Estimating persistent Betti numbers for discrete shape analysis

Persistent Topology is an innovative way of matching topology and geometry, and it proves to be an effective mathematical tool in shape analysis. In order to express its full potential for applications, it has to interface with the typical environment of Computer Science: It must be possible to deal with a finite sampling of the object of interest, and with combinatorial representations of it. Following that idea, the main result claims that it is possible to construct a relation between the persistent Betti numbers (PBNs; also called rank invariant) of a compact, Riemannian submanifold X of R^m and the ones of an approximation U of X itself, where U is generated by a ball covering centered in the points of the sampling. Moreover we can state a further result in which, this time, we relate X with a finite simplicial complex S generated, thanks to a particular construction, by the sampling points. To be more precise, strict inequalities hold only in "blind strips'', i.e narrow areas around the discontinuity sets of the PBNs of U (or S). Out of the blind strips, the values of the PBNs of the original object, of the ball covering of it, and of the simplicial complex coincide, respectively.

Dinamica dell’intrusione salina nella costa ravennate: aspetti idrogeochimici ed evoluzione attesa

Nell’ambito del progetto multidisciplinare “Coastal Salt Water Intrusion”, che si propone di indagare “l’Intrusione salina nella costa ravennate con i conseguenti impatti territoriali-ambientali, connessi al previsto innalzamento del livello marino per cause climatiche e di subsidenza”, si inserisce il presente studio con l’obiettivo di fornire una caratterizzazione idrogeochimica delle acque di falda e superficiali e un modello geochimico generale sui processi di salinizzazione o desalinizzazione in atto nella falda freatica costiera della costa ravennate. E’ stato fatto un confronto fra tre metodiche di estrazione del complesso di scambio della matrice solida dell’acquifero che utilizzano rispettivamente acetato di ammonio, cloruro di bario e argento-tiourea. Sono stati posizionati 5 transetti perpendicolari alla linea di costa per un totale di 44 punti di campionamento con due campagne di prelievi, al termine della primavera e al termine dell’estate. La caratterizzazione dei processi di mixing e scambio ionico con la matrice solida dell’acquifero è avvenuta mediante analisi dei cationi ed anioni fondamentali, determinazione della CEC sulla matrice solida dell’acquifero, modellizzazione mixing/scambio ionico, modellizzazione della composizione teorica della frazione scambiabile in funzione della composizione acqua all’equilibrio e interpolazione geostatistica dei dati raccolti e costruzione di mappe geochimiche (curve di iso-concentrazione). La metodologia di estrazione che utilizza il bario-cloruro è risultata la più affidabile. Le acque prelevate dalla falda superficiale evidenziano miscelazione in varie proporzioni acqua marina/acqua dolce, scambi ionici per interazione acqua/sedimento, dissoluzione di CaSO4.2H2O. I processi di salinizzazione e/o addolcimento mostrano una significativa variabilità nello spazio (variabilità legata alla distanza dalla costa, al profilo topografico e alla distribuzione dei corpi sabbiosi litoranei) e nel tempo (variabilità legata alla piovosità e alla gestione delle acque superficiali e del sottosuolo). La complessa variabilità spazio-temporale dei processi in atto nella falda superficiale non consente di evidenziare una complessiva prevalenza di fenomeni di salinizzazione rispetto a quelli di addolcimento.

The environmental DNA in the risk assessment and decision making processes for the invasive species management in agri-food sector, hydraulic security and biodiversity conservation

The use of environmental DNA (eDNA) analysis as a monitoring tool is becoming more and more widespread. The eDNA metabarcoding methods allow rapid community assessments of different target taxa. This work is focused on the validation of the environmental DNA metabarcoding protocol for biodiversity assessment of freshwater habitats. Scolo Dosolo was chosen as study area and three sampling points were defined for traditional and eDNA analyses. The gutter is a 205 m long anthropic canal located in Sala Bolognese (Bologna, Italy). Fish community and freshwater invertebrate metazoans were the target groups for the analysis. After a preliminary study in summer 2019, 2020 was devoted to the sampling campaign with winter (January), spring (May), summer (July) and autumn (October) surveys. Alongside with the water samplings for the eDNA study, also traditional fish surveys using the electrofishing technique were performed to assess fish community composition; census on invertebrates was performed using an entomological net and a surber sampler. After in silico analysis, the MiFish primer set amplifying a fragment of the 12s rRNA gene was selected for bony fishes. For invertebrates the FWHF2 + FWHR2N primer combination, that amplifies a region of the mitochondrial coi gene, was chosen. Raw reads were analyzed through a bioinformatic pipeline based on OBITools metabarcoding programs package and QIIME2. The OBITools pipeline retrieved seven fish taxa and 54 invertebrate taxa belonging to six different phyla, while QIIME2 recovered eight fish taxa and 45 invertebrate taxa belonging to the same six phyla as the OBITools pipeline. The metabarcoding results were then compared with the traditional surveys data and bibliographic records. Overall, the validated protocol provides a reliable picture of the biodiversity of the study area and an efficient support to the traditional methods.