Identificazione di un metodo statistico per la descrizione della popolazione di residui dello sparo da inneschi innovativi

La tesi, in collaborazione con il Maggiore Donghi del reparto di Balistica del RIS di Parma, individua un metodo statistico di descrizione della popolazione di particelle residue dello sparo, attraverso numerose sperimentazioni effettuate con inneschi innovativi. Lo studio propone la comparazione degli inneschi utilizzati e i successivi confronti tra i GSR rinvenuti sulle mani dello sparatore e le famiglie di inneschi utilizzati.

Osservazioni in ambiente controllato del ciclo riproduttivo e delle prime fasi di accrescimento di Chiloscyllium punctatum (Muller & Henle 1838)

La presente tesi tratta delle attività riproduttive e delle prime fasi di crescita dello squalo Chiloscyllium punctatum. Da Dicembre 2013 a Giugno 2014, all’Acquario di Cattolica, sono state effettuate osservazioni su una coppia di adulti riproduttori e sui relativi neonati mantenuti in ambiente controllato. Il Chiloscyllium punctatum è una specie ovipara che rilascia uova di forma rettangolare, ha un ciclo riproduttivo relativamente rapido ed è molto sfruttata come specie ornamentale dagli acquari di tutto il mondo. Per ottenere una corretta gestione in ambiente controllato, la riproduzione ed estrapolare il maggior numero d’informazioni certe su gli stadi di vita, sulla dieta di divezzamento dei neonati dal sacco vitellino, sull’illuminazione più consona da adottare, sulle dimensioni medie di uova, nascituri e adulti, sulla crescita dei nascituri, sui tempi di sviluppo embrionale, sulla frequenza di deposizione delle uova e sui tempi di schiusa è stato necessario sviluppare un corretta procedura di gestione ordinaria. In 7 mesi, gli adulti di C. punctatum, in condizioni ambientali ottimali e costanti, hanno dato vita a 33 neonati. Questi sono stati sottoposti a misurazioni di lunghezza (LT, cm) e peso corporeo (PC, g) per valutare l’influenza dell’illuminamento e della dieta sulla crescita. Inoltre, sono stati confrontati dati sperimentali (e.g. tempistiche di sviluppo embrionale) con dati bibliografici (Haraush et al., 2007) che hanno evidenziato alcune similitudini e differenze.

Identificazione di possibili unita' di stock di Anguilla anguilla mediante analisi microchimica e morfometrica degli otoliti

L’anguilla europea, è una specie eurialina catadroma con un complesso ciclo biologico: l’area di riproduzione, unica, si trova molto distante da quella di distribuzione. La specie necessita di una gestione dello stock a fini conservazionistici. Il problema è europeo: lo stock è unico, distribuito in Europa e nell’Africa settentrionale, si riproduce in Atlantico ed è panmittico. C’è preoccupazione per il declino del reclutamento e delle catture di adulti. Lo scopo del progetto è di individuare possibili unità di stock nella penisola italiana. La ricerca è basata sullo studio degli otoliti mediante analisi morfometrica e microchimica. I contorni degli otoliti sono sottoposti ad analisi ellittica di Fourier per individuare eventuali gruppi. Gli otoliti sono stati levigati per effettuare: letture d’età, indagini microstrutturali al SEM delle fasi larvali, analisi microchimiche LA-ICP-MS del nucleo, studiarne l’origine e valutare l’ambiente di sviluppo. Le indagini morfometriche mostrano evidenti pattern ontogenetici, ma non legati ocorrelati alla località, sesso o anno di nascita. Le indagini microstrutturali hanno evidenziano l’alto contenuto organico nucleare, un pattern comune di crescita ed eventi chiave delle fasi larvali, con una media di 212 anelli giornalieri. La microchimica rivela che le larve si sviluppano in acque salate fino alla metamorfosi, poi migrano verso acque meno salate. Le analisi su campioni nati nello stesso anno, evidenziano due gruppi: individui di rimonta naturale e individui di ripopolamento. I profili nucleo bordo evidenziano la permanenza a salinità intermedie degli adulti. L’attività di ricerca si è dimostrata proficua dal punto di vista tecnico con la messa a punto di protocolli innovativi e con forti ricadute sulla riduzione dei tempi e costi d’analisi. Il debole segnale di possibili unità di stock andrà verificato in futuro mediante analisi più dettagliate discriminando meglio la storia di ogni singolo individuo.

Assessment of the population structure and temporal changes in spatial dynamics and genetic characteristics of the Atlantic bluefin tuna under a fishery independent framework.

As a large and long-lived species with high economic value, restricted spawning areas and short spawning periods, the Atlantic bluefin tuna (BFT; Thunnus thynnus) is particularly susceptible to over-exploitation. Although BFT have been targeted by fisheries in the Mediterranean Sea for thousands of years, it has only been in these last decades that the exploitation rate has reached far beyond sustainable levels. An understanding of the population structure, spatial dynamics, exploitation rates and the environmental variables that affect BFT is crucial for the conservation of the species. The aims of this PhD project were 1) to assess the accuracy of larval identification methods, 2) determine the genetic structure of modern BFT populations, 3) assess the self-recruitment rate in the Gulf of Mexico and Mediterranean spawning areas, 4) estimate the immigration rate of BFT to feeding aggregations from the various spawning areas, and 5) develop tools capable of investigating the temporal stability of population structuring in the Mediterranean Sea. Several weaknesses in modern morphology-based taxonomy including demographic decline of expert taxonomists, flawed identification keys, reluctance of the taxonomic community to embrace advances in digital communications and a general scarcity of modern user-friendly materials are reviewed. Barcoding of scombrid larvae revealed important differences in the accuracy of the taxonomic identifications carried out by different ichthyoplanktologists following morphology-based methods. Using a Genotyping-by-Sequencing a panel of 95 SNPs was developed and used to characterize the population structuring of BFT and composition of adult feeding aggregations. Using novel molecular techniques, DNA was extracted from bluefin tuna vertebrae excavated from late iron age, ancient roman settlements Byzantine-era Constantinople and a 20th century collection. A second panel of 96 SNPs was developed to genotype historical and modern samples in order to elucidate changes in population structuring and allele frequencies of loci associated with selective traits.

Metodi matematici per lo sviluppo di una nuova distanza genetica per inferire eventi demografici da dati di sequenziamento di popolazioni umane

La tesi individua un metodo matematico per inferire alcuni eventi demografici relativi a popolazioni umane, attraverso l’analisi di dati, reali e simulati, e con strumenti di statistica e analisi numerica (Cluster Analysis, Analisi Discriminate, Analisi della varianza, Interpolazione).

Temporal variation of genetic diversity and differentiation of albacore, Thunnus alalunga, in the Mediterranean Sea

This study is on albacore (Thunnus alalunga, Bonnaterre 1788), an epi- and mesopelagic oceanic tuna species cosmopolitan in the tropical and temperate waters of all oceans including the Mediterranean Sea, extending in a broad band between 40°N and 40°S. What it’s known about albacore population structure is based on different studies that used fisheries data, RFLP, mtDNA control region and nuDNA markers, blood lectins analysis, individual tags and microsatellite. At the moment, for T. alalunga six management units are recognized: the North Pacific, South Pacific, Indian, North Atlantic, South Atlantic and Mediterranean stocks. In this study I have done a temporal and spatial comparison of genetic variability between different Mediterranean populations of Thunnus alalunga matching an historical dataset ca. from 1920s composed of 43 individuals divided in 3 populations (NADR, SPAIN and CMED) with a modern dataset composed of 254 individuals and 7 populations (BAL, CYP, LIG, TYR, TUR, ADR, ALB). The investigation was possible using a panel of 94 nuclear SNPs, built specifically for the target species at the University of Basque Country UPV/EHU. First analysis done was the Hardy-Weinberg, then the number of clusters (K) was determined using STRUCTURE and to assess the genetic variability, allele frequencies, the average number of alleles per locus, expected (He) and observed (Ho) heterozygosis, and the index of polymorphism (P) was used the software Genetix. Historical and modern samples gives different results, showing a clear loss of genetic diversity over time leading to a single cluster in modern albacore instead of the two found in historical samples. What this study reveals is very important for conservation concerns, and additional research endeavours are needed.

Species identification of archived fish bones collected from the Mediterranean Sea 100 years ago using molecular techniques

With the discovery that DNA can be successfully recovered from museum collections, a new source of genetic information has been provided to extend our comprehension of the evolutionary history of species. However, historical specimens are often mislabeled or report incorrect information of origin, thus accurate identification of specimens is essential. Due to the highly damaged nature of ancient DNA many pitfalls exist and particular precautions need to be considered in order to perform genetic analysis. In this study we analyze 208 historical remains of pelagic fishes collected in the beginning of the 20th century. Through the adaptation of existing protocols, usually applied to human remains, we manage to successfully retrieve valuable genetic material from almost all of the examined samples using a guanidine and silica column-based approach. The combined use of two mitochondrial markers cytochrome-oxidase-1(mtDNA COI) and Control Region (mtDNA CR), and the nuclear marker first internal transcriber space (ITS1) allowed us to identify the majority of the examined specimens using traditional PCR and Sanger sequencing techniques. The creation of primers capable of amplifying heavily degraded DNA have great potential for future uses, both in ancient and in modern investigation. The methodologies developed in this study can in fact be applied for other ancient fish specimens as well as cooked or canned samples.

Struttura di età di nasello (Merluccius merluccius, Linnaeus, 1758) in alto-medio Adriatico mediante analisi degli otoliti e frequenza di taglia

The aim of present study is to define the general framework of Merluccius merluccius population structure, to estimate the growth rate and to assess the recruitment dynamics of juveniles from Northern and Central Adriatic, through otoliths analysis. The otoliths of hake specimens collected during the MedITS trawl survey in the 2012 in GSA 17, were cleaned and 102 otoliths out of 506 were embedded, sectioned, grindined and polished to obtain frontal and sagittal sections. The whole sample were analysed under stereomicroscope and optical microscope, with camera and connected to PC provided of an image analyses program. The frequency analysis of size classes and age revealed that the species is dominated by hake with >200mm TL and > one year old. The fish average size of M. merluccius at the end of the first year of life is about 199 mm TL. Allometrics analyses between fish TL and Feret (major axis), MiniFeret (minor axis), Area, Perimeter, showed a direct proportionality among lengths. Among the 88 otoliths sections analysed, the number of daily increments read ranged from 86 to 206, within 55 and 175mm TL range. The age estimate ranged from about 2-3 to 9 months and the growth rate from 20.99 to 27.15mm TL. The hatch-date distribution, obtained by back calculation, showed that the hatching occurs in November-March. In conclusion, strong preventive measures are needed for hake adults because the success of this species seems to be linked to deep water ecosystem protection where big spawners dwell.

Are there genetic breaks between Atlantic and Pacific Yellowfin tuna (Thunnus albacares) populations? A preliminary study based on microsatellites gene variation

Yellowfin tuna (Thunnus albacares, YFT, Bonnaterre 1788) is one of the most important market tuna species in the world. The high mortality of juveniles is in part caused by their bycatch. Indeed, if unregulated, it could permanently destabilize stocks health. For this reason investigating and better knowing the stock boundaries represent a crucial concern. Aim of this thesis was to preliminary investigate the YFT population structure within and between Atlantic and Pacific Oceans through the analysis of genetic variation at eight microsatellite loci and assess the occurrence of barriers to the gene flow between Oceans. For this propouse we collected 4 geographical samples coming from Atlantic and Pacific Ocean and selected a panel of 8 microsatellites loci developped by Antoni et al., (2014). Samples 71-2-Y and 77-2-Y, came from rispectively west central pacific ocean (WCPO) and east central pacific ocean (ECPO), instead samples 41-1-Y and 34-2-Y derive from west central atlantic ocean (WCAO) and east central atlantic ocean (ECAO). Total 160 specimens were analyzed (40 per sample) and were carried out several genetic information as allele frequencies, allele number, allelic richness, HWE (using He and Ho) and pairwise Fst genetic distance. Results obtained, may support the panmictic theory of this species, only one of pairwise Fst obtained is statistically significant (Fst= 0.00927; pV= 0.00218) between 41-1-Y and 71-2-Y samples. Results suggest low genetic differentiation and consequent high level of gene flow between Atlantic and Pacific populations. Furthermore, we performed an analysis of molecular taxonomy through the use of ATCO (the flaking region between ATPse6 and cytochrome oxidase subunit III genes mt DNA, to discriminate within the gener Thunnus two of the related species (Yellofin and bigeye tuna) according with their difficult recognition at certain size (<40 cm). ATCO analysis in this thesis, has provided strong discriminate evidence between the target species proving to be one of the most reliable genetic tools capable to indagate within the genus Thunnus. Thus, our study has provided useful information for possible use of this protocol for conservation plans and management of this fish stocks.

Studio e progettazione di un sistema di pallettizzazione innovativo

Studio di una macchina automatica per l'avvolgimento con film estensibile di pallet dedicati al trasporto. Sono stati analizzati la storia del pallet, il mercato delle macchine avvolgipallet e lo studio di un motoriduttore. Successivamente si sono progettati i caratteri salienti della macchina e si sono dimensionato due motoriduttori.

Distribuzione spazio temporale dei pesci demersali sulla piattaforma continentale del Golfo di Antalya

Le variabili ambientali e lo sfruttamento della pesca sono dei possibili fattori nel determinare la struttura della comunità demersale. L’area di studio è il Golfo di Antalya, con un area aperta ed una chiusa ad ogni attività di pesca, il periodo di studio ha coperto tre stagioni (primavera, estate, autunno). Lo scopo è quello di delineare un quadro generale sulla distribuzione spaziale e temporale delle risorse alieutiche demersali in quest’area. In questo lavoro di tesi la PCA è stata usata al fine di determinare le variabili ambientali (ossigeno, salinità, temperatura, pH, materia sospesa) che determinano maggiormente la differenza tra le stazioni, tecniche di analisi multivariata hanno invece indagato una possibile variazione su scala spaziale e temporale dei parametri abiotici. La Cluster Analysis effettuata sui dati di abbondanza ha delineato quattro raggruppamenti principali, due ad una profondità minore di 100 m e due ad una profondità maggiore (40% di similarità). Questi risultati sono confermati dall’analisi MDS. L’analisi SIMPER ha messo in evidenza le specie che maggiormente incidono sulla differenza tra strati di profondità. Gli indici di biodiversità sono stati calcolati per indagare la diversità e la variabilità temporale e spaziale della comunità demersale. Due procedure la BIO-ENV e la DistLM (Distance-based linear models) sono state effettuate per individuare le variabili abiotiche che potrebbero essere responsabili dei diversi raggruppamenti nella struttura del popolamento demersale. Le specie commerciali: Mullus barbatus, Upeneus moluccensis, Upeneus pori sono state prese come oggetto per la ricerca di possibili effetti della pesca a livello di popolazione. Per i dati di abbondanza e di biomassa di queste specie è stata eseguita l’analisi multivariata MANOVA (Multivariate Analysis of Variance) al fine di trovare eventuali variazioni dovute ai fattori profondità, stagione e transetto. Per ogni specie è stata valutata la sex ratio. Il metodo Bhattacharya ha permesso di determinare le classi di età e la loro abbondanza. In ultimo la relazione peso-lunghezza è stata ricavata separatamente per gli individui maschi e femmine al fine di determinare il tipo di crescita per ogni sesso.

Biologia ed ecologia dello squalo di profondità Dalatias licha (Bonnaterre, 1788)

La presente tesi vuole colmare le conoscenze biologiche ed ecologiche dello squalo di profondità Dalatias licha. Attualmente le conoscenze riguardanti le popolazioni di questo squalo nel Mediterraneo sono scarse dato il numero limitato di studi affrontati. La biologia e l’ecologia di questo squalo è stata studiata attraverso la stima di alcune caratteristiche importanti come la sex ratio, la maturità sessuale degli individui, gli indici di condizione (epatosomatico e gonadosomatico) e le analisi dei contenuti stomacali. I 78 esemplari (16 femmine e 62 maschi) osservati sono stati campionati tra il 2001 e il 2003 dal bycatch di motopescherecci a strascico della marineria di Genova porto, operanti sul piano batiale del Golfo di Genova (Mar Ligure). Le catture sono state eseguite ad una batimetria compresa tra -450 e -800 m, tra Genova e Sestri Levante. I risultati, sebbene basati su un numero limitato di individui, sono di particolare interesse visto il deficit conoscitivo inerente a questa specie in ambito nazionale e mediterraneo

Ecological distribution of semi-demersal fishes in space and time on the shelf of Antalya Gulf

In this study we provide a baseline data on semidemersal fish assemblages and biology in a heterogeneous and yet less studied portion of the shelf of Antalya Gulf. The distribution of fish abundance in three transects subjected to different fisheries regulations (fishery vs non fishery areas), and including depths of 10, 25, 75, 125, 200 m, was studied between May 2014 and February 2015 in representative months of winter, spring, summer and autumn seasons. A total of 76 fish species belonging to 40 families was collected and semidemersal species distribution was analyzed in comparison with the whole community. Spatial distribution of fish was driven mainly by depth and two main assemblages were observed: shallow waters (10-25; 75 m) and deep waters (125-200 m). Significant differences among transects were found for the whole community but not for the semidemersal species. Analysis showed that this was due to a strong relation of these species with local environmental characteristics rather than to a different fishing pressure over transects. Firstly all species distribute according to the bathymetrical gradient and secondly to the bottom type structure. Semidemersal species were then found more related to zooplankton and suspended matter availability. The main morphological characteristics, sex and size distribution of the target semidemersal species Spicara smaris (Linnaeus, 1758), Saurida undosquamis (Richardson, 1848), Pagellus acarne (Risso, 1827) were also investigated.

Ridurre lo scarto nella pesca con reti da posta: il caso di studio nella AMP delle isole Egadi

Sebbene la selettività nel tramaglio sia assodata, rimangono solitamente catturati dalla rete individui di specie bentoniche che non hanno rilevanza ai fini della commercializzazione ma svolgono ruoli ecologici rilevanti nell'ecosistema marino. Oltre che il danno ecologico, la cattura di invertebrati del benthos costituisce un aggravio di lavoro per i pescatori che impiegano molto tempo per la pulizia delle reti. L'obiettivo generale di questo lavoro è la riduzione della cattura "indesiderata" di invertebrati del benthos, migliorando la selettività ed aumentando ulteriormente la sostenibilità della pesca con il tramaglio. Nello specifico si è voluto sperimentare l'installazione di una "greca" sulla parte terminale del tramaglio. Si tratta di una fascia di rete mono-panno montata alla base dell'attrezzo, prima della lima dei piombi, allo scopo di minimizzare la cattura di specie accessorie e il rischio di danneggiamento degli organismi bentonici. Sono state impiegate 2 imbarcazioni provviste di attrezzo sperimentale in ciascuna delle tre differenti aree di indagine (Favignana, Marettimo, Trapani), per un totale di 48 uscite. Le prove di pesca sono state condotte all’interno dell’Area Marina Protetta Isole Egadi. E’ stato previsto che ogni barca impieghi un attrezzo sperimentale di 1000 metri di lunghezza in cui si alternano 50 metri di tramaglio standard (pannello interno con maglia di 31,25 mm di lato, pannelli esterni con maglia di 180 mm di lato), con pezze delle stesse caratteristiche a cui è stata aggiunta una “greca” di 35 cm di altezza, di maglia di 50 mm di lato. Dal confronto delle catture di specie commerciali e non commerciali ottenute con il tramaglio sperimentale, valutando le differenze di cattura tra le pezze con "greca" e quelle armate in maniera tradizionale, si è osservato che si ha una riduzione degli organismi bentonici nonché delle specie commerciali. L'attrezzo risulta in generale più selettivo nei confronti della rete tradizionale.

Caratterizzazione del microbiota della "colomba" durante le fasi del processo produttivo.

Il consumo di prodotti da forno lievitati in Italia, è rilevante in occasione di alcune feste religiose quali Pasqua e Natale. Prodotti come il Panettone e Colomba hanno acquisito una diffusione nazionale ed internazionale. Questi prodotti sono ottenuti mediante procedure specifiche caratterizzate da passaggi simili. In ogni caso la loro preparazione parte dall’utilizzo di un lievito madre continuamente rinfrescato. Il lievito madre (o impasto acido) è una miscela di acqua e farina fermentata da un microbiota complesso che include LAB, che producono acido lattico, e lieviti fermentativi che producono CO2 ed etanolo con conseguenze sulle caratteristiche reologiche e organolettiche, soprattutto per il profilo aromatico del prodotto finale. In questo lavoro mi sono occupato di valutare l’evoluzione della composizione microbica della Colomba nelle diverse fasi del processo produttivo, cercando di individuare le relazioni fra il microbiota e alcune caratteristiche chimico-fisiche del prodotto. Il lavoro di caratterizzazione del microbiota del prodotto, effettuato nelle diverse fasi del processo produttivo, ha mostrato come l’impasto madre sia caratterizzato da una bassa biodiversità sia di LAB che di lieviti. I microorganismi dominanti risultano essere due biotipi della specie L. sanfranciscensis e, per i lieviti, un solo biotipo della specie T. delbrueckii, con la comparsa di C. humilis solo in un campione con una frequenza relativa molto bassa. Per quel che riguarda l’evoluzione del microbiota durante il processo produttivo, l’aggiunta del lievito commerciale altera i rapporti tra LAB/ lieviti dove le concentrazioni dei LAB, durante impastamento, si riducono incidendo sulle caratteristiche chimico-fisiche degli impasti stessi in termini di maggiori valori di pH e ridotto contenuto in acido lattico. L’aggiunta di S. cerevisiae e successiva lievitazione incidono significativamente sul profilo aromatico del prodotto, in termini di riduzione di acidi (acido acetico) e di esteri ed aumento di molecole: etanolo, alcol fenetilico, acetaldeide ed acetoino, derivanti del lievito commerciale.