Otimização da exploração de aquacultura estuarina: ferramentas de modelação

Aquaculture is one of the fastest growing activities worldwide. In 2006, it already accounted for around 40% of total fish consumption, and since 2012, aquaculture is the main source of marine food supplies. However, this strong and fast development of the sector tends to be reflected in significant environmental impacts and new challenges in the management and planning of the coastal areas. In this context, this work intends to contribute to the sustainability of the sector, by identifying preferential locations to ensure aquaculture expansion and proper operation in a sustainable manner and with minimal environmental impact under optimal hydrodynamic and water quality conditions in Ria de Aveiro (Portugal) and Rias Baixas (Spain). This study is particularly relevant because the mapping of the most suitable areas for aquaculture exploitation has never been performed in any of the study areas, proving to be crucial, not only to demonstrate the potential in this commercial activity and to encourage investment by companies, but mainly to enable an adequate targeting of investments. To achieve this objective, a multidisciplinary methodology was applied, which comprised the following steps: 1 - characterization of hydrodynamic, physical, chemical and biological variables governing aquaculture activities; 2 - implementation, calibration, validation and exploitation of hydrodynamic and water quality models; 3 - development of a habitat model integrating the numerical model results into an exploitation index; 4 - application of a habitat model and mapping of the suitable and unsuitable areas for fish and shellfish exploitation in Ria de Aveiro and Rias Baixas. The results show that 22% of Ria de Aveiro is suitable for fish production (axis of the main channels, from the inlet to the middle of the channels), while the production of pelagic fish in the Rias Baixas is not recommended due to vertical gradients of water temperature and dissolved oxygen. Concerning to bivalves, the habitat model predicts that 31% of Ria de Aveiro is suitable for production. In the Rias Baixas, except for some marginal areas and upstream areas, the suitability for bivalve production is almost complete, confirming the high exploitation of the region. The definition of suitable areas for aquaculture exploitation is highly related with the different geomorphological, hydrological and biogeochemical processes of Ria de Aveiro and Rias Baixas, but also with the vertical structure of the estuarine systems: homogeneous water column (Ria de Aveiro) in opposition to a partially mixed estuarine system (Rias Baixas). Results of Ria de Aveiro indicate that the upstream areas of the lagoon are the most vulnerable from the water quality point of view, highlighting the importance of the advective processes in the lagoon’s water quality, in opposition to Rias Baixas dynamics, where stratification is more relevant. In Rias Baixas, the strong vertical gradient of water temperature and dissolved oxygen disallows fish from having sustainable growth rates. The numerical modelling approach combined with a habitat model allowed to consider a large number of variables, integrating them in order to generate results that are very useful for coastal managers and investors. Therefore, this work shows that the methodology developed here is effective for the identification of favorable areas for the exploitation of species with economic interest, generating a tool that can be replicated and/or adapted in future studies in other coastal systems. Finally, this work demonstrated the potential of hydrodynamic and biogeochemical modelling to support the decision making process in future coastal plans.A aquacultura é uma das atividades económicas com maior taxa de crescimento. Em 2006, já era responsável por cerca de 40% do consumo total de peixe, e em 2012, consolidou-se como a principal fonte de alimentos de origem marinha. Contudo, este forte e rápido desenvolvimento do setor tende a refletir-se em significativos impactos ambientais, e em novos desafios na gestão e planeamento das zonas costeiras. Neste contexto, este trabalho pretende contribuir para a sustentabilidade do sector, identificando locais preferenciais para a exploração aquícola de forma sustentável, com um impacto ambiental mínimo e um custo relativamente baixo, sob condições ideais de hidrodinâmica e qualidade da água na Ria de Aveiro (Portugal) e Rias Baixas (Espanha), os dois sistemas com maior exploração no NW da Península Ibérica. Este estudo torna-se particularmente relevante porque o mapeamento das localizações mais adequadas à exploração aquícola nunca foi efetuado em nenhuma das áreas de estudo, revelando-se fulcral, não só para demonstrar o potencial da atividade comercial e incentivar o investimento das empresas, mas principalmente para permitir um direcionamento adequado dos investimentos, e contribuir para a sustentabilidade do setor. Para alcançar este objetivo foi aplicada uma metodologia multidisciplinar que compreendeu a realização dos seguintes passos: 1 - caracterização das variáveis hidrodinâmicas, físicas, químicas e biológicas importantes para a aquacultura; 2 - implementação, calibração, validação e aplicação de modelos hidrodinâmicos e de qualidade da água; 3 - desenvolvimento de um modelo de habitat, para transformação dos resultados dos modelos numéricos, num índice de exploração; 4 - aplicação do modelo de habitat, e mapeamento das zonas mais adequados à exploração de peixes e bivalves na Ria de Aveiro e Rias Baixas. Os resultados evidenciam que 22% da Ria de Aveiro é adequada para a produção de peixes (eixo dos principais canais, desde a embocadura até à zona intermédia dos canais), enquanto que a produção de peixes pelágicos nas Rias Baixas não é aconselhável, devido aos gradientes verticais de temperatura da água e de oxigénio dissolvido. Relativamente aos bivalves, o modelo de habitat prevê que 31% da Ria de Aveiro é adequada à sua produção. Nas Rias Baixas, exceptuando algumas zonas marginais e perto das cabeceiras, a adequabilidade para a produção de bivalves é quase total, confirmando a elevada exploração que se verifica na região. A definição das áreas propícias para a exploração aquícola está altamente relacionada com os diferentes processos geomorfológicos, hidrológicos e biogeoquímicos que ocorrem na Ria de Aveiro e nas Rias Baixas, mas também com a estrutura vertical dos sistemas estuarinos: uma coluna de água homogénea (Ria de Aveiro) em oposição a um sistema estuarino parcialmente estratificado (Rias Baixas). Os resultados para a Ria de Aveiro indicam que as cabeceiras dos principais canais são as áreas mais vulneráveis do ponto de vista da qualidade da água, evidenciando a importância da adveção nos processos ecológicos, em oposição à dinâmica das Rias Baixas, onde a estratificação adquire maior relevância. Nestes estuários, o forte gradiente vertical da temperatura da água e do oxigénio dissolvido impede que os peixes possuam taxas de crescimento sustentáveis. A abordagem de modelação numérica combinada com um modelo de habitat permitiu considerar um elevado número de variáveis, integrando-as de forma a gerar resultados de grande utilidade para gestores e investidores do setor aquícola. Consequentemente, este trabalho mostra que a metodologia aqui desenvolvida é eficaz para a identificação de locais propícios para a exploração de espécies de interesse económico, gerando uma ferramenta que pode ser replicada e/ou adaptada em estudos futuros a realizar noutros sistemas costeiros. Finalmente, este trabalho demonstrou o potencial da modelação hidrodinâmica e biogeoquímica no suporte ao processo de tomada de decisão em futuros planos de ordenamento das zonas costeiras.Programa Doutoral em Ciência, Tecnologia e Gestão do Ma

Implicações translacionais de uma nova ferramenta de detecção de célula: tumorais circulantes no monitoramento do câncer de próstata

Introduction: prostate cancer (PCa) early diagnosis is essential to boost patients’ life expectance. Although, current biomarkers and diagnosis methods do not present reliable sensibility and specificity, making the diagnosis rather imprecise. Recent methodologies have been using circulating tumor cells (CTCs), not for screening of PCa, but as prognosis indicators, employing a vast array of techniques to capture those cells. However, the search for a new biomarkers or diagnosis methods able to screen, diagnosis, assist in prognosis and in the disease monitoring still one of the major technical and scientific objectives to be achieved. Objective: To present a new biomarker for PCa, the aptamer A4, previous screened in the prostate cancer cell line PC3, using 3DCell SELEX. And to able to detect, by flow cytometry, CTCs in blood samples of PCa patients undergoing various treatment regimen. Material and methods: the study evaluated 34 PCa patients and 16 health controls. Blood samples were collected in EDTA tubes, and after erythrocytes lysis, nucleated cells were incubated with A4 aptamer conjugated with biotin, them the cells were washed and incubated with streptavidin-FITC for later flow cytometer analysis. Percentage of CTCs were compared between patient’s groups and correlated against age, PSA levels, staging and treatment regimen (hormonal blockade, radiotherapy and surgery). Detection limit above 1% of CTCs was considered positive, based on the percentage observed on all of the 16 negative controls. Results: all patients were positively diagnosed independently of therapy time or staging, except for one patient undergoing hormonal blockade therapy, which does not present detectable CTCs. CTCs percentage presented high correlation against age (R=0.75) and with PSA levels (R=0.80) with exponential behavior, although, six patients with high CTCs count presented PSA levels <0.02 ng/mL, and were considered was biochemical errors. Conclusion: Our preliminary results indicated high accuracy (98%) and demonstrate a potential application of this technology for diagnosis and screening, as well as in the monitoring of PCa evolution, which should be better investigated in the risk population.Dissertação (Mestrado)Introdução: O diagnóstico precoce de câncer de próstata (CaP) é essencial para aumentar a sobrevida dos pacientes, mas os marcadores e métodos atuais não possuem sensibilidade e especificidade suficientes, tornando o diagnóstico ainda muito impreciso. Recentemente, as células tumorais circulantes (CTCs) têm surgido não como método de rastreio do CaP, mas sim como marcadores de prognóstico utilizando um arsenal de diversos alvos para a captura dessas células. Contudo, a busca por um método ou marcadores comuns para o rastreio, diagnóstico, prognóstico e monitoramento da doença ainda se apresenta com um dos principais objetivos técnico-científicos a ser alcançado. Objetivo: apresentar um novo marcador, o aptâmero A4 selecionado previamente por 3DCell SELEX na linhagem PC3, e avaliar sua capacidade de detectar CTCs por citometria de fluxo no sangue de pacientes com CaP virgens de tratamento e sob diferentes regimes terapêuticos. Material e métodos: o estudo avaliou 34 homens com CaP e 16 homens sem alterações prostáticas. Foi coletado o sangue em tubo com EDTA, e após proceder a lise de hemácias, as células nucleadas de cada paciente foram incubadas com o aptâmero A4 conjugado à biotina, e em seguida lavadas e incubadas com estreptoavidina-FITC para posterior análise em citometria de fluxo. Os percentuais de CTCs foram comparados entre os dois grupos de pacientes e correlacionados com idade, níveis de PSA, estadiamento e procedimentos terapêuticos adotados (bloqueio hormonal, radioterapia e cirurgia). O limite de detecção acima de 1% de CTCs foi considerado positivo, utilizando como base o percentual observado em todos os 16 controles negativos. Resultados: todos os pacientes foram diagnosticados como positivos independentemente do tempo de terapia ou do estadiamento, exceto um paciente sob bloqueio hormonal que não apresentou CTCs. O percentual de CTCs apresentou alta correlação com idade (R=0,75) e com os níveis de PSA (R=0,80) de forma exponencial, embora seis pacientes com altos índices de células circulantes apresentaram PSA<0,02ng/mL, considerados como falha bioquímica. Conclusão: nossos resultados preliminares indicam uma acurácia elevada de 98% e demonstra um grande potencial de aplicação dessa nova tecnologia diagnóstica tanto no rastreamento, quanto no monitoramento do tratamento do CaP, o qual deverá ser melhor investigado em população de risco

Implicações translacionais de uma nova ferramenta de detecção de célula: tumorais circulantes no monitoramento do câncer de próstata

Introduction: prostate cancer (PCa) early diagnosis is essential to boost patients’ life expectance. Although, current biomarkers and diagnosis methods do not present reliable sensibility and specificity, making the diagnosis rather imprecise. Recent methodologies have been using circulating tumor cells (CTCs), not for screening of PCa, but as prognosis indicators, employing a vast array of techniques to capture those cells. However, the search for a new biomarkers or diagnosis methods able to screen, diagnosis, assist in prognosis and in the disease monitoring still one of the major technical and scientific objectives to be achieved. Objective: To present a new biomarker for PCa, the aptamer A4, previous screened in the prostate cancer cell line PC3, using 3DCell SELEX. And to able to detect, by flow cytometry, CTCs in blood samples of PCa patients undergoing various treatment regimen. Material and methods: the study evaluated 34 PCa patients and 16 health controls. Blood samples were collected in EDTA tubes, and after erythrocytes lysis, nucleated cells were incubated with A4 aptamer conjugated with biotin, them the cells were washed and incubated with streptavidin-FITC for later flow cytometer analysis. Percentage of CTCs were compared between patient’s groups and correlated against age, PSA levels, staging and treatment regimen (hormonal blockade, radiotherapy and surgery). Detection limit above 1% of CTCs was considered positive, based on the percentage observed on all of the 16 negative controls. Results: all patients were positively diagnosed independently of therapy time or staging, except for one patient undergoing hormonal blockade therapy, which does not present detectable CTCs. CTCs percentage presented high correlation against age (R=0.75) and with PSA levels (R=0.80) with exponential behavior, although, six patients with high CTCs count presented PSA levels <0.02 ng/mL, and were considered was biochemical errors. Conclusion: Our preliminary results indicated high accuracy (98%) and demonstrate a potential application of this technology for diagnosis and screening, as well as in the monitoring of PCa evolution, which should be better investigated in the risk population.Dissertação (Mestrado)Introdução: O diagnóstico precoce de câncer de próstata (CaP) é essencial para aumentar a sobrevida dos pacientes, mas os marcadores e métodos atuais não possuem sensibilidade e especificidade suficientes, tornando o diagnóstico ainda muito impreciso. Recentemente, as células tumorais circulantes (CTCs) têm surgido não como método de rastreio do CaP, mas sim como marcadores de prognóstico utilizando um arsenal de diversos alvos para a captura dessas células. Contudo, a busca por um método ou marcadores comuns para o rastreio, diagnóstico, prognóstico e monitoramento da doença ainda se apresenta com um dos principais objetivos técnico-científicos a ser alcançado. Objetivo: apresentar um novo marcador, o aptâmero A4 selecionado previamente por 3DCell SELEX na linhagem PC3, e avaliar sua capacidade de detectar CTCs por citometria de fluxo no sangue de pacientes com CaP virgens de tratamento e sob diferentes regimes terapêuticos. Material e métodos: o estudo avaliou 34 homens com CaP e 16 homens sem alterações prostáticas. Foi coletado o sangue em tubo com EDTA, e após proceder a lise de hemácias, as células nucleadas de cada paciente foram incubadas com o aptâmero A4 conjugado à biotina, e em seguida lavadas e incubadas com estreptoavidina-FITC para posterior análise em citometria de fluxo. Os percentuais de CTCs foram comparados entre os dois grupos de pacientes e correlacionados com idade, níveis de PSA, estadiamento e procedimentos terapêuticos adotados (bloqueio hormonal, radioterapia e cirurgia). O limite de detecção acima de 1% de CTCs foi considerado positivo, utilizando como base o percentual observado em todos os 16 controles negativos. Resultados: todos os pacientes foram diagnosticados como positivos independentemente do tempo de terapia ou do estadiamento, exceto um paciente sob bloqueio hormonal que não apresentou CTCs. O percentual de CTCs apresentou alta correlação com idade (R=0,75) e com os níveis de PSA (R=0,80) de forma exponencial, embora seis pacientes com altos índices de células circulantes apresentaram PSA<0,02ng/mL, considerados como falha bioquímica. Conclusão: nossos resultados preliminares indicam uma acurácia elevada de 98% e demonstra um grande potencial de aplicação dessa nova tecnologia diagnóstica tanto no rastreamento, quanto no monitoramento do tratamento do CaP, o qual deverá ser melhor investigado em população de risco

Unitarity of theories containing fractional powers of the d'Alembertian operator

We examine the unitarity of a class of generalized Maxwell U(1) gauge theories in (2+1) D containing the pseudodifferential operator $\Box^{1-\alpha}$, for $\alpha \in [0,1)$. We show that only Quantum Electrodynamics (QED$_3$) and its generalization known as Pseudo Quantum Electrodynamics (PQED), for which $\alpha =0$ and $\alpha = 1/2$, respectively, satisfy unitarity. The latter plays an important role in the description of the electromagnetic interactions of charged particles confined to a plane, such as in graphene or in hetero-junctions displaying the quantum Hall effect.Comment: 6 pages, no figure

Interaction Induced Quantum Valley Hall Effect in Graphene

We use Pseudo Quantum Electrodynamics (PQED) in order to describe the full electromagnetic interaction of the p-electrons of graphene in a consistent 2D formulation. We first consider the effect of this interaction in the vacuum polarization tensor or, equivalently, in the current correlator. This allows us to obtain the dc conductivity after a smooth zero-frequency limit is taken in Kubo's formula.Thereby, we obtain the usual expression for the minimal conductivity plus corrections due to the interaction that bring it closer to the experimental value. We then predict the onset of an interaction-driven spontaneous Quantum Valley Hall effect (QVHE) below a critical temperature of the order of $0.05$ K. The transverse (Hall) valley conductivity is evaluated exactly and shown to coincide with the one in the usual Quantum Hall effect. Finally, by considering the effects of PQED, we show that the electron self-energy is such that a set of P- and T- symmetric gapped electron energy eigenstates are dynamically generated, in association with the QVHE.Comment: 5 pages + supplemental materia

Thermal vorticity production in relativistic dissipative fluids

We have computed the circulation integrations of thermal vorticity with and without charged currents in dissipative fluids. We find that the relativistic Kelvin circulation theorem will be modified by the dissipative effects, therefore, the circulation integrations of thermal vorticity may not be conserved during the fluid evolution.Comment: Presented by S. Pu at Critical Point and Onset of Deconfinement (CPOD), Wroclaw, Poland, May 30 - June 4, 201