Using in situ flow cytometry images of ciliates and dinoflagellates for aquatic system monitoring / Usando imagem de citometria de fluxo in situ de ciliados e dinoflagelados para o monitoramento de sistemas aquáticos

Abstract Short-period variability in plankton communities is poorly documented, especially for variations occurring in specific groups in the assemblage because traditional analysis is laborious and time-consuming. Moreover, it does not allow the high sampling frequency required for decision making. To overcome this limitation, we tested the submersible CytoSub flow cytometer. This device was anchored at a distance of approximately 10 metres from the low tide line at a depth of 1.5 metres for 12 hours to monitor the plankton at a site in the biological reserve of Barra da Tijuca beach, Rio de Janeiro. Data analysis was performed with two-dimensional scatter plots, individual pulse shapes and micro images acquisition. High-frequency monitoring results of two interesting groups are shown. The abundance and carbon biomass of ciliates were relatively stable, whereas those from dinoflagellates were highly variable along the day. The linear regression of biovolume measures between classical microscopy and in situ flow cytometry demonstrate high degree of adjustment. Despite the success of the trial and the promising results obtained, the large volume of images generated by the method also creates a need to develop pattern recognition models for automatic classification of in situ cytometric images.

Resumo A variabilidade de curto período em comunidades do plâncton é pouco documentada, especialmente as variações que ocorrem em grupos específicos das assembleias por causa das análises tradicionais serem muito trabalhosas e demoradas. Além disso, não permitem que a alta frequência amostral necessária para a tomada de decisão. Para superar esta limitação, nós testamos o CytoSub, um citômetro de fluxo submersível. Este aparelho foi ancorado a aproximadamente 10 metros de distância da linha de maré baixa a uma profundidade de 1,5 metros por 12 horas para monitorar o plâncton em um sítio da reserva biológica da praia da Barra da Tijuca, Rio de Janeiro. A análise dos dados foi realizada a partir de gráficos de dispersão bidimensionais, pelas assinaturas ópticas individuais escaneadas (pulse shape profile) e aquisição de micro imagens. Resultados do monitoramento de alta frequência de dois grupos interessantes são apresentados. A abundância e a biomassa de carbono de um grupo de ciliados foram relativamente estáveis, ao passo que o grupo de dinoflagelado, foi altamente variável ao longo do dia. O modelo de regressão linear das medidas de biovolume entre a clássica microscopia e a citometria de fluxo in situ apresentou alto grau de ajustamento. Apesar do sucesso deste ensaio e dos resultados promissores obtidos, o grande volume de imagens geradas por este método também gerou a necessidade de se desenvolver modelos de reconhecimento de padrões para a classificação automática de imagens de citometria in situ.

Using in situ flow cytometry images of ciliates and dinoflagellates for aquatic system monitoring

Abstract Short-period variability in plankton communities is poorly documented, especially for variations occurring in specific groups in the assemblage because traditional analysis is laborious and time-consuming. Moreover, it does not allow the high sampling frequency required for decision making. To overcome this limitation, we tested the submersible CytoSub flow cytometer. This device was anchored at a distance of approximately 10 metres from the low tide line at a depth of 1.5 metres for 12 hours to monitor the plankton at a site in the biological reserve of Barra da Tijuca beach, Rio de Janeiro. Data analysis was performed with two-dimensional scatter plots, individual pulse shapes and micro images acquisition. High-frequency monitoring results of two interesting groups are shown. The abundance and carbon biomass of ciliates were relatively stable, whereas those from dinoflagellates were highly variable along the day. The linear regression of biovolume measures between classical microscopy and in situ flow cytometry demonstrate high degree of adjustment. Despite the success of the trial and the promising results obtained, the large volume of images generated by the method also creates a need to develop pattern recognition models for automatic classification of in situ cytometric images.

Resumo A variabilidade de curto período em comunidades do plâncton é pouco documentada, especialmente as variações que ocorrem em grupos específicos das assembleias por causa das análises tradicionais serem muito trabalhosas e demoradas. Além disso, não permitem que a alta frequência amostral necessária para a tomada de decisão. Para superar esta limitação, nós testamos o CytoSub, um citômetro de fluxo submersível. Este aparelho foi ancorado a aproximadamente 10 metros de distância da linha de maré baixa a uma profundidade de 1,5 metros por 12 horas para monitorar o plâncton em um sítio da reserva biológica da praia da Barra da Tijuca, Rio de Janeiro. A análise dos dados foi realizada a partir de gráficos de dispersão bidimensionais, pelas assinaturas ópticas individuais escaneadas (pulse shape profile) e aquisição de micro imagens. Resultados do monitoramento de alta frequência de dois grupos interessantes são apresentados. A abundância e a biomassa de carbono de um grupo de ciliados foram relativamente estáveis, ao passo que o grupo de dinoflagelado, foi altamente variável ao longo do dia. O modelo de regressão linear das medidas de biovolume entre a clássica microscopia e a citometria de fluxo in situ apresentou alto grau de ajustamento. Apesar do sucesso deste ensaio e dos resultados promissores obtidos, o grande volume de imagens geradas por este método também gerou a necessidade de se desenvolver modelos de reconhecimento de padrões para a classificação automática de imagens de citometria in situ.

Abiotic variability among different aquatic systems of the central Amazon floodplain during drought and flood events / Variabilidade abiótica entre os diferentes sistemas aquáticos da planície de inundação da Amazônia central durante eventos de seca e cheia

Abstract This paper examines water properties from lakes, (depression lakes, sensu Junk et al., 2012), channels (scroll lakes with high connectivity, sensu Junk et al., 2012) and paleo-channels (scroll lakes with low connectivity-sensu Junk et al., 2012, locally called ressacas) located in Mamirauá Sustainable Development Reserve, in Central Amazon floodplain, Amazonas, Brazil. We analysed surface temperature, conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, transparency, suspended inorganic and organic matter, chlorophyll-a, pheophytin, total nitrogen, total phosphorus, organic and inorganic carbon in 2009 high water phase, 2009 and 2010 low water phases. Multivariate statistical analyses of 24 aquatic systems (6 ressacas, 12 lakes and 6 channels, 142 samples) were applied to the variables in order to: 1) quantify differences among aquatic system types; 2) assess how those differences are affected in the different phases of the hydrological year. First, we analysed the entire set of variables to test for differences among phases of the hydrological year and types of aquatic systems using a PERMANOVA two-way crossed design. The results showed that the all measured limnological variables are distinct regarding both factors: types of aquatic systems and hydrological phases. In general, the magnitude and amplitude of all variables were higher in the low water phase than in the high water phase, except for water transparency in all aquatic system’s types. PERMANOVA showed that the differences between aquatic system’s types and hydrological phases of all variables were highly significant for both main factors (type and phase) and for the type x phase interaction. Limnological patterns of Amazon floodplain aquatic systems are highly dynamic, dependent on the surrounding environment, flood pulse, main river input and system type. These patterns show how undisturbed systems respond to natural variability in such a diverse environment, and how distinct are those aquatic systems, especially during the low water phase. Aquatic systems in Mamirauá floodplain represent limnological patterns of almost undisturbed areas and can be used as future reference for comparison with disturbed areas, such as those of the Lower Amazon, and as a baseline for studies on the effects of anthropogenic influences and climate change and on Amazon aquatic ecosystem.

Resumo Esse trabalho investiga as propriedades da água de lagos (lagos de depressão, sensu Junk et al., 2012), canais (scroll lakes com alta conectividade, sensu Junk et al., 2012) e paleo canais (scroll lakes com baixa conectividade - sensu Junk et al., 2012, localmente chamados de ressaca) localizados na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), na planície de inundação da Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Analisaram-se temperatura, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, e transparência da água na superfície e coletaram-se amostras de água na superfície para a determinação de material orgânico e inorgânico em suspensão, clorofila-a, feofitina, nitrogênio e fósforo total, carbono orgânico e inorgânico dissolvido, em duas fases da hidrógrafa, água alta em 2009, e água baixa em 2009 e 2010. Análises de estatística multivariada de 24 sistemas aquáticos (6 ressacas, 12 lagos e 6 canais, 142 amostras) foram realizadas para: 1) quantificar as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos; 2) determinar como essas diferenças são afetadas nas diferentes fases do ano hidrológico. Primeiramente foram analisadas todas as variáveis para testar as diferenças entre as fases do ano hidrológico e dos tipos de sistemas aquáticos utilizando o teste pareado cruzado PERMANOVA. Os resultados mostraram que todas as variáveis limnológicas medidas são distintas em relação a ambos os fatores: tipos de sistemas aquáticos e fases da hidrógrafa. Em geral, a magnitude e amplitude de todas as variáveis foram maiores na fase seca do que na cheia, com exceção da transparência da água em todos os tipos de sistemas aquáticos. Os resultados da PERMANOVA mostraram que as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos e as fases da hidrógrafa para todas as variáveis foram altamente significativas para ambos os fatores (tipo e fase) e ainda para a interação tipo x fase. Os padrões limnológicos dos sistemas aquáticos da planície de inundação Amazônica são altamente dinâmicos, dependente do ambiente ao redor, do pulso de inundação, do rio principal e do tipo de sistema. Os sistemas aquáticos da planície de inundação de Mamirauá representam os padrões limnológicos de áreas não perturbadas e podem servir como futura referência para comparação com as propriedades dos sistemas aquáticos de áreas perturbadas, como as do Baixo Amazonas. Podem ser também utilizados como linha de base para estudos dos impactos antropogênicos e das mudanças climáticas sobre os ecossistemas aquáticos Amazônicos.

Abiotic variability among different aquatic systems of the central Amazon floodplain during drought and flood events

Abstract This paper examines water properties from lakes, (depression lakes, sensu Junk et al., 2012), channels (scroll lakes with high connectivity, sensu Junk et al., 2012) and paleo-channels (scroll lakes with low connectivity-sensu Junk et al., 2012, locally called ressacas) located in Mamirauá Sustainable Development Reserve, in Central Amazon floodplain, Amazonas, Brazil. We analysed surface temperature, conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, transparency, suspended inorganic and organic matter, chlorophyll-a, pheophytin, total nitrogen, total phosphorus, organic and inorganic carbon in 2009 high water phase, 2009 and 2010 low water phases. Multivariate statistical analyses of 24 aquatic systems (6 ressacas, 12 lakes and 6 channels, 142 samples) were applied to the variables in order to: 1) quantify differences among aquatic system types; 2) assess how those differences are affected in the different phases of the hydrological year. First, we analysed the entire set of variables to test for differences among phases of the hydrological year and types of aquatic systems using a PERMANOVA two-way crossed design. The results showed that the all measured limnological variables are distinct regarding both factors: types of aquatic systems and hydrological phases. In general, the magnitude and amplitude of all variables were higher in the low water phase than in the high water phase, except for water transparency in all aquatic systems types. PERMANOVA showed that the differences between aquatic systems types and hydrological phases of all variables were highly significant for both main factors (type and phase) and for the type x phase interaction. Limnological patterns of Amazon floodplain aquatic systems are highly dynamic, dependent on the surrounding environment, flood pulse, main river input and system type. These patterns show how undisturbed systems respond to natural variability in such a diverse environment, and how distinct are those aquatic systems, especially during the low water phase. Aquatic systems in Mamirauá floodplain represent limnological patterns of almost undisturbed areas and can be used as future reference for comparison with disturbed areas, such as those of the Lower Amazon, and as a baseline for studies on the effects of anthropogenic influences and climate change and on Amazon aquatic ecosystem.

Resumo Esse trabalho investiga as propriedades da água de lagos (lagos de depressão, sensu Junk et al., 2012), canais (scroll lakes com alta conectividade, sensu Junk et al., 2012) e paleo canais (scroll lakes com baixa conectividade - sensu Junk et al., 2012, localmente chamados de ressaca) localizados na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), na planície de inundação da Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Analisaram-se temperatura, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, e transparência da água na superfície e coletaram-se amostras de água na superfície para a determinação de material orgânico e inorgânico em suspensão, clorofila-a, feofitina, nitrogênio e fósforo total, carbono orgânico e inorgânico dissolvido, em duas fases da hidrógrafa, água alta em 2009, e água baixa em 2009 e 2010. Análises de estatística multivariada de 24 sistemas aquáticos (6 ressacas, 12 lagos e 6 canais, 142 amostras) foram realizadas para: 1) quantificar as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos; 2) determinar como essas diferenças são afetadas nas diferentes fases do ano hidrológico. Primeiramente foram analisadas todas as variáveis para testar as diferenças entre as fases do ano hidrológico e dos tipos de sistemas aquáticos utilizando o teste pareado cruzado PERMANOVA. Os resultados mostraram que todas as variáveis limnológicas medidas são distintas em relação a ambos os fatores: tipos de sistemas aquáticos e fases da hidrógrafa. Em geral, a magnitude e amplitude de todas as variáveis foram maiores na fase seca do que na cheia, com exceção da transparência da água em todos os tipos de sistemas aquáticos. Os resultados da PERMANOVA mostraram que as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos e as fases da hidrógrafa para todas as variáveis foram altamente significativas para ambos os fatores (tipo e fase) e ainda para a interação tipo x fase. Os padrões limnológicos dos sistemas aquáticos da planície de inundação Amazônica são altamente dinâmicos, dependente do ambiente ao redor, do pulso de inundação, do rio principal e do tipo de sistema. Os sistemas aquáticos da planície de inundação de Mamirauá representam os padrões limnológicos de áreas não perturbadas e podem servir como futura referência para comparação com as propriedades dos sistemas aquáticos de áreas perturbadas, como as do Baixo Amazonas. Podem ser também utilizados como linha de base para estudos dos impactos antropogênicos e das mudanças climáticas sobre os ecossistemas aquáticos Amazônicos.

Reproduction of the greater bulldog bat Noctilio leporinus (Chiroptera: Noctilionidae) in a mangrove area in southern Brazil / Reprodução do morcego-pescador Noctilio leporinus (Chiroptera: Noctilionidae) em uma área de manguezal no Sul do Brasil

The reproductive pattern of the greater bulldog bat (Noctilio leporinus) was studied in southern Brazil from January to December 1999. The morphological characteristics of their reproductive organs were recorded monthly, through histological analysis of testes and ovaries. Those data were correlated with forearm size and body mass, as well as with external reproductive characteristics. The diameter of the seminiferous tubule increased proportionately to testis mass and body weight, and larger males had greater testis mass. Sexually mature males were recorded throughout the year. Ovary histology revealed that females ovulate between July and December. Lactating females were recorded in nearly every month of the year. Noctilio leporinus has a bimodal polyestrous pattern, with an increase in the recruitment of juveniles between January and May.

Entre janeiro e dezembro de 1999 foi estudado o padrão reprodutivo do morcego-pescador (Noctilio leporinus) no sul do Brasil. Foram registradas mensalmente as características morfológicas de seus órgãos reprodutivos, através da análise histológica de testículos e ovários. Estes dados foram correlacionados com o tamanho do antebraço e a massa corporal, bem como as características reprodutivas externas. O diâmetro dos túbulos seminíferos dos machos aumentou proporcionalmente à massa dos testículos e à massa corporal, e machos maiores também apresentaram maior massa de testículos. Machos sexualmente maduros foram registrados ao longo de todo o ano. A histologia dos ovários revelou que as fêmeas ovulam entre julho e dezembro. Fêmeas em lactação foram registradas em quase todos os meses do ano. Este estudo revelou que Noctilio leporinus tem um padrão reprodutivo poliestral bimodal, com um maior recrutamento de jovens entre janeiro e maio.