergam uma diversidade faunística e florística únicas e muito elevada proporcionalmente quando comparada com zonas continentais. No entanto, é também nas ilhas onde se encontram alguns dos habitats e espécies mais vulneráveis do planeta. Estas comunidades insulares são em muitos casos extremamente vulneráveis a perturbações antropogénicas e à destruição dos habitats, bem como à introdução de espécies exóticas. A maioria da biodiversidade insular terrestre é composta por artrópodes, mas existem ainda diversas lacunas no conhecimento sobre os processos que estruturam essas comunidades. Assim, de modo a poder preservar o que ainda resta destes biotas insulares únicos, o nosso conhecimento acerca destas espécies, das comunidades e dos habitats, bem como dos processos de recuperação após perturbações têm que ser expandidos e novas alternativas para a conservação devem também ser avaliadas. Tomando partido das características únicas da amostragem por fumigação com insecticida das copas, esta tese propõe-se a investigar pela primeira vez nos Açores o impacto da defaunação e a recuperação das comunidades de artrópodes das copas. Entre 2014 e 2015 foram amostradas através de fumigação térmica com insecticidas um total de 24 árvores nativas das espécies Juniperus brevifolia, Ilex perado subs azorica e Laurus azorica, num fragmento de floresta nativa da Terceira. Em 2014 foram amostradas 16, das quais 15 voltaram a ser amostradas em 2015, em conjunto com outras oito árvores, fumigadas pela primeira vez, como controlo. Entre 2015 e 2016 o mesmo protocolo de amostragem foi aplicado a cinco exemplares de Cedro do mato (Juniperus brevifolia), isolado numa pastagem semi-natural. Três arvores foram fumigadas pela primeira vez em 2015, tendo voltado a ser amostradas em 2016, em conjunto com mais duas árvores controlo. No que diz respeito à defaunação e processos de recuperação das comunidades, alterações a nível da diversidade taxonómica (DT) e funcional (DF) foram investigadas para as comunidades iniciais, para as comunidades das árvores controlo e para as comunidades das árvores recolonizadas (as árvores fumigadas pela segunda vez, no ano seguinte). Foram também criados modelos nulos, de forma a tentar perceber como estas comunidades diferem de comunidades estabelecidas ao acaso. Os principais objectivos desta tese são então: 1) tomar partido das características da técnica de fumigação das copas para fazer um estudo quantitativo e qualitativo exaustivo das comunidades de artrópodes presentes nas copas de três espécies de árvores nativas dos Açores (Juniperus brevifolia, Ilex perado subs azorica, Laurus azorica); 2) estudar os processos de recuperação destas comunidades após a defaunação das copas; 3) estudar as comunidades de artrópodes presentes nas copas de árvores nativas isoladas em pastagens, e simultaneamente avaliar o papel/potencial destas árvores como repositórios de espécies indígenas de artrópodes e como elemento de interligação entre os fragmentos existentes de floresta nativa. [...].ABSTRACT: Island ecosystems are home to a disproportionate amount of unique floristic and faunistic diversity, but conversely, islands also host some of the most imperilled habitats and species on Earth. These island communities are in many cases extremely vulnerable to anthropogenic habitat disturbance and destruction, and to the introduction of exotic species. Most of the island terrestrial biodiversity is composed by arthropods, but the processes that structure their communities are still poorly understood. In order to preserve what is left of these unique insular biotas, our current knowledge regarding species, communities and habitats, and recovery processes under disturbance must be expanded, and new possibilities for conservation must be also evaluated. Taking advantage of the unique characteristics of the canopy fogging (pyrethrum knockdown) sampling protocols, this thesis investigates for the first time in the Azores archipelago the impact of defaunation on the reassembly of canopy arthropod communities. A total of 24 native trees were sampled with insecticidal knockdown in 2014 and 2015, in a native forest patch on Terceira Island. Between 2015 and 2016 this same protocol was applied to five isolated Azorean cedar trees on a semi-natural pasture. Regarding the defaunation and recovery processes, changes in taxonomic (TD) and functional diversity (FD) for the initial communities for the control trees and for those of the recolonised trees were also investigated and null models created, to ascertain how these communities differed from randomly assembled ones. The main objectives of this thesis were: 1) take advantage of the canopy fogging technique to do an exhaustive quantitative and qualitative study of the arthropod communities present in the canopies of three native Azorean tree species (Juniperus brevifolia, Ilex peradosubs azorica, Laurus azorica); 2) to study the recovery processes of these communities after the defaunation of the canopies; 3) to study the arthropod communities present in the canopies of the isolated pasture trees, evaluating their role as repositories of indigenous fauna and as an element in the interconnection between extant native forest patches. [...].This work was funded by Fundo Regional para a Ciência – Programa de Bolsas de Investigação Under the Grant: M3.1.2/F/035/2011