Recent molecular techniques to strengthen ecological studies in echinoderms / Técnicas moleculares recientes que fortalecen los estudios ecológicos de equinodermos

Abstract Introduction: Echinoderms, an integral component of marine ecosystems worldwide, have captivated scientific interest for centuries. Despite this longstanding attention, comprehending key facets such as trophic relationships, diet composition, and host-microbiota relationships still represents a challenge using traditional techniques. Recent years, however, have witnessed a transformative shift, thanks to the emergence of advanced molecular techniques, offering new approaches to strengthen ecological studies in echinoderms. Objective: Explore how recent advancements in molecular tools have impacted ecological research on echinoderms. Specifically, we aim to investigate the potential of these tools to shed light on trophic interactions, diet composition, and the characterization of gut microbial communities in these organisms. Methods: Available literature was used to clarify how novel molecular techniques can improve ecological studies. The focus is diet, trophic relationships, and gut microbiota. Results: Traditionally, studies of stomach contents using compound microscopy have provided an idea of ingested material; nevertheless, sometimes a simple magnified visualization of dietary content does not allow exhaustive identification of the entire food spectrum, as it is limited due to the rapid digestion and maceration of food items within the echinoderm's digestive tract. The use of DNA-metabarcoding, targeting specific DNA regions, such as the mitochondrial COI gene, has allowed us to enhance the accuracy and precision of diet characterization by enabling the identification of prey items down to the species or even genetic variant level, providing valuable insights into specific dietary preferences. Another approach is the use of stable isotopes, particularly carbon and nitrogen, which provide a powerful tool to trace the origin and flow of nutrients through food webs. By analyzing the isotopic signatures in muscular tissues and food items, we can discern the sources of their primary food items and gain insights into their trophic position within the ecosystem. Lastly, a third new technique used to elucidate the characterization of the prokaryotic community is 16S rRNA sequencing. This method allows us to explore the composition and dynamics of the digestive tract microbial communities. Conclusions: This is a promising era for ecological research on echinoderms, where advances of molecular tools have enabled an unprecedented level of detail, resolving longstanding challenges in comprehending their trophic interactions, diet composition, and host-microbiota relationships, and opening new avenues of investigation in ecological studies.

Resumen Introducción: Los equinodermos, un componente integral de los ecosistemas marinos en todo el mundo, han captado el interés científico durante siglos. A pesar de esta prolongada atención, el comprender facetas clave como las relaciones tróficas, la composición de la dieta y las relaciones huésped-microbiota todavía representa un desafío utilizando técnicas tradicionales. Sin embargo, los últimos años han sido testigos de un cambio transformador, gracias a la aparición de técnicas moleculares avanzadas, que ofrecen nuevos enfoques para fortalecer los estudios ecológicos en equinodermos. Objetivo: Explorar cómo los avances recientes en herramientas moleculares han impactado la investigación ecológica sobre equinodermos. Específicamente, nuestro objetivo es investigar el potencial de estas herramientas para arrojar luz sobre las interacciones tróficas, la composición de la dieta y la caracterización de las comunidades microbianas intestinales en estos organismos. Métodos: Se utilizó la literatura disponible para aclarar cómo las nuevas técnicas moleculares pueden mejorar los estudios ecológicos. La atención se centra en la dieta, las relaciones tróficas y la microbiota intestinal. Resultados: Tradicionalmente, los estudios del contenido estomacal mediante microscopía compuesta han proporcionado una idea del material ingerido; Sin embargo, a veces una simple visualización ampliada del contenido dietético no permite una identificación exhaustiva de todo el espectro alimentario, ya que está limitado debido a la rápida digestión y maceración de los alimentos dentro del tracto digestivo del equinodermo. El uso de metabarcoding de ADN, dirigidos a regiones específicas del ADN, como el gen COI mitocondrial, nos ha permitido mejorar la exactitud y precisión de la caracterización de la dieta al permitir la identificación de presas hasta el nivel de especie o incluso de variante genética, lo que proporciona valiosos resultados sobre preferencias dietéticas específicas. Otro enfoque es el uso de isótopos estables, en particular carbono y nitrógeno, que proporcionan una poderosa herramienta para rastrear el origen y el flujo de nutrientes a través de las redes alimentarias. Al analizar las firmas isotópicas en los tejidos musculares y los alimentos, podemos discernir las fuentes de sus alimentos primarios y obtener información sobre su posición trófica dentro del ecosistema. Por último, una tercera técnica nueva utilizada para dilucidar la caracterización de la comunidad procariótica es la secuenciación del ARNr 16S. Este método nos permite explorar la composición y dinámica de las comunidades microbianas del tracto digestivo. Conclusiones: Esta es una era prometedora para la investigación ecológica sobre equinodermos, donde los avances de las herramientas moleculares han permitido un nivel de detalle sin precedentes, resolviendo desafíos de larga data en la comprensión de sus interacciones tróficas, composición de la dieta y relaciones huésped-microbiota, y abriendo nuevas vías de investigación. en estudios ecológicos.

Calidad de medición en investigación científica en contexto de gran altitud: a nivel atómico análisis estudio de interlaboratorios, oxido de deuterio por FTIR ­ 2021 / Quality of measurement in scientific research in a high-altitude context: at the atomic level interlaboratory study analysis, deuterium oxide by FTIR ­ 2021

Se presenta conceptos del saber hacer investigación científica asociada a la calidad de las mediciones, y dentro de ella sobre la calidad intrínseca de la medición de variables, dirigida a dos condiciones de la misma: la precisión y exactitud. Se describe formas de evaluación de la precisión como ser el coeficiente de variación y el error técnico de las mediciones. Por otro lado se describe formas de evaluación de la exactitud como son la regresión linear y el puntaje Z. También se sugieren y se describen las acciones y las herramientas para mejorar tanto la precisión como la exactitud. El análisis de agua enriquecida con oxido de deuterio, es una temática que fue tomada en cuenta por la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA), Viena, Austria, en la gestión 2021, y se organizó una actividad mediante el "Estudio de Interlaboratorios, Oxido de Deuterio por FTIR ­ 2021". El propósito fue asegurar la calidad integral en la capacidad construida en el uso de técnicas de isotopos estables para la evaluación del estado de salud y nutricional. Así mismo, evaluar la calidad de medición de la exactitud relativa sobre el enriquecimiento del agua con óxido de deuterio en 43 laboratorios a nivel internacional, grupo en cual se incluyó al Laboratorio de Biología Atómica (LABA) de la Unidad de Crecimiento y Desarrollo (UCREDE). Se utilizó la regresión linear y el puntaje Z para evaluar la exactitud. Se concluye que los resultados demostraron un muy buen rendimiento en exactitud relativa con los equipos FTIR que midieron el enriquecimiento de deuterio en muestras de agua.

Concepts of knowing how to do scientific research associated with the quality of measurements are presented, and within it on the intrinsic quality of the measurement of variables, aimed at two conditions of the same: precision and accuracy. Forms of precision evaluation are described, such as the coefficient of variation and the technical error of the measurements. On the other hand, forms of accuracy evaluation are described, such as linear regression and Z-score. Actions and tools to improve both precision and accuracy are also suggested and described. The analysis of water enriched with deuterium oxide is a topic that was taken into account by the International Atomic Energy Agency (IAEA), Vienna, Austria, in the 2021 management, and an activity was organized through the Interlaboratory Study, Deuterium Oxide by FTIR ­ 2021. The purpose was to ensure comprehensive quality in the capacity built in the use of stable isotope techniques for the evaluation of health and nutritional status. Likewise, to evaluate the quality of measurement of the relative accuracy of the enrichment of water with deuterium oxide in 43 laboratories at the international level, a group that included the Atomic Biology Laboratory (LABA) of the Growth and Development Unit (UCREDE ). Linear regression and Z-score were used to assess accuracy. It is concluded that the results demonstrated a very good performance in relative accuracy with the FTIR equipment that measured deuterium enrichment in water samples.

Mammals in São Paulo State: diversity, distribution, ecology, and conservation / Mamíferos do Estado de São Paulo: diversidade, distribuição, ecologia e conservação

Abstract Mammals are charismatic organisms that play a fundamental role in ecological functions and ecosystem services, such as pollination, seed dispersal, nutrient cycling, and pest control. The state of São Paulo represents only 3% of the Brazilian territory but holds 33% of its mammalian diversity. Most of its territory is dominated by agriculture, pastures, and urban areas which directly affect the diversity and persistence of mammals in the landscape. In addition, São Paulo has the largest port in Latin America and the largest offshore oil reservoir in Brazil, with a 600 km stretch of coastline with several marine mammal species. These human-made infrastructures affect the diversity, distribution, ecology, and the future of mammals in the state. Here, we answer five main questions: 1) What is the diversity of wild mammals in São Paulo state? 2) Where are they? 3) What is their positive and negative impact on human well-being? 4) How do mammals thrive in human-modified landscapes? 5) What is the future of mammals in the state? The state of São Paulo holds 255 species of native mammals, with four endemic species, two of them globally endangered. At least six species (two marsupials, Giant otter, Pampas deer, Brazilian dwarf brocket deer, and Giant armadillo) were extirpated from the state due to hunting and habitat loss. The intense human land use in the state forced many mammalian species to change their diet to cope with the intense fragmentation and agriculture. Large-scale monoculture has facilitated the invasion of exotic species such as wild boars (javali) and the European hare. Several "savanna-dwelling" species are expanding their ranges (Maned wolf, Brocket deer) over deforested areas and probably reflect changes towards a drier climate. Because the state has the largest road system, about 40,000 mammals from 33 species are killed per year in collisions causing an economic loss of 12 million dollars/year. The diversity of mammals is concentrated in the largest forest remnants of Serra do Mar and in the interior of the State, mainly in the regions of Ribeirão Preto and Jundiaí. Sampling gaps are concentrated throughout the interior of the state, particularly in the northwest region. Wild mammals play a fundamental role in many ecosystem services, but they can also be a concern in bringing new emergent diseases to humans. Although the taxonomy of mammals seems to be well known, we show that new species are continuously being discovered in the state. Therefore, continuous surveys using traditional and new technologies (eDNA, iDNA, drones), long-term population monitoring, investigation of the interface of human-wildlife conflict, and understanding of the unique ecosystem role played by mammals are future avenues for promoting sustainable green landscapes allied to human well-being in the state. The planting of forest or savanna corridors, particularly along with major river systems, in the plateau, controlling illegal hunting in the coastal areas, managing fire regimes in the Cerrado, and mitigating roadkill must be prioritized to protect this outstanding mammal diversity.

Resumo Os mamíferos são organismos carismáticos que desempenham um papel fundamental na função ecológica e nos serviços ecossistêmicos, como polinização, dispersão de sementes, ciclagem de nutrientes e controle de pragas. O Estado de São Paulo representa apenas 3% do território brasileiro, mas detém 33% da diversidade de mamíferos. A maior parte de seu território é dominado pela agricultura, pastagens e áreas urbanas que afetam diretamente a diversidade e a persistência dos mamíferos na paisagem. Além disso, São Paulo possui o maior porto da América Latina e o maior reservatório de petróleo costeiro do Brasil, com 600 km de extensão de litoral com diversas espécies de mamíferos marinhos. Essas infraestruturas afetam a diversidade, distribuição, ecologia e o futuro dos mamíferos no estado. Aqui, respondemos cinco perguntas principais: 1) Qual é a diversidade de mamíferos silvestres no Estado de São Paulo? 2) Onde eles ocorrem? 3) Qual é o seu impacto positivo e negativo no bem-estar humano? 4) Como os mamíferos persistem em paisagens modificadas pelo homem? 5) Qual é o futuro dos mamíferos no estado? O estado de São Paulo possui 255 espécies de mamíferos nativos, com quatro espécies endêmicas, duas delas globalmente ameaçadas de extinção. Pelo menos seis espécies (dois marsupiais, ariranha, veado-campeiro, veado-cambuta e tatu-canastra) foram extirpadas do estado devido à caça e perda de habitat. O intenso uso humano da terra no estado forçou muitas espécies de mamíferos a mudar sua dieta para lidar com a intensa fragmentação e agricultura. A monocultura em larga escala facilitou a invasão de espécies exóticas, como porcos selvagens (javaporco) e a lebre europeia. Várias espécies de áreas abertas estão expandindo suas áreas de distribuição (lobo-guará, veado-catingueiro) sobre áreas desmatadas e provavelmente refletem mudanças em direção a um clima mais seco. Como o estado possui o maior sistema rodoviário do Brasil, cerca de 40 mil mamíferos de 33 espécies são mortos por ano em colisões, causando um prejuízo econômico de 12 milhões de dólares/ano. A diversidade de mamíferos está concentrada nos maiores remanescentes florestais da Serra do Mar e no interior do Estado, principalmente nas regiões de Ribeirão Preto e Jundiaí. As lacunas amostrais estão concentradas em todo o interior do estado, principalmente na região noroeste. Os mamíferos silvestres desempenham um papel fundamental em muitos serviços ecossistêmicos, mas também podem ser uma preocupação em trazer novas doenças emergentes para as populações humanas. Embora a taxonomia de mamíferos pareça ser bem conhecida, mostramos que novas espécies estão sendo continuamente descobertas no estado. Portanto, pesquisas usando tecnologias tradicionais e novas (eDNA, iDNA, drones), monitoramento populacional de longo prazo, a investigação da interface do conflito homem-vida selvagem e a compreensão do papel único no ecossistema desempenhado pelos mamíferos são um caminho futuro para promover uma paisagem verde sustentável aliada ao bem-estar humano no estado. O plantio de corredores florestais ou de cerrado, principalmente junto aos principais sistemas fluviais, no planalto, o controle da caça ilegal nas áreas costeiras, o manejo dos regimes de fogo no Cerrado e a mitigação dos atropelamentos devem ser uma prioridade para proteger essa notável diversidade de mamíferos.

The cost of gold: Mercury contamination of fishes in a Neotropical river food web

In South America, mercury contamination due to gold mining operations is a threat to both biodiversity and human health. We examined mercury (Hg) concentrations in fishes that constitute important subsistence fisheries from mined and non-mined tributaries in the middle Mazaruni River, Guyana. Mercury concentrations and trophic food web structure (based on carbon and nitrogen stable isotopes) were characterized for primary basal sources and 39 fish species representing seven trophic guilds. Fishes collected at mined sites had higher mercury concentrations; piscivores and carnivores had the highest Hg concentrations and exhibited significant Hg biomagnification. Our results showed that medium- to large-bodied fishes commonly eaten by local people contained Hg values that exceed the World Health Organization (WHO) criteria, and pose a health concern for riverine communities along the Mazaruni River that depend on fish as their main source of protein. Further research to determine the sources of Hg contamination and how it affects human health in this neotropical river must become a top priority. In addition, more research on how Hg contamination impacts the fishes themselves and overall aquatic biodiversity is also needed in the Mazaruni River which has both high fish endemism and diversity.(AU)

Na América do Sul, a contaminação por mercúrio devido às operações de mineração de ouro é uma ameaça à biodiversidade e à saúde humana. Nós examinamos as concentrações de mercúrio (Hg) em peixes que constituem importantes pescarias de subsistência em afluentes minerados e não minerados no médio rio Mazaruni, Guiana. As concentrações de mercúrio e a estrutura trófica da teia alimentar (baseada em isótopos estáveis ​​de carbono e nitrogênio) foram caracterizadas para fontes basais primárias e 39 espécies de peixes representando sete guildas tróficas. Os peixes coletados em locais minerados tiveram maiores concentrações de mercúrio; piscívoros e carnívoros tiveram as maiores concentrações de Hg e exibiram biomagnificação significativa de Hg. Nossos resultados mostraram que peixes de corpo médio a grande comumente consumidos pela população local continham valores de Hg que excedem os critérios da Organização Mundial de Saúde (OMS) e representam uma preocupação para a saúde das comunidades ribeirinhas ao longo do rio Mazaruni que dependem dos peixes como sua principal fonte de proteína. Outras pesquisas para determinar as fontes de contaminação por Hg e como isso afeta a saúde humana neste rio neotropical devem se tornar uma prioridade. Além disso, mais pesquisas sobre como a contaminação por Hg impacta os próprios peixes e a biodiversidade aquática em geral também são necessárias no rio Mazaruni, que tem alto endemismo e diversidade de peixes.(AU)

Ontogenetic change in the diet of Semaprochilodus insignis (Characiformes: Prochilodontidae) during migration between two limnologically distinct environments in the Amazon Basin

Semaprochilodus insignis is an Amazonian migratory fish species, moving in large shoals between white- and black-water rivers. It has long been classified as a detritivorous fish. However, it is possible that the trophic plasticity of S. insignis could be higher than previously assumed. The objective of this study was to investigate the relative contributions of autotrophic energy sources to the diet of S. insignis in the Negro and Solimões rivers and to determine if the species undergoes an ontogenetic change in the diet. We found variations between the δ13C and δ15N values of S. insignis between the rivers. In the Negro River, periphyton (84%) was the principal energy source for adults, while juveniles in the Solimões River foraged predominantly on terrestrial plants/C3 macrophytes (50%) and phytoplankton (42%). These variations in isotopic signatures are likely associated with migratory movements of S. insignis at different life stages and hydrological periods. Instead of the previously assumed dietary classification, we suggest that S. insignis varies its diet ontogenetically, with adults acting as illiophagous in black-water while the young are detritivorous in white-water rivers. The results show that this species creates complex links between food chains, thus emphasizing the importance of conserving flooded areas.(AU)

Semaprochilodus insignis é uma espécie de peixe migratório da Amazônia, movendo-se em cardumes entre rios de água branca e preta. Tem sido classificado como um peixe detritívoro-iliófago. Porém, é possível que a plasticidade trófica de S. insignis seja maior do que se supunha. O objetivo deste estudo foi investigar as contribuições relativas de fontes de energia autotróficas para a dieta do S. insignis nos rios Negro e Solimões e se a espécie muda ontogenticamente a sua dieta. Encontramos variações entre os valores de δ13C e δ15N de S. insignis entre os rios: Negro, o perifíton (84%) foi a principal fonte de energia para adultos, enquanto para os juvenis do rio Solimões, foram predominantemente as plantas terrestres/macrófitas C3 (50%) e fitoplâncton (42%). Essas variações nas assinaturas isotópicas provavelmente estão associadas a movimentos migratórios do S. insignis em diferentes estágios da vida e períodos hidrológicos. Ao invés da classificação alimentar previamente assumida, sugerimos que o S. insignis varie sua dieta ontogeneticamente, os adultos são iliófagos em águas negras, enquanto os jovens são detritívoros em rios de águas brancas. Os resultados demonstram que essa espécie promove ligações complexas entre as cadeias alimentares enfatizando, dessa forma, a importância da conservação das áreas inundadas amazônicas.(AU)

Individual niche trajectories in nesting green turtles on Rocas Atoll, Brazil: an isotopic tool to assess diet shifts over time / Trajetórias de nicho individual em tartarugas verdes do Atol das Rocas, Brasil: uma ferramenta isotópica para verificar trocas de dieta ao longo do tempo

Abstract In this study, multi-tissue (yolk and carapace) stable isotope analysis was used to assess individual isotopic niche trajectories of nesting green turtles on Rocas Atoll, off northeastern Brazil, and to reveal a diet shift in the temporal dimension. The diet trajectories of individual green turtles were highly directional, with a stronger component towards decreasing values of δ15N from carapace to yolk. When the green turtles are in their foraging sites (temporal window measured by the yolk samples), they are more herbivores. Conversely, in a broader temporal window, the green turtles demonstrate a carnivore-omnivore strategy, such as represented by heavier δ15N values in the carapace. This finding confirms a temporal diet shift. This is the first study that applies trophic niche trajectories for sea turtles, adding a new isotopic tool to understand the trophic ecology of these migrant animals.

Resumo Neste estudo, a análise de isótopos estáveis em múltiplos tecidos (vitelo e carapaça) foi usada para avaliar as trajetórias individuais de nicho isotópico de tartarugas verdes em nidificação no Atol das Rocas, nordeste do Brasil, e para revelar uma mudança de dieta na dimensão temporal. As trajetórias individuais da dieta de tartarugas verdes foram altamente direcionais, com um componente mais forte na direção de valores decrescentes de δ15N da carapaça ao vitelo. Quando as tartarugas verdes estão em seus locais de forrageamento (janela temporal medida pelas amostras de vitelo), elas são mais herbívoras. Por outro lado, em uma janela temporal mais ampla, as tartarugas verdes demonstram uma estratégia carnívora-onívora, representada por valores mais elevados de δ15N na carapaça. Os resultados confirmam uma mudança temporal na dieta. Este é o primeiro estudo que aplica trajetórias de nicho trófico para tartarugas marinhas, adicionando uma nova ferramenta isotópica para entender a ecologia trófica desses animais migrantes.

Feeding preferences in aquatic invertebrates associated to Egeria densa in a tropical high-mountain lake / Preferencias alimenticias de invertebrados acuáticos asociados a Egeria densa de un lago de alta montaña tropical

Introduction: The benthic fauna of the littoral zone in lakes is important in transferring energy to other trophic levels, habitat coupling, and helping to keep habitat stability. The study of this type of interactions in lentic systems is priority, since functional aspects about biological communities are unknown. Objective: Describing the trophic relations of aquatic invertebrates of the littoral zone in a tropical high mountain lake by characterizing gut content and stable isotope analysis of δ13C and δ15N. Methods: Samples of benthic invertebrates were collected in the littoral zone of the Lago de Tota where Egeria densa was present using a handheld net method. Samples were processed in the laboratory, organisms were identified, counted and weighed. Gut contents and δ13C and δ15N stable isotopes analysis were performed as well. Results: Records of the trophic relations of aquatic invertebrates, which live in the littoral in high mountain lentic ecosystem in the Neotropics are shown. The analysis of gut contents distinguished seven food items, microphytes and MOPF were the most frequent, and through the stable isotopes analysis (δ15N) we identified four trophic levels, among resources (macrophytes and POM), and consumers (detritivores, herbivores, and predators). The two upper trophic levels concentrated greater diversity and biomass. Conclusion: Most of the organisms studied were linked to omnivorous habits, evidenced in a wide spectrum of food items in their diet. The δ15N values show an enrichment, which occurs due to the effects of the tendency towards eutrophication of the system or due to unknown values of protozoa and bacteria that plays a fundamental role in the diet of these organisms, besides the δ13C values reported in organisms consumes, allows us to suggest an affinity with native resources of the littoral zone.

Introducción: La fauna béntica de la zona litoral de los lagos constituye un vínculo importante en el acoplamiento de hábitats, dinamizando los procesos de transferencia de materia y energía, y con ellos la estabilidad del sistema. El estudio de este tipo de interacciones en sistemas lénticos es prioritario, ya que existen vacíos de información sobre aspectos funcionales que involucran a las comunidades biológicas. Objetivo: Describir las relaciones tróficas de invertebrados acuáticos de la zona litoral de un lago de alta montaña tropical mediante caracterización de contenidos estomacales y análisis de isótopos estables de δ15N y δ13C. Métodos: Se colectaron muestras en la zona litoral del Lago de Tota, asociadas con la presencia de Egeria densa utilizando una red portátil. Las muestras se procesaron en el laboratorio donde los organismos se identificaron, contaron y pesaron. También se realizaron análisis de contenido estomacal e isótopos estables δ13C y δ15N. Resultados: Presentamos registros sobre hábitos tróficos de invertebrados acuáticos de litoral para ecosistemas lénticos de alta montaña del Neotrópico. El análisis de contenido estomacal permitió distinguir siete ítems alimenticios, donde los micrófitos y la MOPF fueron los recursos más frecuentes y el análisis de isótopos estables permitió identificar cuatro niveles tróficos, un nivel basal que hace referencia a los recursos (Macrófitos, MOP) y consumidores detritívoros, herbívoros y depredadores. Los dos niveles tróficos superiores concentraron mayor diversidad y biomasa. Conclusión: La mayor parte de los organismos estudiados fueron vinculados con hábitos omnívoros, evidenciado en un amplio espectro de ítems alimenticios en su dieta. Los valores de δ15N muestran un enriqueciendo que puede deberse a la tendencia del lago hacia la eutroficación o por valores desconocidos de protozoos y bacterias que pueden estar jugando un rol fundamental en la dieta de estos organismos, adicionalmente los valores de δ13C reportados en los organismos consumidores nos permiten sugerir una afinidad hacia recursos propios de la región litoral.

Convergent responses of fish belonging to different feeding guilds to sewage pollution

This study aimed to evaluate if the presence of pollutants promotes changes in feeding habits of fish species from different trophic guilds: the detritivorous species, Hypostomus francisci, and the piscivorous, Hoplias intermedius. Both species were sampled at 12 sites (with different degrees of pollution) in the Rio das Velhas basin, which is heavily polluted by domestic and industrial sewage from the Metropolitan Region of Belo Horizonte (MRBH). Stable isotope analyses of carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) of fish tissue and the main food resources were performed. Fishes from both trophic guilds altered their diets in degraded environments, but the detritivorous species showed greater trophic plasticity. The isotopic niche of both trophic guilds was broadest in unpolluted sites and more δ15N enriched in polluted regions. The detritivorous species presented high niche-breadth in unpolluted sites, probably due to the greater variety of resources consumed. In addition, the δ15N of the detritivorous was more enriched than the piscivorous species in polluted sites. In conclusion, fishes from both trophic guilds presented similar isotopic responses to environmental pollution. However, the detritivorous species was more sensitive to these alterations and therefore, is likely a better indicator of environmental condition than the piscivorous.(AU)

Este estudo teve como objetivo avaliar se a presença de poluentes promove mudanças nos hábitos alimentares de espécies de peixes de diferentes guildas tróficas: a espécie detritívora, Hypostomus francisci, e a piscívora, Hoplias intermedius. Ambas espécies foram amostradas em 12 locais (com diferentes níveis de poluição) na bacia do Rio das Velhas, que é altamente poluída por esgoto doméstico e industrial da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH). Foram realizadas análises de isótopos estáveis de carbono (δ13C) e nitrogênio (δ15N) dos tecidos dos peixes e dos principais recursos alimentares. Espécies de ambas guildas tróficas alteraram suas dietas em ambientes degradados, mas a espécie detritívora apresentou maior plasticidade trófica. O nicho isotópico de ambas as espécies foi mais amplo em locais menos perturbados e mais enriquecido em δ15N em regiões poluídas. A espécie detritívora apresentou grande amplitude em seu nicho isotópico em locais menos perturbados, provavelmente devido à maior variedade de recursos consumidos. Além disso, o δ15N da espécie detritívora foi mais enriquecido que a espécie piscívora em locais poluídos. Em conclusão, ambas as espécies apresentaram respostas isotópicas semelhantes à poluição ambiental. No entanto, a espécie detritívora foi mais sensível a essas alterações e, portanto, é provavelmente uma melhor indicadora de condição ambiental do que a espécie piscívora.(AU)

First study of food webs in a large glacial river: the trophic role of invasive trout

The aim of this study was to determine the food webs structure of a large Patagonian river in two river sections (Upstream and Midstream) and to evaluate isotopic overlap between native and introduced species. We used stable isotope analyses of δ15N and δ13C and stomach content. The Upstream section had a more complex food webs structure with a greater richness of macroinvertebrates and fish species than Midstream. Upstream basal resources were dominated by filamentous algae. Lake Trout were found to have a higher trophic position than all other fish species in that area although, the most abundant fish species, were Rainbow Trout. Depending on the life stage, Rainbow Trout shifted from prey to competitor/predator. In the Midstream section, the base of the food webs was dominated by coarse particulate organic matter, and adult Rainbow Trout had the highest trophic level. Isotopic values changed among macroinvertebrates and fish for both areas. The two most abundant native and invasive species — Puyen and Rainbow Trout — showed an isotopic separation in Midstream but did not in Upstream areas. The presence of invasive fish that occupy top trophic levels can have a significant impact on native fish populations that have great ecological importance in the region.(AU)

El objetivo de este estudio fue determinar la estructura trófica de un gran río de la Patagonia en dos secciones (río arriba y medio) y evaluar la superposición isotópica entre especies nativas e introducidas. Utilizamos análisis de isótopos estables δ15N y δ13C y contenido estomacal. La sección río arriba tuvo una estructura de trama trófica más compleja, con mayor riqueza de macroinvertebrados y peces respecto de la sección media. Los recursos basales dominantes río arriba fueron las algas filamentosas. En esta área, la trucha de lago tuvo la posición trófica más alta entre los peces, aunque, las especies de peces más abundantes fueron las truchas arcoiris. Dependiendo del estadio, la trucha arcoiris cambió su rol de presa a competidor/depredador. En la sección media del río, la base de la trama trófica estuvo dominada por materia orgánica particulada gruesa y la trucha arcoíris adulta fue el depredador tope. Los valores isotópicos variaron entre zonas para invetebrados y peces. Las dos especies nativas e invasoras más abundantes, Puyen y trucha arcoiris, mostraron una separación isotópica en la sección media, pero no en secciones de río arriba. La presencia de peces invasores que ocupan una posición tope en los niveles tróficos puede tener un impacto significativo sobre las poblaciones de peces nativos de gran importancia ecológica en la región.(AU)

Traceability of animal protein byproducts in ruminants by multivariate analysis of isotope ratio mass spectrometry to prevent transmission of prion diseases

Ruminant feed containing animal byproduct proteins (ABPs) is prohibited in many countries due to its risk of transmitting prion diseases (PD). In most cases the entire herd is sacrificed, which causes great harm to the producer countries by preventing their exportation of ruminant derived-products. Methods: We used stable isotope ratio mass spectrometry (IRMS) of carbon (13C/12C) and nitrogen (15N/14N) to trace the animal protein in the blood of 15 buffaloes (Bubalus bubalis) divided into three experimental groups: 1 - received only vegetable protein (VP) during 117 days; 2 - received animal and vegetable protein (AVP); and 3 - received animal and vegetable protein with animal protein subsequently removed (AVPR). Groups 2 and 3 received diets containing 13.7% bovine meat and bone meal (MBM) added to a vegetable diet (from days 21-117 in the AVP group and until day 47 in the AVPR group, when MBM was removed). Results: On the 36th day, differences were detectable in the feeding profile (p <0.01) among the three experimental groups, which remained for a further 49 days (85th day). The AVPR group showed isotopic rate reversibility on the 110th day by presenting values similar to those in the control group (VP) (p> 0.05), indicating that it took 63 days to eliminate MBM in this group. Total atoms exchange (> 95%) of 13C and 15N was observed through incorporation of the diet into the AVP and AVPR groups. Conclusions: IRMS is an accurate and sensitive technique for tracing the feeding profile of ruminants through blood analysis, thus enabling investigation of ABP use. enabling investigation of ABP use.(AU)

Trophic structure of a floodplain fish assemblage in the upper Amazon basin, Bolivia / Estructura trófica de un ensamblaje de peces en la cuenca alto-Amazónica, Bolivia

Abstract Amazonian fish assemblages are typically high in species diversity and trophic complexity. Stable isotopes are valuable tools to describe the trophic structure of such assemblages, providing useful information for conservation and ecological management. This study aimed at estimating the relative contribution of the different basal carbon sources to the diet of primary consumer fishes (herbivores and detritivores), and determining the trophic position (TP) of the dominant fishes from each trophic guild (herbivores, detritivores, invertivores and piscivores). For this purpose we analyzed stable isotope ratios of carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) in potential food sources, and muscle tissue of fishes in five oxbow lakes located in the floodplain of River Ichilo, Bolivia. Terrestrial plants and C3 aquatic macrophytes were the major carbon source contributing to the diet of herbivorous fishes, whereas particulate organic matter (POM) contributed more to the diet of detritivore fishes. In general, C4 aquatic macrophytes contributed little to the diet of herbivores and detritivores. However, we found a relatively high contribution of C4 macrophytes (28 %) to the diet of the herbivores Mylossoma duriventre and Schizodon fasciatus. We found a good agreement between our estimated TP values and the trophic group assigned based on diet composition from literature. The herbivore M. duriventre was at the bottom of the food web, being the baseline organism (TP = 2). The remaining primary consumers (herbivores and algivore/detritivores) exhibited relatively high TP values (2.3-2.9), probably due to their opportunistic feeding behavior. Omnivore/invertivore species studied displayed TP values near the 3.0 value expected for secondary consumers. Piscivore fishes were at the top TP, with TP values varying from 3.3 (Serrasalmus spilopleura and Serrasalmus rhombeus) to 3.8 (Pseudoplatystoma fasciatum). The fact that detritivore fishes, the most abundant food source for piscivores, occupy relatively high TPs determines that food chains in these particular Amazonian floodplains are longer than previously thought. Rev. Biol. Trop. 66(3): 1258-1271. Epub 2018 September 01.

Resumen Los ensamblajes de peces amazónicos presentan alta diversidad y complejidad trófica. La descripción de su estructura trófica proporciona información útil para su manejo. Con el fin de estimar la contribución de las fuentes básicas de carbono en la dieta de los consumidores primarios, y determinar la posición trófica (PT) de las especies dominantes de peces de cada gremio, analizamos isótopos estables de carbono (δ13C) y nitrógeno (δ15N) en las fuentes de carbono y en músculo de peces, de la llanura de inundación del río Ichilo. Las plantas terrestres y las macrófitas C3 fueron las mayores fuentes de carbono en la dieta de los peces herbívoros, mientras que la materia orgánica particulada contribuyó más a la dieta de los detritívoros. Las macrófitas C4 contribuyeron poco a la dieta de herbívoros y detritívoros, excepto para Mylossoma duriventre y Schizodon fasciatus, en las que encontramos una contribución relativamente alta (28 %). Encontramos una buena relación entre los valores estimados de PT y el gremio trófico asignado en la literatura. El herbívoro M. duriventre estuvo en la base de la red trófica (PT = 2). Los restantes consumidores primarios mostraron valores de PT relativamente altos (2.3 - 2.9), probablemente debido a sus hábitos alimenticios oportunistas. Las especies omnívoras/invertívoras mostraron valores cercanos a 3. Los peces piscívoros estuvieron en la cima de la red trófica, con PT que variaron entre 3.3 (Serrasalmus spilopleura y Serrasalmus rhombeus) y 3.8 (Pseudoplatystoma fasciatum). Estos datos sugieren que las cadenas tróficas en llanuras de inundación amazónicas, son más largas de lo que se suponía.

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.

Isotopic niche of the catfishes Bagre bagre and Genidens barbus in a coastal area of south-eastern Brazil / Nicho isotópico dos bagres Bagre bagre e Genidens barbus em área costeira do sudeste do Brasil

Abstract: The isotopic niche of Bagre bagre and Genidens barbus target of commercial fisheries in a marine coastal area from northern Rio de Janeiro State (~21ºS), south-eastern Brazil was compared to evaluate the feeding assimilation and the trophic relationship. The mean isotopic values of the catfishes and their food items in the δ13C-δ15N space were coherent with their respective trophic positions. The relative contributions of the food items highlighted the shrimp Xiphopenaeus kroyeri as the most assimilated item in the diet of B. bagre, while for G. barbus the model highlighted the fish Porichthys porosissimus. The absence of niche overlap together with the trophic evenness point to a reduced feeding overlap between B. bagre and G. barbus in northern Rio de Janeiro State.

Resumo: O nicho isotópico de Bagre bagre e Genidens barbus alvos de pescarias comerciais em uma área costeira marinha do norte do estado do Rio de Janeiro (~21ºS), sudeste do Brasil, foi comparado para avaliar a assimilação alimentar e a relação trófica. Os valores isotópicos médios dos bagres e de seus itens alimentares em δ13C-δ15N foram coerentes com suas respectivas posições tróficas. As contribuições relativas dos itens alimentares destacaram o camarão Xiphopenaeus kroyeri como o item mais assimilado na dieta de B. bagre, enquanto para G. barbus o modelo destacou o peixe Porichthys porosissimus. A ausência de sobreposição de nicho juntamente com a uniformidade trófica aponta para uma sobreposição alimentar reduzida entre B. bagre e G. barbus no norte do estado do Rio de Janeiro.

Divergence in energy sources for Prochilodus lineatus (Characiformes: Prochilodontidae) in Neotropical floodplains

The stable carbon isotopic variability and the contributions of autochthonous (sediment microbial biomass, phytoplankton, and periphyton) and allochthonous (soil microbial biomass) sources available to the detritivorous fish Prochilodus lineatus were investigated in three environments of the floodplain of the Upper Paraná River. The isotopic composition of carbon sources and fish varied significantly among the studied environments. The autochthonous resources, represented by the phytoplankton, were the most assimilated by the species, followed by periphyton and sediment microbial biomass. The species used the sources differently in each environment. This study suggests that the inherent characteristics of this area, as well as the size of the watershed, the dry season, anthropogenic actions, and phytoplankton productivity, favor the use of autochthonous resources by the species studied. Therefore, studies in the floodplain should employ an eco-hydrological approach that quantifies the magnitude of energy subsidies, as well as an access route to consumers, knowledge about the selectivity of detritivorous species and the effects of different land uses.(AU)

A variabilidade isotópica e as contribuições autóctones (biomassa microbiana do sedimento, fitoplâncton e perifíton) e alóctone (biomassa microbiana do solo) assim como as principais fontes de carbono para o peixe detritívoro Prochilodus lineatus foram investigadas em três diferentes ambientes, da planície de inundação do alto rio Paraná. A composição isotópica das fontes de carbono e dos consumidores variaram significativamente entre os ambientes estudados, e os recursos alóctones, representados pelo fitoplâncton, foram os mais utilizados pela espécie, seguido pelo perifíton e biomassa do sedimento microbiano. A espécie utilizou fontes de carbono distintas em cada ambiente. Este estudo sugere que características inerentes a cada ambiente, assim como o tamanho do ambiente, o período de seca, ações antropogênicas e produtividade do fitoplâncton favorecem o uso dos recursos alóctones pela espécie estudada. Portanto, estudos na planície de inundação devem empregar uma abordagem eco-hidrológicas que quantifique a magnitude dos subsídios energéticos, bem como as vias energéticas aos consumidores, o conhecimento acerca da seletividade das espécies de detritívoros e o efeito dos diferentes usos da terra.(AU)

The stable isotope method for determining absolute bioavailability

The bioavailability of a drug is usually assessed in healthy subjects. However, it is reasonable to expect that significant alterations in bioavailability may occur in actual patients with different diseases or in individuals belonging to special populations. Relatively few studies have been conducted to examine this possibility. The stable isotope method is well suited to compare absolute bioavailability in patients and healthy subjects. Studies in which this method was used indicate that significant changes in the bioavailability of some drugs are particularly likely in patients with advanced liver disease and in those whose splanchnic blood flow is reduced. The expectation is that bioavailability in neonates, children, and pregnant women may also differ from that in non-pregnant adults.

Variation in the isotopic composition of striped weakfish Cynoscion guatucupa of the Southwest Atlantic Ocean in response to dietary shifts

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 13C and 15N 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 15N 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 13C 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 13C e 15N 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 15N 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 13C 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.

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.

Isotopic variation among Amazonian floodplain woody plants and implications for food-web research / Variación isotópica entre plantas leãosas de planicies de inundación del Amazonas e implicaciones para la investigación de red tróficas

Isotopic variation within food sources adds uncertainty to models intended to reconstruct trophic pathways. Understanding this variation is pivotal for planning sampling protocols for food-web research. This study investigates natural variation in C and N stable isotopes among plant species in two western Amazon flooded forests with contrasting watershed biogeochemistry (white-water várzea-forest and black-water igapó-forest). Our objectives were to compare δ13C and δ15N of leaves and fruits between sites; assess the magnitude of within-site variation in δ13C and δ15N of leaves (várzea: 28 spp., igapó: 10 spp.) and fruits (várzea: 22 spp., igapó: 22 spp.); determine within-plant variation in δ13C and δ15N of leaf, wood and fruit tissues; and test whether inter-specific variation in δ13C and δ15N influence the results of a mixing model predicting the contribution of terrestrial C sources to an aquatic consumer. Mean δ13C values of leaves and fruits were not statistically different between the two sites despite regional differences in biogeochemistry and floristic composition. In contrast, mean δ15N of leaves and fruits were significantly lower at the várzea than at the igapó site. The high floristic diversity of both forests was reflected in large within-site interspecific variation in both δ13C and δ15N. Paired comparisons revealed that δ13C of wood and fruits and δ15N of fruits were generally greater than values obtained for leaves from the same plant. The predicted contribution of different carbon sources to the consumer biomass changed between models as a function of source variability. We discuss implications of source variation for designing sampling protocols, interpreting isotopic signatures, and establishing trophic links between plants and consumers. Our findings highlight the importance of in situ sampling to establish reliable primary production baselines for local food webs.

La variación isotópica dentro de fuentes alimenticias aãade incertidumbre a los modelos destinados a reconstruir redes tróficas. La comprensión de esta variación es fundamental para la planificación de protocolos de muestreo para la investigación de redes alimentarias. Este estudio investiga la variación natural en isótopos estables de C y N entre especies de plantas en dos bosques inundables de la Amazonía noroccidental con biogeoquímica de cuenca contrastantes (várzea-bosques de aguas blanca e igapó-bosques de aguas negras). Nuestros objetivos fueron comparar las seãales isotópicas de δ13C y δ15N de hojas y frutos entre bosques; evaluar la magnitud de la variación en la composición isotópica de hojas (várzea: 28 spp., Igapó: 10 spp.) y frutas (várzea:. 22 spp, igapó: 22 spp.) a nivel local; determinar la variación en la composición isotópica de madera, hojas y frutas dentro de una planta; y evaluar si la variación inter-específica en los valores de δ13C y δ15N ejerce influencia sobre los resultados de modelos que predicen la contribución de fuentes de alimentos terrestres a un consumidor acuático. Los valores promedio de δ13C en hojas y frutos no fueron estadísticamente diferentes entre los dos tipos de bosque a pesar de las diferencias regionales en biogeoquímica y composición florística. Por el contrario, los valores promedio de δ15N en hojas y frutos fueron significativamente más bajos en la várzea que en el igapó. La alta diversidad florística de los dos bosques se reflejó en una gran variación inter-específica a nivel local en δ13C y δ15N. Comparaciones pareadas revelaron que los valores de δ13C de madera y frutas y δ15N de frutas fueron generalmente mayores que los valores obtenidos para las hojas de la misma planta. Los resultados sobre la contribución de diferentes fuentes de carbono a la biomasa del consumidor cambió de un modelo a otro en función a la variabilidad isotópica en las fuentes alimenticias. Discutimos las implicaciones de la variación en las fuentes alimenticias para el diseão de los protocolos de muestreo, la interpretación de las seãales isotópicas, y el establecimiento de relaciones tróficas entre plantas y consumidores. Nuestros resultados destacan la importancia de la toma de muestras in situ para establecer líneas de base fiables de producción primaria para las redes tróficas locales.

Understanding trophic relationships among Caribbean sea urchins

ResumenLas especies Echinometra lucunter, Echinometra viridis, Lytechinus variegatus, Tripneustes ventricosus, and Diadema antillarum son los erizos de mar más comunes en los hábitat litorales del Caribe. Los erizos de mar T. ventricosus y L. variegatus habitan generalmente los pastos marinos mientras que las otras tres especies se encuentran asociadas a sustratos rocosos. Los hábitos alimentarios de estas especies han sido bien documentados y son reconocidas como herbívoros - omnívoros; sin embargo, pocas de estas especies han sido caracterizadas isotópicamente. Utilizamos los isótopos estables para caracterizar estas cinco especies de erizos y establecer las posiciones tróficas para las especies que cohabitan los mismos ecosistemas. También cuantificamos la contribución de los recursos alimentarios para E. lucunter. Los erizos T. ventricosus y D. antillarum mostraron los mayores valores de δ15N y valores similares de δ13C que variaron desde -11.6 ± 0.63 a -10.4 ± 0.99 %; donde el erizo E. lucunter mostró los valores más negativos con -15.40 ± 0.76 %. Las comunidades de algas no mostraron diferencias en valores promedio de δ15N (F= 1.300, df= 3, p= 0.301), pero sí mostraron variaciones en los valores de δ13C (F= 7.410, df= 3, p= 0.001). Los estudios de amplitud de elipses de nicho determinaron que las especies de los biotopos rocosos (D. antillarum, E. lucunter y E. viridis) no mostraron solapamiento de nicho. Similar resultado también se encontró en las especies de erizos que habitan en los pastos marinos. Sin embargo, la distancia entre estas dos especies fue menor respecto a la distancia entre las especies de erizos que habitan en los sustratos rocosos. Nuestros resultados muestran que las especies que habitan en los pastos marinos mostraron valores más elevados de δ13C en comparación con las especies de los sustratos rocosos. No se encontraron diferencias espaciales para E. lucunter en δ15N, pero sí en δ13C. Los modelos de mezcla bayesianos demuestran la plasticidad alimentaria de E. lucunter, especie capaz de utilizar múltiples recursos algales dependiendo de la disponibilidad por sitio. Semejanzas en δ15N entre D. antillarum y T. ventricosus parecen indicar similitudes tróficas entre ambas especies. Si bien T. ventricosus es reconocido como omnívoro, D. antillarum siempre ha sido considerado un herbívoro generalista. Finalmente, la falta de solapamiento entre las especies en los dos biotopos parece indicar una estrategia de partición de recursos para evitar la competencia de nicho entre especies concurrentes.

AbstractThe species Echinometra lucunter, Echinometra viridis, Lytechinus variegatus, Tripneustes ventricosus, and Diadema antillarum are the most common sea urchins of littoral habitats in the Caribbean. T. ventricosus and L. variegatus are associated with seagrass beds, while the other three species usually inhabit hardground substrates. Food preferences of these species are well documented and they are commonly accepted as being primarily herbivorous-omnivorous; nevertheless, few of them have previously been characterized isotopically. We used this approach for assessing the isotopic characterization of five echinoids. We established the trophic position of two groups of co-occurring species and quantified the contribution of food resources in the diet of Echinometra lucunter, considered the most common sea urchin in the Caribbean region. The species T. ventricosus and D. antillarum showed the highest values of δ15N. Sea urchins exhibited similar values of δ13C varying from -11.6 ± 0.63 to -10.4 ± 0.99%. The echinoid E. lucunter displayed the lowest values of carbon, from -15.40 ± 0.76%. Significant differences among species were found for δ15N and δ13C. Seaweed communities exhibited no differences among sites for overall δ15N (F= 1.300, df= 3, p= 0.301), but we found spatial differences for δ13C (F= 7.410, df= 3, p= 0.001). The ellipse-based metrics of niche width analysis found that the hardground biotope species (D. antillarum, E. lucunter, and E. viridis) did not overlap each other. Similar results were obtained for the co-occurring species of the seagrass biotope; however, the distance between these species was closer than that of the hardground biotope species. The Bayesian mixing models run for E. lucunter at all four localities found differences in food resources contribution. The algae D. menstrualis, C. crassa and B. triquetrum dominated in CGD; whereas C. nitens, Gracilaria spp., and D. caribaea represented the main contributor algae to the diet of E. lucunter at LQY. In Culebra Island, no dominance of any particular algae was detected in TMD, where six of the eight species exhibited a similar contribution. Similarities in δ15N between D. antillarum and T. ventricosus may hint towards a similar trophic level for these species, although T. ventricosus is widely accepted as an omnivore, while D. antillarum is considered a generalist herbivore. The lack of overlap among species in the two biotopes seems to indicate a resource partitioning strategy to avoid niche competition among co-occurring species. Rev. Biol. Trop. 64 (2): 837-848. Epub 2016 June 01.

Use of food resuurces by detritivorous fish in floodplains: a syntheiis / El uso de los recursos alimenticios por peces detritívoros en planicies de inundación: una síntesis

The present review investigated the sources of energy for detritivorous fish species in floodplains. Recent studies have shown that environmental changes that alter the terrestrial vegetation affect essentially the resource base in these areas, such as the detritus. In aquatic environments, especially floodplains, a major part of metabolic processes is supported by terrestrial detritus, which accounts for maintaining the detritivorous food chain. Thus, one way to evaluate environments changes is through isotopic studies of organic matter, which allows acquiring information about the quantity and quality of organic matter. This approach is required for understanding the interactions between the organic matter dynamics and its ecological effects, allowing the monitoring of these resources. However, researches on the energy flow in food chains should also employ an approach that quantifies the magnitude of these food subsidies, as also the access routes of aquatic consumers, in watersheds of different sizes and in diverse land uses.

Esta revisión procuró investigar las fuentes de energía para las especies de peces detritívoras en la llanura de inundación. Los estudios han demostrado que las transformaciones ambientales que causan los cambios en la vegetación terrestre afectan principalmente la base de los recursos en estos planos inundables, tales como el detritus. En los ambientes acuáticos, especialmente las llanuras de inundación, la mayoría de los procesos metabólicos están sustentados por el detritus terrestre, y esta función es responsable de mantener las redes detritívoras. Una forma de evaluar estos cambios es a través de estudios isotópicos de la materia orgánica, los cuales permiten obtener información sobre su cantidad y su calidad mediante el análisis de la biomasa microbiana. Este enfoque es necesario para comprender las interacciones entre la dinámica de la materia orgánica y sus efectos ecológicos, lo que permite a su vez la valoración de estos recursos. Sin embargo, se concluye que los estudios futuros también deben cuantificar la magnitud de estos subsidios energéticos, asícomo las vías de acceso de los consumidores acuáticos, lo cual debe evaluarse en cuencas hidrográficas de diferentes tamaños y con diversos usos de la tierra.