Potenzialità di utilizzo di strutture urbane marine per la conservazione di specie minacciate: uno studio sperimentale sulle strutture di difesa costiera lungo le coste del Nord Adriatico

La proliferazione di strutture di difesa costiere ha determinato un interesse crescente circa l’ecologia di questi ambienti artificiali. Ricerche precedenti svolte lungo le coste del Nord Adriatico avevano evidenziato che mentre i substrati naturali in questa regione sono abbondantemente colonizzati da specie algali, i substrati artificiali tendono ad essere quantitativamente poveri di specie algali e dominati da specie di invertebrati. La seguente tesi ha analizzato l’ipotesi che tali differenze nella crescita di alghe tra habitat naturali ed artificiali potessero essere legate ad una iversa pressione da parte di organismi erbivori. Il lavoro si è focalizzato sulla specie Cystoseira barbata che è naturalmente presente nella regione di studio, ma che negli ultimi 70 anni ha subito una significativa regressione. Si volevano pertanto analizzare i fattori che possono favorire o inibire la crescita di Cystoseira su strutture artificiali di difesa costiera, al fine di poter valutare la possibilità di utilizzare questi substrati artificiali come mezzo per la conservazione di questa specie. I principali obiettivi del lavoro erano: 1. individuare e caratterizzare le potenziali specie erbivore presenti nei siti di studio che potessero limitare la crescita di C. barbata 2. analizzare se ci sono differenze nell’abbondanza di erbivori tra i siti artificiali e quelli naturali. 3. testare se il diverso stadio di sviluppo dell’alga o le modalità di trapianto potessero influenzarne la suscettibilità alla predazione. Mediante esperimenti in campo ho testato gli effetti dell’esclusione di erbivori sulla sopravvivenza e la crescita di Cystoseira barbata. Ho inoltre effettuato test in laboratorio determinare per individuare il potenziale ruolo come erbivori di varie tipologie di organismi, quali anfipodi, paguri e pesci. I risultati confermano l’importanza dell’erbivoria nel determinare il successo dei trapianti e ci dicono che gli erbivori da ricercare superano 1 cm di grandezza. In più, si è osservato che modalità di trapianto che distanzino i talli dal fondo aumentano la sopravvivenza dei talli, mentre non sono state osservate differenze in funzione della taglia dell’alga. Attraverso i test di laboratorio è stato possibile escludere gli Anfipodi come potenziali erbivori mentre Pagurus bernardus ha dimostrato un’effettiva azione di consumo dell’alga. Al contrario, i tests effettuati per approfondire la dieta di alcune specie di blennidi, composta almeno in parte da alghe, non hanno fornito conferme, almeno per il momento. Mediante visual census, si è inoltre escluso il ruolo di grandi erbivori quali ricci e salpe, scarsi nei siti di studio. Il lavoro fino a qui svolto indica, tuttavia, chiaramente che gli ambienti artificiali possono essere influenzati dall’azione di organismi predatori in maniera maggiore rispetto agli ambienti rocciosi circostanti. Questa ipotesi è particolarmente interessante in quanto rappresenterebbe una differenza fondamentale nel funzionamento delle strutture artificiali rispetto agli ambienti rocciosi naturali.

Cluster carbonilici eterometallici di rodio: Sintesi di nuove specie molecolari e studio della loro reattività

Durante il mio periodo di Tesi ho lavorato nel campo dei cluster eterometallici di Rh stabilizzati da leganti carbonilici. Inizialmente mi sono occupato della reazione di idrogenazione del cluster [Rh12Sn(CO)27]4- e della specie insatura [Rh12Sn(CO)25]4-, che ho sintetizzato per la prima volta con reattore a microonde. Ho poi testato il prodotto [Rh12Sn(CO)27/25-xHy]4- come catalizzatore nella reazione di idrogenazione di stirene ad etilbenzene. Le prove hanno evidenziato la sua scarsa attività catalitica, anzi il catalizzatore si è rivelato instabile sia in atmosfera di H2, dove si trasforma in [Rh14(CO)25]4-, che di CO/H2, dove genera una specie ancora non ben caratterizzata. Nella seconda parte del mio progetto ho cercato di sintetizzare nuovi cluster carbonilici Rh-Bi. Dopo alcune prove sono riuscito ad isolare e caratterizzare il nuovo cluster icosaedrico [Rh12Bi(CO)27]3-. Ne ho poi studiato la reattività trattandolo con BiCl3, HCl e irraggiandolo con le microonde. Dalla prima reazione ho ottenuto due nuove specie molecolari cioè il dimero [(Rh12Bi(CO)26)2Bi]5-, in cui due unità icosaedriche sono legate insieme da uno ione Bi+, e [Rh14Bi3(CO)27]3-, in cui sono presenti legami incipienti intermolecolari Bi-Bi. Nelle altre due prove sono stati identificati nuovi prodotti non ancora identificati ma tuttora in fase di studio.

Dinamica del fitoplancton in relazione alle variabili abiotiche con particolare attenzione alle specie dannose

Negli ultimi decenni nell’Alto Adriatico, in particolare lungo la costa dell’Emilia-Romagna, si sono verificati fenomeni eutrofici con lo svilupparsi di “red tides”, con frequenza e intensità tali da aver assunto un aspetto cronico. Da questi episodi è nata l’esigenza sia di un efficiente monitoraggio dell’area, che viene svolto dal 1976 dalla Struttura Oceanografica Daphne (ARPA), sia di ricercare e studiare i meccanismi che guidano il processo. Questa zona è sotto stretta osservazione anche nell’ambito Direttiva europea 2008/56/CE, Marine Strategy Framework Directive (MSFD), in quanto l’alto Adriatico rappresenta la zona maggiormente a rischio per i fenomeni di eutrofizzazione e di bloom algali. Il lavoro di questa tesi nasce dalla necessità di approfondire diversi aspetti sollevati dalla MSFD che non vengono soddisfatti da una normale attività di monitoraggio. La frequenza e l’enorme mole di dati raccolti spesso non permette nè di riunire insieme per un unico sito tutti i parametri biotici e abiotici indicativi dello stato dell’ambiente, né di fare elaborazioni statistiche approfondite. Per fare questo sono state condotte in due siti prospicienti la località di Marina di Ravenna (costa emiliano-romagnola): DIGA SUD e GEOMAR, distanti rispettivamente 1.5 Km e 12 Km dalla costa, analisi quali-quantitative dei popolamenti fitoplanctonici presenti e concomitanti analisi dei parametri chimico-fisici (nutrienti, temperatura e salinità) dell’acqua. Il campionamento bimensile è iniziato ad aprile del 2013 ed è terminato ad ottobre dello stesso anno. Dai dati ottenuti dalle suddette analisi, avvalendosi di diversi strumenti statistici, si è cercato di capire se c’è differenza fra i due siti oggetto di studio in termini di variabili abiotiche ambientali e di popolazione fitoplanctonica dovuta ad effetto geografico (distanza dalla costa). Inoltre si è cercato di individuare come le variabili ambientali vadano ad influenzare la distribuzione dei diversi taxa fitoplanctonici e di segnalare l’eventuale presenza di specie microalgali potenzialmente tossiche e/o dannose.

Capacità fitoestrattive della specie Dittrichia viscosa su suoli derivanti da attività mineraria

La phytoremediation si colloca nel campo dei nuovi interventi di bonifica come una tecnica verde, sostenibile e a basso costo, che può sostituire le ordinarie tecniche ingegneristiche in condizioni di inquinamento da basso a moderato. Si basa sull'utilizzo di piante per contenere, rimuovere o degradare i contaminanti presenti in suolo, sedimenti e acque. In questo studio sono state valutate le capacità fitoestrattive della specie Dittrichia viscosa in suoli derivanti da attività mineraria. Il campionamento è stato realizzato in due siti minerari, il distretto minerario di Montevecchio (VS) e la miniera di Libiola (GE) ed in cinque siti non minerari utilizzati come riferimento e controllo. In ogni sito è stato campionato suolo rizosferico e campioni vegetali della specie D. viscosa. Lo studio si è focalizzato su cinque metalli pesanti molto diffusi e pericolosi: Cu, Ni, Pb, Zn e Cd. Per valutare a quale livello della pianta vengono accumulati, ogni campione vegetale è stato separato in tre porzioni, radici, fusto e foglie, che sono state analizzate separatamente; inoltre, sono state determinate le concentrazioni totali e biodisponibili dei cinque metalli nei suoli rizosferici campionati. Dallo studio è emerso che la specie D. viscosa tende ad accumulare i contaminanti indagati soprattutto a livello fogliare nonostante non sia sempre dimostrato nei campioni provenienti dal sito di Libiola. Grazie alle buone capacità che la pianta presenta nell'accumulare Ni e Zn nell'apparato radicale, e nel trasferire Zn, Pb e Cd nell'apparato fogliare, D. viscosa può essere considerata una buona candidata negli interventi di fitorimedio.

Stato tossicologico di esemplari di foca monaca (Monachus monachus, Hermann 1779) della Grecia, specie "critically endangered" del Mar Mediterraneo.

La foca monaca (Monachus monachus, Hermann 1779) è il pinnipede più a rischio d’estinzione del mondo e pochi sono gli studi che hanno indagato l’impatto antropico dato dagli inquinanti chimici su questa specie. Questo studio si propone di analizzare la pressione che elementi in traccia, organoclorurati (OC) e, per la prima volta, idrocarburi policiclici aromatici (IPA) hanno sulla specie, studiando una della popolazioni più numerose presenti nel Mar Mediterraneo, ossia quella greca. Sono stati utilizzati campioni di 59 esemplari deceduti provenienti da diverse colonie residenti in Grecia, di ambedue i sessi, appartenenti a diverse classi d’età e riferibili ad un arco temporali di quasi 20 anni (1994-2013). Per i contaminanti organici (PCB, DDT ed IPA), caratterizzati da un comportamento lipofilico, sono stati utilizzati esclusivamente campioni di tessuto adiposo, mentre per l’analisi di elementi in traccia (essenziali: Fe, Co, Cu, Se, Zn, Mg; tossici: Cr, Ni, As, Cd, Pb, Hg) sono state impiegate diverse matrici, quali fegato, rene, muscolo, adipe, milza, polmone, cuore e pelo. I risultati evidenziano un’importante contaminazione dai OC (125.896,69±289.934,27 ng/g p.s.), in cui DDT e PCB sono presenti rispettivamente al 48,5% e 51,5%, mentre, tra i metalli considerati tossici (As, Cd, Pb, Hg, Cr, Ni), As e Hg sono gli elementi che destano maggiori preoccupazioni per la salute di Monachus monachus, presenti rispettivamente al 36,44% e 12,83%. IPA ed altri elementi in traccia analizzati invece non raggiungono di per sé concentrazioni di rischio per la specie, ma non si escludono possibili effetti sinergici tra i vari inquinanti. L’elaborazione del fingerprint tossicologico ha evidenziato un’eterogeneità nella pressione data dai contaminanti in studio, manifestando che alcune colonie di foca monaca in Grecia sono maggiormente soggette all’azione negativa di organoclorurati, idrocarburi policiclici aromatici o elementi in traccia tossici a seconda del caso.

Stima della fecondità del lotto in una specie ittica a deposizione parziale (Engraulis encrasicolus): due aree a confronto, il Mar Tirreno e lo Stretto di Sicilia.

L'importanza dell'acciuga europea (Engraulis encrasicolus) come risorsa ittica, sia a livello economico che ecologico, nel Mar Mediterraneo, ha portato alla necessità di monitorare la biomassa deponente di questa specie per cercare di dare un limite al suo sovrasfruttamento (rappresentando il 22% delle catture nazionali). Lo studio effettuato riguarda le stime di fecondità dell'acciuga europea tramite l'applicazione di un metodo di analisi d'immagine, Whole Mount, su campioni di gonadi di adulti maturi e pronti alla deposizione. Il campionamento degli esemplari è avvenuto durante due campagne oceanografiche, organizzate dall'U.O.S di Capo Granitola dell'Istituto per l'Ambiente Marino Costiero del CNR, che hanno coperto l'area dello Stretto di Sicilia e del Mar Tirreno, durante i mesi estivi che rappresentano il picco di deposizione della specie. Nel presente lavoro sono stati analizzati in totale 76 ovari di acciuga, provenienti da entrambe le aree di campionamento e che presentassero ovociti maturi e risultassero, quindi, in una fase di deposizione nota come "deposizione imminente". Per entrambe le aree di studio è stata stimata una relazione lunghezza-peso con andamento esponenziale. I test statistici non parametrici di Kolmogorov-Smirnov e di Mann-Whitney hanno permesso di stimare se vi fossero differenze tra la fecondità, l'indice gonadosomatico (IGS) e il fattore di condizione (CF) nelle due aree, Stretto di Sicilia e piattaforma settentrionale siciliana. I valori di CF sono risultati significativamente differenti tra le due aree se valutati con il test di Kolmogorov-Smirnov, tuttavia tale differenza non è stata confermata dal test di Mann-Whitney. L'IGS e la fecondità, invece, sono risultati significativamente diversi nelle due aree per entrambi i test. Si può ipotizzare che valori di fecondità differenti nelle due aree, nonostante in entrambi i casi il campionamento sia avvenuto durante il picco di riproduzione della specie, possono essere dovuti alla variabilità dei fattori abiotici, quali temperature e nutrienti, differenti nello Stretto di Sicilia e nell'area lungo le coste settentrionali siciliane. Temperatura e nutrienti possono essere differenti, poiché vi è un diverso movimento delle masse d'acqua causato da correnti distinte nelle due aree. Conoscere la variabilità dei parametri riproduttivi di una specie di rilevanza commerciale così alta, come l'acciuga, rappresenta uno strumento fondamentale per scegliere le misure di gestione sostenibile degli stock più appropriate per aree differenti.

Analisi di paternità sulla specie Anguilla anguilla con l'utilizzo di marcatori loci microsatelliti

L’anguilla europea, Anguilla anguilla, è una specie gravemente minacciata, sia da impatti diretti legati al sovrasfruttamento della specie a tutti gli stadi del ciclo vitale, che indiretti come l’urbanizzazione costiera e la perdita di habitat lagunari. Negli ultimi 45 anni è stata documentata una riduzione del tasso di reclutamento di anguilla europea del 90%. Lo scopo di questo studio è stato approfondire le modalità riproduttive di A. anguilla per via indiretta, attraverso un’analisi di paternità. Il Centro di ricerca universitario di Cesenatico (Laboratori di Acquacoltura ed Igiene delle Produzioni Ittiche – Università di Bologna) ha avviato le prime sperimentazioni su A. anguilla, al fine di mettere a punto un protocollo di riproduzione artificiale. Nell’estate 2015 i ricercatori hanno ottenuto sette riproduzioni spontanee in ambiente controllato, da queste sono state campionate casualmente e genotipizzate circa 40 larve per ogni mandata riproduttiva e i relativi riproduttori per condurre l’analisi di paternità. In ogni riproduzione è stata utilizzata sempre e soltanto una femmina e tre o quattro maschi; le analisi genetiche, condotte utilizzando 9 loci microsatelliti, si sono focalizzate sull’individuazione dei padri e l’assegnamento di paternità è avvenuto con un livello di confidenza medio dell’89%. Dalle analisi effettuate è emerso che: 1) i maschi di questa specie, precedentemente sottoposti a stimolazioni ormonali per indurne la riproduzione e la fertilità, sono in grado di partecipare con successo a più di una riproduzione; 2) più esemplari riescono a fecondare gli ovociti di una sola femmina e sembrano stabilirsi modelli gerarchici di dominanza in quanto si è osservato generalmente che un maschio prevale sugli altri, generando da solo più del 50% della prole. Questo studio pilota rappresenta, quindi, un punto di partenza per approfondimenti futuri sulle modalità riproduttive dell’anguilla europea.

Trattamento plasma assistito di acqua con una sorgente Dielectric Barrier Discharge (DBD): analisi delle specie reattive prodotte e potere battericida

La proliferazione di batteri in liquido è una problematica che riguarda anche le acque di fiumi e mari. In questo progetto di tesi sperimentale si indagherà un trattamento plasma assistito diretto di acqua sintetica riprodotta in laboratorio con l’obiettivo di ottenere un effetto battericida sul liquido contaminato. L’acqua trattata verrà analizzata chimicamente, in particolare si andranno a misurare i TRO (Total Residual Oxidant, composti dell’ossigeno derivanti dalla parziale ozonizzazione dell’acqua) che dovranno essere presenti in quantità minori di 0,1 mg/l. Il dispositivo utilizzato per i test biologici è una sorgente di tipologia DBD (Dielectric Barrier Discharge) indiretto. Gli elettrodi della sorgente sono separati dal solo strato di materiale dielettrico e uno di questi è composto da una rete metallica in acciaio inossidabile. Il plasma si forma tra le maglie della rete e induce la formazione di specie reattive, radiazioni UV, particelle cariche, campi elettromagnetici e calore. Ciò che raggiunge la soluzione contaminata è l’afterglow del plasma, ovvero tutte le specie reattive a lunga vita prodotte dalla ionizzazione dell’aria e dalle radiazioni UV. La sorgente è stata dapprima caratterizzata elettricamente studiando le forme d’onda di tensione e corrente a determinate condizioni operative. Il liquido da trattare è contaminato con il batterio Escherichia coli. è emerso che in tutti i casi testati i livelli degli ossidanti sono entro il limite prestabilito di 0,1 mg/l. Il trattamento plasma in soli 10 secondi è responsabile di una decontaminazione parziale del batterio E. coli. Da ulteriori studi si potranno trovare delle condizioni tali da inattivare totalmente la carica batterica presente date le grandi potenzialità di questo trattamento.

Valutazione statistica della ripetibilità di esperimenti di sequenziamento del DNA in specie batteriche

I progressi della biologia molecolare assieme alle nuove tecnologie di sequenziamento applicate su scala genomica alla genetica molecolare, hanno notevolmente elevato la conoscenza sulle componenti di base della biologia e delle patologie umane. All’interno di questo contesto, prende piede lo studio delle sequenze genetiche dei batteri, consentendo dunque, una migliore comprensione di ciò che si nasconde dietro le malattie legate all’uomo. Il seguente lavoro di tesi si propone come obiettivo l’analisi del DNA del batterio Listeria monocytogenes, un microrganismo presente nel suolo e in grado di contaminare l’acqua e gli alimenti. Lo scopo principale è quello di confrontare la variabilità tecnica e biologica, al fine di capire quali siano gli SNPs reali (Single Nucleotide Polymorphism) e quali artefatti tecnici. La prima parte, quindi, comprende una descrizione del processo di individuazione degli SNPs presenti nel DNA dei campioni in esame, in particolare di tre isolati diversi e tre copie. Nella seconda parte, invece, sono effettuate delle indagini statistiche sui parametri relativi agli SNPs individuati, ad esempio il coverage o il punteggio di qualità assegnato alle basi. Il fine ultimo è quello di andare a verificare se sussistano particolari differenze tra gli SNPs dei vari isolati batterici.

Distribuzione spaziale e temporale delle specie macrobentoniche aliene e native in ambienti portuali

La maggior parte degli insediamenti urbani si trova in prossimità delle coste e più del 50% della popolazione vive entro 100 km dal mare. Questo significa che l’ambiente marino è fortemente influenzato dalle attività antropiche e, per questo, è necessario creare un piano di gestione degli ambienti costieri, in quanto la resilienza dell’habitat marino dipende dall’uso sostenibile degli ecosistemi marini urbani. Lo scopo dello studio è quello di analizzare la distribuzione spaziale e temporale delle specie native e aliene, presenti sulle banchine del porto-canale di Ravenna. Sono stati analizzati i popolamenti intertidali di 6 siti lungo il canale Candiano dal 2016 al 2018 nei mesi di maggio. I risultati hanno illustrato un gradiente terra-mare a partire dai siti più interni lungo il porto-canale. Le specie più abbondanti identificate sono i due mitili Mytilus Galloprovincialis (specie nativa) e Xenostrobus securis (specie invasiva); queste specie si avvicendano nelle stazioni centrali del Candiano e si cedono il posto a vicenda: la specie nativa rimane nelle acque esterne e meno impattate mentre quella invasiva resta nei siti interni più soggetti a disturbi di vario tipo, come quello antropico. La terza specie più numerosa è Sphaeroma serratum, isopode nativo del Mediterraneo, presente da sempre nelle zone lagunari del ravennate; in questo studio è stato rinvenuto nelle stazioni più interne, che potrebbe sfruttare come rifugio da possibili competitori. I risultati hanno mostrato l’abbondanza e la diversità delle specie, indigene e non ,del porto di Ravenna: su un totale di 71 taxa diversi, le specie aliene rappresentavano il 17%; queste sono state rinvenute soprattutto nei siti di campionamento più interni, dove sono presenti condizioni più limitanti e sfavorevoli per le specie native. Inoltre, è stato osservato come la diversità specifica aumenti lungo il gradiente mare-terra, considerando le zone con maggiore diversità anche quelle con maggiore specie aliene.

Composizione biochimica di diverse specie microalgali e prove di feeding su Ruditapes philippinarum

L'utilizzo di diete a base di microalghe per l'allevamento di novellame di molluschi bivalvi sta ottenendo sempre maggiore interesse data la crescente domanda di mercato nel settore dell'acquacoltura. Le dimensioni cellulari, la composizione biochimica e la digeribilità della parete cellulare delle microalghe sono fattori fondamentali per la loro applicabilità nell'alimentazione dei bivalvi; anche il contenuto di acidi grassi essenziali quali EPA e DHA ha un ruolo rilevante poiché influenza il tasso di crescita e di sviluppo degli animali. Nel presente studio sono stati utilizzati due ceppi autoctoni della Sacca di Goro del genere Thalassiosira, Pheaodactylum tricornutum, l'alga verde Tetraselmis chui e l'aptofita T-Iso, quest’ultima ampiamente utilizzata nell'alimentazione di diverse specie di molluschi bivalvi. Gli esperimenti condotti hanno permesso di (1) caratterizzare la crescita e la composizione biochimica delle 5 specie microalgali e (2) di analizzare l'applicabilità delle stesse tramite prove di alimentazione su larve e novellame di Ruditapes philippinarum, al fine di ottimizzarne la produzione. I risultati migliori, per numero di sopravvissuti e taglia raggiunta, sono stati ottenuti con larve alimentate con dieta plurispecifica a base di T-Iso e Thalassiosira ceppo A in rapporto 2:1; Thalassiosira ceppo A e P. tricornutum, in diete monospecifiche, sono state identificate come le più appetibili e assimilabili dal novellame, il quale mostra buoni valori del tasso massimo di clearance (2,17±0,25 e 2,27±0,15 L h-1, rispettivamente) e di efficienza di assorbimento del cibo (67 e 46%). Si è trattato di uno studio preliminare volto a verificare eventuali miglioramenti legati all’utilizzo di diete diversificate rispetto a quelle standardizzate di solito impiego; la ricerca di nuove specie algali e ulteriori analisi sulle attuali specie disponibili e sulla loro applicabilità potranno essere utili alla crescita sostenibile del settore dell’acquacoltura.

Studio di sistemi di navigazione biologici per il controllo della traiettoria di volo in alcune specie di uccelli

Sapersi muovere con efficienza è fondamentale per tutti gli esseri viventi. Gli uccelli sono abili navigatori del cielo e, per orientarsi, utilizzano diversi tipi di bussole naturali e un orologio circadiano che gli consente di compensare i cambiamenti giornalieri dovuti alla rotazione terrestre. Essi sono in grado di immagazzinare, in una mappa cognitiva, le informazioni percepite durante i vari voli effettuati; queste possono derivare da riferimenti sia di tipo visivo, che di altro genere, come odori e geomagnetismo, e consentono ai volatili di ritrovare facilmente la strada di casa. Gli uccelli, inoltre, sono in grado di percepire il flusso ottico proveniente da un paesaggio pieno di irregolarità (come può esserlo una foresta o una superficie ondosa marina); grazie ad esso possono controllare con precisione l'altitudine di volo a bassa quota e possono individuare ostacoli nelle immediate vicinanze in modo da evitare collisioni. Durante le migrazioni capita di volare a quote più elevate per cercare di risparmiare energie e, in questo caso, gli uccelli possono controllare la loro altitudine con un errore all'incirca di 10m, poiché sono in grado di percepire direttamente le variazioni di pressione atmosferica. Per risparmiare energie sono molto abili nello sfruttare la forza dei venti e nel compensarne la deriva. Gli uccelli possiedono diverse abilità che spiegano la loro impressionante capacità di navigazione e quindi rappresentano un ottimo spunto per apprendere diverse tecniche in modo da migliorare i nostri metodi di orientamento ed elaborazione dei dati.