Distribuzioni temperate e loro applicazioni a problemi per operatori differenziali lineari con coefficienti costanti

In questa tesi tratteremo alcune applicazioni della teoria delle distribuzioni, specialmente di quelle temperate. Nei primi capitoli introdurremo i concetti fondamentali di questa teoria e cercheremo di fornire al lettore tutti gli strumenti necessari per affrontare l’argomento principale: la ricerca delle soluzioni fondamentali per un operatore lineare a coefficienti costanti e la risoluzione di problemi differenziali per essi. Infine applicheremo quanto studiato, all’operatore delle onde. Conclude la tesi un’appendice in cui verranno trattate le distribuzioni a simmetria radiale, utili per affrontare il problema di Cauchy per l’equazione delle onde.

Habitat shifts: an experimental study on disappearing canopies of Cystoseira barbata (Stackhouse) C. Agard and the habitat replacing them

Cambiamenti di habitat in ambienti marini: uno studio sperimentale sulla perdita di foreste a Cystoseira barbata (Stackhouse) C. Agardh e sui popolamenti che le sostituiscono La presente tesi affronta il tema scientifico generale di come prevedere e mitigare la perdita di habitat marini naturali causata dalle attività umane. La tesi si è focalizzata sugli habitat subtidali a “canopy” formati da macroalghe brune a tallo eretto dell’ordine Fucales, che per morfologia, ruolo ed importanza ecologica possono essere paragonate alle “foreste” in ambienti terrestri temperati. Questi sistemi sono tra i più produttivi in ambienti marini, e sono coinvolti in importanti processi ecologici, offrendo cibo, protezione, riparo ed ancoraggio a diverse altre specie animali e vegetali, modificando i gradienti naturali di luce, sedimentazione e idrodinamismo, e partecipando al ciclo dei nutrienti. Sulle coste temperate di tutto il mondo, le foreste di macroalghe a canopy sono in forte regressione su scala locale, regionale e globale. Questo fenomeno, che sta accelerando a un ritmo sempre più allarmante, sta sollevando interesse e preoccupazione. Infatti, data la loro importanza, la perdita di questi habitat può avere importanti conseguenze ecologiche ed economiche, tra cui anche il possibile declino della pesca che è stato osservato in alcune aree in seguito alla conseguente riduzione della produttività complessiva dei sistemi marini costieri. Nel Mar Mediterraneo questi tipi di habitat sono originati prevalentemente da alghe appartenenti al genere Cystoseira, che sono segnalate in forte regressione in molte regioni. Gli habitat a Cystoseira che ancora persistono continuano ad essere minacciati da una sineregia di impatti antropici, ed i benefici complessivi delle misure di protezione fin ora attuate sono relativamente scarsi. Scopo della presente tesi era quello di documentare la perdita di habitat a Cystoseira (prevalentemente Cystoseira barbata (Stackhouse) C. Agardh) lungo le coste del Monte Conero (Mar Adriatico centrale, Italia), e chiarire alcuni dei possibili meccanismi alla base di tale perdita. Studi precedentemente condotti nell’area di studio avevano evidenziato importanti cambiamenti nella composizione floristica e della distribuzione di habitat a Cystoseira in quest’area, e avevano suggerito che la scarsa capacità di recupero di questi sistemi potesse essere regolata da interazioni tra Cystoseira e le nuove specie dominanti sui substrati lasciati liberi dalla perdita di Cystoseira. Attraverso ripetute mappature dell’habitat condotte a partire da Luglio 2008 fino a Giugno 2010, ho documentato la perdita progressiva delle poche, e sempre più frammentate, patch di habitat originate da questa specie in due siti chiamati La Vela e Due Sorelle. Attraverso successivi esperimenti, ho poi evidenziato le interazioni ecologiche tra le specie dominanti coinvolte in questi cambiamenti di habitat, al fine di identificare possibili meccanismi di feedback che possano facilitare la persistenza di ciascun habitat o, viceversa, l’insediamento di habitat alternativi. La mappatura dell’habitat ha mostrato un chiaro declino della copertura, della densità e della dimensione degli habitat a Cystoseira (rappresentati soprattutto dalla specie C. barbata e occasionalmente C. compressa che però non è stata inclusa nei successivi esperimenti, d’ora in avanti per semplicità verrà utilizzato unicamente il termine Cystoseira per indicare questo habitat) durante il periodo di studio. Nel sito Due Sorelle le canopy a Cystoseira sono virtualmente scomparse, mentre a La Vela sono rimaste poche, sporadiche ed isolate chiazze di Cystoseira. Questi habitat a canopy sono stati sostituiti da nuovi habitat più semplici, tra cui soprattutto letti di mitili, feltri algali e stand monospecifici di Gracilaira spp.. La mappatura dell’habitat ha inoltre sottolineato una diminuzione del potenziale di recupero del sistema con un chiaro declino del reclutamento di Cystoseira durante tutto il periodo di studio. Successivamente ho testato se: 1) una volta perse, il recupero di Cystoseira (reclutamento) possa essere influenzato dalle interazioni con le nuove specie dominanti, quali mitili e feltri algali; 2) il reclutamento di mitili direttamente sulle fronde di Cystoseira (sia talli allo stadio adulto che giovanili) possa influenzare la sopravvivenza e la crescita della macroalga; 3) la sopravvivenza e la crescita delle nuove specie dominanti, in particolare mitili, possa essere rallentata dalla presenza di canopy di Cystoseira. I risultati dimostrano che le nuove specie dominanti insediatesi (feltri algali e mitili), possono inibire il reclutamento di Cystoseira, accelerandone il conseguente declino. L’effetto diretto dei mitili sulle fronde non è risultato particolarmente significativo né per la sopravvivenza di Cystoseira che finora non è risultata preclusa in nessun stadio di sviluppo, né per la crescita, che nel caso di individui adulti è risultata leggermente, ma non significativamente, più elevata per le fronde pulite dai mitili, mentre è stato osservato il contrario per i giovanili. La presenza di canopy a Cystoseira, anche se di piccole dimensioni, ha limitato la sopravvivenza di mitili. Questi risultati complessivamente suggeriscono che una foresta di macroalghe in buone condizioni può avere un meccanismo di autoregolazione in grado di facilitare la propria persistenza. Quando però il sistema inizia a degradarsi e a frammentarsi progressivamente, i cambiamenti delle condizioni biotiche determinati dall’aumento di nuove specie dominanti contribuiscono alla mancanza di capacità di recupero del sistema. Pertanto le strategie per una gestione sostenibile di questi sistemi dovrebbero focalizzarsi sui primi segnali di cambiamenti in questo habitat e sui possibili fattori che ne mantengono la resilienza.

Spatial and temporal variation in settlement, growth and condition of the rockfish species Sebastes caurinus and Sebastes carnatus in the Channel Islands region, Santa Barbara, CA

Survival during the early life stages of marine species, including nearshore temperate reef fishes, is typically very low, and small changes in mortality rates, due to physiological and environmental conditions, can have marked effects on survival of a cohort and, on a larger scale, on the success of a recruitment season. Moreover, trade offs between larval growth and accumulation of energetic resources prior to settlement are likely to influence growth and survival until this critical period and afterwards. Rockfish recruitment rates are notoriously variable between years and across geographic locations. Monitoring of rates of onshore delivery of pelagic juveniles (defined here as settlement) of two species of nearshore rockfishes, Sebastes caurinus and Sebastes carnatus, was done between 2003-2009 years using artificial collectors placed at San Miguel and Santa Cruz Island, off Southern California coast. I investigated spatiotemporal variation in settlement rate, lipid content, pelagic larval duration and larval growth of the newly settled fishes; I assessed relationships between birth date, larval growth, early life-history characteristics and lipid content at settlement, considering also interspecific differences; finally, I attempt to relate interannual patterns of settlement and of early life history traits to easily accessible, local and regional indices of ocean conditions including in situ ocean temperature and regional upwelling, sea surface temperature (SST) and Chlorophyll-a (Chl-a) concentration. Spatial variations appeared to be of low relevance, while significant interannual differences were detected in settlement rate, pelagic larval duration and larval growth. The amount of lipid content of the newly settled fishes was highly variable in space and time, but did not differ between the two species and did not show any relationships with early life history traits, indicating that no trade off involved these physiological processes or they were masked by high individual variability in different periods of larval life. Significant interspecific differences were found in the timing of parturition and settlement and in larval growth rates, with S. carnatus growing faster and breeding and settling later than S. caurinus. The two species exhibited also different patterns of correlations between larval growth rates and larval duration. S. carnatus larval duration was longer when the growth in the first two weeks post-hatch was faster, while S. caurinus had a shorter larval duration when grew fast in the middle and in the end of larval life, suggesting different larval strategies. Fishes with longer larval durations were longer in size at settlement and exhibited longer planktonic phase in periods of favourable environmental conditions. Ocean conditions had a low explanatory power for interannual variation in early life history traits, but a very high explanatory power for settlement fluctuations, with regional upwelling strength being the principal indicator. Nonetheless, interannual variability in larval duration and growth were related to great phenological changes in upwelling happened during the period of this study and that caused negative consequences at all trophic levels along the California coast. Despite the low explanatory power of the environmental variables used in this study on the variation of larval biological traits, environmental processes were differently related with early life history characteristics analyzed to species, indicating possible species-specific susceptibility to ocean conditions and local environmental adaptation, which should be further investigated. These results have implications for understanding the processes influencing larval and juvenile survival, and consequently recruitment variability, which may be dependent on biological characteristics and environmental conditions.

Competizione e interazioni allelopatiche tra Ostreopsis ovata e altre microalghe.

Le fioriture algali rappresentano un problema emergente che colpisce le attività ricreative costiere negli ultimi decenni e molta responsabilità è attribuita alla pressione antropica sulle coste, anche se fondamentalmente i fenomeni di fioriture dannose rimangono imprevedibili. Un tempo confinate in aree tropicali e sub-tropicali, nuove alghe tossiche produttrici di composti palitossina-simili, quali Ostreopsis spp., si sono diffuse anche in regioni temperate, come il Mediterraneo. Le condizioni di sviluppo di queste fioriture sono legate a fattori ambientali quali irraggiamento, temperatura, concentrazione di nutrienti e alle caratteristiche biologiche delle singole specie. Per valutare il rischio reale sulla salute dell’uomo, vi è necessità di conoscere i parametri ambientali ottimali alla proliferazione delle specie, in termini di temperatura, intensità luminosa e disponibilità di nutrienti, così come di chiarire la struttura delle tossine e le condizioni che possono favorire la loro produzione. In questo studio un ceppo della dinoflagellata Ostreopsis ovata e un ceppo della dinoflagellata Prorocentrum lima sono stati coltivati in colture batch a tre diverse temperature (20°C, 25°C, 30°C) come monocolture e come colture miste. La raccolta è avvenuta nel periodo della loro presunta fase stazionaria. Le informazioni circa il comportamento delle microalghe nelle diverse colture sono state raccolte tramite calcolo del tasso di crescita, analisi del consumo di nutrienti, valutazione dell’efficienza fotosintetica, produzione di tossine. E’ stato applicato un nuovo metodo di misura per il calcolo dei biovolumi. Tra le due microalghe, O. ovata ha esibito maggiore variabilità morfologica, tassi di crescita più elevati e migliore efficienza fotosintetica, mostrando però di subire stress alla temperatura di 30°C. P. lima ha presentato tassi di crescita inferiori, incompleto utilizzo dei nitrati e minore efficienza fotosintetica, accompagnata da grande dissipazione di energia sotto forma di calore. Nelle colture miste, l’uptake più rapido di nitrati da parte di O. ovata ha fatto sì che il numero di cellule di P. lima fosse notevolmente inferiore a quello sviluppatosi nelle colture pure. Ciononostante, la produzione di acido okadaico da parte di P. lima non si è modificata in presenza di O. ovata. Il ceppo di O. ovata utilizzato è stato in grado di produrre ovatossina-a, la tossina maggiormente presente nelle cellule, e quantità circa quattro volte inferiori di ovatossine d+e, oltre a piccole quantità di palitossina putativa. Non è stato invece in grado di produrre le altre due ovatossine conoscisute, l’ovatossina-b e l’ovatossina-c. La produzione di tossine ha dimostrato di essere correlata positivamente con l’aumento della temperatura quando espressa su unità di biovolume, ed è stata inferiore nelle colture miste rispetto alle colture pure. Grazie alla maggiore capacità di crescita, al miglior utilizzo di nutrienti e alla migliore efficienza fotosintetica, O. ovata si dimostra in grado di dare origine a importanti eventi di fioritura, mentre per P. lima i parametri di crescita studiati non evidenziano questa capacità. Le analisi in corso circa la quantità di tossine emesse nel mezzo di coltura permetterano di completare il quadro delineato dal presente studio. Allo stato attuale, non si può concludere che esista attività allelopatica di una specie nei confronti dell’altra.

Temporal variation of genetic diversity and differentiation of albacore, Thunnus alalunga, in the Mediterranean Sea

This study is on albacore (Thunnus alalunga, Bonnaterre 1788), an epi- and mesopelagic oceanic tuna species cosmopolitan in the tropical and temperate waters of all oceans including the Mediterranean Sea, extending in a broad band between 40°N and 40°S. What it’s known about albacore population structure is based on different studies that used fisheries data, RFLP, mtDNA control region and nuDNA markers, blood lectins analysis, individual tags and microsatellite. At the moment, for T. alalunga six management units are recognized: the North Pacific, South Pacific, Indian, North Atlantic, South Atlantic and Mediterranean stocks. In this study I have done a temporal and spatial comparison of genetic variability between different Mediterranean populations of Thunnus alalunga matching an historical dataset ca. from 1920s composed of 43 individuals divided in 3 populations (NADR, SPAIN and CMED) with a modern dataset composed of 254 individuals and 7 populations (BAL, CYP, LIG, TYR, TUR, ADR, ALB). The investigation was possible using a panel of 94 nuclear SNPs, built specifically for the target species at the University of Basque Country UPV/EHU. First analysis done was the Hardy-Weinberg, then the number of clusters (K) was determined using STRUCTURE and to assess the genetic variability, allele frequencies, the average number of alleles per locus, expected (He) and observed (Ho) heterozygosis, and the index of polymorphism (P) was used the software Genetix. Historical and modern samples gives different results, showing a clear loss of genetic diversity over time leading to a single cluster in modern albacore instead of the two found in historical samples. What this study reveals is very important for conservation concerns, and additional research endeavours are needed.