Contributo dei coralliti sub-fossili di Cladocora caespitosa (L.,1767)(Cnidaria, Scleractinia) ai sedimenti dei fondali circostanti le isole del Golfo di La Spezia.

I sedimenti superficiali dei fondali circostanti l’arcipelago del Golfo di La Spezia sono stati analizzati dal punto di vista granulometrico e composizionale al fine di ottenere la mappatura delle concentrazioni di coralliti sub-fossili di Cladocora caespitosa nel sedimento. Mediante lo studio del sedimento campionato in trentacinque stazioni, sono state individuate tre zone di accumulo di coralliti: (i) in corrispondenza del capo occidentale dell’Isola Palmaria con le concentrazioni più elevate comprese tra il 25 e 55% (ii) sul lato sud-orientale della stessa isola con concentrazioni tra il 10 e 12% e (iii) una fascia contornante l’Isola del Tinetto con quantità inferiori al 3%. La concentrazione anomala di coralliti è il risultato dello scarico di materiali di dragaggio provenienti dal porto di La Spezia, scaricati al largo delle coste occidentali dell’arcipelago tra gli anni ‘50 e ’70 e progressivamente ridistribuiti verso sud-est dalla deriva litorale.

Investigations on the G-protein involved in Cnidarian phototransduction

This study aimed to investigate which genes Cnidaria use for photoreception and test whether Gi alpha subunit protein is involved in the phototransduction cascade, giving additional tools to investigate light-mediated behaviors, as nematocyte firing. Here, I engineered an opsin gene promoter construct useful to test whether nematocyte sensory cells express opsin gene. By determining the expression of one of the unique EST opsin genes of the eyeless hydrozoan Hydra magnipapillata genome in nematocyte sensory cells, we will be able to investigate whether light modulation is an ancestral feature in Cnidaria, and whether regulation of nematocyte discharge by opsin-mediated phototransduction predated this pathway’s function in cnidarian eyes. Nematocytes, the cnidarians stinging cells, discharge nematocysts to capture prey. As nematocysts are energetically expensive, the discharge is tightly regulated and occurs after proper chemical and mechanical stimulation. Cnidarians are also known to display a rich corpus of photobehaviors, which are often associated with activities that involve nematocytes. Previous experiments on nematocyst firing modulation show that light decreases nematocyte firing. This study contributed to confirm that bright light decreases the tendency for nematocytes to discharge in Haliplanella luciae. Similar findings in cubozoan and hydrozoan lead us to believe that light modulation of cnidocytes may be an ancestral feature of Cnidaria. Experimentally, I found no evidence that pertussis toxin, a Gi alpha subunit protein inhibitor, ablates Hydra magnipapillata photobehaviour, preliminary suggesting that Gi alpha subunit protein is not involved in photoresponse. I found no significant association between pertussis toxin and nematocyte firing in Haliplanella luciae both in conditions of dim and bright light, suggesting that Gi alpha subunit protein is not involved in photoresponse. We have preliminary evidence for a prevalence of photoreception over chemoreception, tending toward conditions of bright light. This finding may suggest the involvement of a Gs alpha subunit protein in Haliplanella luciae phototransduction pathway. While nematocyte chemo- and mechano-sensitivity have been extensively studied, further research is necessary to better understand what an ancestral phototransduction cascade looked like, and how opsin-based phototransduction acts to regulate nematocyte discharge.

Spatio-temporal variation of macrofaunal assemblages in the deep Blanes submarine canyon

The spatio-temporal variations in diversity and abundance of deep-sea macrofaunal assemblages (excluding meiofaunal taxa, as Nematoda, Copepoda and Ostracoda) from the Blanes Canyon (BC) and adjacent open slope are described. The Catalan Sea basin is characterized by the presence of numerous submarine canyons, which are globally acknowledged as biodiversity hot-spots, due to their disturbance regime and incremented conveying of organic matter. This area is subjected to local deep-sea fisheries activities, and to recurrent cold water cascading events from the shelf. The upper canyon (~900 m), middle slope (~1200 m) and lower slope (~1500 m) habitats were investigated during three different months (October 2008, May 2009 and September 2009). A total of 624 specimens belonging to 16 different taxa were found into 67 analyzed samples, which had been collected from the two study areas. Of these, Polychaeta, Mollusca and Crustacea were always the most abundant groups. As expected, the patterns of species diversity and evenness were different in time and space. Both in BC and open slope, taxa diversity and abundance are higher in the shallowest depth and lowest at -1500 m depth. This is probably due to different trophic regimes at these depths. The abundance of filter-feeders is higher inside BC than in the adjacent open slope, which is also related with an increment of predator polychaetes. Surface deposit-feeders are more abundant in the open slope than in BC, along with a decrement of filter-feeders and their predators. Probably these differences are due to higher quantities of suspended organic matter reaching the canyon. The multivariate analyses conducted on major taxa point out major differences effective taxa richness between depths and stations. In September 2009 the analyzed communities double their abundances, with a corresponding increase in richness of taxa. This could be related to a mobilizing event, like the release of accumulated food-supply in a nepheloid layer associated to the arrival of autumn. The highest abundance in BC is detected in the shallowest depth and in late summer (September), probably due to higher food availability caused by stronger flood events coming from Tordera River. The effects of such events seemed to involve adjacent open slope too. The nMDS conducted on major taxa abundance shows a slight temporal difference between the three campaigns samples, with a clear clustering between samples of Sept 09. All depth and all months were dominated by Polychaeta, which have been identified to family level and submitted to further analysis. Family richness have clearly minimum at the -1200 m depth of BC, highlighting the presence of a general impact affecting the populations in the middle slope. Three different matrices have been created, each with a different taxonomic level (All Taxa “AT”, Phylum Level “PL” and Polychaeta Families “PF”). Multivariate analysis (MDS, SIMPER) conducted on PL matrix showed a clear spatial differences between stations (BC and open slope) and depths. MDSs conducted on other two matrices (AT and PF) showed similar patterns, but different from PL analysis. A 2 nd stage analysis have been conducted to understand differences between different taxonomic levels, and PL level has been chosen as the most representative of variation. The faunal differences observed were explained by depth, station and season. All work has been accomplished in the Centre d’estudis avançats de Blanes (CEAB-CSIC), within the framework of Spanish PROMETEO project "Estudio Integrado de Cañones y Taludes PROfundos del MEdiTErráneo Occidental: un hábitat esencial", Ref. CTM2007-66316-C02- 01/MAR.

Struttura e dinamica di popolazione di Axinella polypoides (Schmidt, 1862) (Porifera, Demospongiae) presso l’Isola Gallinara (SV)

I poriferi rappresentano un importante campo di ricerca anche in ambito applicativo in quanto potenzialmente utili come fonte di metaboliti secondari da impiegarsi in ambito clinico (antitumorali, antibiotici, antivirali, ecc.) e industriale (antifouling). I processi di biosilicificazione interessano invece per aspetti legati alle biotecnologie marine. Questo Phylum ha un importante ruolo strutturale e funzionale nell’ecologia dei popolamenti bentonici, in quanto può essere dominante in numerosi habitat e svolgere un ruolo ecologico fondamentale nelle dinamiche degli ecosistemi marini. Per questo, la variazione spaziale e temporale della loro abbondanza può avere effetti considerevoli su altri membri della comunità. Lo studio delle dinamiche di popolazione e del ciclo riproduttivo dei poriferi potrebbe permettere di valutare come i cambiamenti climatici ne influenzino la crescita e la riproduzione e potrebbe quindi fornire una base per lo sviluppo di corrette tecniche di gestione ambientale. La spugna Axinella polypoides è inserita all’interno delle liste di protezione della Convenzione di Berna e di Barcellona, dove sono elencate le specie da proteggere perché minacciate o in pericolo di estinzione. Questa specie, avendo una morfologia eretta, è fortemente minacciata soprattutto da attività antropiche quali pesca e ancoraggi, ma nonostante questo la letteratura relativa ad essa è scarsa, La sua importanza è legata soprattutto al recente utilizzo come modello per numerosi esperimenti. A. polypoides rappresenta, infatti, il più basso livello nella scala evolutiva in cui sono stati rinvenuti meccanismi biochimici cellulari di reazione all’aumento di temperatura (incremento dell’attività ADP-ribosil ciclasica, sintesi di ossido nitrico) tipici degli organismi superiori. Lo scopo di questa tesi è di aumentare le conoscenze sull’ecologia e sulla biologia di questo porifero, al fine di consentire una migliore predisposizione di eventuali piani di tutela. Dallo studio delle colonie effettuato presso l’Isola Gallinara (SV), emerge una dinamica di crescita lenta ed un ciclo riproduttivo estivo, coerentemente con quanto osservato per altre specie mediterranee del genere Axinella. Le analisi istologiche effettuate hanno mostrato variabilità temporale nella densità e nella dimensione di particolari cellule sferulose, che si ipotizza siano collegate a fenomeni di proliferazione cellulare e rigenerazione in seguito a danni. È stata individuata inoltre la presenza di una particolare tipologia cellulare dendritica la cui funzione si ritiene abbia affinità con le funzioni sensoriali di Phyla superiori. Queste osservazioni, e l’evidente vulnerabilità della specie agli impatti antropici, hanno evidenziato la necessità di sviluppare adeguati piani di monitoraggio e di conservazione.

Struttura filogenetica della comunità batterica associata ad Ostreopsis cf. Ovata in colture batch e dinamiche di crescita

Negli ultimi 10 anni i blooms attribuibili alla dinoflagellata bentonica Ostreopsis cf. ovata sono aumentati in termini di frequenza ed intensità lungo le coste del Mediterraneo, avendo ripercussioni negative sulla salute umana e forti impatti sulle comunità marine bentoniche, ciò a seguito della produzione di potenti tossine (composti palitossina-simili) da parte della microalga. Tra i fattori ecologici che innescano o regolano le dinamiche dei bloom tossici le interazioni tra microalghe e batteri sono in misura sempre maggiore oggetto di ricerca. In questo studio è stata analizzata la struttura filogenetica della comunità batterica associata ad O. cf. ovata in colture batch e valutate le dinamiche successionali della stessa in relazione alle differenti fasi di crescita della microalga (oltre che in relazione alle dinamiche di abbondanza virale). Lo studio filogenetico è stato effettuato tramite l’ausilio di metodiche molecolari di sequenziamento di next generation (Ion Torrent). Le abbondanze dei batteri e delle particelle virali sono state determinate tramite microscopia ad epifluorescenza; l’abbondanza cellulare algale è stata stimata tramite metodo Uthermohl. Il contributo della frazione batterica ad elevata attività respiratoria è stato determinato tramite doppia colorazione con coloranti DAPI e CTC. Dai dati emersi si evince che la comunità batterica attraversa due fasi di crescita distinte, una più marcata e concomitante con la fase esponenziale di O. cf. ovata, l'altra quando la microalga è in fase media stazionaria. Per quanto concerne la composizione filogenetica della comunità sono stati rilevati 12 phyla, 17 classi e 150 generi, sebbene i dati ottenuti abbiano rilevato una forte dominanza del phylum Proteobacteria con la classe Alphaproteobacteria, seguita dal phylum Bacteroidetes con la classe Sphingobacteria. Variazioni nella struttura filogenetica della comunità batterica, a livello di generi, tra le diverse fasi di crescita della microalga ha permesso di evidenziare ed ipotizzare particolari interazioni di tipo mutualistico e di tipo competitivo.

Biodiversità malacologica degli ecosistemi a coralli bianchi del Mediterraneo, dall'ultimo glaciale ad oggi

Nello studio di questa tesi è stata descritta una ricerca condotta allo scopo di fornire un contributo alla conoscenza della biodiversità analizzando la componente macrofaunistica subfossile e recente del Phylum Mollusca del Canale di Sicilia e del Golfo di Cadice. Tali organismi sono già da tempo noti in questi ambienti poiché associati a biocostruzioni a coralli bianchi presenti lungo i margini continentali atlantici e mediterranei i cui costituenti principali sono gli sclerattiniari coloniali Lophelia pertusa e Madrepora oculata. Tuttavia ben poco si conosce sull’ecologia di queste specie che si ritrovano spesso influenzate da scambi idrologici e biologici attraverso lo Stretto di Gibilterra. Nel corso di questo studio sono state analizzate 7 carote sedimentarie marine campionate durante diverse campagne oceanografiche: 6 carotaggi atlantici prelevati durante la campagna oceanografica Meteor nel Golfo di Cadice e 1 carota campionata nel Canale di Sicilia durante la campagna oceanografica MARCOS guidata dall’ISMAR-CNR di Bologna, sulla quale si concentra l’attenzione di questo lavoro. I dati raccolti sono stati analizzati in maniere quantitativa, per questo è stato utilizzato il software per analisi statistiche “Past3” e sono stati combinati con l’analisi qualitativa dei campioni in modo da ottenere il maggior numero di informazioni. Tra le analisi statistiche sono state effettuate il calcolo di tutti gli indici di dominanza, diversità, di equiripartizione e ricchezza specifica (Simpson, Shannon, Evenness e Margalef) e l’analisi multivariata NMDS (Non-metric Multi-Dimensional Scaling). Infine è stata effettuata l’analisi delle associazioni trofiche distribuite in una carota. Il risultato ha evidenziato un’elevata biodiversità per campioni prelevati in profondità e il ritrovamento di organismi appartenenti all’ultimo glaciale.

Spatio-temporal diversity of Megistozoobenthos in the Antalya Gulf and relationships with environmental features

Antalya Gulf is situated in the Levantine Sea, the second biggest and most eastern basin in the Mediterranean Sea. This area is an ultra-oligotrophic basin, strongly affected by anthropogenic inputs, in particular in the fishing areas. For this characteristic, in the Levantine Sea, there is a strong pressure on the natural resources and benthic assemblages. Furthermore, many alien species enter from Suez Canal and are well established in the area. All these pressures are leading to a degradation of the Levantine Sea. For this reason it is important to have tools to study and monitoring the functioning of the marine ecosystem. Benthic organisms are superior to many other biological groups for their response to environmental stresses. The variability of benthic assemblages on a site can reflect, in an integrative mode, the entire functioning of the marine ecosystem. In this study, that wants to analyze the spatial and temporal distribution of the benthic macrofaunal assemblages of Antalya Gulf, 90 benthic species divided in 8 taxa (Annelida, Cnidaria, Echinodermata, Echiura, Mollusca, Porifera, Sipunculida and Tunicata) were found. All the analyses conducted on the entire benthic class and later on Mollusca and Echinodermata separately highlighted the importance of depth on structuring benthic community.