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Os cachalotes (Physeter macrocephalus, Pm) foram extensamente caçados globalmente desde o século XIX, mas a caça comercial parou em 1986 graças à moratória estabelecida pela Comissão Baleeira Internacional (IWC). Esses cetáceos passam grande parte de suas vidas no oceano profundo, alimentando-se principalmente de cefalópodes. O oceano desempenha um papel importante na manutenção do equilíbrio ecológico da Terra. No entanto, ameaças atuais continuam a desafiar a saúde dos oceanos, enquanto os impactos sobre a biodiversidade marinha e as dinâmicas predador-presa ainda são pouco compreendidos. A investigação sobre a dieta dos cachalotes e sobre os cefalópodes oceânicos ao redor dos Açores começaram há várias décadas, inicialmente por meio do estudo do conteúdo estomacal de cachalotes caçados. Quarenta anos depois, essa investigação passou para outro patamar. Esta tese tem como objetivo obter dados sobre a biodiversidade de cefalópodes do oceano profundo e a ecologia dos cetáceos, utilizando uma abordagem participativa de investigação com amostragem não invasiva. A transição regional da caça para a observação de cetáceos abriu novas oportunidades para envolver atores do turismo na colheita de amostras biológicas. Foram analisados três tipos de amostras para análise molecular. Primeiro, restos de cefalópodes, provavelmente trazidos à superfície por cetáceos, foram coletados e identificados por DNA barcoding, revelando a diversidade local de cefalópodes e fornecendo as primeiras informações sobre a dieta dos cetáceos seus predadores (projeto MONICEPH). Em segundo lugar, o ADN ambiental (eDNA) de amostras fecais de cachalores foi analisado via metabarcoding, enriquecendo consideravelmente as informações sobre a dieta desses predadores. Além disso, foram analisadas também amostras fecais de golfinhos-de-Risso (Grampus griseus, Gg) e de baleias piloto de barbatana curta (Globicephala macrorhynchus, Gma). Por fim, a pele descamada dos cachalotes, coletada junto às amostras fecais, permitiu a análise da região de controle do DNA mitocondrial (MCR) para identificar haplótipos. Como a maioria das amostras de cachalote foi coletada em São Miguel, foram avaliadas as diferenças na distribuição dos haplótipos e na dieta entre o norte e o sul da ilha. No total, foram registados 34 taxa distintos de cefalópodes, pertencentes a 20 famílias. As 182 amostras de tecido de cefalópodes permitiram determinar 16 taxa, que foram todos identificados também nas amostras fecais, com exceção de um. O metabarcoding utilizando os primers Ceph18S em 36 amostras de Pm, Gg e Gma permitiu identificar 33 taxa de cefalópodes. A amplificação do MCR a partir de 70 amostras fecais e 34 de pele descamada possibilitou a identificação de 90 sequências de MCR atribuídas a 79 cachalotes, revelando quatro haplótipos, incluindo um identificado pela primeira vez a nível global. A distribuição geográfica dos diferentes haplótipos em São Miguel foi heterogênea, embora alguma fidelidade ao local tenha sido observada. Constatou-se que a dieta dos cachalores diferia entre o norte e o sul da ilha de São Miguel, bem como entre machos adultos e fêmeas, mas essas diferenças não foram associadas a haplótipos. Apesar das diferenças metodológicas, a comparação com análises históricas do conteúdo estomacal mostrou similaridade na ocorrência de taxa e nas famílias mais frequentes, embora algumas variações também tenham sido observadas. A sobreposição de onze taxa encontrados nas dietas de Gg e Gma permitiu obter os primeiros resultados para avaliar potenciais fatores que influenciam a competição interespecífica. Este trabalho avançou o conhecimento sobre a biodiversidade de cefalópodes do oceano profundo por meio de uma abordagem inovadora, utilizando amostragem não invasiva e incorporando ciência participativa para monitorização contínua. Melhorou-se o conhecimento da dieta dos cachalotes e obtiveram-se os primeiros resultados para golfinhos de Risso e baleiaspiloto, que têm nichos ecológicos sobrepostos. Além disso, fornecem-se informações sobre a estrutura populacional e os padrões espaço-temporais dos cachalotes em torno de São Miguel. Essa abordagem é altamente replicável e prioriza padrões éticos. Os dados resultantes são essenciais para os esforços de conservação e a gestão dos ecossistemas, tendo em conta os desafios oceânicos atuais.