Ciclo riproduttivo annuale del corallo solitario Caryophyllia inornata (Scleractinia, Caryophylliidae) caratterizzato da un inusuale modello di embriogenesi

La varietà dei processi riproduttivi dei coralli riflette la loro straordinaria abilità rigenerativa. Le scleractinie sono un noto esempio di animali clonali, che possono esibire una strategia mista di riproduzione sessuale e asessuale per mantenere la loro popolazione. Questo studio descrive per la prima volta il ciclo riproduttivo annuale e l’embriogenesi del corallo temperato Caryophyllia inornata. I campioni sono stati raccolti mediante immersioni subacquee dal relitto di un aereo, a largo delle coste dell’Isola d’Elba. Sono state eseguite analisi citometriche per definire lo sviluppo annuale delle cellule germinali e l’embriogenesi. Caryophyllia inornata è risultata gonocorica con una sex ratio di 1:3.3 a favore dei maschi. I polipi erano sessualmente maturi a 7 mm di lunghezza. Lo sviluppo degli embrioni è stato osservato in maschi, femmine ed individui sessualmente inattivi. Gli spermiari richiedevano circa 10 mesi di maturazione, mentre l’ovogenesi sembrava essere più rapida. I polipi femmina sono stati trovati solo da Febbraio a Luglio. Il tasso di sviluppo gonadico aumentava sensibilmente da Marzo a Maggio e la fecondazione avveniva tra Maggio e Luglio, quando le cellule germinali all’interno dei polipi iniziavano a scomparire. La gametogenesi ha mostrato una forte influenza stagionale mentre gli embrioni sono stati trovati durante tutto l’anno nei maschi e negli individui sessualmente inattivi, non presentando un andamento ben definito. Questo modello di embriogenesi è poco comune ed è stato osservato solo in quattro scleractinie tropicali (Pocillopora damicornis, Tubastrea Diaphana, T. coccinea e Oulastrea crispata) in cui avviene una produzione interna di embrioni per via agamica. La natura precisa di questo processo è ancora sconosciuta.

Genetic variability and structuring of deep Corallium rubrum (Linnaeus, 1758) populations

ABSTRACT Given the decline of shallow-water red coral populations resulting from over-exploitation and mass mortality events, deeper populations below 50 metres depth (mesophotic populations) are currently the most harvested; unfortunately, very little is known about their biology and ecology. The persistence of these populations is tightly linked to their adult density, reproductive success, larval dispersal and recruitment. Moreover, for their conservation, it is paramount understand processes such as connectivity within and among populations. Here, for the first time, genetic variability and structuring of Corallium rubrum populations collected in the Tyrrhenian Sea ranging from 58 to 118 metres were analyzed using ten microsatellite loci and two mitochondrial markers (mtMSH and MtC). The aims of the work were 1) to examine patterns of genetic diversity within each geographic area (Elba, Ischia and Praiano) and 2) to define population structuring at different spatial scales (from tens of metres to hundreds of kilometres). Based on microsatellite data set, significant deviations from Hardy-Weinberg equilibrium due to elevated heterozygote deficiencies were detected in all samples, probably related to the presence of null alleles and/or inbreeding, as was previously observed in shallow-water populations. Moreover, significant levels of genetic differentiation were observed at all spatial scale, suggesting a recent isolation of populations. Biological factors which act at small spatial scale and/or abiotic factors at larger scale (e.g. summer gyres or absence of suitable substrata for settlement) could determine this genetic isolation. Using mitochondrial markers, significant differences were found only at wider scale (between Tuscany and Campania regions). These results could be related to the different mutation rate of the molecular makers or to the occurrence of some historical links within regions. A significant isolation by distance pattern was then observed using both data sets, confirming the restricted larval dispersal capability of the species. Therefore, the hypothesis that deeper populations may act as a source of larvae helping recovery of threatened shallow-water populations is not proved. Conservation strategies have to take into account these results, and management plans of deep and currently harvested populations have to be defined at a regional or sub regional level, similarly to shallow-water populations. Nevertheless, further investigations should be needed to understand better the genetic structuring of this species in the mesophotic zone, e.g. extending studies to other Mediterranean deep-water populations.

Identification of stock units of Mullus barbatus (Linnaeus, 1758) in the Italian seas: development of genomic 2b-RAD markers and biological variation analysis.

This thesis is settled within the STOCKMAPPING project, which represents one of the studies that were developed in the framework of RITMARE Flagship project. The main goals of STOCKMAPPING were the creation of a genomic mapping for stocks of demersal target species and the assembling of a database of population genomic, in order to identify stocks and stocks boundaries. The thesis focuses on three main objectives representing the core for the initial assessment of the methodologies and structure that would be applied to the entire STOCKMAPPING project: individuation of an analytical design to identify and locate stocks and stocks boundaries of Mullus barbatus, application of a multidisciplinary approach to validate biological methods and an initial assessment and improvement for the genotyping by sequencing technique utilized (2b-RAD). The first step is the individuation of an analytical design that has to take in to account the biological characteristics of red mullet and being representative for STOCKMAPPING commitments. In this framework a reduction and selection steps was needed due to budget reduction. Sampling areas were ranked according the individuation of four priorities. To guarantee a multidisciplinary approach the biological data associated to the collected samples were used to investigate differences between sampling areas and GSAs. Genomic techniques were applied to red mullet for the first time so an initial assessment of molecular protocols for DNA extraction and 2b-RAD processing were needed. At the end 192 good quality DNAs have been extracted and eight samples have been processed with 2b-RAD. Utilizing the software Stacks for sequences analyses a great number of SNPs markers among the eight samples have been identified. Several tests have been performed changing the main parameter of the Stacks pipeline in order to identify the most explicative and functional sets of parameters.

Studio della presenza di capodogli (Physeter macrocephalus, Linnaeus 1758) in due aree del Mar Balear mediante metodi acustici passivi

I capodogli (Physeter macrocephalus) sono mammiferi marini con distribuzione cosmopolita; sono presenti anche nel Mar Mediterraneo, soprattutto nella zona occidentale del bacino. Per individuare la presenza di questi animali possono essere utilizzate differenti modalità. Questo studio è stato condotto tramite l’uso di metodi acustici passivi, in quanto i capodogli (P. macrocephalus) sono animali che emettono suoni. L’uso di metodi acustici ha alcuni vantaggi, infatti permette di individuare la presenza di un animale anche se si trova al di sotto della superficie dell’acqua, purché stia emettendo suoni. Le registrazioni possono essere effettuate indipendentemente dalle condizioni meteorologiche e per lunghi periodi di tempo, permettendo la continuità nella raccolta dei dati. Il lavoro di tesi è stato svolto nell’ambito di un Progetto di Ricerca de L’Oceanogràfic di Valencia. Le registrazioni sono state effettuate tramite lo strumento EAR (Ecological Acoustic Recorder) in due aree del Mar Balear, il Mar di Bamba e il Parco Nazionale di Cabrera, in differenti periodi, profondità e con diverse frequenze di campionamento (50 kHz e 5 kHz). I dati ottenuti sono stati analizzati tramite i programmi X-BAT (Extensible Bioacoustic Tool) e Adobe Audition 3.0 al fine di rilevare i pulsi emessi dai capodogli. Per entrambe le aree di studio i dati sono stati elaborati in modo da ottenere modelli giornalieri e stagionali delle ore positive e del numero di pulsi emessi. La presenza di P. macrocephalus è stata confermata in entrambe le aree di studio, e dal confronto delle analisi spettrali dei pulsi si può affermare che, nonostante le differenze, i pulsi registrati in entrambe le aree sono effettivamente emessi da capodogli. Il lavoro di Tesi permette di suggerire che per futuri studi sia applicata la frequenza di registrazione di 20 kHz utilizzando lo strumento SAMARUC, alla cui progettazione ha partecipato L’Oceanogràfic di Valencia.

Struttura di età di nasello (Merluccius merluccius, Linnaeus, 1758) in alto-medio Adriatico mediante analisi degli otoliti e frequenza di taglia

The aim of present study is to define the general framework of Merluccius merluccius population structure, to estimate the growth rate and to assess the recruitment dynamics of juveniles from Northern and Central Adriatic, through otoliths analysis. The otoliths of hake specimens collected during the MedITS trawl survey in the 2012 in GSA 17, were cleaned and 102 otoliths out of 506 were embedded, sectioned, grindined and polished to obtain frontal and sagittal sections. The whole sample were analysed under stereomicroscope and optical microscope, with camera and connected to PC provided of an image analyses program. The frequency analysis of size classes and age revealed that the species is dominated by hake with >200mm TL and > one year old. The fish average size of M. merluccius at the end of the first year of life is about 199 mm TL. Allometrics analyses between fish TL and Feret (major axis), MiniFeret (minor axis), Area, Perimeter, showed a direct proportionality among lengths. Among the 88 otoliths sections analysed, the number of daily increments read ranged from 86 to 206, within 55 and 175mm TL range. The age estimate ranged from about 2-3 to 9 months and the growth rate from 20.99 to 27.15mm TL. The hatch-date distribution, obtained by back calculation, showed that the hatching occurs in November-March. In conclusion, strong preventive measures are needed for hake adults because the success of this species seems to be linked to deep water ecosystem protection where big spawners dwell.

Influenze ontogenetiche e ambientali sui fattori di condizione di Merluccius merluccius Linnaeus, 1758 (Pisces: Gadiformes) e Galeus melastomus Rafinesque, 1810 (Pisces: Carcharhiniformes): Implicazioni sulla gestione delle risorse

In ecologia della pesca, i fattori o indicatori della “condizione” di un organismo forniscono molte informazioni sulle caratteristiche di adattamento dei pesci all’ambiente e sul loro ruolo nell’ecosistema. La “condizione” include molte caratteristiche strutturali ed energetiche che possono variare in funzione dell’ontogenesi, del ciclo riproduttivo, ma anche in funzione delle caratteristiche dell’ambiente, incluso il grado di stress al quale è sottoposta una specie (es. la pressione di pesca). L’obiettivo del presente studio sperimentale è stato valutare eventuali differenze nell’abbondanza, nei parametri di popolazione, nella struttura demografica e negli indicatori di “condizione” di due specie, Merluccius merluccius (Pisces: Gadiformes) e Galeus melastomus (Pisces: Carcharhiniformes), in due diverse aree: Toscana settentrionale e meridionale, differenti per caratteristiche ambientali e pressione di pesca. Nella prima parte dell’analisi, sono stati confrontati gli indici di densità e biomassa, la struttura di taglia delle due popolazioni, su dati estratti dagli archivi storici delle campagne di pesca sperimentale MEDITS dal 1994 al 2013. Nella seconda parte dell’analisi invece, sono stati analizzati 1000 individui provenienti dalla campagna MEDITS 2014, integrati con campioni provenienti dallo sbarcato commerciale per il biennio 2014-2015. Gli individui di M. merluccius sono stati ripartiti in due classi di taglia (I = individui ≤ 18 cm LT; II = individui > 18 cm LT), quelli di G. melastomus in tre classi di taglia (I = individui ≤ 20 cm LT; II = individui 20 cm< x ≤ 35 cm LT; III= individui > 35 cm LT), suddivisi rispettivamente in 50 maschi e 50 femmine, per ogni classe. E’ stato condotto lo studio della crescita relativa attraverso l’analisi della relazione taglia/peso e lo studio della condizione tramite i seguenti indicatori: il fattore K di Fulton, l’indice epatosomatico (HSI) e l’indice gonadosomatico (GSI). I risultati di questa tesi hanno evidenziato differenze nei popolamenti, riconducibili alle diverse condizioni ambientali e alla pressione di pesca, tra le due aree indagate. L’area sud, interessata da un più intenso sforzo di pesca esercitato sui fondali della piattaforma e della scarpata continentale e da una morfologia del fondale differente, mostra una diversità in termini di crescita relativa e stato della “condizione”, che risulta più elevata in entrambe le specie, rispetto all’area settentrionale, caratterizzata invece da uno sforzo di pesca meno intenso, incentrato sull’ampia piattaforma continentale.

Gene expression responses to acute and chronic heat stress in the common reef-building coral Pocillopora verrucosa

Global climate change is impacting coral reefs worldwide, with approximately 19% of reefs being permanently degraded, 15% showing symptoms of imminent collapse, and 20% at risk of becoming critically affected in the next few decades. This alarming level of reef degradation is mainly due to an increase in frequency and intensity of natural and anthropogenic disturbances. Recent evidence has called into question whether corals have the capacity to acclimatize or adapt to climate changes and some groups of corals showed inherent physiological tolerance to environmental stressors. The aim of the present study was to evaluate mRNA expression patterns underlying differences in thermal tolerance in specimen of the common reef-building coral Pocillopora verrucosa collected at different locations in Bangka Island waters (North Sulawesi, Indonesia). Part of the experimental work was carried out at the CoralEye Reef Research Outpost (Bangka Island). This includes sampling of corals at selected sites and at different depths (3 and 12 m) as well as their experimental exposure to an increased water temperature under controlled conditions for 3 and 7 days. Levels of mRNAs encoding ATP synthase (ATPs) NADH dehydrogenase (NDH) and a 70kDa Heat Shock Protein (HSP70) were evaluated by quantitative real time PCR. Transcriptional profiles evaluated under field conditions suggested an adaptation to peculiar local environmental conditions in corals collected at different sites and at the low depth. Nevertheless, high–depth collected corals showed a less pronounced site-to-site separation suggesting more homogenous environmental conditions. Exposure to an elevated temperature under controlled conditions pointed out that corals adapted to the high depth are more sensitive to the effects of thermal stress, so that reacted to thermal challenge by significantly over-expressing the selected gene products. Being continuously exposed to fluctuating environmental conditions, low-depth adapted corals are more resilient to the stress stimulus, and indeed showed unaffected or down-regulated mRNA expression profiles. Overall these results highlight that transcriptional profiles of selected genes involved in cellular stress response are modulated by natural seasonal temperature changes in P. verrucosa. Moreover, specimens living in more variable habitats (low-depth) exhibit higher basal HSP70 mRNA levels, possibly enhancing physiological tolerance to environmental stressors.

Sclerocronologia di Chamelea gallina (Linnaeus, 1758) in Adriatico

La conoscenza dell’età e della crescita dei bivalvi è un requisito fondamentale per uno studio di dinamica di popolazione e per una gestione ottimale della risorsa. Lo scopo di questa tesi è quello di individuare una metodologia valida per riconoscere la precisa natura dell’origine dei microincrementi di crescita nel guscio di Chamelea gallina, riconoscendo le discontinuità annuali all’interno del guscio. Sono stati prelevati gusci di individui di C. gallina provenienti da un precedente campionamento nella baia della Vallugola il 06/09/2013. Le valve sono state incluse in resina epossidica e sezionate dall’umbone al margine centrale e levigate così da poter osservare le fettine ottenute allo stereomicroscopio a luce trasmessa. Il vantaggio riscontrato di questa metodologia è rappresentato dalla inaccessibilità delle strutture di deposizione alle perturbazioni ambientali anche se risulta impossibile annullare i possibili effetti dovuti all’attività di pesca o di altri eventi stressanti. Sono stati individuati solamente organismi con uno o due anni di età. I picchi di rallentamento della crescita sincronizzati in ogni classe di taglia potrebbero indicare tassi di accrescimento costanti entro le classi di taglia. Si può notare inoltre una certa ciclicità con cui si presentano i picchi di rallentamento della crescita. Essi si presentano circa ogni 10-12 crestine corrispondenti ipoteticamente ad una annualità. Un limite di questa metodica è dato dal fatto che si riesce a leggere l’informazione contenuta nel guscio ma, senza una validazione non è possibile associarla ad un preciso periodo di vita dell’organismo. A causa delle tempistiche limitate, non è stato possibile condurre esperimenti di crescita in campo per validare la periodicità delle micro linee di accrescimento ma sarebbe auspicabile in futuro riuscire a svolgere almeno una delle diverse metodiche di validazione.

Distribuzione, prevalenza e host range della Skeleton Eroding Band nell'atollo di Faafu, Repubblica delle Maldive

Lo studio delle malattie che colpiscono i coralli rappresenta un campo di ricerca nuovo e poche sono le ricerche concentrate nell’Oceano Indo-Pacifico, in particolare nella Repubblica delle Maldive. Lo scopo di questa ricerca è stato approfondire le conoscenze riguardo distribuzione, prevalenza e host range della Skeleton Eroding Band (SEB) nell’atollo di Faafu. Durante il lavoro, svolto in campo tra il novembre e il dicembre 2013, sono state indagate le isole di: Magoodhoo, Filitheyo e Adangau al fine di rilevare differenze nei livelli di prevalenza della SEB in relazione ai diversi gradi di utilizzo da parte dell’uomo delle 3 isole. Il piano di campionamento ha previsto la scelta casuale, in ciascuna delle isole, di 4 siti in cui sono stati realizzati 3 belt transect e 3 point intercept transect a 2 profondità predefinite. La SEB è stata ritrovata con una prevalenza media totale di 0,27%. Dai risultati dell’analisi statistica le differenze fra le isole non sono apparse significative, facendo ipotizzare che i livelli di prevalenza differiscano a causa di oscillazioni casuali di carattere naturale e che quindi non siano dovute a dinamiche legate al diverso sfruttamento da parte dell’uomo. I generi Acropora e Pocillopora sono risultati quelli maggiormente colpiti con valori di prevalenza totale di 0,46% e 1,33%. Infine è stata rilevata una correlazione positiva tra il numero di colonie di madrepore affette dalla SEB e il numero di colonie in cui la malattia è associata alla presenza di lesioni provocate da danni meccanici. I dati di prevalenza ottenuti e le previsioni di cambiamenti climatici in grado di aumentare distribuzione, host range, abbondanza della patologia, pongono l’accento sulla necessità di chiarire il ruolo delle malattie dei coralli nel deterioramento, resilienza e recupero dei coral reefs, al fine di attuare politiche di gestione adatte alla protezione di questi fragili ecosistemi.

Ecological distribution of semi-demersal fishes in space and time on the shelf of Antalya Gulf

In this study we provide a baseline data on semidemersal fish assemblages and biology in a heterogeneous and yet less studied portion of the shelf of Antalya Gulf. The distribution of fish abundance in three transects subjected to different fisheries regulations (fishery vs non fishery areas), and including depths of 10, 25, 75, 125, 200 m, was studied between May 2014 and February 2015 in representative months of winter, spring, summer and autumn seasons. A total of 76 fish species belonging to 40 families was collected and semidemersal species distribution was analyzed in comparison with the whole community. Spatial distribution of fish was driven mainly by depth and two main assemblages were observed: shallow waters (10-25; 75 m) and deep waters (125-200 m). Significant differences among transects were found for the whole community but not for the semidemersal species. Analysis showed that this was due to a strong relation of these species with local environmental characteristics rather than to a different fishing pressure over transects. Firstly all species distribute according to the bathymetrical gradient and secondly to the bottom type structure. Semidemersal species were then found more related to zooplankton and suspended matter availability. The main morphological characteristics, sex and size distribution of the target semidemersal species Spicara smaris (Linnaeus, 1758), Saurida undosquamis (Richardson, 1848), Pagellus acarne (Risso, 1827) were also investigated.