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Cadeias alimentares do mar profundo Antártico: estudo dos fatores ecológicos e ambientais usando as regiões das Ilhas Sanduíche do Sul e Georgia do Sul como casos de estudo
No full textTese de Doutoramento em Biociências apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe Southern Ocean (SO) is a unique and extreme environment that is changing fast due to climate change, with shifts recorded from the surface to deep-sea ecosystems. By evolving in such a specific environment, SO biodiversity generally shows low capacity to cope with this changing environment. Like climate change, toothfish fisheries also pressure this ecosystem, especially deep-sea demersal communities where they operate, with these two factors having reciprocal/accumulating impacts. The SO deep-sea presents a major role on the World’s Ocean circulation and its biodiversity presents high levels of endemism. Nonetheless, it remains inadequately sampled, with the biodiversity and the influence of environmental conditions in these communities being poorly understood. This is off particular concern because deep-sea species have low productive life cycles, e.g. long lifespan, slow growth, and late maturation, which make them more vulnerable to disturbance. The way communities respond to climate change and fisheries depends on the food-web structure, with the food chain length being a feature that largely influences the response to these stressors. However, a lack of knowledge persists regarding the food-web structure of the SO deep-sea, especially when considering the demersal communities and the benthopelagic coupling. Therefore, this thesis, using the South Sandwich Islands (SSI) and South Georgia (SG) (Scotia Sea) as study regions, aims to study: 1) potential impacts of toothfish fisheries in the deep-sea communities at SSI and how climate change can impact this fishery; 2) the biogeography of bathyal communities at SSI; 3) the interannual variability in the food-web structure at SSI; and 4) the structure of the food-web in a latitudinal gradient at the Scotia Sea (from SSI to SG). Results show that toothfish fisheries are well managed and not substantially impacting the populations of target and non-target species at SSI. However, the influence of environmental conditions in the capture of these species indicate that this fishery will be potentially impacted by climate change in the future. Furthermore, this thesis shows that two main bathyal communities exist at SSI, one at north and one at south of Saunders Islands, with temperature and upwelling being the main environmental conditions influencing the biodiversity. Regarding the deep-sea food-webs at SSI and SG, both food-webs consist of five trophic levels, with a fourth trophic level mainly composed of fish and a third trophic level of cephalopods and crustaceans. The top predators at SSI deep-sea ecosystem are both Antarctic (Dissostichus mawsoni) and Patagonian toothfish (Dissostichus eleginoides), while at SG the highest trophic position belongs to the Bigeye grenadier (Macrourus holotrachys), though D. eleginoides also occupies the fifth trophic level in this archipelago. The benthopelagic coupling at SSI mainly occurs from the third to the fourth trophic level, while at SG both downward and upward exchanges continuously happen in these trophic levels. The food chain length varied between locations at the Scotia Sea, with the longest food-web being found in the northern area of the SSI, and between consecutive years. Interannual changes in the food chain length at SSI are driven by changes in the productivity at the archipelago. The influence of environmental conditions in fisheries, biogeography and food-web structure highlight the vulnerability of these deep-sea ecosystems to climate change. Predicted environmental changes for the SO suggest that deep-sea food-webs may be longer in the future. Longer food-webs are, among other things, less stable and recover slower from disturbance. Furthermore, higher assimilation losses and more fluctuations in populations of these communities are observed. Changes in the length of the food-web may also alter ecosystem processes, such as carbon and nutrient cycles, that can impact not only the SO but all the World oceans. This thesis provides critical scientific knowledge regarding the structure of SO deep-sea ecosystems of SSI and SG and how environmental conditions influence this structure and the toothfish fisheries in the SO, providing a better comprehension needed to sustainably manage and protect these ecosystems.O Oceano Austral (OA) é um ambiente único e extremo, que se está a alterar rapidamente, desde a superfície até ao mar profundo, devido às alterações climáticas. Tendo evoluído neste ambiente com características específicas, as espécies que habitam neste oceano apresentam baixa capacidade de adaptação às novas condições ambientais. Assim como as alterações climáticas, as pescas do bacalhau (Dissostichus spp.) também perturbam este ecossistema, e em particular as comunidades demersais de mar profundo onde operam. Desta forma, estes dois fatores têm impactos recíprocos/cumulativos nos ecossistemas de mar profundo do OA. Apesar de apresentar um papel fundamental na circulação oceânica global e uma biodiversidade com elevado endemismo, o mar profundo do OA permanece mal amostrado/caraterizado e identificado, estando a biodiversidade e a influência das condições ambientais nestas comunidades pouco estudadas. Esta falta de conhecimento é especialmente preocupante porque as espécies de mar profundo têm ciclos de vida pouco produtivos, como por exemplo longos ciclos de vida, crescimento lento e maturação tardia, tornando-as particularmente vulneráveis a perturbações externas. A resposta das comunidades às alterações climáticas e às pescas depende da estrutura da rede trófica, sendo o comprimento da cadeia alimentar fundamental a determinar esta resposta. Contudo, o conhecimento sobre a estrutura das redes tróficas de mar profundo do OA, especialmente considerando as comunidades demersais e a ligação bento-pelágica, permanece escaço. Usando as Ilhas Sanduíche do Sul (ISS) e a Geórgia do Sul (GS) (Mar de Escócia) como regiões de estudo, esta tese tem como objetivo estudar: 1) potenciais impactos das pescas do bacalhau nas comunidades demersais das ISS e o impacto das alterações climáticas nesta atividade; 2) a biogeografia das comunidades batiais das ISS; 3) a variabilidade interanual na estrutura da rede trófica nas ISS; e 4) a estrutura da rede trófica no Mar de Escócia num gradiente latitudinal das ISS à GS. Os resultados mostram que as pescas do bacalhau nas ISS são bem geridas e que não impactam as populações das espécies alvo e acessórias. No entanto, a influência ambiental na captura destas espécies indica que esta atividade será provavelmente afetada pelas alterações climáticas no futuro. Para além disso, a biodiversidade batial das ISS está dividida em duas comunidades principais, uma a norte e outra a sul da Ilha de Saunders, sendo a biogeografia do arquipélago influenciada pela temperatura e pelo afloramento de águas mais profundas. As redes tróficas de mar profundo nas ISS e na GS são compostas por cinco níveis tróficos, sendo que nas ISS os predadores de topo são o Bacalhau da Antártida (Dissostichus mawsoni) e da Patagónia (Dissostichus eleginoides), enquanto na GS esta posição pertence ao Granadeiro de Olhos Grandes (Macrourus holotrachys), embora o D. eleginoides também ocupe o quinto nível trófico. Em ambos os arquipélagos, o quarto nível trófico é composto maioritariamente por peixes e o terceiro por cefalópodes e crustáceos. A ligação bento-pelágica nas ISS ocorre principalmente do terceiro para o quarto nível trófico, enquanto na GS esta conexão ocorre simultaneamente entre e em ambos os níveis tróficos. Os resultados mostram uma variação interanual do comprimento da cadeia alimentar nas ISS, mas também nas diferentes áreas do Mar da Escócia com a zona norte das ISS a apresentar a cadeia mais comprida e a GS a cadeia mais curta. As alterações interanuais do comprimento da cadeia alimentar nas ilhas ISS estão relacionadas com a produtividade no arquipélago. A influência das condições ambientais na pesca, biogeografia e estrutura da rede trófica realçam a vulnerabilidade do mar profundo do OA perante as alterações climáticas. Estas mesmas alterações previstas para o OA sugerem que as redes tróficas de mar profundo irão ser mais compridas no futuro. Cadeias alimentares mais longas são, por exemplo, menos estáveis e recuperam mais lentamente de perturbações, mas também têm maiores perdas de assimilação e são observadas mais flutuações nas populações destas comunidades. Além disso, mudanças no comprimento da rede trófica pode alterar processos do ecossistema, como os ciclos de carbono e nutrientes, que podem afetar, não só o OA, mas também impactar todos os oceanos do mundo. Esta tese produz conhecimento científico importante sobre a estrutura dos ecossistemas de mar profundo do OA nas ISS e GS e como esta mesma estrutura e as pescas do bacalhau são influenciadas pelas condições ambientais, proporcionando um maior conhecimento necessário para a gestão sustentável e a proteção destes ecossistemas.FCTOutro - COVID/BD/153444/2024
Bolsa de 2 meses atribuida pela Fundação para a Ciência e Tecnologia sobre o programa "Bolsas excecionais de mitigação dos impactos da Covid-19 nas atividades de investigação
Papel da IL-4 na maturação e função do circuito do cerebelo: implicações para doenças neuropsiquiátricas
No full textTese de Doutoramento em Biociências apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaMicroglia are currently known to play an essential role in the development and establishment of neuronal circuits, either through synaptic pruning, neuronal precursor modulation or the removal of surplus neurons. These cells present a heterogeneous population, especially during development, with morphological and functional changes between different brain regions. Microglia are sensitive to peripheral cytokines that, during immune dysfunction, can influence microglia function throughout development, leading to lasting alterations in brain connectivity and behavior. In this context, while the effect of type 1 cytokines (associated with infection) has been largely studied, the effect of type 2 cytokines (associated with allergy and atopy) is mostly unknown. Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is characterized by hyperactive/impulsive behavior and inattention. Epidemiological studies have shown that the risk for ADHD development is strongly associated with the presence of atopic conditions or allergic asthma. As these immune system pathologies are mediated by type 2 cytokines, the aim of this work is to understand how IL-4, a central mediator of these immune responses, can perturb brain developmental programs through its impact on microglia.Our results show that during cerebellar postnatal development IL-4 defines a critical period of neuronal pruning. An increase in IL-4 levels during this time window can trigger permanent alterations in cerebellar circuitry, leading to hyperactive and impulsive behaviors. However, IL-4 receptor deletion in microglia, through the usage of Il4rafl/fl::Cx3cr1-CreER animals, is sufficient to prevent these behavioral alterations. These results demonstrate a role for IL-4 during cerebellar development and establish a new mouse model of ADHD that clarifies the mechanistic link between ADHD and allergies.The short- and long-term effects of postnatal IL-4 administration on microglia of the cerebellum and prefrontal cortex, two regions with a strong connection with ADHD, were also evaluated. Here, despite a lack of microglia morphological changes immediately after IL-4 administration, there was a reduction in the density of these cells in the cerebellum, while the phagocytic capability of microglia of both regions was also affected. In adult animals, microglia of both regions presented hypo-ramification and an increase in density, demonstrating the long-term effects of IL-4 on microglia of regions linked to ADHD. In the scope of this thesis, the role of cerebellar innervation of the ventral tegmental area was also assessed, a possible pathway for the impact of the cerebellum in ADHD phenotypes via dopaminergic release in the prefrontal cortex. To this end, we employed the dLight probe to measure dopamine levels in this region while also performing a volumetric study of the brain in IL-4 administered animals. Our results point to possible dopaminergic dysfunction in the cortex as well as regional volumetric alterations in animals with increased postnatal IL-4 signaling.Together, our research established a new neuroimmune interaction during a critical period of brain development that provides a mechanistic link between allergies and ADHD, paving the way for future research on new therapeutic and preventive approaches for this condition.A microglia é atualmente reconhecida por desempenhar um papel essencial no desenvolvimento e estabelecimento de circuitos cerebrais, através da “poda” de sinapses, da modulação do número de precursores neuronais ou da remoção de neurónios excedentários. Estas células apresentam-se como uma população heterogénea, especialmente durante o desenvolvimento, sendo possível observar variações na sua morfologia e função entre diferentes regiões cerebrais. A microglia é também sensível a citocinas periféricas que no decorrer de disfunção imune podem influenciar a função da microglia durante o desenvolvimento, levando a alterações na conectividade cerebral e comportamento. Neste contexto, embora o efeito das citocinas tipo 1 (associadas a infeções) na microglia tenha já sido bastante estudado, o efeito das citocinas tipo 2 (associadas a alergia e atopia) nestas células é maioritariamente desconhecido. A Perturbação de Hiperatividade/Défice de Atenção (PHDA) é caracterizada por comportamentos hiperativos/impulsivos e falta de atenção. Estudos epidemiológicos mostram também que o risco para desenvolver PHDA está fortemente associado à presença de doença atópica ou asma alérgico. Dado que estas patologias do sistema imune são mediadas por citoquinas tipo 2, este trabalho tem por objetivo perceber como a IL-4, um agente central nesta resposta imune, pode perturbar os programas de desenvolvimento cerebral através das células da microglia.Os nossos resultados mostram que durante o desenvolvimento cerebelar pós-natal, a IL-4 define um período crítico de pruning neuronal. Dentro deste período crítico, se os níveis de IL-4 aumentam, ocorrem alterações permanentes nos circuitos do cerebelo, levando a comportamentos de hiperatividade e impulsividade. Contudo, a deleção do recetor da IL-4 na microglia, através de animais Il4rafl/fl::Cx3cr1-CreER, impede estas alterações de comportamento. Estes resultados demonstram um papel da IL-4 durante o desenvolvimento cerebelar e estabelecem um modelo animal de PHDA que clarifica a ligação mecanística entre PHDA e alergias.Os efeitos a curto e longo prazo da administração pós-natal de IL-4 na microglia do cerebelo e do córtex pré-frontal, duas regiões com uma forte ligação à PHDA, foram também avaliados. Observámos que, apesar da microglia não sofrer alterações morfológicas imediatamente a seguir ao estímulo com IL-4, a densidade destas células no cerebelo diminuiu, e a sua capacidade fagocítica em ambas as regiões foi afetada. Em animais adultos, a microglia apresentou-se hipo-ramificada e com um aumento de densidade em ambas as regiões, demonstrando assim os efeitos a longo prazo da IL-4 na microglia de regiões relacionadas com PHDA.No âmbito desta tese foi ainda investigado o papel da inervação da área ventral tegmental pelo cerebelo, uma potencial via pela qual o cerebelo pode influenciar os fenótipos de PHDA através da libertação de dopamina no córtex pré-frontal. Para este fim utilizámos a sonda dLight para medir níveis de sinalização de dopamina nesta região, bem como ressonância magnética para realizar um estudo volumétrico do cérebro de animais estimulados com IL-4. Os nossos resultados apontam para possíveis perturbações dopaminérgicas no córtex e para alterações regionais na volumetria nos animais sujeitos a elevação de sinalização de IL-4 pós-natal.Em suma, a nossa investigação estabelece uma nova interação neuroimune durante um período crítico do desenvolvimento e providencia uma ligação mecanística entre alergias e PHDA, abrindo um caminho para a investigação de novas abordagens terapêuticas e preventivas para esta condição.FC
Multivariate analysis of waste water from a pulp and paper industry
No full textDissertação de Mestrado em Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe study and treatment of industrial effluents represent one of the great challenges worldwide. The implementation of adequate industrial effluent treatment systems, as well as their monitoring, implies an environmental awareness that aligns with the UN's Sustainable Development Goals (SDGs) for 2030. However, the growing amount of data to be analyzed by industries requires the implementation of practical, robust, and effective methodologies for analyzing multivariate data sets.In this context, unsupervised machine learning techniques, such as Principal Component Analysis (PCA) and Hierarchical Cluster Analysis (HCA), play a crucial role. These techniques allow the identification of hidden patterns and relationships in the data, which are essential for optimizing effluent treatment and monitoring processes. The application of these methodologies can lead to more efficient and sustainable management of water resources, aligning with current environmental and regulatory requirements.Therefore, this dissertation aims to analyze the overall effluent system of a pulp and paper industry, as well as the latest changes implemented in the effluent treatment carried out at the Wastewater Treatment Plant (WWTP) of the factory. Unsupervised machine learning techniques allowed a systematic evaluation of the data, providing valuable insights for the continuous improvement of effluent treatment processes and the environmental sustainability of the industry.The first phase of the study focused on characterizing the overall system of industrial effluents, consisting of 15 distinct partial effluents. It was possible to identify Chemical Oxygen Demand (COD), Color, and Conductivity as the variables that best characterize the partial effluents under analysis. The correlations established between the variables (i) Color and COD and (ii) Conductivity and Sodium Content are the most influential on the behavior of the effluents.The second phase of the study allowed evaluating the impact of applying either a conventional activated sludge treatment and a treatment based on Membrane Bioreactor (MBR) technology on the treated effluent, with the MBR treatment proving to be more effective in removing organic matter and suspended solids.The application of unsupervised machine learning techniques proved to be an asset for this paper industry, as: (i) the obtained results provide important information for understanding the industrial process concerning the generated effluents; (ii) it was possible to isolate and highlight factors that could be manipulated to achieve more sustainable processes; (iii) opportunities for future studies and possible metrics for effluent reuse were created; and (iv) it was possible to explain in a simple and intuitive way how the changes implemented in the production section can affect the effluents and their physicochemical characterization.O estudo e tratamento de efluentes industriais representa um dos grandes desafios do mundo atual. A implementação de sistemas de tratamento de efluentes industriais adequados, bem como a monitorização dos mesmos, implica uma consciencialização ambiental que está em linha com os ODS da ONU para o ano 2030. No entanto, o crescente número de dados para analisar por parte das indústrias requer a implementação de metodologias práticas, robustas e eficazes na análise de conjuntos de dados multivariados. Neste contexto, as técnicas de aprendizagem computacional não supervisionadas, como a Análise de Componentes Principais e a Análise Hierárquica de Agrupamento, desempenham um papel crucial. Estas técnicas permitem identificar padrões e relações ocultas nos dados, que são essenciais para otimizar os processos de tratamento e monitorização de efluentes. A aplicação destas metodologias pode conduzir a uma gestão mais eficiente e sustentável dos recursos hídricos, alinhando-se com as exigências ambientais e regulamentares atuais.Desta forma, esta dissertação tem como objetivos analisar o sistema global de efluentes de uma indústria de pasta de papel, bem como as mais recentes alterações implementadas no tratamento de efluentes realizado na Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) da fábrica. As técnicas de aprendizagem computacional não supervisionada permitiram uma avaliação sistemática dos dados, fornecendo indicações valiosas para a melhoria contínua dos processos de tratamento de efluentes e para a sustentabilidade ambiental da indústria. A primeira fase do estudo centrou-se na caracterização do sistema global de efluentes industriais, constituído por 15 efluentes parciais distintos. Foi possível identificar a Carência Química de Oxigénio (CQO), Cor e Condutividade como as variáveis que melhor caracterizam os efluentes parciais em análise. As correlações estabelecidas entre as variáveis (i) Cor e CQO e (ii) Condutividade e Teor em Sódio são as que mais influenciam o comportamento dos efluentes. A segunda fase do estudo permitiu avaliar o impacto da aplicação de um tratamento convencional por lamas ativadas ou um tratamento baseado na tecnologia de bioreactor com membrana (em inglês Membrane Bioreactor -MBR) no efluente tratado., sendo que o tratamento MBR revelou ser mais eficaz na remoção de matéria orgânica e sólidos em suspensão. A aplicação das técnicas de aprendizagem computacional não supervisionada revelou ser uma mais valia para esta indústria de pasta de papel, uma vez que: (i) os resultados obtidos fornecem informações importantes para a compreensão do processo industrial no que concerne aos efluentes gerados; 10(ii) foi possível isolar e destacar fatores que poderão ser manipulados para o alcance de processos mais sustentáveis; (iii) foram criadas oportunidades para estudos futuros e possíveis métricas de reaproveitamento dos efluentes e (iv) foi possível explicar de uma forma simples e intuitiva de que forma as alterações implementadas na secção de produção podem afetar os efluentes e a sua caracterização físico-química
Alterações da plasticidade sináptica e memória no envelhecimento e na doença de Alzheimer: o papel dos recetores A2A da adenosina
No full textDissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe lifespan of the human population has been steadily on the rise for several years, with a 20-year increase from 1960 to the present day. With aging, various health problems arise, with memory loss being one of the most prevalent. This mnemonic decline has been associated with deterioration in hippocampal synaptic plasticity, particularly in long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD), with pathologies such as Alzheimer's disease (AD) showing synaptic deficits at an early stage. In AD there is an increase in extracellular levels of adenosine, a neuromodulator that plays a vital role in memory processing through its inhibitory A1 receptor (A1R) and facilitatory A2A receptor (A2AR), and the overexpression of the latter is sufficient to cause mnemonic damage, while its blockade is capable of reversing this damage. Extracellular adenosine is mostly derived from the processing of adenosine 5’-triphosphate (ATP) released during brain activity, with the vesicular nucleotide transporter (VNUT) regulating the storage of this ATP in synaptic vesicles and its frequency-dependent release, and the equilibrative nucleoside transporter 1 (ENT1) modulating the availability of adenosine through the transport across the membrane.The aim of this study was to assess the impact of A2AR on aging and in AD. Furthermore, since available extracellular adenosine is dependent on the activity of both ENT1 and VNUT, we also probed for alterations in these two transporters after the induction of AD-like conditions.Using adult (12-months-old) and aged (24-months-old) mice, we observed that genetically eliminating A2AR in forebrain neurons had a minimal impact on memory and synaptic plasticity in these animals. However, in a mouse model of AD obtained through intracerebroventricular (I.C.V.) injection with oligomeric Aβ1-42, considered a culprit agent for AD onset, removing A2AR from the hippocampus normalized synaptic plasticity. Regarding ENT1, its inhibition leads to disturbances in LTP, regardless of age and the presence/absence of A2AR. Moreover, in AD conditions, ENT1 density was found to be increased. Conversely, there was a decrease in VNUT levels in our AD mouse model.Taken together, these results provide new insights into the complex role of A2AR in memory and synaptic plasticity, emphasizing that its dysfunction is particularly pronounced under conditions of neuronal insult and is not specifically influenced by aging itself, as well as highlighting the importance of ENT1 and VNUT as possible key players in synaptic dysregulation.A esperança de vida da população humana tem aumentado de forma constante desde há vários anos, com um incremento de 20 anos desde 1960 até aos dias de hoje. Com o envelhecimento surgem vários problemas de saúde, sendo um dos mais prevalentes a perda de memória. Este declínio mnemónico tem sido associado a uma deterioração da plasticidade sináptica do hipocampo, em particular da potenciação a longo prazo (LTP) e da depressão a longo prazo (LTD), com patologias como a doença de Alzheimer (DA) apresentando défices sinápticos numa fase precoce. Na DA há um aumento dos níveis extracelulares de adenosina, um neuromodulador que desempenha um papel vital no processamento da memória através do seu recetor inibitório A1 (A1R) e do recetor excitatório A2A (A2AR), sendo que a sobreexpressão deste último é suficiente para causar danos mnemónicos, enquanto o seu bloqueio é capaz de os reverter. A adenosina extracelular é maioritariamente derivada do processamento da adenosina 5’-trifosfatoo (ATP) libertado durante a atividade cerebral, sendo que o transportador vesicular de nucleótidos (VNUT) regula o armazenamento deste ATP nas vesículas sinápticas e a sua libertação dependente da frequência, e o transportador equilibrativo de nucleósidos 1 (ENT1) modula a disponibilidade de adenosina através do seu transporte membranar.O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto do A2AR no envelhecimento e na DA. Além disso, uma vez que a adenosina extracelular disponível depende da atividade dos ENT1 e dos VNUT, procurámos também detetar alterações nestes dois transportadores após a indução de condições semelhantes à DA. Utilizando murganhos adultos (12 meses de idade) e idosos (24 meses de idade), observámos que a eliminação genética do A2AR nos neurónios do prosencéfalo teve um impacto mínimo na memória e na plasticidade sináptica destes animais. No entanto, num modelo de murganho da DA obtido através de uma injeção intracerebroventricular (I.C.V.) com Aβ1-42 oligomérico, considerado um agente culpado pelo aparecimento da DA, a remoção de A2AR do hipocampo normalizou a plasticidade sináptica. Relativamente à ENT1, a sua inibição leva a perturbações na LTP, independentemente da idade e da presença/ausência de A2AR. Além disso, em condições de AD, a densidade de ENT1 foi encontrada aumentada. Por outro lado, verificou-se uma diminuição dos níveis de VNUT no nosso modelo de murganho com DA.Em conjunto, estes resultados fornecem novos conhecimentos sobre o papel complexo do A2AR na memória e plasticidade sináptica, sublinhando que a sua disfunção é particularmente pronunciada em condições de insulto neuronal, não sendo especificamente influenciada pelo envelhecimento, e destacando a importância do ENT1 e VNUT como possíveis actores-chave na desregulação sináptica.FC
Sistema inovador, prático e sustentável para o controlo de nemátodes parasitas de plantas na agricultura convencional e familiar
No full textDissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaRoot-knot nematodes (RKN, Meloidogyne spp.) are the most widespread and economically significant plant-parasitic nematodes, causing a large part of the annual $100 billion losses attributed to nematode damage. Due to their economic impact, sustainable management strategies are crucial. While chemical control is effective and durable, many chemicals have been withdrawn from the market in the past 20 years due to environmental and health concerns. Agro-industrial residues, such as walnut husks and leaves containing naphthoquinones, are promising bionematicides. Specifically, 1,4-naphthoquinone (1,4-NTQ) showed potential as a substitute for synthetic nematicides. Additionally, Vicia faba byproducts, known for their antioxidant, anti-acetylcholinesterase, and nematostatic properties, contain numerous phenolic compounds, making them another potential option for RKN management. The plant protection bag aims design a biodegradable bionematicide release system, for RKN management combining bionematicides and biopolymer engineering with recyclable paper, to protect the root system at plant transplantation, preventing RKN infection and allowing the normal growth of the plants. One of the goals of this work was to valorise agricultural residues for their potential nematocidal and polymeric properties. Polymeric formulations were tested in the form of coated recycled paper films, and the most promising were chosen for a further characterization: Sa3P2L, Sa1CaF and Sa1CaC2FS. From pot assays, the selected plant protection bags, with the 1,4-NTQ bionematicide, showed to have an impact on RKN development. Sa3P2L proved to be the best formulation, significantly reducing RKN infection inside and outside the bag and affecting the number of eggs/egg mass. In addition, Sa3P2L showed superior degradability to the other formulations and total kinetic release of 1,4-NTQ, making it the most promising formulation for RKN control.Os nemátodes das galhas radiculares (NGR, Meloidogyne spp.) são os nemátodes parasitas de plantas mais disseminados e com maior impacto económico, sendo responsáveis por grande parte das perdas anuais de 100 mil milhões de dólares. Devido ao seu impacto económico, as estratégias de gestão sustentável são cruciais. Embora o controlo químico seja eficaz e duradouro, muitos produtos químicos foram retirados do mercado nos últimos 20 anos, devido a preocupações ambientais e de saúde humana. Os resíduos agro-industriais, como as cascas de noz e as folhas que contêm naftoquinonas (NTQ), são bionematodicidas promissores. Especificamente, a 1,4-naftoquinona (1,4-NTQ) mostrou ter potencial para substituir os nematodicidas sintéticos. Além disso, os subprodutos da Vicia faba, conhecidos pelas suas propriedades antioxidantes, anti-acetilcolinesterase e nematostáticas, contêm numerosos compostos fenólicos, o que os torna numa potencial opção para a gestão de NGR. O saco protetor de plantas visa constituir um sistema biodegradável de libertação de bionematodicidas, para a gestão de NGR, combinando bionematodicidas e engenharia de biopolímeros, com papel reciclável, para proteger o sistema radicular no momento da transplantação das plantas, evitando a infeção por NGR e permitindo o crescimento normal das plantas. Um dos objetivos deste trabalho foi a valorização de resíduos agrícolas, pelas suas potenciais propriedades nematodicidas e poliméricas. As formulações poliméricas foram testadas sob a forma de folhas de papel reciclado revestido, e as mais promissoras foram escolhidas para uma caraterização mais aprofundada: SaP2L, Sa1CaF e Sa1CaC2FS. Nos ensaios em vaso, os sacos de proteção de plantas selecionados e com o bionematicida (1,4-NTQ) mostraram ter um impacto no desenvolvimento dos NGR. A formulação Sa3P2L provou ser a melhor, reduzindo significativamente a infeção por NGR dentro e fora do saco e afetando o número de ovos produzidos por massa de ovos. Além disso, a Sa3P2L demonstrou degradar-se mais facilmente em comparação com as outras formulações e apresentar uma melhor cinética de libertação da 1,4-NTQ, tornando-a a formulação mais promissora para o controlo de NGR.FCTFCTUniversidade de Coimbra - SeedProjects@UC - Natural Resources, Agrifood and Environmen
Caracterização do papel fisiológico do eixo IL-4/IL4Rα na microglia durante o desenvolvimento pós-natal do cerebelo
No full textDissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA IL-4 é uma citoquina do tipo II envolvida em processos como a diferenciação de linfócitos Th2, ativação de linfócitos B, “class switching” de anticorpos e respostas alérgicas. A IL-4 liga-se a um dos seus dois recetores que apresentam uma cadeia α (IL4Rα). No cérebro, foi demonstrado que a IL-4 é neuroprotetora, regula a aprendizagem e memória e modula a atividade da microglia. A microglia são os macrófagos do parênquima cerebral e estão envolvidas numa ampla gama de processos, incluindo o refinamento dos circuitos neuronais durante o desenvolvimento através da eliminação de neurónios e sinapses. No cerebelo, a microglia apresenta um fenótipo fagocítico aumentado quando comparada com outras regiões do cérebro.O nosso laboratório demonstrou recentemente que, em murganhos, a administração periférica de IL-4 na segunda semana pós-natal (que mimetiza alergias precoces) resulta na redução da eliminação de neurónios pela microglia no cerebelo, aumento da densidade de células granulares, disfunção dos circuitos e comportamentos reminiscentes de Perturbação de Hiperatividade/Défice de Atenção (PHDA). Estas alterações não foram observadas em ratinhos sem sinalização através do recetor IL4Rα na microglia, o que sugere que estas células são alvos primordiais da IL-4 durante a maturação pós-natal do cerebelo. Com base nesta evidência, este trabalho teve como principal objetivo estudar o papel fisiológico do eixo IL-4/IL4Rα na microglia durante o desenvolvimento pós-natal do cerebelo.Aqui foi mostrado, em murganhos, que microglia que não tem sinalização via IL4Rα apresentaram um programa de desenvolvimento diferente, caracterizado por migração e maturação atrasadas e um aumento da percentagem destas células que têm estruturas fagocíticas durante a segunda semana pós-natal no cerebelo. Juntamente com dados anteriores, estes resultados sugerem fortemente que a sinalização da IL-4 na microglia é crítica para a definição do seu fenótipo fagocítico durante o período crítico e sensível a alergias de maturação desta região do cérebro. No entanto, não foram observadas alterações na densidade de células granulares, indicando que outros mecanismos serão necessários para definir o desenvolvimento destes neurónios em condições não alérgicas. Considerando que há uma comorbilidade entre as alergias e a PHDA em humanos, este trabalho irá contribuir para uma maior compreensão de como a IL-4 regula a maturação do cerebelo no período pós-natal e ajudará a desvendar os mecanismos que explicam como é que as alergias precoces podem constituir um fator de risco para o desenvolvimento da PHDA.IL-4 is a type II cytokine involved in processes such as T helper 2 lymphocyte differentiation, B cell activation, antibody class switching and allergic responses. This occurs through the binding to one of its 2 receptors, both of which share the IL-4 receptor α-chain (IL4Rα). In the brain, IL-4 has been shown to be neuroprotective, to regulate learning and memory and to modulate microglia activity. Microglia are the macrophages of the brain parenchyma and are involved in a wide range of processes including circuit refinement through neuronal and synaptic pruning during development. In the cerebellum, microglia are considered a unique population, showing an increased phagocytic phenotype that, during postnatal development, take part in clearing apoptotic Purkinje cell bodies and eliminating excessive climbing fibers. Our lab recently demonstrated that, in mice, IL-4 peripheral administration in the second postnatal week (which mimics early-life allergies and induces a premature increase in IL-4 levels) results in reduced neuronal pruning by microglia in the cerebellum, increased density of granule cells (GCs), circuit dysfunction and behaviors reminiscent of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD). These alterations were not observed in mice lacking IL4Rα signaling in microglia, suggesting that these cells are primary targets of IL-4 during postnatal cerebellar maturation. Based on this evidence, this work aimed to study the physiological role of the IL-4/IL4Rα axis in microglia during postnatal cerebellar development. Here we showed that mice lacking IL4Rα signaling in microglia presented a different microglial developmental program characterized by delayed migration, maturation and increased percentage of microglia with phagocytic cups during the second postnatal week of development of the cerebellum. Together with our previous data, these results strongly suggest that IL-4 signaling in microglia is critical in defining their phagocytic phenotype during the allergy-sensitive neuroimmune critical period of cerebellar maturation. However, in this model and at the timepoints analyzed, no alterations were observed in the density of GCs, indicating that other mechanisms may take place in setting the wiring of these neurons in non-allergic conditions. Considering that allergies and ADHD share a strong comorbidity in humans, this work contributes to further understand how IL-4 regulates the postnatal maturation of the cerebellum and paves the way to define the mechanisms underlying how early-life allergies can constitute a risk factor for the development of ADHD.FC
Impacto das características do local de nidificação no stress térmico e no sucesso reprodutivo da Gaivota-de-audouin (Ichthyaetus audouinii)
No full textDissertação de Mestrado em Ecologia apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEnvironmental changes, such as the increase in global average temperature, modify the dynamics of bird nest-site selection. Seabirds nesting in exposed habitats can suffer from heat stress during the breeding season, which may affect breeding success and subsequently negatively impact population demography. Therefore, an important characteristic in determining the suitability of breeding habitats for ground-nesting seabirds is their vegetation cover. In this study, we evaluated the role of vegetation cover of nesting grounds in the breeding performance of Ichthyaetus audouinii (Audouin’s Gull) and the body condition of their chicks on Deserta Island, Algarve. Sampling squares were used to measure the percentage cover of live vegetation in three different areas used by this gull species (high, medium, and low vegetation cover). We monitored the laying date, measured egg volume, and assessed hatching success and chick survival up to the fifth day of age. We also evaluated chick growth and their tick infestation rates, comparing incubation temperature and physiological stress in parents (assessed through heart rate) using egg dummies, and haematological and biochemical parameters in chicks. The area classified as having high vegetation cover had approximately twice the coverage compared to areas with medium and low vegetation cover, as well as a higher percentage of live vegetation and a lower percentage of dead vegetation. In the low vegetation cover area, eggs were laid later, hatching success was lower, and the survival rate of chicks up to the fifth day was also lower compared to the other two areas. Adults' heart rates during incubation were higher in the medium vegetation cover area and were particularly affected by ambient temperature. Incubation absence periods were significantly affected by vegetation cover and its interaction with ambient temperature. In medium vegetation cover areas, parents were absent less frequently, but the absences were longer and increased with ambient temperature. In low vegetation cover areas, parents had more absences as ambient temperature increased. During incubation absence periods, especially when ambient temperature increased, the mean egg temperature was significantly higher in low vegetation cover areas. Also, the first hatched chicks from nests from the medium vegetation cover area showed a higher number of nuclear anomalities in immature erythrocytes compared to chicks from the high vegetation cover area. There were no significant differences in either the prevalence or the intensity of ticks between areas with high and medium vegetation cover. Overall, this study highlights3the importance of vegetation cover as a crucial environmental factor influencing trade-offs between ectoparasitism and the reproductive performance of Audouin's Gulls and provides valuable information for the conservation of seabirds nesting in coastal areas subject to high thermal stress.As alterações ambientais, como o aumento da temperatura média global, modificam a dinâmica da seleção de locais de nidificação das aves. As aves marinhas que nidificam em habitats expostos podem sofrer de stress térmico durante a época de reprodução, o que pode afetar o sucesso reprodutivo e, subsequentemente, impactar negativamente a demografia populacional. Portanto, uma característica importante na determinação da adequação dos habitats de reprodução para aves marinhas que nidificam no solo é a cobertura vegetal. Neste estudo, avaliámos o papel da cobertura vegetal dos locais de nidificação no desempenho reprodutivo de Ichthyaetus audouinii (Gaivota-de-audouin) e na condição corporal das suas crias na Ilha Deserta, Algarve. Quadrados de amostragem foram utilizados para medir a percentagem de cobertura de vegetação viva em três áreas diferentes utilizadas por esta espécie de gaivota (alta, média e baixa cobertura vegetal). Monitorizámos a data de postura, medimos o volume dos ovos e avaliámos o sucesso de eclosão e a sobrevivência das crias até ao quinto dia de idade. Também avaliámos o crescimento das crias e as suas taxas de infestação por carraças, comparando a temperatura de incubação e o stress fisiológico dos progenitores (avaliado através da frequência cardíaca) utilizando ovos falsos, bem como parâmetros hematológicos e bioquímicos nas crias entre áreas. A área classificada como tendo alta cobertura vegetal tinha aproximadamente o dobro da cobertura em comparação com as áreas de média e baixa cobertura vegetal, além de uma maior percentagem de vegetação viva e uma menor percentagem de vegetação morta. Na área de baixa cobertura vegetal, os ovos foram postos mais tarde, o sucesso de eclosão foi menor e a taxa de sobrevivência das crias até ao quinto dia também foi inferior em comparação com as outras duas áreas. As frequências cardíacas dos adultos durante a incubação foram mais elevadas na área de cobertura vegetal média e foram particularmente afetadas pela temperatura ambiente. Os períodos de ausência durante a incubação foram significativamente afetados pela cobertura vegetal e pela sua interação com a temperatura ambiente. Nas áreas de cobertura vegetal média, os progenitores estavam ausentes com menor frequência, mas as ausências eram mais longas e aumentavam com a temperatura ambiente. Nas áreas de baixa cobertura vegetal, os progenitores apresentavam mais ausências à medida que a temperatura ambiente aumentava. Durante os períodos de ausência da incubação, especialmente quando a temperatura ambiente aumentava, a temperatura média dos ovos5foi significativamente mais alta nas áreas de baixa cobertura vegetal. As primeiras crias nascidas de ninhos na área de cobertura vegetal média apresentaram um maior número de anomalias nucleares em eritrócitos imaturos em comparação com as crias da área de alta cobertura vegetal. Não houve diferenças significativas na prevalência ou intensidade de carraças entre áreas com alta e média cobertura vegetal. Em geral, este estudo destaca a importância da cobertura vegetal como um fator ambiental crucial que influencia os trade-offs entre ectoparasitismo e o desempenho reprodutivo das Gaivotas-de-Audouin e fornece informações valiosas para a conservação das aves marinhas que nidificam em áreas costeiras sujeitas a elevado stress térmico.Outro - LIFE Ilhas Barreira project (LIFE18 NAT/PT/000927
Aplicação de Polianilina como Adsorvente e Fotocatalisador para a Remoção de Parabenos de Águas Residuais
No full textDissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe increasing detection of water contaminants is directly related to population growth and industrial development. Contaminants in trace amounts in wastewater (WW) are continuously detected in various water sources due to the daily use of products containing these compounds. These compounds are called contaminants of emerging concern (CEC). Although their concentrations are low, these pollutants harm the environment, affecting aquatic organisms and humans. The reduced quality and quantity of available water make it essential to properly remove these contaminants from effluents. Indeed, when looking for water circularity, it is essential to look to WW as an alternative water source, implying that the treated water must present high quality. The updated urban WW directive will obligate WW treatment plants to be provided with quaternary treatment processes able to remove CECs. In this context, the incorporation of advanced oxidation processes emerges as a promising alternative. Photocatalytic oxidation is an interesting option due to its simplicity, low process cost, and ease of scale-up to industrial levels. This technology usually uses TiO2 as a photocatalyst. To overcome the disadvantages associated with using TiO2, this study focused on developing a conductive polymer, polyaniline (PANI), to remove a mixture of parabens from WW.The PANI studied was synthesized by chemical oxidative polymerization. Using 13 M HCl as a dopant, the preparation conditions were optimized, such as washing solution composition, molar ratio between ammonium peroxodisulfate (APS) and aniline (An), and drying method. All synthesized samples were characterized by FTIR, confirming the formation of emeraldine salt. Its performance as an adsorbent was not affected by variations in the washing and drying methods, nor by changes in the molar ratio between APS and An, achieving removal efficiencies of 70%, 80%, and 90% for methylparaben (MP), ethylparaben (EP), and propylparaben (PP), respectively. The drying method negatively affected the photocatalytic performance, with air-dried PANI showing the best results. The synthesis of PANI with an equimolar ratio between APS and An, washed with 1000 mL of ultrapure water and air-dried, achieved the best photocatalytic performance, with a band gap of 2.30 eV. The polymerization yield for PANI, under these optimal conditions, was 29.1%.Hydroquinone is formed during the photocatalytic process, resulting from PANI's photolysis and primarily from the photodegradation of parabens adsorbed on the catalyst’s surface. Photodegradation allows the material to self-regenerate, enabling its reuse. From the first to the second adsorption-photocatalysis cycle, PANI lost 30% of its removal efficiency for MP and 20% for EP and PP. Additionally, adsorption tests at pH levels above, below, and at PANI’s isoelectric point (pH 3.5) demonstrated that the adsorption mechanism for parabens is not electrostatic.O aumento da deteção de contaminantes na água está diretamente relacionado com o crescimento populacional e o desenvolvimento industrial. Contaminantes em quantidades residuais em águas residuais são continuamente detetados em várias fontes de água, devido ao uso diário de produtos que contêm esses compostos. Esses compostos são designados de contaminantes de preocupação emergentes (CEC). Embora as suas concentrações sejam baixas, esses poluentes prejudicam o meio ambiente, afetando organismos aquáticos e humanos. Com a redução da qualidade e quantidade de água disponível, é essencial garantir a remoção adequada desses contaminantes dos efluentes. De facto, ao procurar a circularidade da água, é fundamental considerar as águas residuais como uma fonte alternativa de água, o que implica que a água tratada deve apresentar alta qualidade. A nova diretiva de águas residuais urbana obrigará as estações de tratamento de águas residuais a serem equipadas com processos de tratamento quaternário capazes de remover CECs. Nesse contexto, a incorporação de processos de oxidação avançada surge como uma alternativa promissora. A oxidação fotocatalítica é uma opção interessante devido à simplicidade e baixo custo do processo, bem como à facilidade de ampliação em escala industrial. Essa tecnologia geralmente utiliza TiO2 como fotocatalisador. Para superar as desvantagens associadas ao seu uso, este estudo focou-se no desenvolvimento de um polímero condutor, a polianilina (PANI), para remover uma mistura de parabenos das águas residuais. A PANI estudada foi sintetizada por polimerização oxidativa química. Utilizando HCl 13 M como dopante, as condições de preparação foram otimizadas, como a composição da solução de lavagem, a razão molar entre peroxidissulfato de amónio (APS) e anilina (An) e o método de secagem. Todas as amostras sintetizadas foram caracterizadas por FTIR, confirmando a formação de sal de esmeraldina. O seu desempenho como adsorvente não foi afetado por variações nos métodos de lavagem e secagem, nem por alterações na razão molar entre APS e An, alcançando eficiências de remoção de 70%, 80% e 90% para metilparabeno (MP), etilparabeno (EP) e propilparabeno (PP), respetivamente. O método de secagem afetou negativamente o desempenho fotocatalítico, com a PANI sintetizada seca ao ar apresentando os melhores resultados. A síntese de PANI com uma razão equimolar entre APS e An, lavada com 1000 mL de água ultrapura e seca ao ar, obteve o melhor desempenho fotocatalítico, com uma band gap de 2.30 eV. O rendimento da polimerização da PANI nessas condições ótimas foi de 29.1%.A hidroquinona é formada durante o processo fotocatalítico, resultante da fotólise da PANI e principalmente da fotodegradação dos parabenos adsorvidos na superfície do catalisador. A fotodegradação permite a autorregeneração do material, possibilitando a sua reutilização. Do primeiro para o segundo ciclo de adsorção-fotocatálise, a PANI perdeu 30% da sua eficiência de remoção para MP e 20% para EP e PP. Além disso, testes de adsorção em níveis de pH acima, abaixo e no ponto isoelétrico da PANI (pH 3.5) demonstraram que o mecanismo de adsorção para parabenos não é eletrostático
A Parallel Computing Platform for Arthroscopic Video Synchronization in Augmented Reality Surgery Applications
No full textDissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaNowadays, there are two main types of surgical procedures: open surgery, where the anatomy is widely open during the operation, and minimally invasive surgery (MIS), conducted through small incisions. Although MIS presents many advantages for the patient and intends to replace traditional open surgery, it still has some disadvantages that must be addressed, such as limited visibility and restricted movements.In recent years, surgical navigation systems have been introduced to guide surgeons in the execution of challenging medical procedures. Commercialized surgical navigation solutions typically utilize large and expensive electromagnetic or optical tracking systems that require a clear line of sight between anatomy and markers, thus restricting the surgeon’s movement. To overcome these problems, a new surgical navigation approach that does not require any sensor other than the already-existing arthroscopic camera has been developed, referred to as Video-Based Surgical Navigation (VBSN) [40]. This technology uses small markers attached to the patient’s anatomy and instruments that are tracked inside the joint, guaranteeing that no tracking is performed externally, precluding the use of, for example, existing surgical robots or Head-Mounted Displays (HMD).This work aims to develop methods for transferring information between internal (inside the articular joint) and external (outside the articular joint) coordinate systems that enable a broad range of applications in surgical navigation. These methods invariably requirefinding the rigid transformation that maps coordinates in the intra-articular fiducial World Marker (WM) into coordinates in the extra-articular fiducial WM that is visible to the external system or device. Additionally, the intra-articular video acquisition needs to be synchronized with the acquisition of the sensing modality used by the external system, which can be visual, optical, or electromagnetic tracking. To achieve this, this work proposes threetechniques: i) using an Optical Character Recognition (OCR) to synchronize the cameras and a custom probe with two auxiliary markers to find the WMs transformation, ii) formulating the alignment between the markers as a hand-eye calibration problem using the tracked poses and iii) formulating it again as a hand-eye calibration problem but using the custom probe.The approaches’ performances were validated by experimental evaluation. The findings were promising, with translation errors consistently below 4 mm and rotation errors up to 3 degrees on the best setup, showcasing that these methods have the potential to produce significant results in an MIS environment.Atualmente existem dois tipos de procedimentos cirúrgicos: a cirurgia aberta, onde a anatomia está exposta durante a operação, e a cirurgia minimamente invasiva (MIS), realizada através de pequenas incisões. Embora a MIS apresente muitas vantagens para o paciente e tenha a intenção de substituir a cirurgia aberta tradicional, ainda possui algumas desvantagens que devem ser abordadas, como a visibilidade limitada e os movimentos restritos. Nos últimos anos, foram introduzidos sistemas de navegação cirúrgica para guiar os cirurgiões na execução de procedimentos médicos complexos. As soluções comerciais de navegação cirúrgica normalmente recorrem a sistemas de rastreamento eletromagnético ou óptico que são grandes, caros e exigem uma linha de visão clara entre a anatomia e os marcadores, o que limita o movimento do cirurgião. Para superar estes problemas, foi desenvolvido um novo método de navegação cirúrgica que não requer nenhum sensor além da câmera artroscópica já existente nos blocos operatórios, denominado como Navegação Cirúrgica Baseada em Vídeo (VBSN) [1]. Esta tecnologia utiliza pequenos marcadores presos à anatomia do paciente e aos instrumentos que são detetados dentro da articulação, não permitindo que nenhum rastreamento seja realizado externamente, impedindo, por exemplo, o uso de robôs cirúrgicos ou de Displays Montados na Cabeça (HMD). Este trabalho tem como objetivo desenvolver métodos para transferir informações entre sistemas de coordenadas internos (dentro da articulação) e externos (fora da articulação) que permitam um amplo espectro de aplicações em navegação cirúrgica. Estes métodos requerem invariavelmente encontrar a transformação rígida que mapeia coordenadas no Marcador de Referência (WM) intra-articular para coordenadas no WM extra-articular visível por o sistema ou dispositivo externo. Além disso, a aquisição de vídeo intra-articular precisa ser sincronizada com a aquisição de um sensor externo, que pode ser visual, óptico ou eletromagnético. Para alcançar isto, este trabalho propõe três métodos: i) usar o Reconhecimento Óptico de Caracteres (OCR) para sincronizar as câmeras e uma sonda personalizada com dois marcadores auxiliares para encontrar a transformação dos WMs, ii) formular o alinhamento entre os marcadores como um problema de calibração mão-olho para encontrar as poses e iii) formular novamente como um problema de calibração mão-olho, mas usando a sonda personalizada. O desempenho dos métodos foram validados através de uma avaliação experimental. Os resultados foram promissores, com erros de translação consistentemente abaixo de 4 mm e erros de rotação até 3 graus na melhor configuração, demonstrando que esses métodos têm o potencial de produzir resultados significativos em um ambiente de MIS
The Broad Lines of Administrative Judicial Litigation at Public Universities
No full textDissertação de Mestrado em Direito apresentada à Faculdade de DireitoThe subject of this dissertation is the specificity of legal-administrative litigation in public universities. In the search for these exceptions, which constitute the administrative litigation of public universities, albeit, without any real legal dogmatic autonomy, we closely follow the mental frameworks of overcoming traditional special power relations - for us, at present, statutory relations - and the problem surrounding the concept of technical discretion. The relations established between university lecturers, researchers, students, and public higher education institutions have developed in parallel with the broad framework of recognition of their subjective rights, the evolution of the concept of legal-administrative relations, and the intrinsic mission of science and research of these institutions. Thus, the following dimensions stand out in the legal relationships established between these academic actors and public universities:i) The need for harmonization between the subjective rights and the particularly strict obligations of these actors; ii) The inactivity of the concept of statuary relations, which limits the right to effective judicial protection for the defense of subjective rights and legally protected interests;iii) The paralysis of the concept of technical discretion as the driving force behind the conceptual confusion between merit and the judge's powers of cognition, by clarifying these powers in the light of respect for the legal-constitutional imposition of university autonomy (art. 76, n. 2 of the CRP) and the reservation of the administrative functions of public universities; iv) The peculiarities of the procedural dynamic itself, particularly in the examination of the case by the court, who often does not have the same technical-scientific knowledge required by the extra-legal norm adjacent to the various disputes arising from this environment. On the other hand, this study aims to understand the litigation arising in matters of non-contractual civil liability of the university administration and the protection of its attributions in relation to the legal acts of other public entities.For these reasons, we must critically evaluate the subjective rights and duties of these actors; the procedural means and legal regime provided by the CPTA for the defense of these rights; the specific powers of cognition of the judge in administrative litigation of a subjectivist model crossed by objectivist moments; the instructive powers of the judge, especially with regard to the means of proof used; the procedural means and legal regime provided by the CPTA for the defense of the attributions of public universities in inter-administrative litigation; in disputes arising from the enforcement of judgments in the university sector.Therefore, while the problem of legal-administrative disputes in public universities traditionally lay in the subjection of university lecturers, researchers, and students to special power relations, nowadays, following the evolution of constitutional regimes, these academic actors are considered real subjects. In spite of this, technical and scientific knowledge is constantly used in these institutions, which makes it difficult for courts to verify and establish the material truth of the case under discussion. From this perspective, the granting of technical discretion can no longer prevents the control of legality and juridicity in a university context, especially when procedural administrative law allows the use of expert evidence. Although the perspective studied here focuses on the relations between universities and these stakeholders, these disputes also point to a distinctly institutional perspective of public higher education institutions as holders of their own public interests, which they must actively defend and which may be conditioned by the exercise of legal-administrative functions by other entities. For this reason, public universities must mobilize the procedural means provided by law to protect their own attributions and missions.A presente dissertação tem por objeto as particularidades inerentes aos litígios jurídico-administrativos que emergem no seio das universidades públicas. Em busca destas especificidades que conformam um contencioso administrativo das universidades públicas – ainda que sem uma verdadeira autonomização jurídico-dogmática – seguimos de perto os quadros mentais da superação das tradicionais relações especiais de poder – para nós, atualmente, de relações estatutárias – e da problemática em torno do conceito de discricionariedade técnica. As relações estabelecidas entre os docentes, investigadores e estudantes universitários com os estabelecimentos de ensino superior públicos desenvolveram-se paralelamente ao amplo quadro de reconhecimentos dos seus direitos subjetivos, da evolução do conceito de relação jurídico-administrativa e na intrínseca missão de ciência e de investigação destas instituições. Assim nos vínculos jurídicos gerados entre estes atores académicos e as universidades públicas destacam-se as seguintes dimensões:i) A necessária harmonização entre os direitos subjetivos e os deveres especialmente agravados destes intervenientes; ii) A inatividade do conceito de relações estatutárias para limitar o direito à tutela jurisdicional efetiva para defesa dos direitos subjetivos e interesses legalmente protegidos;iii) A paralisação da conceção adjacente à discricionariedade técnica como força motriz da confusão conceptual entre mérito e poderes de cognição do juiz, mediante a clarificação destes poderes à luz do respeito pela imposição jurídico-constitucional da autonomia universitária (artigo 76.º, n.º 2 da CRP) e da reserva de funções administrativas das universidades públicas;iv) As especificidades da própria dinâmica processual, nomeadamente na instrução da causa pelo juiz administrativo, que muitas das vezes não é detentor dos mesmos conhecimentos técnico-científicos exigidos pela norma extrajurídica.Por outro lado, este estudo visa compreender os litígios emergentes em matérias de responsabilidade civil extracontratual da Administração universitária e de tutela das suas atribuições relativamente a atos jurídicos de outras entidades.Com estes fundamentos cumpre-nos apreciar criticamente: os direitos subjetivos e deveres de que estes atores são titulares; os meios processuais e seu regime jurídico previsto no CPTA para a defesa destes direitos; os específicos poderes de cognição do juiz num contencioso administrativo de modelo subjetivista e cruzado por momentos objetivistas; os poderes instrutórios do juiz, mormente no que respeita aos meios de prova utilizados; nos meios processuais e regime jurídico previsto no CPTA para a defesa das atribuições das universidades públicas em litígios interadministrativos; nas querelas emergentes da execução de sentenças no domínio universitário. Portanto, se o problema dos litígios jurídico-administrativos emergentes nas universidades públicas residia tradicionalmente na submissão dos docentes, investigadores e estudantes universitários às relações especiais de poder, na sequência da evolução dos regimes constitucionais, atualmente, aqueles atores académicos passaram a ser vistos como verdadeiros sujeitos. Não obstante, no seio destas instituições são utilizados constantemente conhecimentos técnico-científicos que dificultam o controlo judicial e a descoberta da verdade material da causa em discussão pelos tribunais administrativos. Nesta perspetiva, a concessão de discricionariedade técnica à Administração universitária não pode continuar a impedir o controlo da legalidade e da juridicidade em contexto universitário, principalmente quando o direito processual administrativo admite o recurso à prova pericial. Embora a perspetiva aqui estudada se concentre nas relações entre as universidades e aqueles intervenientes, estes litígios remetem, ainda, para uma perspetiva marcadamente institucional das instituições de ensino superior universitárias públicas, enquanto titulares de interesses próprios públicos que lhes cumpre defender ativamente e que podem ser condicionados pelo exercício de poderes jurídico-administrativas de outras entidades. Por isso, as universidades públicas devem mobilizar os meios processuais previstos na lei para tutela das suas atribuições e missões próprias