Changes in the microbial community based on seawater pH variations

Ocean acidification is an effect of the rise in atmospheric CO2, which causes a reduction in the pH of the ocean and generates a number of changes in seawater chemistry and consequently potentially impacts seawater life. The effect of ocean acidification on metabolic processes (such as net community production and community respiration and on particulate organic carbon (POC) concentrations was investigated in summer 2012 at Cap de la Revellata in Corsica (Calvi, France). Coastal surface water was enclosed in 9 mesocosms and subjected to 6 pCO2 levels (3 replicated controls and 6 perturbations) for approximately one month. No trend was found in response to increasing pCO2 in any of the biological and particulate analyses. Community respiration was relatively stable throughout the experiment in all mesocosms, and net community production was most of the time close to zero. Similarly, POC concentrations were not affected by acidification during the whole experimental period. Such as the global ocean, the Mediterranean Sea has an oligotrophic nature. Based on present results, it seems likely that seawater acidification will not have significant effects on photosynthetic rates, microbial metabolism and carbon transport.

Genetic structure and connectivity between populations of two common Mediterranean sessile invertebrates

Population genetic and phylogeography of two common mediterranean species were studied in 10 localities located on the coasts of Toscana, Puglia and Calabria. The aim of the study was to verify the extent of genetic breaks, in areas recognized as boundaries between Mediterranean biogeographic sectors. From about 100 sequences obtained from the mitochondrial Cytochrome Oxidase subunit I (COI) gene of Halocynthia papillosa and Hexaplex trunculus genetic diversity, genetic structure at small and large distances and demographic history of both specieswere analyzed. No evidences of genetic breaks were found for the two species in Toscana and Puglia. The genetic structure of H. trunculus evidences the extent of a barrier to gene flow localized in Calabria, which could be represented by the Siculo-Tunisian Strait and the Strait of Messina. The observed patterns showed similar level of gene flow at small distances in both species, although the two species have different larval ecology. These results suggest that other factors, such as currents, local dynamics and seasonal temperatures, influence the connectivity along the Italian peninsula. The geographic distribution of the haplotypes shows that H. papillosacould represent a single genetic pool in expansion, whereas H. trunculus has two distinct genetic pools in expansion. The demographic pattern of the two species suggests that Pleistocene sea level oscillations, in particular of the LGM, may have played a key role in shaping genetic structure of the two species. This knowledge provides basic information, useful for the definition of management plans, or for the design of a network of marine protected areas along the Italian peninsula.

Relazione fra comunità macrobentoniche e morfodinamica nelle zone costiere dell’Alto Adriatico

Numerosi studi hanno messo in evidenza che la struttura delle comunità macrobentoniche delle spiagge sabbiose dipende da una serie di forzanti fisiche; queste ultime interagendo tra loro determinano la morfodinamica della spiagge stesse. Lo scopo di questo lavoro consiste nell’analisi dei popolamenti macrobentonici di due siti presenti lungo la costa emiliano - romagnola, che differiscono per caratteristiche morfodinamiche, grado di antropizzazione e modalità gestionali di difesa dall’erosione costiera. I siti oggetto di studio sono Lido Spina e Bellocchio; il primo è soggetto ad interventi di ripascimento periodici, mentre il secondo rappresenta un’opportunità rara, per lo studio degli effetti del retreat, in quanto è in forte erosione da molti anni ma, essendo inserito all’interno di una riserva naturale, non è sottoposto ad alcuna misura di gestione. Sono state analizzate le comunità macrobentoniche e le variabili abiotiche (mediana e classazione del sedimento, ampiezza della zona intertidale, pendenza della spiaggia, contenuto di sostanza organica totale presente nel sedimento e i principali parametri chimico-fisici). I risultati del presente studio hanno evidenziato un’elevata eterogeneità della struttura di comunità all’interno del sito di Bellocchio rispetto a Spina; inoltre i popolamenti presenti a Bellocchio mostrano una netta differenza tra i due livelli mareali. Per quanto riguarda i descrittori abiotici, i due siti differiscono per ampiezza della zona intertidale e pendenza della spiaggia; in particolare Lido Spina presenta una condizione di minore dissipatività, essendo caratterizzata da un profilo più ripido e una granulometria più grossolana rispetto a Bellocchio. Nel complesso le caratteristiche granulometriche (mediana e classazione) e il contenuto di materia organica rappresentano le variabili ambientali maggiormente responsabili delle differenze osservate tra i popolamenti macrobentonici analizzati. Al fine di valutare la resistenza dell’habitat intertidale agli eventi naturali di disturbo (storm surge e flooding), sono state effettuare delle simulazioni considerando lo scenario attuale (SLR=0), mediante un modello ibrido fuzzy naive Bayes. I risultati indicano una maggiore resistenza delle comunità presenti nel sito di Spina, in quanto non si hanno variazioni significative del numero medio di taxa e di individui; viceversa le simulazioni relative a Bellocchio mostrano una diminuzione del numero medio di taxa e aumento del numero medio di individui, sottolineando una maggiore vulnerabilità delle comunità macrobentoniche presenti in questo sito. L’inasprimento dei fenomeni estremi potrebbe quindi avere un effetto negativo sulla diversità della componente macrobentonica, soprattutto per gli ambienti di transizione già interessati da fenomeni erosivi, come nel caso di Bellocchio. La perdita di specie, che svolgono processi ecosistemici particolarmente importanti, come il riciclo di nutrienti, potrebbe favorire l’aumento di abbondanza di specie opportunistiche, l’insediamento di specie alloctone, con la conseguente alterazione, se non scomparsa delle principali funzioni ecologiche svolte da questi ecosistemi costieri.

Previsioni di stati ecosistemici dell'intertidale sabbioso del Nord Adriatico in risposta ad eventi meteorologici estremi

Il presente elaborato di tesi si inserisce nell’ambito del progetto europeo THESEUS (Innovative technologies for safer European coasts in a changing climate) fra i cui principali obiettivi c’è quello di fornire un’adeguata metodologia integrata per la pianificazione di strategie di difesa costiera sostenibili. Le zone costiere sono sempre più soggette agli impatti antropici, legati all’intensificazione dell’urbanizzazione, e agli effetti del global climate change, ed in particolare al conseguente sea level rise. Diventa quindi importante, in un’ottica di preservazione e di gestione, capire come gli ecosistemi costieri e i beni e servizi che essi forniscono risponderanno a questi cambiamenti ambientali. Fra questi, preponderanti sono quelli rappresentati dalle spiagge sabbiose. Al fine di valutare come differenti strategie di gestione possono influenzare il sistema spiaggia, è stata analizzata la riposta del comparto bentonico della zona intertidale di due differenti spiagge lungo la costa emiliano-romagnola. Lido di Spina è fortemente antropizzato e caratterizzato dalla presenza di infrastrutture balneari-turistiche permanenti. E’ soggetto, inoltre, a interventi di ripascimento annuali e di pulizia della spiaggia. Bellocchio, invece, è un sito naturale che presenta una spiaggia caratterizzata dall’arretramento della linea di costa causata dell’erosione, e non è soggetta a interventi di gestione finalizzati alla sua mitigazione. In questo studio è stata utilizzata la componente meiobentonica, generalmente trascurata, come indicatore chiave della vulnerabilità ecologica, mentre la zona intertidale sabbiosa è stata indagata in quanto reputata uno dei primi habitat costieri “recettore” degli eventi di flooding e degli interventi di gestione. Globalmente è stato possibile evidenziare differenze di struttura di comunità fra i due siti indagati, sottolineando come, anche questa componente sia in grado di far emergere i cambiamenti dovuti a differenti approcci di gestione delle coste sabbiose. Nella seconda parte del lavoro, invece, è stato testato un approccio metodologico innovativo, denominato “Fuzzy Bayes Ecological Model” (FBEM), sviluppato nell’ambito del progetto THESEUS. L’applicazione del FBEM in THESEUS è finalizzata alla simulazione delle risposte ecosistemiche ad eventi di flooding costiero ed al fenomeno del sea level rise. In questo elaborato, il modello è stato adottato al fine di descrivere eventuali cambiamenti dei popolamenti meiobentonici. Nello specifico, l’utilizzo del modello è servito per poter confrontare la situazione attuale relativa, quindi, allo scenario di sea level rise pari a zero, con quella ipotizzata dall’IPCC per il 2080 di sea level rise pari a 0,22 m, prendendo in considerazione otto tempi di ritorno di eventi simulati di flooding a intensità crescente. Dalle simulazioni emerge come il driver del danno ecologico sia l’onda frangente il cui effetto risulta, però, mitigato dal sea level rise. I popolamenti meiobentonici sono risultati dei buoni indicatori per la valutazione dei rischi connessi al flooding e al sea level rise, dimostrando così il loro possibile utilizzo come descrittori dei cambiamenti ecologici delle zone costiere. Per questo, lo studio ed il monitoraggio della dinamica e della struttura dei popolamenti meiobentonici può diventare un mezzo fondamentale per la comprensione delle funzionalità ecosistemiche delle spiagge sabbiose. E’ inoltre in grado di produrre alcune delle informazioni necessarie allo sviluppo dei piani di gestione integrata della fascia costiera in un ottica di conservazione di questi habitat costieri e dei servizi e beni da essi forniti.

Effects of flooding on coastal vegetation and salt marshes

This thesis examines the effects of flooding on coastal and salt marsh vegetation. I conducted a field experiment in Bellocchio Lagoon to test the effects of different inundation periods (Level 1 = 0.468 or 11.23 hours; Level 2 = 0.351 or 8.42 hours; Level 3 = 0.263 or 6.312 hours; Level 4 = 0.155 or 3.72 hours; Level 5 = 0.082 or 1.963 hours; Level 6 = 0.04 or 0.96 hours) on the growth responses and survival of the salt marsh grass Spartina maritima in summer 2011 and 2012. S. maritima grew better at intermediate inundation times (0,351 hours; 0,263 hours, 0,115 hours; 0,082 hours), while growth and survival were reduced at greater inundation periods (0,468 hours). The differences between the 2011 and 2012 experiment were mainly related to differences in the initial number of shoots (1 and 5, respectively in 2011 and 2012). In the 2011 experiment a significant lower number of plants was present in the levels 1 and 6, the rhizomes reached the max pick in level 4, weights was major in level 4, spike length reached the pick in level 3 while leaf length in level 2. In the 2012 experiment the plants in level 6 all died, the rhizomes were more present in level 3, weights was major in level 3, spike length reached the pick in level 3, as well as leaf length. I also conducted a laboratory experiment which was designed to test the effects of 5 different inundation periods (0 control, 8, 24, 48, 96 hours) on the survival of three coastal vegetation species Agrostis stolonifera, Trifolium repens and Hippopae rhamnoides in summer 2012. The same laboratory experiment was repeated in the Netherlands. In Italy, H. rhamnoides showed a great survival in the controls, a variable performance in the other treatments and a clear decrease in treatment 4. Conversely T. repens and A. stolonifera only survive in the control. In the Netherlands experiment there was a greater variability responses for each species, still at the end of the experiment survival was significantly smaller in treatment 4 (96 h of seawater inundation) for all the three species. The results suggest that increased flooding can affect negatively the survival of both saltmarsh and coastal plants, limiting root system extension and leaf growth. Flooding effect could lead to further decline and fragmentation of the saltmarshes and coastal vegetation, thereby reducing recovery (and thus resilience) of these systems once disturbed. These effects could be amplified by interactions with other co-occurring human impacts in these systems, and it is therefore necessary to identify management options that increase the resilience of these systems.

Risposta delle comunità meio e macro bentoniche alla presenza di differenti tipologie di strutture di difesa costiera

Lo studio è stato effettuato nell’ambito del progetto Theseus; il mio lavoro mirava a valutare la risposta dei popolamenti meio e macrobentonici alla presenza di diverse tipologie di strutture di difesa costiera. Sono stati presi in esame a tal fine oltre al sito di campionamento di Cesenatico sud, con presenza di barriere emerse anche il sito di Cesenatico nord, con presenza di barriere semisommerse, per poter effettuare un confronto. Il campionamento è stato fatto nella zona intertidale dove sono stati prese oltre alle variabili biotiche di macro e meiofauna anche quelle abiotiche (granulometria e sostanza organica). Sono stati scelti sei transetti in maniera random, 3 livelli di marea fissi l’alta, la media e la bassa (H, M, L) e due repliche (A e B) per un totale di 36 campioni per ogni variabile presa in esame. Dopo la fase di trattamento dei campioni in laboratorio state fatte in seguito analisi univariate effettuando l’ANOVA sia sui dati biotici di abbondanza numero di taxa e indice di diversità di Shannon di macro e meiobenthos sia sulle singole variabili ambientali di TOM, mediana, classazione, shell mean (capulerio). Sono state fatte anche analisi multivariate; per quanto riguarda i dati biotici sono state effettuate analisi di MDS e PERMANOVA e per quanto riguarda le variabili dei dati abiotici è stata fatta l’analisi della PCA. Infine per effettuare un confronto tra le variabili ambientali e quelle biotiche è stata fatta anche l’analisi BIOENV. Dai risultati sono emerse delle differenze sostanziali tra i due siti con maggiore abbondanza e diversità nel sito di Cesenatico nord rispetto a quello sud. Sono state evidenziate anche differenze nei livelli di marea con una maggiore abbondanza nel livello di bassa marea rispetto alla media e all’alta soprattutto per quanto riguarda il sito di Cesenatico sud. Dal confronto tra i dati ambientali e quelli biotici ne è risultato che la variabile più strettamente correlata è quella del capulerio sia per quanto riguarda il pattern di distribuzione della macrofauna che della meio. Tale lavoro ha messo in evidenza come i popolamenti rispondano in maniera differente alla presenza di differenti barriere di difesa costiera che anche se simili nella loro struttura presentano dei differenti effetti che hanno sull’azione del moto ondoso, circolazione dell’acqua e trasporto di sedimenti portando così a differenti risposte nei patterns di distribuzione dei popolamenti.

Tendenza evolutiva degli aggregati mucillaginosi nell’Adriatico nord-occidentale

Nelle coste dell’Adriatico nord-occidentale il manifestarsi di eventi mucillaginosi, dovuti alla microalga Gonyaulax fragilis, negli ultimi anni ha assunto andamenti più frequenti. Ciò ha creato numerose problematiche sia ambientali che legate alle attività produttive. L’obiettivo del lavoro è quello di ricercare i fattori che influenzano la comparsa, lo sviluppo e la persistenza degli aggregati mucillaginosi nella fascia di mare studiata. Sono stati analizzati (per gli anni 2002 – 2003 – 2005 - 2012) i dati registrati dalle campagne di monitoraggio della Struttura Oceanografica Daphne - ARPA ER dal Po di Goro a Cattolica. Sono stati individuati 4 transetti e 12 stazioni di monitoraggio, le più adatte allo studio per via delle loro caratteristiche e della loro distribuzione spaziale. La salinità, la temperatura, la clorofilla “a” e la profondità sono state relazionate, attraverso analisi statistiche, alla presenza/assenza dell’evento mucillaginoso, alla sua intensità ed alla sua persistenza. I risultati indicano che la salinità e la densità dell’aggregato (quest’ultima legata alla profondità) influenzano sia lo svilupparsi che il progredire dell’evento mucillaginoso a differenza della clorofilla “a” e della temperatura. Lo studio attira anche l’attenzione sull’idrodinamismo e sulle condizioni “ecologiche” che possono favorire la comparsa della dinoflagellata Gonyaulax fragilis, fattori ritenuti fondamentali sia per gli aspetti conoscitivi della dinamica del fenomeno che per quelli previsionali.

Monitoraggio del fitoplancton tossico e accumulo di biotossine marine in molluschi bivalvi della costa emiliano-romagnola.

A partire dalla fine degli anni ’80, gli impianti di molluschicoltura stanno subendo pesanti danni economici a causa dei sempre più frequenti divieti di raccolta dovuti alla comparsa di concentrazioni di biotossine algali all’interno dei tessuti dei molluschi oltre i limiti di legge. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di determinare la distribuzione spaziale e temporale delle specie tossiche lungo le coste dell’Emilia Romagna e correlare la loro presenza alla rilevazione di biotossine marine nel tessuto dei mitili. Sono state effettuate analisi biotossicologiche per l’individuazione e quantificazione delle tossine responsabili della PSP, della ASP e delle tossine liposolubili (OAs, PTXs, AZAs e YTXs). Parallelamente è stato effettuato il monitoraggio delle specie fitoplanctoniche in grado di rendere i mitili tossici e, di conseguenza, responsabili di tali biointossicazioni. Le tossine che hanno superato il limite di legge, nel periodo di tempo considerato, sono state le yessotossine. Le analisi del fitoplancton tossico hanno evidenziato la presenza delle specie Gonyaulax spinifera, Lingulodinium polyedrum e Protoceratium reticulatum (sinonimo di Gonyaulax grindleyi). Le correlazioni effettuate mostrano che la specie G. spinifera è responsabile della chiusura degli allevamenti lungo la costa, a causa della produzione di homo-YTX, mentre la specie P. reticulatum produce prevalentemente YTX. Tale lavoro rappresenta il primo studio in campo in cui viene correlata la presenza delle due tossine, YTX e homo-YTX, con quella delle due alghe produttrici, confermando quanto riportato dalla letteratura. Tale lavoro intende offrire uno spunto, una base di partenza al fine di ottenere un quadro più dettagliato dell’andamento delle specie tossiche lungo la costa oggetto di studio.

Gli Pteropodi e la loro diagenesi

Gli pteropodi sono molluschi marini planctonici diffusi globalmente a tutte le latitudini e hanno una storia geologica che abbraccia quasi tutto il Cenozoico. Rappresentano una parte consistente dello zooplancton marino e, un gruppo sistematico capace di estrarre una notevole quantità di carbonato di calcio dalle masse oceaniche. Da qui l’importanza che hanno ricevuto negli ultimi anni con gli studi sull’acidificazione e su come questa agisca sulle loro fragili conchiglie. Per questo motivo è importante conoscere anche i meccanismi eodiagenetici che possono permetterne o meno la conservazione nei fondali marini. L’analisi di un set mirato di campioni provenienti da profondità batiali del Mar Tirreno e del Mar Ionio fornisce alcuni elementi interessanti nell’ambito di questa tematica. L'analisi di dettaglio al microscopio ottico e a scansione sulla struttura dei gusci permette di individuare modificazioni microstrutturali imputabili a processi diagenetici precoci e l’utilizzo di materiale subfossile permette di escluderne una causa antropica.