Um modelo para a competição entre o mexilhão dourado e sua versão geneticamente modificada

Autores

  • Charles Henrique Xavier Barreto Barbosa Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional (PPGMMC), Seropédica, RJ, Brasil https://orcid.org/0000-0001-5926-2126
  • Claudia Mazza Dias Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional (PPGMMC), Nova Iguaçu, RJ, Brasil https://orcid.org/0000-0001-7376-1554
  • Dayse Haime Pastore Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET-RJ), Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas (PPPRO), Rio de Janeiro, RJ, Brasil https://orcid.org/0000-0002-0905-0085

DOI:

https://doi.org/10.35819/remat2024v10iespecialid7077

Palavras-chave:

modelagem matemática, modelo de competição, dinâmica populacional, análise de estabilidade, biomatemática

Resumo

A presença do invasor mexilhão dourado em águas brasileiras acarreta em impactos ecológicos ou econômicos. Uma alternativa de controle populacional é promissora: a imersão de uma espécie geneticamente modificada com o objetivo de, em contato com o molusco selvagem, produzir gerações inférteis. Uma proposta de modelo matemático que contemple tal competição torna-se importante, uma vez que pode fornecer informações para nortear futuros experimentos. Contudo, o modelo de competição necessita de uma dinâmica de crescimento bem estabelecida. Este trabalho apresenta dois modelos para a dinâmica do mexilhão selvagem, estudados de forma analítica. O estudo expõe as soluções de equilíbrio, sua estabilidade local nos pontos estacionários e uma análise de sensibilidade do números de reprodução basal (R_0's). Com isso, define-se o modelo mais adequado para receber as parcelas que modelem a competição. São realizadas simulações numéricas a fim de aferir possíveis desfechos da competição, utilizando o método de Runge-Kutta de quarta ordem. O estudo é capaz de apresentar dois pontos conclusivos importantes: que através da competição planejada a erradicação pode ser atingida e que há necessidade de vantagens competitivas para que a estratégia funcione. Este estudo ressalta a necessidade de vantagens competitivas para o mexilhão modificado. Das possíveis vantagens, o trabalho indica a eficiência reprodutiva e a taxa de mortalidade do mexilhão modificado como as mais promissoras. À vista de um tópico tão importante, este trabalho é necessário para que essa estratégia de controle populacional seja estudada e testada para auxiliar no desenvolvimento da espécie modificada de forma a respeitar a ecologia.

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Biografia do Autor

Charles Henrique Xavier Barreto Barbosa, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional (PPGMMC), Seropédica, RJ, Brasil

Claudia Mazza Dias, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional (PPGMMC), Nova Iguaçu, RJ, Brasil

Dayse Haime Pastore, Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET-RJ), Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas (PPPRO), Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Referências

BARBOSA, Charles H. X. B.; DIAS, Claudia M.; PASTORE, Dayse H.; SILVA, José C. R.; COSTA, Anna R. C.; SANTOS, Isaac P.; AZEVEDO, Ramoni Z. S.; FIGUEIRA, Raquel M. A.; FORTUNATO, Humberto F. M. Analysis of a mathematical model for golden mussels infestation. Ecological Modelling. v. 486, p. 110502, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2023.110502.

BARBOSA, Charles H. X. B. Um estudo hipotético baseado em modelos de crescimento e competição para a dinâmica populacional do mexilhão dourado. Orientadora: Claudia Mazza Dias. Coorientadora: Dayse Haime Pastore. 2022. 133 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática e Computacional) - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2022. Disponível em: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/14351. Acesso em: 27 jun. 2024.

BOLTOVSKOY, Demetrio; CORREA, Nancy M.; CATALDO, Daniel; SYLVESTER, Francisco. Dispersion and Ecological Impact of the Invasive Freshwater Bivalve Limnoperna fortunei in the Río de la Plata Watershed and Beyond. Biological Invasions. v. 8, p. 947-963, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/s10530-005-5107-z.

BOLTOVSKOY, Demetrio; CORREA, Nancy M.; SYLVESTER, Francisco; CATALDO, Daniel. Nutrient recycling, phytoplankton grazing, and associated impacts of limnoperna fortunei. In: BOLTOVSKOY, Demetrio (ed.). Limnoperna Fortunei: The Ecology, Distribution and Control of a Swiftly Spreading Invasive Fouling Mussel. [S. l.]: Springer, 2015. p. 153-176.

BURDEN, R. L.; FAIRES, J. D. Numerical Analysis. Boston: Cengage Learning, 2011.

BURT, Austin. Site-specific selfish genes as tools for the control and genetic engineering of natural populations. Proceedings of the Royal Society of London. Biological Sciences. v. 270, n. 1518, p. 921-928, 2003. DOI: https://doi.org/10.1098%2Frspb.2002.2319.

CATALDO, Daniel; BOLTOVSKOY, Demetrio; HERMOSA, Jose L.; CANZI, Carla. Temperature-Dependent Rates Of Larval Development In Limnoperna Fortunei (Bivalvia: Mytilidae). Journal of Molluscan Studies. v. 71, n. 1, p. 41-46, 2005. DOI: https://doi.org/10.1093/mollus/eyi005.

EDELSYEIN-KESHET, Leah. Mathematical Models in Biology. [S. l.]: SIAM, 2005.

HAMMOND, Andrew; GALIZI, Roberto; KYROU, Kyros; SIMONI, Alekos; SINISCALCHI, Carla; KATSANOS, Dimitris; GRIBBLE, Matthew; BAKER, Dean; MAROIS, Eric; RUSSELL, Steven; BURT, Austin; WINDBICHLER, Nikolai; CRISANTI, Andrea; NOLAN, Tony. A crispr-cas9 gene drive system targeting female reproduction in the malaria mosquito vector anopheles gambiae. Nature Biotechnology. v. 34, n. 1, p. 78-83, 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.3439.

HASTINGS, I. M. Selfish DNA as a method of pest control. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Biological Sciences. v. 344, n. 1309, p. 313-324, 1994. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.1994.0069.

KARATAYEV, A. Y.; BURLAKOVA, L. E.; PADILLA, D. K. The Effects of Dreissena Polymorpha (Pallas) Invasion on Aquatic Communities in Eastern Europe. Journal of Shellfish Research. v. 16, n. 1, p. 187-203, 1997.

MURRAY, J. D. Mathematical Biology I: An Introduction. New York: Springer, 2002.

NDII, M. Z.; HICKSON, R. I.; MERCER, G. N. Modelling the Introduction of Wolbachia into Aedes Aegypti Mosquitoes to Reduce Dengue Transmission. The ANZIAM Journal. v. 53, n. 3, p. 213-227, 2012. DOI: https://doi.org/10.1017/S1446181112000132.

PAOLUCCI, E. M.; THUESEN, E. V.; CATALDO, D. H.; BOLTOVSKOY, D. Veligers of an introduced bivalve, Limnoperna fortunei, are a new food resource that enhances growth of larval fish in the Paraná River (South America). Freshwater Biology. v. 55, n. 9, p. 1831-1844, 2010. Disponível em: https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/paper/document/paper_00465070_v55_n9_p1831_Paolucci. Acesso em: 30 jun. 2024.

RICCIARDI, Anthony. Global range expansion of the Asian mussel Limnoperna fortunei (Mytilidae): Another fouling threat to freshwater systems. Biofouling. v. 13, n. 2, p. 97-106, 1998. DOI: https://doi.org/10.1080/08927019809378374.

SCHRAIBER, Joshua G.; KACZMARCZYK, Angela N.; KWOK, Ricky; PARK, Miran; SILVERSTEIN, Rachel; RUTAGANIRA, Florentine U.; AGGARWAL, Taruna; SCHWEMMER, Michael A.; HOM, Carole L.; GROSBERG, Richard K.; SCHREIBER, Sebastian J. Constraints on the use of lifespan-shortening Wolbachia to control dengue fever. Journal of Theoretical Biology. v. 297, p. 26-32, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2011.12.006.

SILVA, F. A.; BARBOSA, N. P. U.; PAULA, R. S.; CARVALHO, V. A.; CORRÊA, A.; CARVALHO, M. D. de; CARDOSO, A. V. Mexilhão-dourado no Brasil: detecção de um perigoso invasor. Ciência Hoje. v. 338, n. 57, p. 38-42, 2016. Disponível em: https://cienciahoje.periodicos.capes.gov.br/storage/acervo/ch/ch_338.pdf. Acesso em: 30 jun. 2024.

SILVA, José Carlos Rubianes; DIAS, Claudia Mazza; PASTORE, Dayse Haime; COSTA, Anna Regina Corbo; FIGUEIRA, Raquel Medeiros Andrade; FORTUNATO, Humberto Freitas de Medeiros; BARBOSA, Charles Henrique Xavier Barreto; CARVALHO, Breylla Campos. Population growth of the golden mussel (L. fortunei) in hydroelectric power plants: a study via mathematical and computational modeling. Revista Brasileira de Recursos Hídricos. v. 27, n. e3, 2022. DOI: https://doi.org/10.1590/2318-0331.272220210124.

SIMEÃO, Cláudia Marques Gonçalves; RESENDE, Márcio Figueiredo de; MARTINEZ, Carlos Barreira. Variação das Características Hidráulicas em Condutos Forçados Operando sob Condições de Infestação por Limnoperna fortunei. Revista Brasileira de Recursos Hídricos. v. 16, n. 2, p. 13-24, 2011. Disponível em: https://www.abrhidro.org.br/SGCv3/publicacao.php?PUB=1&ID=3&SUMARIO=40&ST=variacao_das_caracteristicas_hidraulicas_em_condutos_forcados_operando_sob_condicoes_de_infestacao_por_limnoperna_fortunei. Acesso em: 30 jun. 2024.

SOUZA, Rosa Cristina Corrêa Luz de; CALAZANS, Sálvio Henrique; SILVA, Edson Pereira. Impacto das espécies invasoras no ambiente aquático. Ciência e Cultura. v. 61, n. 1, p. 35-41, 2009. Disponível em: http://cienciaecultura.bvs.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0009-67252009000100014&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 30 jun. 2024.

VANDERPLOEG, Henry A.; LIEBIG, James R.; GLUCK, Amy A. Evaluation of different phytoplankton for supporting development of zebra mussel larvae (dreissena polymorpha): the importance of size and polyunsaturated fatty acid content. Journal of Great Lakes Research. v. 22, n. 1, p. 36-45, 1996. Disponível em: https://www.reabic.net/publ/Gluck_et%20al_1996.pdf. Acesso em: 30 jun. 2024.

ZHANG, Xianghong; TANG, Sanyi; CHEKE, Robert A. Models to assess how best to replace dengue virus vectors with Wolbachia-infected mosquito populations. Mathematical Biosciences. v. 269, p. 164-177, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mbs.2015.09.004.

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Publicado

2024-07-01

Como Citar

BARBOSA, C. H. X. B.; DIAS, C. M.; PASTORE, D. H. Um modelo para a competição entre o mexilhão dourado e sua versão geneticamente modificada. REMAT: Revista Eletrônica da Matemática, Bento Gonçalves, RS, v. 10, n. especial, p. e4006, 2024. DOI: 10.35819/remat2024v10iespecialid7077. Disponível em: https://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/7077. Acesso em: 2 jul. 2024.

Edição

Seção

Dossiê: Modelagem Computacional em Ciência e Tecnologia