Ruolo della gorgonia Paramuricea clavata (Risso 1826) nei popolamenti epibentonici coralligeni dell'Isola d'Elba

The red gorgonian Paramuricea clavata is considered a key species in Mediterranean coralligenous habitats and, when present at high density, its colonies may develop “gorgonian forests”, which are three-dimensional structures that increase habitat complexity. Mediterranean coralligenous habitats support high biodiversity but the structure and heterogeneity of communities can be strongly modified by several kinds of human-derived impacts. The global environmental change and human activity could threaten the coralligenous habitats and during the last few decades, Mediterranean suspension feeders have been involved in mass mortality events, in which P. clavata was one of the most affected. Without the complex three-dimensional structures formed by P. clavata, many benthic species may have not adequate sheltering and feeding opportunities. The aim of the present study was to investigate the ecological role of Paramuricea clavata in coralligenous habitats by comparing epibenthic assemblages established inside and outside gorgonian forests. This study was carried out in four sites randomly chosen, along the south-east coast of Elba island (north-western Mediterranean). The structure of the epibenthic assemblages were significantly different between area with and without gorgonians. Main differences concern very important taxa in the coralligenous bioconstruction processes like the encrusting red algae, Peyssonnelia spp. and Halimeda tuna, which were more abundant in presence of gorgonians. On the contrary, algal turf, mucilaginous algae and the invasive seaweed Caulerpa cylindracea were more abundant in areas without P. clavata. The presence of gorgonians may have a positive effect also on species diversity. The results of this study highlight the ecological role of P. clavata in the coralligenous habitats.

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.

Effects of Paramuricea clavata (Risso, 1826) (Anthozoa: Plexauridae) forests on settlement of benthic species: an experimental approach

Rationale: Coralligenous habitat is considered the second most important subtidal “hot spot” of species diversity in the Mediterranean Sea after the Posidonia oceanica meadows. It can be defined as a typical Mediterranean biogenic hard bottom, mainly produced by the accumulation of calcareous encrusting algae that, together with other builder organisms, form a multidimensional framework with a high micro-spatial variability. The development of this habitat depends on physical factors (i.e. light, hydrodynamism, nutrients, etc.), but also biologic interactions can play a relevant role in structuring the benthic assemblages. This great environmental heterogeneity allows several different assemblages to coexist in a reduced space. One of the most beautiful is that characterised by the Mediterranean gorgonian Paramuricea clavata (Risso, 1826) that can contribute to above 40% of total biomass of the community and brings significant structural complexity into the coralligenous habitat. In sites moderately exposed to waves and currents, P. clavata can form high-density populations (up to 60 colonies m-2) between 20 – 70 m in depth. Being a suspension feeder, where it forms dense populations, P. clavata plays a significant role in transferring energy from planktonic to benthic system. The effects of the branched colonies of P. clavata could be comparable to those of the forests on land. They can affect the micro scale hydrodynamism and light, promoting or inhibiting the growth of other species. Unfortunately, gorgonians are threatened by several anthropogenic disturbance factors (i.e. fishing, pollution, tourism) and by climatic anomalies, linked to the global changes, that are responsible of thermal stress, development of mucilage and enhanced pathogens activity, leading to mass mortality events in last decades. Till now, the possible effects of gorgonian forest loss are largely unknown. Our goal was to analyse the ecological role of these sea fan forests on the coralligenous benthic assemblages. Experimental setup and main results: The influence of P. clavata in the settlement and recruitment of epibenthic organisms was analysed by a field experiment carried out in two randomly selected places: Tavolara island and Portofino promontory. The experiment consisted in recreate the presence and absence of the gorgonian forest on recruitment panels, arranged in four plots per type (forested and non-forested), interspersed each other, and deployed at the same depth. On every forested panel 3 gorgonian colonies about 20 cm height were grafted with the use of Eppendorf tubes and epoxy resin bicomponent simulating a density of 190 sea fans per m-2. This density corresponds to a mean biomass of 825 g DW m-2,3 which is of the same order of magnitude of the natural high-density populations. After about 4 months, the panels were collected and analysed in laboratory in order to estimate the percent cover of all the species that have colonized the substrata. The gorgonian forest effects were tested by multivariate and univariate permutational analyses of the variance (PERMANOVA). Recruited assemblages largely differed between the two study sites, probably due to different environmental conditions including water quality and turbidity. On overall, the presence of P. clavata reduced the settlement and recruitment of several algae: the shadow caused by the gorgonian might reduce light availability and therefore their growth. This effect might be greater in places where the waters are on average more clear, since at Portofino it is less visible and could be masked by the high turbidity of the water. The same pattern was registered for forams, more abundant outside gorgonian forest, probably linked with algal distribution, shadowing effect or alimentary competition. The last one hypothesis could be valid also for serpulids polychaetes that growth mainly on non-forested panels. An opposite trend, was showed by a species of bryozoan and by an hydroid that is facilitated by the presence of P. clavata, probably because it attenuates irradiance level and hydrodynamism. Species diversity was significantly reduced by the presence of P. clavata forests at both sites. This seems in contrast with what we expected, but the result may be influenced by the large algal component on non-forested panels. The analysis confirmed the presence of differences in the species diversity among plots and between sites respectively due to natural high variability of the coralligenous system and to different local environment conditions. The reduction of species diversity due to the presence of gorgonians appeared related to a worst evenness rather than to less species richness. With our experiment it is demonstrated that the presence of P. clavata forests can significantly alter local coralligenous assemblages patterns, promoting or inhibiting the recruitment of some species, modifying trophic relationships and adding heterogeneity and complexity to the habitat. Moreover, P. clavata could have a stabilising effect on the coralligenous assemblages.

Effect of Paramuricea clavata (Risso, 1826) "forest" on the benthic populations of Tremiti Islands Effetto "foresta" di Paramuricea clavata (Risso, 1826) sui popolamenti bentonici delle Isole Tremiti

Mediterranean coralligenous habitats are biogenic reefs characterised by high species diversity and built mainly by encrusting calcareous red algae, growing in dim light conditions. The global climate change and several human activities may threaten species living in these habitats, especially some of those that are considered particularly relevant in structuring and in maintaining the complexity and diversity of the benthic assemblages. Among them, the red gorgonian, Paramuricea clavata (Risso, 1826), which can form dense populations, in the last decades showed worrying mass mortality events. Understand the role of this “animal forests” in the coralligenous assemblages is of fundamental importance in order to design appropriate monitoring programs and conservation policies, especially in the marine protected areas. For this purpose, benthic assemblages were studied in presence and absence of red gorgonians at two sites at the Tremiti islands. Overall, the benthic assemblages significantly differed among sites, nevertheless in both places, clear differences between assemblages associated and not associated to the gorgonian forests were found. In particular, encrusting corallinered algae were significantly more abundant in the gorgonian understories at both sites. This result indicates that the gorgonians may promote the development of calcareous algae, which are the main builders of the coralligenous habitats. Moreover species diversity resulted higher in the assemblages associated to the gorgonians. The present study highlights the role of Paramuricea clavata as a relevant ecosystem engineer in the coralligenous habitats.

La vegetazione e gli habitat del SIC "IT4080008 Balze di Verghereto, Monte Fumaiolo, Ripa della Moia" (provincia di Forlì-Cesena)

Scopo della tesi è la realizzazione di rilievi fitosociologici nel SIC “IT4080008 Balze di Verghereto, Monte Fumaiolo, Ripa della Moia” (provincia di Forlì-Cesena). Il gruppo montuoso del Monte Fumaiolo, posto al confine tra le Vallate del Savio e del Tevere, è stato proposto nel 1995 come Sito di Importanza Comunitaria. E' un'area colonizzata già nell'antichità dall'uomo e comprende una grande estensione di pascoli montani, con rupi calcaree e rilievi comprendenti faggete, abetine artificiali, rimboschimenti e prati pascoli. Nell'ambito di una ricerca sulla distribuzione degli habitat di maggior pregio in questo sito sono stati realizzati campionamenti, basati sul metodo Braun Blanquet, nel periodo tra Lunglio e Settembre 2013. I dati raccolti sono stati successivamente elaborati tramite software Matlab versione 7.10.0.282 creando due dendrogrammi allo scopo di descrivere sia la qualità naturale del SIC, sia dal punto di vista degli habitat. Dalle informazioni raccolte è stata possibile la definizione di due tipologie di vegetazione: le formazioni forestali e gli ambienti aperti. I risultati mostrano 57 rilievi inerenti ai boschi divisi in ulteriori sottogruppi rappresentanti boschi a faggio, situazioni miste con Fagus sylvatica e Abies alba, querceti misti e rimboschimenti a Pinus nigra. I 27 rilievi degli ambienti aperti mostrano invece una predominanza di prati-pascolo e pascoli con situazioni di evoluzione ad arbusteti a Cytisus scoparius e Juniperus communis. Sono state campionate anche le vegetazioni a succulente presenti su affioramenti rocciosi. Le informazioni ottenute ed elaborate possono essere utili per studi futuri e per la creazione di una carta fitosociologica sulla base dei rilievi effettuati e della pregressa carta della vegetazione su base fisionomica (Barlotti 2013).

Risposta dei popolamenti meiobentonici al calpestio umano in habitat roccioso nel SIC Berchida-Bidderosa (Sardegna Nord-Orientale)

Il presente lavoro di tesi si propone di confrontare la risposta delle comunità bentoniche associate a una macroalga “habitat-former”, Cystoseira crinita (Duby), sottoposte a diverse intensità e frequenze di calpestio, tramite un esperimento di manipolazione in campo. Tale simulazione si è svolta in un tratto di costa rocciosa nel SIC (Sito di Importanza Comunitaria) di “Berchida-Bidderosa”, Sardegna Nord-Orientale. I risultati di questo esperimento mostrano come, in conseguenza del calpestio, si possa osservare una significativa perdita di biomassa di Cystoseira crinita. La perdita di biomassa si registra principalmente nei campioni sottoposti a calpestio con frequenze/intensità maggiori di 50 passi per unità di area. Le aree sottoposte a medio-alta frequenza/intensità di calpestio non mostrano nel breve periodo un significativo recupero della biomassa algale. Nel presente studio il confronto tra intensità e frequenze di calpestio rivela che il calpestio ripetuto in più giornate non mostra differenze significative rispetto a quello effettuato in un unica giornata. Il fattore che sembra incidere maggiormente sulla perdita di biomassa di Cystoseira crinita è dunque l’intensità di calpestio. L’analisi dei campioni meiobentonici ha rivelato una ricca comunità animale associata a Cystoseira crinita, con 29 taxa identificati. Analizzando gli effetti del calpestio si osserva come la meiofauna risenta negativamente dell’effetto del calpestio in termini di perdita di densità totale e di riduzione del numero di taxa, anche a basse intensità. I campioni meiofaunali sottoposti a medio alte intensità di calpestio non mostrano un recupero nel breve periodo. I risultati ottenuti sull’insieme dei popolamenti, in termini multivariati mostrano un evoluzione della struttura di comunità nel tempo, indicando una variazione delle relazioni di dominanza fra i taxa, che si modificano fra i diversi trattamenti e tempi. Anche nel caso delle analisi condotte sulla meiofauna non si riscontrano differenze tra intensità di calpestio e frequenze. Per valutare quanto la risposta dei popolamenti meiobentonici sia correlata alle variazioni di biomassa di Cystoseira crinita rispetto che ad un effetto diretto del calpestio, tutte le analisi sono state condotte pesando le densità dei diversi taxa in funzione della biomassa algale. Le analisi multivariate mostrano una chiara correlazione tra la biomassa algale e struttura della comunità meiobentoniche. L’effetto del calpestio riduce le abbondanze di organismi meiobentonici in maniera diretta, mentre il successivo ripopolamento dei differenti taxa è legato al recupero o meno di biomassa di Cystoseira crinita. In conclusione, i risultati di questo studio confermano che il calpestio umano sulle coste rocciose possa danneggiare una specie considerata ad alto valore ecologico, come Cystoseira crinita, producendo inoltre effetti negativi diretti ed indiretti sui popolamenti meiobentonici ad essa associati.

Mappatura degli habitat e degli oggetti antropici della laguna di Venezia

L’utilizzo del Multibeam Echo sounder (MBES) in ambienti di transizione poco profondi, con condizioni ambientali complesse come la laguna di Venezia, è ancora in fase di studio e i dati biologici e sedimentologici inerenti ai canali della laguna di Venezia sono attualmente scarsi e datati in letteratura. Questo studio ha lo scopo di mappare gli habitat e gli oggetti antropici di un canale della laguna di Venezia in un intervallo di profondità tra 0.3 e 20 m (Canale San Felice) analizzando i dati batimetrici e di riflettività (backscatter) acquisiti da ISMAR-Venezia nell’ambito del progetto RITMARE. A tale scopo il fondale del canale San Felice (Venezia) è stato caratterizzato dal punto di vista geomorfologico, sedimentologico e biologico; descrivendo anche l’eventuale presenza di oggetti antropici. L’ecoscandaglio utilizzato è il Kongsberg EM2040 Dual-Compact Multibeam in grado di emettere 800 beam (400 per trasduttore) ad una frequenza massima di 400kHZ e ci ha consentito di ricavare ottimi risultati, nonostante le particolari caratteristiche degli ambienti lagunari. I dati acquisiti sono stati processati tramite il software CARIS Hydrographic information processing system (Hips) & Sips, attraverso cui è possibile applicare le correzioni di marea e velocità del suono e migliorare la qualità dei dati grezzi ricavati da MBES. I dati sono stati quindi convertiti in ESRI Grid, formato compatibile con il software ArcGIS 10.2.1 (2013) che abbiamo impiegato per le interpretazioni e per la produzione delle mappe. Tecniche di ground-truthing, basate su riprese video e prelievi di sedimento (benna Van Veen 7l), sono state utilizzate per validare il backscatter, dimostrandosi molto efficaci e soddisfacenti per poter descrivere i fondali dal punto di vista biologico e del substrato e quindi degli habitat del canale lagunare. Tutte le informazioni raccolte durante questo studio sono state organizzate all’interno di un geodatabase, realizzato per i dati relativi alla laguna di Venezia.

Habitat use of migrating dwarf minke whales (Balaenoptera acutorostrata subspecies) in Tasmanian waters

The Great Barrier Reef hosts the only known reliable aggregation of dwarf minke whale (Balaenoptera acutorostrata subspecies) in Australian waters. While this short seasonal aggregation is quite predictable, the distribution and movements of the whales during the rest of their annual cycle are poorly understood. In particular, feeding and resting areas on their southward migration which are likely to be important have not been described. Using satellite telemetry data, I modelled the habitat use of seven whales during their southward migration through waters surrounding Tasmania. The whales were tagged with LIMPET satellite tags in the GBR in July 2013 (2 individuals) and 2014 (5 individuals). The study area around Tasmania was divided into 10km² cells and the time spent by each individual in each cell was calculated and averaged based on the number of animals using the cell. Two areas of high residency time were highlighted: south-western Bass Strait and Storm Bay (SE Tasmania). Remotely sensed ocean data were extracted for each cell and averaged temporally during the entire period of residency. Using Generalised Additive Models I explored the influence of key environmental characteristics. Nine predictors (bathymetry, distance from coast, distance from shore, gradient of sea surface temperature, sea surface height (absolute and variance), gradient of current speed, wind speed and chlorophyll-a concentration) were retained in the final model which explained 68% of the total variance. Regions of higher time-spent values were characterised by shallow waters, proximity to the coast (but not to the shelf break), high winds and sea surface height but low gradient of sea surface temperature. Given that the two high residency areas corresponded with regions where other marine predators also forage in Bass Strait and Storm Bay, I suggest the whales were probably feeding, rather than resting in these areas.

Analysis of robot dynamics through complexity measures: an application in automatic design

L'applicazione di misure, derivanti dalla teoria dell'informazione, fornisce un valido strumento per quantificare alcune delle proprietà dei sistemi complessi. Le stesse misure possono essere utilizzate in robotica per favorire l'analisi e la sintesi di sistemi di controllo per robot. In questa tesi si è analizzata la correlazione tra alcune misure di complessità e la capacità dei robot di portare a termine, con successo, tre differenti task. I risultati ottenuti suggeriscono che tali misure di complessità rappresentano uno strumento promettente anche nel campo della robotica, ma che il loro utilizzo può diventare difficoltoso quando applicate a task compositi.