Risposta delle comunità bentoniche della zona intertidale di coste sabbiose a un evento estremo di mareggiata: il caso di Cesenatico

L’aumento della frequenza di accadimento e dell’intensità di eventi di tempesta rappresenta una seria minaccia per gli ambienti costieri, in particolare per quelli dominati da spiagge sabbiose. Nel seguente lavoro di tesi si è voluto approfittare di un evento di flooding che ha interessato la spiaggia di Cesenatico (Febbraio 2015), provocando un lieve arretramento della linea di riva, per valutare la risposta del comparto macrobentonico a uno shift da zona intertidale a quella di primo subtidale. I dati relativi al periodo post-disturbo (after), mostrano variazioni sia dal punto di vista dell’ambiente fisico che delle comunità bentoniche ad esso associate; per quanto riguarda i campioni del 2015, si è osservata una diminuzione della media granulometrica e un aumento della materia organica rispetto al 2011 (before). Si evidenziano differenze anche tra le comunità bentoniche before e after l’evento, con valori di abbondanza, numero di taxa e diversità maggiori in after, nonché dell’intera struttura di comunità in cui si osservano variazioni di dominanza di particolari specie e l’insediamento di specie non presenti prima dell’evento. In before c’è una dominanza di S. squamata, un polichete fossatorio tipico dell’intertidale. In after è risultato che molte più specie concorrono nel determinare i pattern osservati, ed emerge una netta dominanza di L. mediterraneum e dei tanaidacei del genere Apseudes. I valori delle variabili ambientali e biotiche sono stati utilizzati per costruire un modello previsionale FNB (fuzzy naive Bayes) che è stato utilizzato con i dati abiotici relativi all’after per prevedere i pattern di comunità. Dalle simulazioni si osserva che i pattern spaziali del macrobenthos seguono l’evoluzione dell’intero sistema, confermando uno shift da intertidale a primo subtidale e può essere usato come base per comprendere gli effetti di un flooding costiero su sistemi vulnerabili qual è la spiaggia di Cesenatico.

Sclerocronologia di Chamelea gallina (Linnaeus, 1758) in Adriatico

La conoscenza dell’età e della crescita dei bivalvi è un requisito fondamentale per uno studio di dinamica di popolazione e per una gestione ottimale della risorsa. Lo scopo di questa tesi è quello di individuare una metodologia valida per riconoscere la precisa natura dell’origine dei microincrementi di crescita nel guscio di Chamelea gallina, riconoscendo le discontinuità annuali all’interno del guscio. Sono stati prelevati gusci di individui di C. gallina provenienti da un precedente campionamento nella baia della Vallugola il 06/09/2013. Le valve sono state incluse in resina epossidica e sezionate dall’umbone al margine centrale e levigate così da poter osservare le fettine ottenute allo stereomicroscopio a luce trasmessa. Il vantaggio riscontrato di questa metodologia è rappresentato dalla inaccessibilità delle strutture di deposizione alle perturbazioni ambientali anche se risulta impossibile annullare i possibili effetti dovuti all’attività di pesca o di altri eventi stressanti. Sono stati individuati solamente organismi con uno o due anni di età. I picchi di rallentamento della crescita sincronizzati in ogni classe di taglia potrebbero indicare tassi di accrescimento costanti entro le classi di taglia. Si può notare inoltre una certa ciclicità con cui si presentano i picchi di rallentamento della crescita. Essi si presentano circa ogni 10-12 crestine corrispondenti ipoteticamente ad una annualità. Un limite di questa metodica è dato dal fatto che si riesce a leggere l’informazione contenuta nel guscio ma, senza una validazione non è possibile associarla ad un preciso periodo di vita dell’organismo. A causa delle tempistiche limitate, non è stato possibile condurre esperimenti di crescita in campo per validare la periodicità delle micro linee di accrescimento ma sarebbe auspicabile in futuro riuscire a svolgere almeno una delle diverse metodiche di validazione.

Temporal dynamics of benthic assemblages along a gradient of ocean acidification at a CO2 vent’s system of the Ischia Island

Global warming and ocean acidification, due to rising atmospheric levels of CO2, represent an actual threat to terrestrial and marine environments. Since Industrial Revolution, in less of 250 years, pH of surface seawater decreased on average of 0.1 unit, and is expected to further decreases of approximately 0.3-0.4 units by the end of this century. Naturally acidified marine areas, such as CO2 vent systems at the Ischia Island, allow to study acclimatation and adaptation of individual species as well as the structure of communities, and ecosystems to OA. The main aim of this thesis was to study how hard bottom sublittoral benthic assemblages changed trough time along a pH gradient. For this purpose, the temporal dynamics of mature assemblages established on artificial substrates (volcanic tiles) over a 3 year- period were analysed. Our results revealed how composition and dynamics of the community were altered and highly simplified at different level of seawater acidification. In fact, extreme low values of pH (approximately 6.9), affected strongly the assemblages, reducing diversity both in terms of taxa and functional groups, respect to lower acidification levels (mean pH 7.8) and ambient conditions (8.1 unit). Temporal variation was observed in terms of species composition but not in functional groups. Variability was related to species belonging to the same functional group, suggesting the occurrence of functional redundancy. Therefore, the analysis of functional groups kept information on the structure, but lost information on species diversity and dynamics. Decreasing in ocean pH is only one of many future global changes that will occur at the end of this century (increase of ocean temperature, sea level rise, eutrophication etc.). The interaction between these factors and OA could exacerbate the community and ecosystem effects showed by this thesis.

Stima del sequestro e immagazzinamento di CO2 nelle praterie di Posidonia oceanica

Ogni anno, a causa dell’utilizzo di combustibili fossili e della produzione di cemento, vengono rilasciate in atmosfera 35,7 × 109 tonnellate di CO2, il principale dei gas serra. Durante l’ultima Conferenza delle Parti della UNFCCC, tenutasi a Parigi e nota come COP-21, gli Stati membri hanno posto come obiettivo il raggiungimento delle “emissioni zero” entro la seconda metà del XXI secolo. Secondo le previsioni fornite dall’IPCC il raggiungimento di tale obiettivo porterebbe comunque la concentrazione atmosferica di CO2 a 430 – 530 ppm con un conseguente aumento di temperatura di 1.5-2°C. Se non si riuscisse a rispettare questo traguardo potrebbe rendersi necessaria la rimozione forzata di CO2 dall’atmosfera. Negli ultimi anni è stata riconosciuta ad alcuni ecosistemi, tra cui le praterie di fanerogame marine, la capacità naturale di sottrarre elevate quantità di CO2, e rimuoverle dall’ambiente sotto forma di carbonio organico, chiamato “Blue Carbon”, per lunghi periodi di tempo. Il principale obiettivo di questo lavoro è quello di stimare i quantitativi di “Blue Carbon” contenuto all’interno dei sedimenti e nella biomassa vegetale di una prateria di Posidonia oceanica. I risultati hanno permesso di quantificare, al variare della densità dei fasci fogliari della pianta, la percentuale di carbonio organico contenuta nei primi 40 cm di sedimento e quello contenuto nella biomassa vegetale. Queste percentuali sono state utilizzate per stimare i quantitativi totali di carbonio all’interno di una ristretta area della prateria, quella attorno allo scoglio di Molarotto. Per quest’area il contenuto in carbonio organico stimato per i sedimenti è risultato essere compreso tra 104,4 e 122,7 t C ha-1, mentre quello contenuto nelle fronde tra 3,65 e 6,31 t C ha-1. Utilizzando il software QGIS è stato infine possibile stimare la quantità totale (fronde + sedimento) di carbonio contenuto all’interno della prateria in generale. Questo è risultato essere di 716 tonnellate.

Effetti delle emissioni naturali gassose sugli pteropodi: uno studio pilota nel Golfo di Napoli

L’aumento della pressione parziale di anidride carbonica in atmosfera e il conseguente aumento dell’idrolisi di CO2 nell’acqua marina, noto come “acidificazione degli oceani", consiste nella diminuzione del pH e nella riduzione dello stato di saturazione delle acque (Ω) rispetto al carbonato di calcio (CaCO3). Il Golfo di Napoli è caratterizzato da elevati livelli di CO2 dovuti alla presenza di emissioni naturali di gas (vents), è perciò considerato un laboratorio naturale per prevedere gli effetti futuri sugli organismi marini dovuti all’aumento della acidificazione degli oceani. Questo lavoro di tesi valuta, per la prima volta, l’effetto dei vents sugli pteropodi Thecosomata (gasteropodi planctonici). Data la loro necessità di ioni carbonato per produrre la conchiglia, questi sono considerati “organismi sentinella” per i cambiamenti del sistema dei carbonati nell’ambiente marino. Gli pteropodi sono stati campionati e successivamente analizzati in termini di abbondanza specifica, dimensione e stato di degradazione della conchiglia. I principali risultati hanno mostrato che dalle stazioni di controllo alle zone con presenza di emissioni gassose, vi è un gradiente di diminuzione dei livelli di pH e Ωar, nonostante in nessuna stazione siano presenti livelli di sottosaturazione carbonatica. Gli pteropodi diminuiscono in termini di abbondanza e biodiversità presentando una conchiglia con livelli di dissoluzione elevata nelle stazioni adiacenti alle emissioni gassose, mentre lo stato di preservazione della conchiglia aumenta all’aumentare della distanza dalle zone di emissione, suggerendo che la variazione dello stato di saturazione nelle diverse stazioni, influenzi i processi di calcificazione dell’organismo. Gli effetti negativi delle emissione gassose sugli pteropodi potrebbero a lungo termine risultare in uno shift di popolazioni a vantaggio di organismi planctonici non calcificanti.

Distribuzione dei popolamenti di invertebrati bentonici nella laguna di Messolonghi

Le lagune costituiscono ecosistemi dinamici ed eterogenei, caratterizzati da comunità biologiche più ristrette rispetto agli ambienti marini confinanti. Si tratta di ambienti delicati e spesso soggetti a disturbo antropico, per cui è importante monitorare lo stato ecologico del loro sistema. Un ottimo strumento per questa valutazione è rappresentato dalle comunità di invertebrati che popolano i sedimenti. Nel presente studio ci si propone di indagare la struttura dei popolamenti macrobentonici nella laguna di Messolonghi (Grecia occidentale), parte di un sistema lagunare di importanza ecologica in tutto il Mediterraneo, come testimoniato dalla designazione di ‘important bird area’ (IPA) nell’ambito del programma sviluppato dall’organizzazione BirdLife International; dalla presenza di siti dichiarati di interesse comunitario (SIC) all’interno della rete di protezione europea “Natura 2000”, nell’ambito della Direttiva Habitat (92/43/CEE). In questo studio viene indagata la struttura della comunità di invertebrati nella laguna e il ruolo della vegetazione e delle condizioni ambientali nel condizionare la disposizione dei popolamenti. A tale scopo vengono applicati indici di diversità che vengono messi in relazione alle specie vegetali presenti e alle caratteristiche del sedimento. I risultati mostrano una comunità diversificata, non regolata da un preciso gradiente ambientale, su cui la principale influenza risulta essere la vegetazione nel suo complesso. Nelle stazioni vegetate si trova un’elevata ricchezza specifica mentre l’equidistribuzione rimane invariata tra habitat vegetato e non. Dalle possibili correlazioni esaminate, risulta che l’abbondanza di alcuni dei taxa più importanti nel differenziamento delle strutture di comunità osservato varia in relazione alla granulometria dei sedimenti e al loro contenuto in azoto e carbonio organico.

Crescita della Chlorophyta Haematococcus pluvialis in risposta alla variazione di componenti chimici del terreno di coltura

Haematococcus pluvialis è una delle specie microalgali di maggior interesse biotecnologico, poiché rappresenta la maggior fonte naturale del pigmento astaxantina, carotenoide molto ricercato nell’ industria mangimistica, nutraceutica, cosmetica e farmacologica. La produzione massiva di questa specie è ancora caratterizzata da numerose limitazioni allo scale-up; il principale collo di bottiglia della coltivazione è rappresentato dalla crescita lenta e dal relativamente basso numero di cellule finali che vengono raggiunte, traducendosi in una minore quantità di astaxantina prodotta. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di provare ad incrementare le velocità di crescita della fase iniziale dello stadio vegetativo dell’alga, utilizzando sostanze di crescita quali fitoormoni, sostanza organica, vitamine e medium formulati con diversi rapporti N/P, in modo tale da ottenere un maggiore numero di cellule che possono essere indotte a produrre astaxantina. Alcune condizioni hanno mostrato effetti sulla crescita, tuttavia la condizione che ha fornito un maggior incremento come numero di cellule è stata quella caratterizzata dall’utilizzo di un basso valore del rapporto N/P, rispetto al valore solitamente utilizzato per questa specie. Nonostante siano necessari ancora diversi sforzi per individuare i fattori biotici e abiotici che regolano la crescita di H. pluvialis nell’ottica di una produzione massiva, il principale collo di bottiglia di questo processo può essere quindi ridotto con l’utilizzo delle sostanze stimolanti la crescita sperimentate in questo lavoro e dalla formulazione di medium di crescita che forniscano un compromesso tra un alto numero di cellule finali e costi di produzione relativamente contenuti.

Effects of photoperiod and feeding regimes on Neuropeptide Y (NPY) and Agouti-related Protein (AgRP) expression in central areas of senegalese sole, Solea senegalensis

In the present study, we have tried to expand our knowledge about the endocrine mechanisms that regulate feeding and growth in cultured fish, which could be relevant for the improvement of fish farming conditions and feeding strategies. In order to reach this goal, we have investigated some orexigenic hormones, Neuropeptide Y (NPY) and the paralogues of Agouti-related protein, (AgRP1, AgRP2) in Solea senegalensis, an important species for Mediterranean aquaculture. We focused on hormones synchronization to different feeding regimes (diurnal vs nocturnal and random feeding) and photoperiod (light-dark cycle vs constant darkness). Therefore, the achieved results could also be relevant from a chronobiological perspective. Solea senegalensis specimen were reared in two different photoperiods, i.e.LD Light-Dark conditions as well as in DD conditions (constant darkness) along with different feeding regimes (fed at ML, Med and RND times), so to determine if mRNA expression of orexigenic hormones (NPY, AgRP1 and AgRP2) are entrained by feeding time and/or photoperiod. Our results show an independence of npy mRNA expression from the feeding time and suggest an endogenous control of npy expression in telencephalon of sole, while in optice tectum, npy expression could be entrained by the light-dark cycle. Our results on Senegalese sole AgRP1 and AgRP2 showed the same pattern of expression, indicating that expression of AgRPs is related to photoperiod in optic tectum, instead to feeding time. However the involvement of AgRP1 and AgRP2 in feeding behaviour should not be discarded in sole, as further research will be carried out with specimens maintained under different fasting conditions. our results reinforce the role of the telencephalon as the main neural area involved in the neuroendocrine control of food intake in fish, where endogenous NPY rhythms have been found, while diencephalon statistical variations weren’t observed suggesting that this brain area could be less involved in the neuroendocrine control of food intake in fish than previously thought.

Transgenerational effects of temperature on egg and larval development in Cyprinodon variegatus

Transgenerational plasticity (TGP), a type of maternal effect, occurs when the environment experienced by one or both the parents prior to fertilization directly translates, without changing DNA sequences, into changes in offspring reaction norms. Evidence of such effects has been found in several traits throughout many phyla, and, although of great potential importance - especially in a time of rapid climate change - TGP in thermal growth physiology had never been demonstrated for vertebrates until the first experiment on thermal TGP in sheepshead minnows, who, given sufficient time, adaptively program their offspring for maximal egg viability and growth at the temperature experienced before fertilization. This study on sheepshead minnows from South Carolina and Connecticut investigates how population, parent temperature, and offspring temperature affect egg production, size, viability, larval survival and growth rates, whether these effects provide evidence of TGP, and whether and how they vary with length of exposure time (5, 12, 19, 26, 33 and 43 days) of the parents to the new experimental temperatures of either 26°C or 32°C. Several results are consistent with those obtained in the previous TGP study, which outline a sequence of events consisting of an initial adjustment period to the new temperatures, in which egg production decreases and no signs of TGP are present, followed by a shift to TGP (towards 26-33 days of exposure) in which parents start to produce more eggs which are better adapted to the new thermal environment. Other results present new information, such as signs of TGP in the parent temperature effect on egg sizes already around 20 days of exposure. The innovative idea of populations being able to adapt to rapidly shifting environments through non-genetic mechanisms such as TGP opens new possibilities of survival of species and will have important implications on ecology, physiology, and contemporary evolution.

Studio e sviluppo di un metodo per il monitoraggio della posizione dell'esofago durante l'ablazione transcatetere

Lo scopo del presente lavoro di tesi è l’implementazione di un metodo per la detezione automatica dei contorni dell’esofago in immagini ecografiche intracardiache acquisite durante procedure di ablazione transcatetere per il trattamento della fibrillazione atriale. Il progetto si è svolto in collaborazione con il laboratorio di elettrofisiologia, Unità Operativa di Cardiologia, Dipartimento Cardiovascolare, dell’ospedale ‘’ S. Maria delle Croci ’’ di Ravenna, Azienda Unità Sanitaria Locale della Romagna e si inserisce in un progetto di ricerca più ampio in cui sono stati sviluppati due differenti metodi per il tracciamento automatico della parete posteriore dell’atrio sinistro. L’obiettivo è consentire al clinico il monitoraggio della posizione dell’esofago rispetto all’atrio sinistro per ridurre il rischio di lesioni della parete esofagea. L’idea di base dell’algoritmo è di lavorare sull’immagine per linee di scansione orizzontali, valutando la distribuzione dei livelli di intensità di grigio. Una volta individuati i punti appartenenti alle pareti anteriore e posteriore dell’esofago, sono stati utilizzati dei polinomi rispettivamente del quarto e secondo ordine per interpolare i dati. Per assicurarsi che la detezione sia corretta è stato introdotto un check aggiuntivo che consente la correzione del risultato qualora il clinico non sia soddisfatto, basandosi su input manuale di due punti richiesto all’operatore. L’algoritmo è stato testato su 15 immagini, una per ogni paziente, e i contorni ottenuti sono stati confrontati con i tracciamenti manuali effettuati da un cardiologo per valutare la bontà del metodo. Le metriche di performance e l’analisi statistica attestano l’accuratezza del metodo. Infine sono state calcolate delle misure di interesse clinico, quali la distanza tra parete posteriore dell’atrio sinistro e parete anteriore dell’esofago e la larghezza media di quest’ultimo che risulta comparabile con quanto riportato in letteratura.

The use of mobile single-sided NMR for the diagnosis of osteoporosis: a preliminary study

Una nuova ed originale tecnica è stata messa a punto, finalizzata alla realizzazione di una procedura per la diagnosi dell’osteoporosi, mediante l’utilizzo di scanner low field single-sided NMR. Tre differenti scanner (NMR MOLE, MOUSE PM 10 e MOUSE PM5) sono stati usati per determinare il Bone Volume-to-Total Volume ratio (BV/TV), parametro che fornisce indicazioni sulla microstruttura dell’osso. I risultati sono stati confrontati con le analisi micro-CT. Gli esperimenti sono stati condotti nel Lab. NMR del dipartimento DIFA di UNIBO e nel Lab. NMR della Victoria University di Wellington (NZ), durante un periodo di visita di cinque mesi, supportato da una borsa di studio della “Facoltà di Scienze” di UNIBO. Le analisi micro-CT sono state condotte presso il Lab. di Tecnologie Mediche dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna. La ricerca è stata parzialmente finanziata dalla “Fondazione del Monte di Bologna e Ravenna”. La caratterizzazione dell’osso trabecolare di campioni animali e dei tessuti che lo circondano (come cartilagine e muscolo) è stata condotta tramite mappe di correlazione T1-T2 e D-T2 , dove T1 e T2 sono, rispettivamente, il tempo di rilassamento longitudinale e trasversale del nucleo 1H, e D è il coefficiente di autodiffusione molecolare. E’ stata sviluppata una sequenza di impulsi (Diffusion-Weighted T1-T2) per ottenere mappe T1-T2 pesate in diffusione. I risultati hanno consentito di mettere a punto una procedura che elimina il segnale NMR proveniente da cartilagine e muscolo, rendendo più realistico lo scenario di applicazione in-vivo. I tre diversi dispositivi NMR hanno dato risultati consistenti tra loro e con le immagini micro-CT. L’intera catena di esperimenti condotti ha mostrato che dispositivi NMR single-sided possono essere usati per valutare il BV/TV di ossa trabecolari, con il vantaggio di essere portatili, a basso costo e non invasivi, permettendo campagne di screening della popolazione a rischio osteoporosi.

Idrochimica delle acque interstiziali e scambi acqua / sedimento nell'invaso di Ridracoli

Uno degli aspetti più influenti sulla qualità chimica e biologica dell’acqua di laghi e invasi, caratteristico del bacino di Ridracoli, è rappresentato dalla stratificazione termica, un processo di formazione di volumi d’acqua a diversa densità che può verificarsi allorquando, in alcune circostanze e, nello specifico, durante la stagione estiva, si instauri una condizione stabile in cui l’acqua riscaldata dalla radiazione solare sovrasta quella più fredda e densa del fondo. Una delle conseguenze di tali variazioni termiche è che esse inducono cambiamenti nei livelli di ossigeno disciolto, favorendo l’instaurarsi di processi di degradazione anaerobica della materia organica e determinando la formazione di un chimismo ostile per l’attività biologica. I cicli stagionali, redox-dipendenti, di Ferro e Manganese tra la colonna d’acqua e i sedimenti sono caratteristici di questi ambienti ed una loro risospensione in forma disciolta è stato rilevato nell’ipolimnio dell’invaso di Ridracoli, stagionalmente anossico. Questo studio, collocato all’interno di un ampio progetto finanziato da Romagna Acque Società delle Fonti S.p.A. con la Facoltà di Scienze Ambientali – Campus di Ravenna ed il CNR-ISMAR, si è posto come obiettivo l’individuazione dei fattori che controllano la distribuzione e la mobilità degli elementi chimici all’interno del sistema acqua-sedimento dell’invaso di Ridracoli ed è articolato in tre diverse fasi: • Indagine della composizione chimica del sedimento; • Analisi ed interpretazione della composizione chimica delle acque interstiziali • Stima del flussi attraverso l’interfaccia acqua-sedimento mediante l’utilizzo di una camera bentica e l’applicazione della prima legge di Fick sulla diffusione. Al termine del lavoro è stato possibile ricostruire un quadro diagenetico generale contraddistinto da una deplezione degli accettori di elettroni principali (O2 e NO3-) entro i primi millimetri di sedimento, da un consumo immediato di SO42- e da una graduale riduzione degli ossidi di Mn (IV) e Fe (III), con formazione di gradienti negativi ed il rilascio di sostanze disciolte nella colonna d’acqua.

Brief aus Italien

Felice Ravenna