Leopoli-Cencelle beyond virtual reality Documentazione, interpretazione e comprensione di una città medievale

La città medievale di Leopoli-Cencelle (fondata da Papa Leone IV nell‘854 d.C. non lontano da Civitavecchia) è stata oggetto di studio e di periodiche campagne di scavo a partire dal 1994. Le stratigrafie investigate con metodi tradizionali, hanno portato alla luce le numerose trasformazioni che la città ha subìto nel corso della sua esistenza in vita. Case, torri, botteghe e strati di vissuto, sono stati interpretati sin dall’inizio dello scavo basandosi sulla documentazione tradizionale e bi-dimensionale, legata al dato cartaceo e al disegno. Il presente lavoro intende re-interpretare i dati di scavo con l’ausilio delle tecnologie digitali. Per il progetto sono stati utilizzati un laser scanner, tecniche di Computer Vision e modellazione 3D. I tre metodi sono stati combinati in modo da poter visualizzare tridimensionalmente gli edifici abitativi scavati, con la possibilità di sovrapporre semplici modelli 3D che permettano di formulare ipotesi differenti sulla forma e sull’uso degli spazi. Modellare spazio e tempo offrendo varie possibilità di scelta, permette di combinare i dati reali tridimensionali, acquisiti con un laser scanner, con semplici modelli filologici in 3D e offre l’opportunità di valutare diverse possibili interpretazioni delle caratteristiche dell’edificio in base agli spazi, ai materiali, alle tecniche costruttive. Lo scopo del progetto è andare oltre la Realtà Virtuale, con la possibilità di analizzare i resti e di re-interpretare la funzione di un edificio, sia in fase di scavo che a scavo concluso. Dal punto di vista della ricerca, la possibilità di visualizzare le ipotesi sul campo favorisce una comprensione più profonda del contesto archeologico. Un secondo obiettivo è la comunicazione a un pubblico di “non-archeologi”. Si vuole offrire a normali visitatori la possibilità di comprendere e sperimentare il processo interpretativo, fornendo loro qualcosa in più rispetto a una sola ipotesi definitiva.

La documentazione monetale come fonte per la storia di Classe (Ravenna) Gli scavi condotti nell’area portuale (anni 2001-2005) e nell’area della basilica di San Severo (anni 2006-2010)

Gli scavi effettuati a Classe, a sud di Ravenna, presso i siti archeologici dell'area portuale e della Basilica di San Severo, hanno portato alla luce un numero abbondante di moneta, 2564 dall'area portuale e 224 dalla basilica, un totale di 2788 reperti monetali, di cui solo 863 sono leggibili e databili. La datazione dei materiali dell’area portuale, fondata agli inizi del V secolo, parte dal II secolo a.C. fino all’VIII secolo d.C.. La maggior parte dei reperti è relativa al periodo tra il IV e il VII secolo, il momento di massima importanza del porto commerciale, con testimonianza di scambi con altri porti del bacino mediterraneo, in particolare con l’Africa del Nord e il Vicino Oriente. La documentazione proveniente dalla Basilica di San Severo, fondata alla fine del VI secolo per la custodia delle reliquie del santo, mostra un trend diverso dal precedente, con monetazione che copre un arco cronologico dal I secolo a.C. fino al XIV secolo d.C.. La continuità dell’insediamento è dimostrato dall’evidenza numismatica, seppur scarsa, fino alla costruzione del monastero a sud della basilica, l’area dalla quale provengono la maggior parte delle monete. I quantitativi importanti di monetazione tardoantica, ostrogota e bizantina, in particolare di tipi specifici come il Felix Ravenna, ipoteticamente coniato a Roma, oppure il ½ e il 1/4 di follis di produzione saloniana emesso da Giustiniano I, hanno concesso uno studio dettagliato per quello che riguarda il peso, le dimensioni e lo stile di produzione di queste emissioni. Questi dati e la loro distribuizione sul territorio ha suggerito nuove ipotesi per quello che riguarda la produzione di questi due tipi presso la zecca di Ravenna. Un altro dato importante è il rinvenimento di emissioni di Costantino VIII, alcune rare e altre sconosciute, rinvenute solo nel territorio limitrofo a Classe e Ravenna.

La ricostruzione dell'assetto topografico della VI regio augustea di Roma dal periodo repubblicano all'età tardoantica

La VI regio augustea di Roma rappresenta uno dei settori urbani maggiormente investiti dalle modifiche radicali compiute dall’uomo nel processo di urbanizzazione della città che ne hanno modificato profondamente la situazione altimetrica e la conformazione originaria. Questi notevoli cambiamenti ebbero origine sin dall’età antica, ma si intensificarono profondamente soprattutto nel periodo rinascimentale quando a partire da Pio IV e soprattutto con Sisto V, attivo in tante altre zone della città, si svilupparono numerose opere di rinnovamento urbanistico che incisero notevolmente sul volto e sulle caratteristiche della zona in esame. A partire dal Rinascimento fino ad arrivare ai grandi scavi della fine del 1800 tutto il quartiere incominciò a “popolarsi” di numerosi edifici di grande mole che andarono ad intaccare completamente le vestigia del periodo antico: la costruzione del Palazzo del Quirinale e dei vari palazzi nobiliari ma soprattutto la costruzione dei numerosi ministeri e della prima stazione Termini alla fine dell’800 comportarono numerosi sventramenti senza la produzione di una adeguata documentazione delle indagini di scavo. Questa ricerca intende ricostruire, in un’ottica diacronica, la topografia di uno dei quartieri centrali della Roma antica attraverso l’analisi dei principali fenomeni che contraddistinguono l’evoluzione del tessuto urbano sia per quanto riguarda le strutture pubbliche che in particolar modo quelle private. Infatti, il dato principale che emerge da questa ricerca è che questa regio si configura, a partire già dal periodo tardo-repubblicano, come un quartiere a vocazione prevalentemente residenziale, abitato soprattutto dall’alta aristocrazia appartenente alle più alte cariche dello Stato romano; oltre a domus ed insulae, sul Quirinale, vennero costruiti lungo il corso di tutta l’età repubblicana alcuni tra i più antichi templi della città che con la loro mole occuparono parte dello spazio collinare fino all’età tardoantica, rappresentando così una macroscopica e costante presenza nell’ingombro dello spazio edificato.

Aspetti dell'architettura religiosa a Trento: il caso della basilica di S. Maria Maggiore

Lo scavo di Santa Maria Maggiore a Trento ha permesso di mettere in luce strutture precedenti fino al I sec. d.C. . Di queste, il presente lavoro ha analizzato quelle riferibili agli edifici sacri, di cui il primo costruito nella seconda metà del V sec. d.C. . Lo studio dell'edificio è stato utilizzato per cercare di comprendere le modalità con cui è avvenuta la monumentalizzazione dei luoghi di culto a Trento, e le dinamiche di interazione tra comunità religiosa e autorità civile.

L’instrumentum fittile inscriptum della colonia romana di Mutina e del suo territorio

Il presente lavoro è incentrato sulla raccolta e l’analisi dell’instrumentum fittile inscriptum – in particolare laterizi, dolia, lucerne, ceramica fine da mensa, anfore e tappi d’anfora - rinvenuto a Modena e nel suo territorio. L’attenzione è stata concentrata sul materiale bollato e, per quanto riguarda le anfore, anche sullo studio degli esemplari recanti tituli picti. Si è proceduto ad una raccolta di tutto il materiale edito, a cui si è aggiunto lo studio di un’ingente quantità di reperti provenienti da due recenti scavi suburbani: quello presso il Parco Novi Sad, che si segnala soprattutto per la ricchezza del materiale anforico, e quello di Viale Reiter, ove sono venuti alla luce numerosi scarti di cottura di lucerne a canale recanti le firme di alcuni dei più noti produttori di tali oggetti nel mondo romano. A ciascuna categoria di instrumentum è stato dedicato un capitolo, corredato di tabelle in cui è stato raccolto tutto il materiale considerato; inoltre, per i reperti del Parco Novi Sad e di Viale Reiter, è stato realizzato un catalogo corredato di riproduzioni grafiche e fotografiche. Per quanto concerne le iscrizioni dipinte, un capitolo è stato dedicato a quelle presenti sulle anforette adriatiche da pesce; quanto ai tituli picti su anfore di morfologia betica per il trasporto di salse di pesce è stato effettuato un confronto con esemplari rinvenuti in due scavi inediti a Parma, che presentano significative analogie col materiale modenese. Dall’analisi dell’instrumentum inscriptum di Mutina, pur consapevoli dei limiti insiti in una ricerca incentrata unicamente su tale tipo di materiale, è emersa un’immagine della colonia, tra la tarda età repubblicana ed il I sec. d.C., congruente con quella delineata dalle fonti letterarie, dall’epigrafia lapidaria e dai rinvenimenti archeologici, ossia di una città di notevole importanza e ricchezza.

Application of Submerged Grouted Anchors in Sheet Pile Quay Walls

Sheet pile walls are one of the oldest earth retention systems utilized in civil engineering projects. They are used for various purposes; such as excavation support system, cofferdams, cut-off walls under dams, slope stabilization, waterfront structures, and flood walls. Sheet pile walls are one of the most common types of quay walls used in port construction. The worldwide increases in utilization of large ships for transportation have created an urgent need of deepening the seabed within port areas and consequently the rehabilitation of its wharfs. Several methods can be used to increase the load-carrying capacity of sheet-piling walls. The use of additional anchored tie rods grouted into the backfill soil and arranged along the exposed wall height is one of the most practical and appropriate solutions adopted for stabilization and rehabilitation of the existing quay wall. The Ravenna Port Authority initiated a project to deepen the harbor bottom at selected wharves. An extensive parametric study through the finite element program, PLAXIS 2D, version 2012 was carried out to investigate the enhancement of using submerged grouted anchors technique on the load response of sheet-piling quay wall. The influence of grout-ties area, length of grouted body, anchor inclination and anchor location were considered and evaluated due to the effect of different system parameters. Also a comparative study was conducted by Plaxis 2D and 3D program to investigate the behavior of these sheet pile quay walls in terms of horizontal displacements induced along the sheet pile wall and ground surface settlements as well as the anchor force and calculated factor of safety. Finally, a comprehensive study was carried out by using different constitutive models to simulate the mechanical behavior of the soil to investigate the effect of these two models (Mohr-Coulomb and Hardening Soil) on the behavior of these sheet pile quay walls.

Gli oggetti e la documentazione degli scavi britannici di karkemish: Una nuova analisi

Questa tesi comprende la ricerca sui materiali provenienti dagli scavi britannici, avvenuti fra il 1911 e il 1920, del sito di Karkemish (Gaziantep - Turchia). Vengono qui studiati gli oggetti (a eccezione delle sculture) databili all’Età del Bronzo e del Ferro, che sono nella quasi totalità inediti. Si sono prese in considerazione i reperti attualmente conservati al British Museum di Londra, nei Musei Archeologici di Istanbul e al Museo delle Civiltà Anatoliche di Ankara.

La casa ellenistica in Epiro ed Illiria meridionale

Il ritrovamento della Casa dei due peristili a Phoinike ha aperto la strada a un’intensa opera di revisione di tutti i dati relativi all’edilizia domestica nella regione, con studi comparativi verso nord (Illiria meridionale) e verso sud (il resto dell’Epiro, ovvero Tesprozia e Molossia). Tutta quest’area della Grecia nord-occidentale è stata caratterizzata nell’antichità da un’urbanizzazione scarsa numericamente e tardiva cronologicamente (non prima del IV sec. a.C.), a parte ovviamente le colonie corinzio-corciresi di area Adriatico- Ionica d’età arcaica (come Ambracia, Apollonia, Epidamnos). A un’urbanistica di tipo razionale e programmato (ad es. Cassope, Orraon, Gitani in Tesprozia, Antigonea in Caonia) si associano numerosi casi di abitati cresciuti soprattutto in rapporto alla natura del suolo, spesso diseguale e montagnoso (ad es. Dymokastro/Elina in Tesprozia, Çuka e Aitoit nella Kestrine), talora semplici villaggi fortificati, privi di una vera fisionomia urbana. D’altro canto il concetto classico di polis così come lo impieghiamo normalmente per la Grecia centro-meridionale non ha valore qui, in uno stato di tipo federale e dominato dall’economia del pascolo e della selva. In questo contesto l’edilizia domestica assume caratteri differenti fra IV e I sec. a.C.: da un lato le città ortogonali ripetono schemi egualitari con poche eccezioni, soprattutto alle origini (IV sec. a.C., come a Cassope e forse a Gitani), dall’altro si delinea una spiccata differenziazione a partire dal III sec., quando si adottano modelli architettonici differenti, come i peristili, indizio di una più forte differenziazione sociale (esemplari i casi di Antigonea e anche di Byllis in Illiria meridionale). I centri minori e fortificati d’altura impiegano formule abitative più semplici, che sfruttano l’articolazione del terreno roccioso per realizzare abitazioni a quote differenti, utilizzando la roccia naturale anche come pareti o pavimenti dei vani.

Contributo sperimentale alla ridefinizione della diffusione in parete della camera di prova della galleria del vento Dallara

Joseph Nicolas Cugnot built the first primitive car in 1769 and approximately one hundred year later the first automotive race took place. Thanks to this, for the first time the aerodynamics principles began to be applied to cars. The aerodynamic study of a car is important to improve the performance on the road, or on the track. It purposely enhances the stability in the turns and increases the maximum velocity. However, it is also useful, decrease the fuel consumption, in order to reduce the pollution. Given that cars are a very complex body, the aerodynamic study cannot be conducted following an analytical method, but it is possible, in general, to choose between two different approaches: the numerical or the experimental one. The results of numerical studies depend on the computers’ potential and on the method use to implement the mathematical model. Today, the best way to perform an aerodynamic study is still experimental, which means that in the first phase of the design process the study is performed in a wind tunnel and in later phases directly on track. The automotive wind tunnels are singular mainly due to the test chamber, which typically contains a ground simulation system. The test chamber can have different types of walls: open walls, closed walls, adaptive walls or slotted walls. The best solution is to use the slotted walls because they minimize the interference between the walls and the streamlines, the interaction between the flow and the environment, and also to contain the overall costs. Furthermore, is necessary minimize the boundary layer at the walls, without accelerating the flow, in order to provide the maximum section of homogeneous flow. This thesis aims at redefining the divergent angle of the Dallara Automobili S.P.A. wind tunnel’s walls, in order to improve the overall homogeneity. To perform this study it was necessary to acquire the pressure data of the boundary layer, than it was created the profile of the boundary layer velocity and, to minimize the experimental errors, it was calculated the displacement thickness. The results obtained shows, even if the instrument used to the experiment was not the best one, that the boundary layer thickness could be minor in case of a low diffusion angle. So it is convenient to perform another experiment with a most sensitive instrument to verified what is the better wall configuration.

Mac protocols for linear wireless (sensor) networks

Wireless sensor networks (WSNs) consist of a large number of sensor nodes, characterized by low power constraint, limited transmission range and limited computational capabilities [1][2].The cost of these devices is constantly decreasing, making it possible to use a large number of sensor devices in a wide array of commercial, environmental, military, and healthcare fields. Some of these applications involve placing the sensors evenly spaced on a straight line for example in roads, bridges, tunnels, water catchments and water pipelines, city drainages, oil and gas pipelines etc., making a special class of these networks which we define as a Linear Wireless Network (LWN). In LWNs, data transmission happens hop by hop from the source to the destination, through a route composed of multiple relays. The peculiarity of the topology of LWNs, motivates the design of specialized protocols, taking advantage of the linearity of such networks, in order to increase reliability, communication efficiency, energy savings, network lifetime and to minimize the end-to-end delay [3]. In this thesis a novel contention based Medium Access Control (MAC) protocol called L-CSMA, specifically devised for LWNs is presented. The basic idea of L-CSMA is to assign different priorities to nodes based on their position along the line. The priority is assigned in terms of sensing duration, whereby nodes closer to the destination are assigned shorter sensing time compared to the rest of the nodes and hence higher priority. This mechanism speeds up the transmission of packets which are already in the path, making transmission flow more efficient. Using NS-3 simulator, the performance of L-CSMA in terms of packets success rate, that is, the percentage of packets that reach destination, and throughput are compared with that of IEEE 802.15.4 MAC protocol, de-facto standard for wireless sensor networks. In general, L-CSMA outperforms the IEEE 802.15.4 MAC protocol.

Methoden zur Analyse, Interpretation und Modellierung des elektrischen Widerstandes von archäologischen Steinstrukturen

In der Archäologie werden elektrische Widerstandsmessungen routinemäßig zur Prospektion von Fundstellen eingesetzt. Die Methode ist kostengünstig, leicht anwendbar und liefert in den meisten Fällen zuverlässige und leicht zu interpretierende Ergebnisse. Dennoch kann die Methode die archäologischen Strukturen in manchen Fällen nur teilweise oder gar nicht abbilden, wenn die bodenphysikalischen und bodenchemischen Eigenschaften des Bodens und der archäologischen Strukturen dies nicht zulassen. Der spezifische elektrische Widerstand wird durch Parameter wie Wassergehalt, Bodenstruktur, Bodenskelett, Bodentextur, Salinität und Bodentemperatur beeinflusst. Manche dieser Parameter, wie z.B. der Wassergehalt und die Bodentemperatur, unterliegen einer saisonalen Veränderung. Die vorliegende Arbeit untersucht den spezifischen elektrischen Widerstand von archäologischen Steinstrukturen und evaluiert die Möglichkeit, auf Grundlage von Geländemessungen und Laboranalysen archäologische Strukturen und Böden als numerische Modelle darzustellen. Dazu wurde eine Kombination von verschiedenen bodenkundlichen, geoarchäologischen und geophysikalischen Methoden verwendet. Um archäologische Strukturen und Bodenprofile als numerische Widerstandsmodelle darstellen zu können, werden Informationen zur Geometrie der Strukturen und ihren elektrischen Widerstandswerten benötigt. Dabei ist die Qualität der Hintergrundinformationen entscheidend für die Genauigkeit des Widerstandsmodells. Die Geometrie der Widerstandsmodelle basiert auf den Ergebnissen von Rammkernsondierungen und archäologische Ausgrabungen. Die an der Ausbildung des elektrischen Widerstands beteiligten Parameter wurden durch die Analyse von Bodenproben gemessen und ermöglichen durch Pedotransfer-Funktion, wie die Rhoades-Formel, die Abschätzung des spezifischen elektrischen Widerstandes des Feinbodens. Um den Einfluss des Bodenskeletts auf den spezifischen elektrischen Widerstand von Bodenprofilen und archäologischen Strukturen zu berechnen, kamen die Perkolationstheorie und die Effective Medium Theory zum Einsatz. Die Genauigkeit und eventuelle Limitierungen der Methoden wurden im Labor durch experimentelle Widerstandsmessungen an ungestörten Bodenproben und synthetischen Materialien überprüft. Die saisonale Veränderung des Wassergehalts im Boden wurde durch numerische Modelle mit der Software HYDRUS simuliert. Die hydraulischen Modelle wurden auf Grundlage der ermittelten bodenkundlichen und archäologischen Stratigraphie erstellt und verwenden die Daten von lokalen Wetterstationen als Eingangsparameter. Durch die Kombination der HYDRUS-Ergebnisse mit den Pedotransfer-Funktionen konnte der Einfluss dieser saisonalen Veränderung auf die Prospektionsergebnisse von elektrischen Widerstandsmethoden berechnet werden. Die Ergebnisse der Modellierungsprozesse wurden mit den Geländemessungen verglichen. Die beste Übereinstimmung zwischen Modellergebnissen und den Prospektionsergebnissen konnte für die Fallstudie bei Katzenbach festgestellt werden. Bei dieser wurden die Modelle auf Grundlage von archäologischen Grabungsergebnissen und detaillierten bodenkundlichen Analysen erstellt. Weitere Fallstudien zeigen, dass elektrische Widerstandsmodelle eingesetzt werden können, um den Einfluss von ungünstigen Prospektionsbedingungen auf die Ergebnisse der elektrischen Widerstandsmessungen abzuschätzen. Diese Informationen unterstützen die Planung und Anwendung der Methoden im Gelände und ermöglichen eine effektivere Interpretation der Prospektionsergebnisse. Die präsentierten Modellierungsansätze benötigen eine weitere Verifizierung durch den Vergleich der Modellierungsergebnisse mit detailliertem geophysikalischem Gelände-Monitoring von archäologischen Fundstellen. Zusätzlich könnten elektrische Widerstandsmessungen an künstlichen Mauerstrukturen unter kontrollierten Bedingungen zur Überprüfung der Modellierungsprozesse genutzt werden.

Untersuchung von Einflussfaktoren zur Ortsbruststabilität und Vortriebsgeschwindigkeit beim Tunnelbau im Rheinischen Schiefergebirge

Zusammenfassung Der ca. 1.555 m lange Tunnel Fernthal wurde von 1998 bis 2000 im Zuge der Bundesbahn-Neubaustrecke Köln – Rhein/Main erstellt. Der Tunnel durchquert devonische Schichten des Rechtsrheinischen Schiefergebirges. Die Ton- und Sandsteine sind tiefgründig verwittert, intensiv verfaltet mit wechselnden Vergenzen der Faltenschenkel und zudem stark durch Trennflächen zerlegt. Beim Auffahren des Tunnel Fernthal sind Phänomene in Bezug auf die Wechselwirkung zwischen dem Grundwasser und dem Tunnel sowie dem Fels und dem Tunnel beobachtet worden, die vom Verfasser der vorliegenden Arbeit im Nachgang der Baumaßnahme vertieft ausgewertet und interpretiert werden.Innerhalb von zwanzig strukturgeologischen Homogenbereichen wurden die geotechnisch und strukturgeologisch bestimmenden Einflussfaktoren (z.B. ungünstig zum Hohlraum einfallende Schichtung oder Querklüftung mit hohem Durchtrennungsgrad) im Hinblick auf Ihre Auswirkung auf die Sicherung der Ortsbrust und damit die Vortriebsgeschwindigkeit quantifiziert. Über das Produkt der den Vortrieb bestimmenden Einzelfaktoren wurde für den jeweiligen Homogenbereich ein Gesamteinflussfaktor errechnet.Aus dem neu eingeführten Gesamteinflussfaktors fn gesamt lassen sich dabei Empfehlungen über die notwendigen Sicherungsmaßnahmen im Bereich der Ortsbrust ableiten und Einteilungen in Ausbruchsklassen vornehmen. Über die Bewertungsmatrix und den sich daraus ergebenen Gesamteinflussfaktor können reduzierte Vortriebsgeschwindigkeiten ausgehend von einer 'idealen' Vortriebsgeschwindigkeit näherungsweise errechnet werden. Mithilfe der Bewertungsmatrix lässt sich die bautechnischen Eigenschaften des Gebirges besser bewerten. So zeigt sich im Rahmen dieser Arbeit deutlich, dass es bei einem vergenten Faltengebirge günstiger ist, den Tunnel gegen die Vergenz von Faltenschenkeln aufzufahren. Somit können schon im Vorfeld einer Tunnelbaumaßnahme verschiedene Vortriebsschemata durchrechnet werden. Neben der besseren Prognose von notwendigen Sicherungsmaßnahmen kann durch den Zeitgewinn auch ein finanzieller Vorteil für die Beteiligten entstehen.

Removal of enamel caries with an air abrasion powder

This study compared the efficiency of air abrasion on enamel caries with selective enamel powder (SEP) or with alumina powder and a negative and positive control group. Ninety-three extracted molars with non-cavitated incipient enamel lesions were selected. After embedding the roots in resin, each lesion was sectioned perpendicular to the surface and photographed. Each lesion was classified microscopically as having or not having dentin involvement. The lesions were distributed into four groups with an equal number of enamel caries with or without dentin involvement. Each group was treated differently: Group 1 had SEP abrasion, Group 2 had alumina abrasion, Group 3 had sodium bicarbonate abrasion (negative control) and Group 4 had bur treatment (positive control). The surface was rephotographed after treatment. Superimposition of the photographs identified areas of "correct-excavation," "under-excavation" and "over-excavation." There were no statistical differences between lesions treated with or without dentin involvement for Groups 2 through 4. However, in the SEP group, all measured areas were significantly influenced by dentin involvement. In pairwise comparisons, no statistical differences were found between the alumina and bur groups. The SEP group, however, showed statistically significant differences for each area compared to the alumina group in enamel caries without dentin involvement. SEP performed as well as alumina and bur in lesions with dentin involvement. SEP is different in its ablative properties toward caries with dentin involvement or no dentin involvement. In terms of dental treatment, SEP seems to have a diagnostic potential for enamel lesions before operative intervention in patients with high caries risk.

On Accidental Archaeology

Archaeological excavations in the nineteenth century presented images of past and present collapsed together. Examining the accidental excavation of Roman remains in London and the failed excavation of Silbury Hill in Wiltshire, this essay shows how the intrusion of material from one time into another disrupted notions of linear chronology.

Patterns of functional enzyme activity in fungus farming ambrosia beetles

Introduction In wood-dwelling fungus-farming weevils, the so-called ambrosia beetles (Curculionidae: Scolytinae and Platypodinae), wood in the excavated tunnels is used as a medium for cultivating fungi by the combined action of digging larvae (which create more space for the fungi to grow) and of adults sowing and pruning the fungus. The beetles are obligately dependent on the fungus that provides essential vitamins, amino acids and sterols. However, to what extent microbial enzymes support fungus farming in ambrosia beetles is unknown. Here we measure (i) 13 plant cell-wall degrading enzymes in the fungus garden microbial consortium of the ambrosia beetle Xyleborinus saxesenii, including its primary fungal symbionts, in three compartments of laboratory maintained nests, at different time points after gallery foundation and (ii) four specific enzymes that may be either insect or microbially derived in X. saxesenii adult and larval individuals. Results We discovered that the activity of cellulases in ambrosia fungus gardens is relatively small compared to the activities of other cellulolytic enzymes. Enzyme activity in all compartments of the garden was mainly directed towards hemicellulose carbohydrates such as xylan, glucomannan and callose. Hemicellulolytic enzyme activity within the brood chamber increased with gallery age, whereas irrespective of the age of the gallery, the highest overall enzyme activity were detected in the gallery dump material expelled by the beetles. Interestingly endo-β-1,3(4)-glucanase activity capable of callose degradation was identified in whole-body extracts of both larvae and adult X. saxesenii, whereas endo-β-1,4-xylanase activity was exclusively detected in larvae. Conclusion Similar to closely related fungi associated with bark beetles in phloem, the microbial symbionts of ambrosia beetles hardly degrade cellulose. Instead, their enzyme activity is directed mainly towards comparatively more easily accessible hemicellulose components of the ray-parenchyma cells in the wood xylem. Furthermore, the detection of xylanolytic enzymes exclusively in larvae (which feed on fungus colonized wood) and not in adults (which feed only on fungi) indicates that only larvae (pre-) digest plant cell wall structures. This implies that in X. saxesenii and likely also in many other ambrosia beetles, adults and larvae do not compete for the same food within their nests - in contrast, larvae increase colony fitness by facilitating enzymatic wood degradation and fungus cultivation.