Variation in the isotopic composition of striped weakfish Cynoscion guatucupa of the Southwest Atlantic Ocean in response to dietary shifts / Variação na composição isotópica do Cynoscion guatucupa no Oceano Atlântico Sul

Abstract The aim of this study was to analyze the isotopic composition in muscle of striped weakfish Cynoscion guatucupa from Southwest Atlantic Ocean in order to evaluate a possible variation in δ13C and δ15N in response to dietary shifts that occur as animals grow. We also explored for isotopic evidence of differences between sample locations. The results showed an agreement between isotope analysis and previous conventional studies. Differences in the isotope composition between sampling location were not observed. A positive relation exists between isotope values and total body length of the animals. The Cluster analysis defined three groups of size classes, validated by the MDS. Differences in the relative consumption of prey species in each size class were also observed performing isotope mixing models (SIAR). Variation in δ15N among size classes would be associated with the consumption of a different type of prey as animals grow. Small striped weakfish feed on small crustaceans and progressively increase their consumption of fish (anchovy, Engraulis anchoita), increasing by this way their isotope values. On the other hand, differences in δ13C values seemed to be related to age-class specific spatial distribution patterns. Therefore, large and small striped weakfish remain specialized but feeding on different prey at different trophic levels. These results contribute to the study of the diet of striped weakfish, improve the isotopic ecology models and highlight on the importance of accounting for variation in the isotopic composition in response to dietary shifts with the size of one of the most important fishery resources in the region.

Resumo O objetivo deste estudo foi analisar a composição isotópica no músculo de Cynoscion guatucupa no Oceano Atlântico Sul Ocidental, a fim de avaliar uma possível variação de δ13C e δ15N como resposta às mudanças ontogenéticas na dieta. Foram também exploradas evidências isotópicas de diferenças entre os locais de amostragem. Os resultados mostraram uma concordância entre a análise de isótopos e os estudos convencionais prévios. Diferenças na composição isotópica entre locais de amostragem não foram observadas. Uma relação positiva existe entre valores isotópicos e comprimento total dos animais. A análise de cluster definiu três grupos de classes de tamanho, validados pelo MDS. Foram também observadas, através de modelos isotópicos mistos (SIAR), diferenças no consumo relativo de espécies de presas para cada classe de tamanho. Variações em δ15N entre as classes de tamanho estariam associadas ao consumo de diferentes tipos de presas ao longo do crescimento dos animais. Indivíduos pequenos alimentam-se de pequenos crustáceos e progressivamente aumentam seu consumo de peixes (Engraulis anchoita), aumentando assim os seus valores isotópicos. Por outro lado, as diferenças nos valores de δ13C parecem estar relacionadas com variações no padrão de distribuição espacial específico de cada classe idade. Desta maneira, tanto C. guatucupa grandes como pequenos permanecem especializados, porém alimentando-se de presas diferentes, em diferentes níveis tróficos e em diferentes áreas. Estes resultados contribuem para o estudo da dieta de C. guatucupa, melhoram os modelos de ecologia isotópica e ressaltam a importância de se considerar a variação na composição isotópica na resposta às mudanças de dieta relacionadas ao tamanho de um dos principais recursos pesqueiros da região.

Performance of the 13C-urea breath test for the diagnosis of H. pylori infection using a substrate synthesized in Brazil: A preliminary study

OBJECTIVE: The 13C-urea breath test is the main non-invasive test for the diagnosis of Helicobacter pylori infection. The availability of this test throughout the country is limited, mainly due to the difficulty in obtaining the labeled isotope from abroad. Recently, researchers from the Nuclear Energy Center in Agriculture at the University of São Paulo (CENA/USP) succeeded in synthesizing 13C-enriched urea for Helicobacter pylori diagnosis. The aim of the study was to compare the performance of the 13C-urea breath test using 13C-urea acquired abroad with that of a test using 13C-urea synthesized in Brazil. METHOD: Sixty-four dyspeptic patients participated in the study (24 men and 40 women). Initially, the patients performed the 13C-urea breath test using the imported substrate (Euriso-Top, France). Seven to fourteen days later, all the patients repeated the test using the Brazilian substrate. The samples from both examinations were processed in an infrared isotope analyzer (IRIS, Wagner Analisen Technik, Germany), and all delta over baseline (DOB) [%] values above four were considered positive results. RESULTS: Twenty-seven patients (42%) exhibited negative results for Helicobacter pylori infection, and thirty-seven patients (58%) exhibited positive results when tested using the foreign substrate (gold standard). There was a 100% concordance regarding the presence or absence of infection when the gold standard results were compared with those obtained using the Brazilian substrate. CONCLUSIONS: Similar performance in the diagnosis of Helicobacter pylori infection was demonstrated when using the 13C-urea breath test with the Brazilian 13C-urea substrate and the test with the substrate produced abroad. This validation represents an important step toward increasing the availability of the 13C-urea breath test throughout the country, which will have a positive influence on the management of Helicobacter pylori infection.

Heterogeneity of elemental composition and natural abundance of stables isotopes of C and N in soils and leaves of mangroves at their southernmost West Atlantic range / Heterogeneidade da composição elementar e abundância natural de isótopos estáveis de C e N no solo e folhas dos manguezais no extremo sul da sua distribuição na costa Atlântica ocidental

Abstract Mangrove communities were selected in the state of Santa Catarina, Brazil, near their southernmost limit of distribution, to study mineral nutrient relation in soils and plants. Communities included three true mangrove species, Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa and Avicennia germinans, and two associated species, the fern Acrostichum danaeifolium, and the grass Spartina densiflora. The sites included communities in the lower Río Tavares near Florianopolis city, Sonho beach near Palhoça city, and the Santo Antonio lagoon. These sites included a full range of mangroves under humid climate where winter temperatures, instead of salinity, may be the main factor regulating their productive capacity and species composition. Soil salinity was determined by the concentration of soluble Na, and soil C and N were linearly correlated indicating their association in organic matter. Tavares site showed higher specific conductivity, and concentrations of Na and Mg in the soil layer below 40 cm depth, indicating larger influence of marine water. Isotopic signature of C increased with soil depth suggesting that microorganisms decomposing organic matter are releasing 13C depleted CO2. Nitrogen isotopic signature decreased with soil depth, indicating enrichment in 15N possibly as a result of denitrification in the upper soil layers. Mineral elements in leaf tissues showed A. schaueriana with higher concentrations of N, P, Na, K, Cu, Zn, and Na/Ca ratio. Spartina densiflora was characterized by the lowest N and K concentrations, and the highest concentrations of Al and Fe. Rhizophora mangle and L. racemosa had the highest Ca concentrations. Carbon isotopic signatures identified S. densiflora as a C4 plant, and A. schaueriana as the mangrove species occupying comparatively more water stressed microsites than the rest. Leaf nitrogen isotopic signatures were positive, in correspondence with the soil values. The results support the hypothesis that sites sampled were comparatively fertile, because sediment transport through fresh water run-off is predominant in humid coasts, and therefore plants were not limited by nutrient supply, nor particularly stressed by soil salinity.

Resumo Foram selecionadas florestas de mangue próximas ao limite sul de distribuição dos manguezais, no estado de Santa Catarina, Brasil, para o estudo do conteúdo de nutrientes no solo e em tecido vegetal. As comunidades estudadas eram compostas por três espécies típicas de mangue: Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa e Avicennia germinans, e duas espécies associadas: a samambaia-do-brejo, Acrostichum danaeifolium, e a herbácea Spartina densiflora. Os locais de estudo incluiram comunidades no curso inferior do Rio Tavares na cidade de Florianópolis; Praia do Sonho, próxima à cidade de Palhoça e a Lagoa de Santo Antonio. Esses locais incluiram manguezais submetidos a clima úmido, onde as temperaturas do inverno, mais do que a salinidade, são o principal fator regulador da capacidade produtiva do sistema e da composição de espécies. A salinidade do solo foi determinada pela concentração de Na solúvel. Os conteúdos de Carbono e Nitrogênio no solo apresentaram correlação linear, indicando sua associação na matéria orgânica. A área do Rio Tavares apresentou maior influência marinha evidenciada pelas altas condutividade específica e concentrações de Na e Mg nas camadas do solo abaixo de 40 cm de profundidade. A assinatura isotópica do C aumentou com a profundidade no solo, o que sugere que microorganismos decompositores da matéria orgânica estão liberando CO2 pobre em 13C. A assinatura isotópica do Nitrogênio diminui com a profundidade do solo, indicando enriquecimento em 15N, possivelmente como resultado de processo de denitrificação nos níveis superiores do solo. Os tecidos foliares de A. schaueriana apresentaram as maiores concentrações de N, P, Na, K, Cu, Zn, e da razão Na/Ca. Spartina densiflora apresentou as menores concentrações de N e K e as maiores concentrações de Al e Fe. Rhizophora mangle e L. racemosa apresentaram as maiores concentrações de Ca. Os resultados da assinatura isotópica de Carbono identificam S. densiflora como uma planta C4 e A. schaueriana como a espécie de mangue que ocupa os locais com maior estresse hidrico. As assinaturas isotópicas do Nitrogênio foram positivas, estando de acordo com os valores observados para o solo. Os resultados sustentam a hipótese de que os locais estudados são fertéis, pois o escoamento superficial de água doce é predominante em costas úmidas e, portanto, as plantas não estão sujeitas à limitação por aporte de nutrientes e não estão submetidas a estresse salino.

Turnover do carbono em sangue e plasma, nas fases crescimento e postura, de codornas japonesas (Coturnix coturnix japonica) / Turnover of carbon in blood and plasma, growth stages and posture, japanese quails (Coturnix coturnix japonica)

O estudo objetivou avaliar o turnover do 13C no sangue e plasma de codornas japonesas utilizando a técnica de isótopos estáveis, para a obtenção do patamar de equilíbrio isotópico que servirá de fundamento para estudos de rastreabilidade. Foram utilizadas 300 aves durante o período experimental de 1-42 e 49-97 dias de idade. Os tratamentos da primeira fase foram constituídos de dietas à base de arroz (C3), contendo ou não farinha de carne e ossos bovinos e um com dieta à base de milho (C4). Nessa primeira fase foi analisado o turnover do sinal isotópico do matrizeiro à base de dietas C4 para dietas à base de C3, como também as diferenças isotópicas das dietas contendo ou não farinha de origem animal. Na segunda fase houve uma substituição de dietas, ou seja, as aves no tratamento C4 da primeira fase passaram a consumir dieta C3, e o tratamento que antes consumia dieta C3 passou para dieta C4. Para determinar a taxa de turnover e o percentual estimado de participação da farinha na composição do material coletado, foi empregado o modelo de diluição isotópica utilizando valores do δ13C. A comparação entre as meias-vidas do sangue e plasma da primeira fase revelou o enriquecimento do δ13C na dieta; já na segunda fase foi possível observar as velocidades de incorporação após a troca das dietas...

The study aimed to evaluate the turnover of 13C in the blood and plasma of Japanese quail using the technique of stable isotopes to obtain the level of isotopic equilibrium that will be the foundation for studies of traceability. A total of 300 birds during the experimental period of 1-42 and 49-97 days of age. The first phase of the treatments consisted of diets based on rice (C3), with or without meat and beef bones and a diet based on corn (C4). This was first examined the turnover signal farm matrix isotope-based diets based diets C4 to C3, as well as isotopic differences of diets with or without animal meal In the second stage there was a substitution of diets, or C4 treatment of the first stage passes to consume C3-based diet than before treatment and diet consumed C3 to C4 diet. To determine the turnover rate and the estimated percentage of participation of flour in the composition of the collected material was used isotope dilution model using δ13C values. A comparison of the half-lives of blood and plasma from the first phase discloses the enrichment of dietary δ 13C, in the second phase was observed after incorporation speeds exchange diets...

Riparian forest potential to retain sediment and carbon evaluated by the 137Cs fallout and carbon isotopic ratio techniques

Riparian forests can provide an important service for aquatic ecosystems by sequestering hillslopederived sediments. However, the width of a riparian buffer zone required to filter sediments is not yet wellunderstood. Here are used two complementary tracers to measure sediment retention. The 137Cs technique and the soil carbon isotopic ratios (δ13C) are utilized to investigate sediment deposition and erosion rates on a slope transect cultivated with sugarcane followed by a secondary riparian forest zone in Iracemápolis, State of São Paulo, Brazil. The 137Cs technique and the δ13C analysis showed that the width of a riparian vegetation in accordance to a Brazilian Environmental Law (Nº4.771/65) was not sufficient in trapping sediments coming from agricultural lands, but indicated the importance of these forests as a conservation measure at the watershed scale. The complementary δ13C analysis together with soil morphology aspects allowed a better interpretation of the sediment redistribution along the sugarcane and riparian forest transects.

As matas ciliares podem fornecer serviços importantes para os ecossistemas aquáticos sequestrando sedimentos oriundos das áreas de encostas. No entanto, a largura da zona ripária necessária para a retenção de sedimentos ainda não está bem determinada. Aqui são usadas duas técnicas complementares para medir a retenção de sedimentos. As metodologias do137Cs e da composição isotópica do carbono (δ13C) são utilizadas para avaliar a deposição de sedimentos e taxas de erosão em uma encosta cultivada com cana-de-açúcar seguida poruma mata ciliar situada em Iracemápolis, no Estado de São Paulo, Brasil. As análises pelas técnicas do 137Cs e δ13C mostraram que a largura da mata ciliar definida pela Lei Ambiental Brasileira (Nº4.771/65) não foi suficiente na retenção de sedimentos oriundos de áreas cultivadas, mas indicou a importância destas florestas como medida de conservação de bacias hidrográficas. A análise complementar de δ13C junto com informações morfológicas do solo permitiu melhor interpretação da redistribuição de sedimentos ao longo das áreas de cana-de-açúcar e mata ciliar.

13CO2 recovery fraction in expired air of septic patients under mechanical ventilation

The continuous intravenous administration of isotopic bicarbonate (NaH13CO2) has been used for the determination of the retention of the 13CO2 fraction or the 13CO2 recovered in expired air. This determination is important for the calculation of substrate oxidation. The aim of the present study was to evaluate, in critically ill patients with sepsis under mechanical ventilation, the 13CO2 recovery fraction in expired air after continuous intravenous infusion of NaH13CO2 (3.8 µmol/kg diluted in 0.9 percent saline in ddH2O). A prospective study was conducted on 10 patients with septic shock between the second and fifth day of sepsis evolution (APACHE II, 25.9 ± 7.4). Initially, baseline CO2 was collected and indirect calorimetry was also performed. A primer of 5 mL NaH13CO2 was administered followed by continuous infusion of 5 mL/h for 6 h. Six CO2 production (VCO2) measurements (30 min each) were made with a portable metabolic cart connected to a respirator and hourly samples of expired air were obtained using a 750-mL gas collecting bag attached to the outlet of the respirator. 13CO2 enrichment in expired air was determined with a mass spectrometer. The patients presented a mean value of VCO2 of 182 ± 52 mL/min during the steady-state phase. The mean recovery fraction was 0.68 ± 0.06 percent, which is less than that reported in the literature (0.82 ± 0.03 percent). This suggests that the 13CO2 recovery fraction in septic patients following enteral feeding is incomplete, indicating retention of 13CO2 in the organism. The severity of septic shock in terms of the prognostic index APACHE II and the sepsis score was not associated with the 13CO2 recovery fraction in expired air.

Spatial variation in the stable isotopes of 13C and 15N and trophic position of Leporinus friderici (Characiformes, Anostomidae) in Corumbá Reservoir, Brazil

Stable isotopes of carbon (delta13C) and nitrogen (delta15N) were used to describe sources of energy and trophic position for adult Leporinus friderici in the area of the Corumbá Reservoir, Brazil. Samples were collected from April 1999 to March 2000. Spatial variations were not identified in the isotopic composition. The maximum and minimum contribution of C4 plants calculated integrating the variation of plants and fish were 47.7 percent and 2.4 percent, respectively. Among C3 plants, periphyton presented closer isotopic values to those observed for fishes, corresponding to an important carbon source. The proportion of ingested plant item is larger in rivers upstream from the reservoir (42.7 percent), which justifies the smaller trophic level among there. However, in the reservoir, the ingestion of fish was 81.4 percent, while ingested plants contributed with 18.6 percent. Downstream from the dam, participation of plant item was even smaller (14.4 percent). Although the trophic position calculated with diet data was proportional to the one calculated with delta15N values, the former elevated the trophic level of L. friderici in the food web, because estimated trophic positions were based on fish items belonging to the 2nd (a) and to the 3rd (b) trophic levels.

Isótopos estáveis de carbono (delta13C) e nitrogênio (delta15N) foram utilizados para descrever as fontes de energia e a posição trófica de adultos de Leporinus friderici na área do reservatório de Corumbá, Brasil. As amostras foram coletadas entre abril de 1999 e março de 2000. Variações espaciais não foram identificadas quanto à composição isotópica da espécie. As contribuições máximas e mínimas das plantas C4, foram de 47,7 por cento e 2,4 por cento, respectivamente. Entre as plantas C3, o perífiton correspondeu a uma das mais importantes fontes de carbono para a espécie, pois seus valores isotópicos foram os mais próximos àqueles observados para os peixes. A proporção ingerida do item vegetal foi maior em rios localizados a montante do reservatório (42,7 por cento), justificando a menor posição trófica registrada para a espécie entre os ambientes estudados, enquanto no reservatório esta proporção foi de 18,6 por cento, sendo que o item peixes atingiu 81,4 por cento. A jusante do reservatório, a participação das plantas foi ainda menor, atingindo 14,4 por cento. Embora a posição trófica da espécie, calculada com os dados de dieta, fossem proporcionais àqueles calculados com os valores de delta15N, os primeiros elevaram o nível trófico de L. friderici na cadeia alimentar, pois estas foram baseadas nos itens peixe, cujas espécies pertenciam ao segundo e ao terceiro nível trófico.