La PCA per la riduzione dei dati di SPHERE IFS

Nel primo capitolo di questa tesi viene presentata una panoramica dei principali metodi di rivelazione degli esopianeti: il metodo della Velocità Radiale, il metodo Astrometrico, il metodo del Pulsar Timing, il metodo del Transito, il metodo del Microlensing ed infine il metodo del Direct Imaging che verrà approfondito nei capitoli successivi. Nel secondo capitolo vengono presentati i principi della diffrazione, viene mostrato come attenuare la luce stellare con l'uso del coronografo; vengono descritti i fenomeni di aberrazione della luce provocati dalla strumentazione e dagli effetti distorsivi dell'atmosfera che originano le cosiddette speckle; vengono poi presentate le moderne soluzioni tecniche come l'ottica attiva e adattiva, che hanno permesso un considerevole miglioramento della qualità delle osservazioni. Nel terzo capitolo sono illustrate le tecniche di Differential Imaging che permettono di rimuovere efficacemente le speckle e di migliorare il contrasto delle immagini. Nel quarto viene presentata una descrizione matematica della Principal Component Analysis (Analisi delle Componenti Principali), il metodo statistico utilizzato per la riduzione dei dati astronomici. Il quinto capitolo è dedicato a SPHERE, lo strumento progettato per il Very Large Telescope (VLT), in particolare viene descritto il suo spettrografo IFS con il quale sono stati ottenuti, nella fase di test, i dati analizzati nel lavoro di tesi. Nel sesto capitolo vengono mostrate le procedure di riduzione dati e l'applicazione dell'algoritmo di IDL LA_SVD che applica la Principal Component Analysis e ha permesso, analogamente ai metodi di Differenzial Imaging visti in precedenza, di rimuovere le speckle e migliorare il contrasto delle immagini. Nella parte conclusiva, vengono discussi i risultati.

Environmental influence on the phenotype: Morphological variation in human dentition

This work is about the role that environment plays in the production of evolutionary significant variations. It starts with an historical introduction about the concept of variation and the role of environment in its production. Then, I show how a lack of attention to these topics may lead to serious mistakes in data interpretation. A statistical re-analysis of published data on the effects of malnutrition on dental eruption, shows that what has been interpreted as an increase in the mean value, is actually linked to increase of variability. In Chapter 3 I present the topic of development as a link between variability and environmental influence, giving a review of the possible mechanisms by which development influences evolutionary dynamics. Chapter 4 is the core chapter of the thesis; I investigated the role of environment in the development of dental morphology. I used dental hypoplasia as a marker of stress, characterizing two groups. Comparing the morphology of upper molars in the two groups, three major results came out: (i) there is a significant effect of environmental stressors on the overall morphology of upper molars; (ii) the developmental response increases morphological variability of the stressed population; (iii) increase of variability is directional: stressed individuals have increased cusps dimensions and number. I also hypothesized the molecular mechanisms that could be responsible of the observed effects. In Chapter 5, I present future perspectives for developing this research. The direction of dental development response is the same direction of the trend in mammalian dental evolution. Since malnutrition triggers the developmental response, and this particular kind of stressor must have been very common in our class evolutionary history, I propose the possibility that environmental stress actively influenced mammals evolution. Moreover, I discuss the possibility of reconsidering the role of natural selection in the evolution of dental morphology.

Reproduction of Mediterranean zooxanthellate and azooxanthellate scleractinian corals along environmental gradients

Despite extensive studies focus mainly on sexual reproductive characteristics in tropical scleractinian species, there is limited knowledge on temperate regions. The Mediterranean is a biodiversity hotspot under intense pressure from anthropogenic impacts. Climatic models further predict that the Mediterranean basin will be one of the most impacted regions by the ongoing warming trend. This makes it a potential model of more global patterns to occur in the world’s marine biota, and a natural focus of interest for research on climate. The present research contributed to increase data on reproductive modes and sexuality of temperate scleractinian corals, highlighting their developmental plasticity, showing different forms of propagation and different responses to environmental change. For the first time, sexuality and reproductive mode in Caryophyllia inornata were determined. An unusual embryogenesis without a clear seasonal pattern was observed, suggesting the possibility of an asexual origin. Sexual reproduction of Astroides calycularis was governed by annual changes in seawater temperature, as observed for other Mediterranean dendrophylliids. Defining the reproductive biology of these species is the starting point for studying their potential response to variations of environmental parameters, on a global climate change context. The results on the influence of temperature on reproductive output of the zooxanthellate (symbiosis with unicellular algae) Balanophyllia europaea and the non-zooxanthellate Leptopsammia pruvoti suggest that the latter may be quite tolerant to temperature increase, since the zooxanthellate species resulted less efficient at warm temperatures. A possible explanation could be related to their different trophic system. In B. europaea thermal tolerance is primarily governed by the symbiotic algae, making it more sensitive to temperature changes. On the contrary, the absence of symbionts in L. pruvoti might make it more resistant to temperature. In a progressively warming Mediterranean, the efficiency on scleractinian reproduction could be influenced in different ways, reflecting their extraordinary adaptability.

Late Quaternary geological evolution of the Montenegro and Northern Albania continental margins

The object of this work has been the analysis of natural processes controlling the geological evolution of the Montenegro and Northern Albania Continental Margin (MACM) during the Late Quaternary. These include the modern sediment dispersal system and oceanographic regime, the building and shaping of the shelf margin at the scale of 100 kyr and relative to the most recent transition between glacial and interglacial periods. The analysis of the new data shows that the MACM is a shelf-slope system formed by a suite of physiographic elements, including: an inner and an outer continental shelf, separated by two tectonically-controlled morphological highs; a lobated drowned mid-shelf paleodelta, formed during the last sea level fall and low stand; an upper continental slope, affected by gravity-driven instability and a system of extensional faults with surficial displacement, featuring an orientation coherent with the regional tectonics. The stratigraphic study of the MACM shows a clear correspondence between the Late Pleistocene/Holocene mud-wedge and the low reflectivity sectors of the inner shelf. Conversely, most of the outer shelf and part of the continental slope expose deposits from the last sea level low stand, featuring a general sediment starving condition or the presence of a thin postglacial sediments cover. The MACM shows uplift in correspondence of the Kotor and Bar ridges, and subsidence in the outer shelf and upper slope sectors. In fact, seaward of these tectonic ridges, the sparker seismic profile show the presence of four well-defined seismo-stratigraphic sequences, interpreted as forced regression deposits, formed during the last four main glacial phases. In this way, the MACM records the 100 kyr scale sea level fluctuations on its seismo-stratigraphic architecture over the last 350 kyr. Over such time range, through the identification of the paleoshoreline deposits, we estimated an average subsidence rate of about 1.2 mm/yr.

Conservation genetics of European wildcat (Felis silvestris silvestris): a wide and integrating analysis protocol for admixture inferences and population structure

Introgression of domestic cat genes into European wildcat (Felis silvestris silvestris) populations and reduction of wildcats’ range in Europe, leaded by habitat loss and fragmentation, are considered two of the main conservation problems for this endangered feline. This thesis addressed the questions related with the artificial hybridization and populations’ fragmentation, using a conservation genetics perspective. We combined the use of highly polymorphic loci, Bayesian statistical inferences and landscape analyses tools to investigate the origin of the geographic-genetic substructure of European wildcats (Felis silvestris silvestris) in Italy and Europe. The genetic variability of microsatellites evidenced that European wildcat populations currently distributed in Italy differentiated in, and expanded from two distinct glacial refuges during the Last Glacial Maximum. The genetic and geographic substructure detected between the eastern and western sides of the Apennine ridge, resulted by adaptation to specific ecological conditions of the Mediterranean habitats. European wildcat populations in Europe are strongly structured into 5 geographic-genetic macro clusters corresponding to: the Italian peninsular & Sicily; Balkans & north-eastern Italy; Germany eastern; central Europe; and Iberian Peninsula. Central European population might have differentiated in the extra-Mediterranean Würm ice age refuge areas (Northern Alps, Carpathians, and the Bulgarian mountain systems), while the divergence among and within the southern European populations might have resulted by the Pleistocene bio geographical framework of Europe, with three southern refugia localized in the Balkans, Italian Peninsula and Iberia Peninsula. We further combined the use of most informative autosomal SNPs with uniparental markers (mtDNA and Y-linked) for accurately detecting parental genotypes and levels of introgressive hybridization between European wild and domestic cats. A total of 11 hybrids were identified. The presence of domestic mitochondrial haplotypes shared with some wild individuals led us to hypnotize the possibility that ancient introgressive events might have occurred and that further investigation should be recommended.

Il cambiamento climatico in Italia. Istituzioni scientifiche, politica e discorso pubblico (1988-2012)

La tesi di dottorato ivi presentata si pone come obbiettivo la ricostruzione come questo sapere scientifico (la scoperta del cambiamento climatico antropico sostanziata dalla comunità scientifica di 190 paesi) ha influenzato la ricerca, la politica e il discorso pubblico nel nostro paese, l'italia. Il titolo è indicativo quando riassuntivo: Il cambiamento climatico in Italia. Istituzioni scientifiche, politica e discorso pubblico (1988-2012). Esso definisce in maniera puntuale i temi che si tratteranno: una genealogia di fenomeni storici, politici, culturali nati in nuce alla scoperta di questo cambiamento che influenzerà in maniera determinante il modo in cui viviamo, l'ambiente intorno a noi, i modelli di sviluppo, la sicurezza del nostro abitare, la forma delle nostre città. In ogni paese questa complessa scoperta ha avuto impatti differenti, un portato differente sulla ricerca e sullo sviluppo economico. Quello che in queste pagine si tenta di analizzare è come l'Italia ha assimilato il discorso del cambiamento climatico , in continua evoluzione date le sue infinite ramificazioni, e come ha reagito a livello politico e di ricerca.

Sistemi di monete virtuali

La tesi descrive come si è arrivati dal baratto ai sistemi di monete virtuali, attraverso l'evoluzione dei sistemi bancari e dell'IT. Inoltre viene mostrata l'implementazione del protocollo Bitcoin.

La conservazione del documento informatico

Fino a qualche anno fa, la conversione di documenti cartacei in documenti digitali appariva come una vera e propria utopia. Quest’oggi invece pensiamo al digitale di qualsiasi tipologia come fosse un fattore prioritario, scontato ed immediato, da poterlo considerare una vera a propria dipendenza. Mentre una volta i documenti venivano depositati in archivi talvolta rudi e polverosi, spiacevoli da recuperare, sia per tempistiche sia per condizioni, oggi la quotidianità è così frenetica che occorre ottenere tutto in modo tempestivo. Un’ evoluzione socio-culturale ha portato all’elaborazione di tecniche sempre più sofisticate di ottimizzazione nel campo; si parla di “dematerializzazione dei documenti” o “processo di conservazione sostitutiva”, innovazione che ha determinato una vera e propria rivoluzione nella Pubblica Amministrazione, nei rapporti tra privati, nell’Ordinamento Giuridico e nella scienza del diritto, poiché è radicalmente mutata la concezione di “documento” così com’è conosciuto da migliaia di anni, nella sua natura res signata, “cosa “ che riporta informazioni. Il concetto di ”smaterializzazione” non è un’ assoluta novità se si pensa alle transazioni finanziarie di enormi quantità di denaro, che da anni avvengono in tutto il mondo, grazie a “documenti informatici”, senza che passi di mano una sola banconota. Lo scopo di questa tesi è approfondire il processo di conservazione sostitutiva, partendo dalle figure ad esso legate, per poi continuare con le regole tecniche di adozione, la validità probatoria dei documenti informatici, i formati, i metadati utilizzati, e così via.

The genetic history of Italians: new-insights from uniparentally-inherited markers

Genetic differences among human groups can be ascribed both to the broad-scale extents of pre-historical and historical migrations and to the fine-scale impacts of socio-cultural and geographic heterogeneity. In this thesis, the genetic information provided by uniparental markers were exploited to address different aspects of the Italian population history, by combining macro- and micro-geographic investigations at different spatial and temporal scales. To firstly assess the overall Italian variability, Y-chromosome and mtDNA markers were deeply typed in ~900 individuals from continental Italy, Sicily and Sardinia. Sex-biased patterns and contrasting demographic histories were observed for males and females. Differential European and Mediterranean contributions were invoked to explain the paternal genetic sub-structure observed in peninsular Italy, compared to the homogeneous maternal genetic landscape. If Neolithic showed to be one principal determinant of the detected paternal structure, local insights into specific Italian regional contexts highlighted the importance of Post-Neolithic contributions. Among them, migrations from the Balkans (particularly Greece) during late Metal Ages, played a relevant role in the cultural and genetic transitions occurred in Sicily and Southern Italy. On a finer geographic and temporal perspective, the more recent layers of Italian genetic history and some aspects of the gene-culture interaction were assessed by exploring the genetic variability within two “marginal populations”: Arbereshe of Southern Italy and Partecipanza in Northern Italy. The Arbereshe are Albanian-speaking communities settled in Sicily and Calabria since the end of Middle Ages. Despite sharing common genetic and cultural backgrounds, these groups revealed diverging micro-evolutionary histories, implying different founding events and different patterns of cultural isolation and local admixture. Partecipanza is an idiosyncratic institution of Medieval origin aimed at sharing and devolving collective lands. This case-study exemplified that socio-economic stratification within the same population may induce sex-biased genetic structuring and the maintenance of otherwise hidden historical genetic traces.

Transposable elements dynamics in taxa with different reproductive strategies or speciation rate

In recent years the advances in genomics allowed to understand the importance of Transposable Elements (TE) in the evolution of eukaryotic genomes. In this thesis I face two aspects of the TE impact on the in the animal kingdom. The first part is a comparison of the dynamics of the TE dynamics in three species of stick-insects of the Genus Bacillus. I produced three random genomic libraries of 200 Kbps for the three parental species of the taxon: a gonochoric population of Bacillus rossius (facultative parthenogenetic), Bacillus grandii (gonochoric) and Bacillus atticus (obligate parthenogenetic). The unisexual taxon Bacillus atticus does not shows dramatic differences in TE total content and activity with respect to Bacillus grandii and Bacillus rossius. This datum does not confirm the trend observed in other animal models in which unisexual taxa tend to repress the activity of TE to escape the extinction by accumulation of harmful mutations. In the second part I tried to add a contribute to the debate initiated in recent years about the possibility that a high TE content is linked to a high rate of speciation. I designed an evolutionary framework to establish the different rate of speciation among two or more taxa, then I compared TE dynamics considering the different rates of speciation. The species dataset comprises: 29 mammals, four birds, two fish and two insects. On the whole the majority of comparisons confirms the expected trend. In particular the amount of species analyzed in Mammalia allowed me to get a statistical support (p<0,05) of the fact that the TE activity of recently mobilized elements is positively related with the rate of speciation.

Evolutionary genetics of lactase persistence in Eurasian human populations

Although ability to digest lactose generally declines after weaning in all mammals, in some human populations it persists also in adult individuals, a condition named lactase persistence (LP). Studies on the prevalence of the LP phenotype in worldwide human populations have shown that the frequency of this trait is highly variable in different ethnic groups, appearing to be positively correlated with the importance of milk in the diet. In particular, several single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in the proximity of the LCT gene have been proved to be associated with LP. Nevertheless, few studies have till now analyzed genetic variation underlying LP in a wide set of Eurasian populations and, especially, in the Italian one. In the present study, we thus typed 40 SNPs surrounding the LCT gene in more than 1,000 samples from Italian and Arabic peninsulas to investigate patterns of LP-related genetic diversity in two regions which have played a pivotal role in the recent human evolutionary history according to their geographical position and historical/archaeological records. Our results underline a high and complex variability of the explored genomic region in both studied populations. In particular, a clear diversification of Northern Italian groups from the rest of the peninsula, was observed, with the formers being genetically more similar to Northern European populations than to Southern Italians. These observation are consistent with known decreasing pattern of LP from Northern to Southern Italy and suggest the possibility of an independent evolution of LP-associated genotypes in Northern Italy. A similar scenario was observed in the Arabian peninsula, with Dhofari Arabs from Southern Oman and Yemeni clustering together with respect to Arabs from Northern Oman and the subgroup of Omanis of Asian origin which appeared instead to be genetically closer to Europeans than to the rest of Arabic groups.

Dinamica, dimensione e strutture di rete dell'attività di lobbying negli Stati Uniti

Studio e analisi dell'evoluzione, dinamica e strutture di rete dell'attività di lobbying negli Stati Uniti

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).

Mappatura ed ottimizzazione dei flussi logistici di prodotti ortofrutticoli. Un caso italiano della grande distribuzione.

Il mercato agroalimentare sta conoscendo, soprattutto negli ultimi anni, una evoluzione sia dal punto di vista normativo sia legato alla crescente richiesta da parte dell’opinione pubblica di caratteristiche di trasparenza, tracciabilità e sostenibilità ambientale, economica e sociale. La sostenibilità della Food Supply Chain rappresenta una problematica di grande interesse in termini di ricadute di impatto ambientale e depauperamento delle risorse. L’obiettivo di fornire strumenti decisionali utili per tutti gli operatori della Food Supply Chain ha comportato lo sviluppo di specifiche metodologie e di supporto alle decisioni. L'introduzione di una maggiore integrazione tra gli attori coinvolti nella FSC può portare a migliorare la sostenibilità dei sistemi alimentari. Nel presente lavoro è stato preso in considerazione un caso concreto in cui si è analizzata la filiera dei prodotti ortofrutticoli afferenti al centro di distribuzione di una catena della GDO, con un focus sui prodotti trattati e destinati all’area della provincia di Ravenna. La mappatura dei flussi di provenienza e destinazione delle merci ha permesso di analizzare strutturalmente i canali dei fornitori. Le informazioni acquisite sono state implementate su un database per consentirne la modellizzazione e l’analisi quantitativa dei flussi di prodotto ortofrutticolo. I dati sono stai elaborati attraverso l’uso della piattaforma software che ha collocato nello spazio i vari nodi logistici in modo da calcolarne le distanze reciproche e pianificare gli itinerari di viaggio. In questo modo è stato possibile simulare ogni singola spedizione a partire dall’aggregazione della domanda alle singole missioni di consegna, tenendo in considerazione i mezzi di trasporto selezionati. La scelta di un particolare tipo di veicolo, la sua velocità, la capacità massima del mezzo in termini di kg e m3, ha determinato il numero di spedizioni. Su queste basi è stato possibile eseguire il calcolo dell’impatto ambientale della distribuzione logistica e formulare quindi ipotesi di sviluppo futuro.

Buone pratiche per la gestione delle acque meteoriche. Il caso studio dei tetti verdi della Scuola di Ingegneria e Architettura e la progettazione di un sistema integrato di raccolta e infiltrazione delle acque piovane

La tesi analizza i principi di gestione sostenibile della risorsa meteorica attraverso la progettazione di una pavimentazione drenante, di un Rain Garden ed un impianto di raccolta e riutilizzo dell’acqua piovana, con lo scopo di costituire un sistema integrato con il verde pensile già esistente. Nella prima fase di stesura della tesi si è dato importanza allo studio ed all'elaborazione dei dati di runoff provenienti dal sistema di monitoraggio dei tetti verdi installati sul laboratorio LAGIRN. In seguito si è dato risalto alla gestione sostenibile della risorsa idrica, dimensionando un sistema di riutilizzo dell’acqua piovana al fine di irrigare il verde pensile e le altre zone verdi posizionate in prossimità del laboratorio. Si è dedotto che l’efficienza nel riutilizzo dell’acqua piovana dipende essenzialmente dal rapporto tra la disponibilità di superficie di raccolta e conseguente domanda del riuso da soddisfare, che potrebbe portare ad un dimensionamento errato del serbatoio di accumulo con il risultato di influenzare il costo complessivo del sistema. Sono state progettate due tipologie di BMP finalizzate alla riduzione dell’impermeabilizzazione del suolo per migliorare quantitativamente e qualitativamente la permeabilità. Il Rain Garden risulta un metodo molto economico per riqualificare il tessuto urbano tenendo conto anche dei cambiamenti climatici in continua evoluzione. Le BMP appaiono quindi una soluzione economica e facilmente attuabile sia dai singoli cittadini che da enti comunali al fine di migliorare le qualità delle acque, diminuire il rischio idraulico e smaltire all'interno dei corpi idrici acque di buona qualità.