Assessment of trophic transfer of benzo(a)pyrene genotoxicity from the post-larval pink shrimp F. brasiliensis to the juvenile Florida pompano T. carolinus

In the present study, the polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) genotoxicity was investigated in a one-step predator-prey relationship with the trophic-related marine species. Florida pompanos were fed for 5 and 10 days with pink shrimp post larvae previously exposed to benzo(a)pyrene (BaP) concentrations. Parent BaP body burden was measured in samples of Farfantepenaeus brasiliensis. BaP metabolites were determined in bile samples of Trachinotus carolinus and DNA damage was assessed through the comet and erythrocyte nuclear abnormalities (ENAs) assays in fish erythrocytes. BaP body burden increased significantly with the PAH concentration in pink shrimp PLs as well as the fish bile BaP metabolites. Both, comet and ENAs assays indicated significant increase on erythrocyte DNA damage of Florida pompanos fed with BaP-exposed pink shrimp on both feeding periods. The trophic route of BaP genotoxicity is discussed as well as the PAH biotransformation as the inducing mechanism for the DNA damages observed.

EROD activity and genotoxicity in the seabob shrimp Xiphopenaeus kroyeri exposed to benzo[a]pyrene (BaP) concentrations

Seabob shrimp Xiphopenaeus kroyeri is a marine species that lives in shallow waters of coastal environments, often impacted by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) pollution. In the present study, seabob shrimp were exposed for 96 h to benzo[a]pyrene (BaP) at the nominal concentrations of 100, 200, 400 and 800 microg.L-1. Animals of the control groups were exposed either to clean water or to the BaP-carrier (DMSO). At the end of the exposures, muscle tissues were sampled for BaP uptake assessment and hepatopancreas and hemolymph for EROD enzyme activity and hemocytes DNA damage, respectively. EROD activity and DNA damage increased significantly as a function of BaP exposure concentrations. Significant correlations between BaP uptake and both EROD activity and DNA damage suggest that they can be used as suitable tools for integrated levels of study on the biomarkers of PAH exposure.

Antioxidant defenses and biochemical changes in the neotropical fish pacu, Piaractus mesopotamicus: Responses to single and combined copper and hypercarbia exposure

This study investigated the potentially detrimental effects of copper and elevated aquatic CO2 (hypercarbia), alone or in combination, on pacu, Piaractus mesopotamicus. Fish were exposed for 48 h to control (no copper addition in normocarbia), to 400 mu g Cu2+L-1, to hypercarbic (1% CO2; PCO2=6.9 mm Hg) water and to 400 mu g Cu2+L-1+ hypercarbia. In liver the single factors caused an increase in lipid hydroperoxide concentration that was not observed when the factors were combined. Copper exposure elicited increased hepatic superoxide dismutase activity, irrespective of aquatic CO2 level. On the other hand, the effects of copper on hepatic glutathione peroxidase activity were dependent on water CO2 levels. The two stressors combined did not affect hepatic catalase activity. Hypercarbic water caused a decline in plasma glucose concentration, but this was not observed when hypercarbia was combined with copper exposure. Copper caused a decrease in branchial Na+/K+-ATPase activity that was independent of water CO2 level. Copper caused an increase in branchial metallothionein concentration that was independent of water CO2 level. Thus, branchial metallothionein and Na+/K+-ATPase were effective biomarkers of copper exposure that were not affected by water CO2 level. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Diencephalic asymmetries: morphological, immunohistochemical and ultrastructural analysis of habenular nuclei in elasmobranchs and teleosts

The habenular nuclei are diencephalic structures present in Vertebrates and they form, with the associated fiber systems, a part of the system that connects the telencephalon to the ventral mesencephalon (Concha M. L. and Wilson S. W., 2001). In representative species of almost all classes of Vertebrates the habenular nuclei are asymmetric, both in terms of size and of neuronal and neurochemical organization, although different types of asymmetry follow different evolutionary courses. Previous studies have analyzed the spread and diversity of the asymmetry in species for which data are not clear (Kemali M. et al., 1980). Notwithstanding that, it’s still not totally understood the evolution of the phenomenon, and the ontogenetic mechanisms that have led to the habenular asymmetry development are not clear (Smeets W.J. et al., 1983). For the present study 14 species of Elasmobranchs and 15 species of Teleostean have been used. Brains removed from the animals have been fixed using 4% paraformaldehyde in phosphate buffer; brains have been analyzed with different tecniques, and I used histological, immunohistochemical and ultrastructural analysis to describe this asymmetry. My results confirm data previously obtained studying other Elasmobranchs species, in which the left habenula is larger than the right one; the Teleostean show some slightly differences regarding the size of the habenular ganglia, in some species, in which the left habenular nucleus is larger than the right. In the course of studies, a correlation between the habits of life and the diencephalic asymmetry seems to emerge: among the Teleostean analyzed, the species with benthic life (like Lepidorhombus boscii, Platichthys flesus, Solea vulgaris) seem to possess a slight asymmetry, analogous to the one of the Elasmobranchs, while in the other species (like Liza aurata, Anguilla anguilla, Trisopterus minutus) the habenulae are symmetrical. However, various aspects of the neuroanatomical asymmetries of the epithalamus have not been deepened in order to obtain a complete picture of the evolution of this phenomenon, and new searches are needed to examine the species without clear asymmetry, in order to understand the spread and the diversity of the asymmetry among the habenulae between the Vertebrates.

Struttura di popolazione in gamberi aristeidi (Decapoda, Aristeidae) nel Mediterraneo occidentale mediante l'utilizzo di loci microsatelliti

Il lavoro svolto durante il dottorato di ricerca ha permesso lo sviluppo e la verifica della attendibilità di marcatori molecolari neutrali (loci microsatelliti) specifici per Aristeus antennatus. Tali marcatori sono stati poi utilizzati per studiare la struttura genetica di popolazione della specie del Mediterraneo occidentale e i risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli di un progetto di ricerca parallelo su Aristeaomorpha foliacea, analizzando differenze ed analogie fra le due specie. I risultati delle analisi su Aristeus antennatus hanno evidenziato una completa assenza di struttura di popolazione e come i due sessi contribuiscano in modo diverso al flusso genico. La specie infatti presenta un sex-ratio a favore dei maschi oltre gli 800m, mentre tale rappoorto è a favore delle femmine in strati più superficiali, dove sono probabilmente soggette a condizioni oceanografiche più dispersive. Tramite test genetici appropriati è stato possibile valutare indirettamente il grado di dospersione dei sessi dimostrando che nell'area analizzati i maschi erano rappresentati maggiormente da individui stanziali, mentre gli individui di sesso femminile erano migranti. Le femmine appaiono pertanto giocare un ruolo preminente rispetto ai maschi nel determinare l'entità del flusso genico. Il confronto dei risultati ottenuti in Aristeus antennatus con quelli di Aristaeomorpha foliacea ha evidenziato la relazione fra alta capacità dispersiva, sia allo stato larvale che adulto, e completo rimescolamento genetico nei gamberi aristeidi nel Mediterraneo occidentale anche se in quest'ultima specie non ci sono evidenze di dispersione genetica mediata dal sesso. E' pertanto di forte interesse (dato anche il valore economico di questi organismi) come una struttura di popolazione qualitativamente e quantitavamente comporabile venga raggiunta con dinamiche di popolazione molto diverse.

Sviluppo di un sistema miniaturizzato per il controllo real-time di assetto di nano e microsatelliti

Microsatelliti e nanosatelliti, come ad esempio i Cubesat, sono carenti di sistemi integrati di controllo d’assetto e di manovra orbitale. Lo scopo di questa tesi è stato quello di realizzare un sistema compatibile con Cubesat di una unità, completo di attuatori magnetici e attuatori meccanici, comprendente tutti i sensori e l’elettronica necessaria per il suo funzionamento, creando un dispositivo totalmente indipendente dal veicolo su cui è installato, capace di funzionare sia autonomamente che ricevendo comandi da terra. Nella tesi sono descritte le campagne di simulazioni numeriche effettuate per validare le scelte tecnologiche effettuate, le fasi di sviluppo dell’elettronica e della meccanica, i test sui prototipi realizzati e il funzionamento del sistema finale. Una integrazione così estrema dei componenti può implicare delle interferenze tra un dispositivo e l’altro, come nel caso dei magnetotorquer e dei magnetometri. Sono stati quindi studiati e valutati gli effetti della loro interazione, verificandone l’entità e la validità del progetto. Poiché i componenti utilizzati sono tutti di basso costo e di derivazione terrestre, è stata effettuata una breve introduzione teorica agli effetti dell’ambiente spaziale sull’elettronica, per poi descrivere un sistema fault-tolerant basato su nuove teorie costruttive. Questo sistema è stato realizzato e testato, verificando così la possibilità di realizzare un controller affidabile e resistente all’ambiente spaziale per il sistema di controllo d’assetto. Sono state infine analizzate alcune possibili versioni avanzate del sistema, delineandone i principali aspetti progettuali, come ad esempio l’integrazione di GPS e l’implementazione di funzioni di determinazione d’assetto sfruttando i sensori presenti a bordo.

Sistemi sperimentali per la determinazione del centro di massa di microsatelliti

Il lavoro di tesi svolto si colloca nell’ambito dei sistemi di determinazione del centro di massa di una specifica classe di satelliti definiti, in gergo, microsatelliti. Il metodo concepito è basato su un simulatore di calcolo del centro di gravità, implementato in ambiente MATLAB. Attraverso l’astrazione matematica del modello fisico, di cui si propone un primo concept anch’esso modellato mediante software CAD durante lo svolgimento della tesi, è possibile determinare il centro di massa del corpo in esame. Esso è stato definito come il punto medio del segmento di minima distanza tra due particolari rette. Gli obiettivi fissati presupponevano che tale dispositivo avesse una buona affidabilità, risultasse di semplice realizzazione e di facile utilizzo.

Sviluppo di un tool per lo studio di configurazioni architetturali nell'ambito di un simulatore orbitale e di assetto per microsatelliti

La realizzazione della componentistica satellitare è una disciplina innovativa e sempre in aggiornamento, capitanata dall’obiettivo di minimizzare il peso e il volume delle componenti e concretizzare così missioni satellitari affidabili ma sempre più economiche. Questo lavoro di tesi viene svolto nell’ambito di strumenti per la simulazione di sistemi di controllo di assetto di un satellite in orbita bassa terrestre. Il lavoro è volto ad ottenere uno strumento per compiere studi preliminari di missioni di microsatelliti, che sia dotato della possibilità di scegliere più combinazioni di attuatori e sensori e che permetta di valutare la bontà e i vantaggi derivanti dalla scelta di tali configurazioni scelte. Il punto di partenza è stato un simulatore realizzato in ambiente Matlab/Simulink per il monitoraggio di uno specifico microsatellite, ALMASat-1 dell’Università di Bologna. Vi sono stati aggiunti dei tools allo scopo di aggiornare il simulatore a nuove tecnologie e di consentire di realizzare diverse combinazioni di determinazione e controllo in assetto. Si presenterà inizialmente l’interfaccia grafica realizzata per facilitare l’utilizzo del simulatore e si mostreranno successivamente le modifiche apportate in concomitanza con l’aggiornamento del simulatore. Tra le innovazioni applicate al simulatore si annoverano la possibilità di far iniziare la simulazione in precisi stadi di assetto, permettendo all’utente di discriminare solo le fasi ad egli utili, e il miglioramento del sistema di determinazione dell’assetto, compiuto aggiungendo al sistema un simulatore di sensore di stelle, il più accurato tra tutti i sensori e il cui utilizzo, tipicamente riservato a missioni ad elevato budget, si è reso recentemente compatibile, in termini di dimensioni peso e costi, anche a piattaforme satellitari di dimensioni ridotte. Per entrambi gli aspetti verranno mostrate le rispettive modalità di realizzazione, ponendo particolare attenzione all’analisi posta per l’implementazione di uno strumento di misura. Infine sarà presente una discussione sui vantaggi offerti dal simulatore rinnovato.

Analisi preliminare di missione per lanci aviotrasportati di microsatelliti

Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare e dimensionare una missione in orbita bassa per due microsatelliti di osservazione terrestre. I microsatelliti si stanno attualmente diffondendo su larga scala, grazie principalmente ai vantaggi economici garantiti dal fatto di lavorare con masse ridotte. Parallelamente alla diffusione dei microsatelliti, stanno nascendo numerosi progetti per lo sviluppo di sistemi di aviolancio, che consentono di attuare i vantaggi dei microsatelliti anche nella fase più dispendiosa della missione, cioè la messa in orbita. Vengono, inizialmente, introdotti i sistemi coinvolti nella missione, cioè l’aviolanciatore Pegasus XL, due microsatelliti del peso di 100 kg ciascuno, e un motore elettrico ad effetto Hall per ciascun satellite, usato per il trasferimento orbitale. Si introducono poi brevemente le equazioni del moto del razzo e alcuni cenni di meccanica celeste, specialmente quello che riguarda la definizione dei parametri orbitali. Segue la vera e propria analisi di missione, divisa in due parti: la prima relativa alla fase di aviolancio, con l’obbiettivo di stabilire se effettivamente il lanciatore è in grado di portare il payload prestabilito nell’orbita circolare di parcheggio, e di dimensionare alcune variabili di volo, quali l’angolo di traiettoria iniziale e i due tempi di coasting dovuti allo sgancio degli stadi del razzo; la seconda parte verte invece sull’analisi della missione in orbita, specialmente sul trasferimento a bassa spinta dall’orbita di partenza a quella target, tramite il motore ad effetto Hall. Anche in questo caso si vuole verificare se le prestazioni del motore elettrico sono adeguate al tipo di missione.

Immunocompetence of nestling great tits in relation to rearing environment and parentage

Theoretical models of host-parasite coevolution assume a partially genetic basis to the variability in susceptibility to parasites among hosts, for instance as a result of genetic variation in immune function. However, few empirical data exist for free-living vertebrate hosts to support this presumption. In a cross-fostering experiment with nestling great tits, by comparing nestlings of the same origin we investigated (i) the variance in host resistance against an ectoparasite due to a common genetic origin, (ii) the effect of ectoparasite infestation on cell-mediated immunity and (iii) the variance in cell-mediated immunity due to a common genetic origin. Ectoparasitic hen fleas can impair the growth of nestling great tits and nestling growth was therefore taken as a measure of host susceptibility. A common origin did not account for a significant part of the variation in host susceptibility to fleas. There was no significant overall effect of fleas on nestling growth or cell-mediated immunity, as assessed by a cutaneous hypersensitivity response. A common rearing environment explained a significant part of the variation in cell-mediated immunity among nestlings, mainly through its effect on nestling body mass. The variation in cell-mediated immunity was also related to a common origin. However, the origin-related variation in body mass did not account for the origin-related differences in cell-mediated immunity. The results of the present study thus suggest heritable variation in cell-mediated immunity among nestling great tits. [References: 49]

Analysis of genetic parentage in the tawny owl (Strix aluco) reveals extra-pair paternity is low

We have investigated genetic parentage in a Swiss population of tawny owls (Strix aluco). To this end, we performed genetic analysis for six polymorphic loci of 49 avian microsatellite loci tested for cross-species amplification. We found one extra-pair young out of 137 (0.7%) nestlings in 37 families (2.7%). There was no intra-specific brood parasitism. Our results are in accordance with previous findings for other raptors and owls that genetic monogamy is the rule. Female tawny owls cannot raise offspring without a substantial contribution by their mates. Hence one favoured hypothesis is that high paternal investment in reproduction selects for behaviour that prevents cuckoldry.

Parentage analysis with genetic markers in natural populations. I. The expected proportion of offspring with unambiguous paternity.

Recent studies indicate that polymorphic genetic markers are potentially helpful in resolving genealogical relationships among individuals in a natural population. Genetic data provide opportunities for paternity exclusion when genotypic incompatibilities are observed among individuals, and the present investigation examines the resolving power of genetic markers in unambiguous positive determination of paternity. Under the assumption that the mother for each offspring in a population is unambiguously known, an analytical expression for the fraction of males excluded from paternity is derived for the case where males and females may be derived from two different gene pools. This theoretical formulation can also be used to predict the fraction of births for each of which all but one male can be excluded from paternity. We show that even when the average probability of exclusion approaches unity, a substantial fraction of births yield equivocal mother-father-offspring determinations. The number of loci needed to increase the frequency of unambiguous determinations to a high level is beyond the scope of current electrophoretic studies in most species. Applications of this theory to electrophoretic data on Chamaelirium luteum (L.) shows that in 2255 offspring derived from 273 males and 70 females, only 57 triplets could be unequivocally determined with eight polymorphic protein loci, even though the average combined exclusionary power of these loci was 73%. The distribution of potentially compatible male parents, based on multilocus genotypes, was reasonably well predicted from the allele frequency data available for these loci. We demonstrate that genetic paternity analysis in natural populations cannot be reliably based on exclusionary principles alone. In order to measure the reproductive contributions of individuals in natural populations, more elaborate likelihood principles must be deployed.

Male Dominance in the New Zealand Longfin Eel Population of a New Zealand River: Probable Causes and Implications for Management

The endemic New Zealand longfin eel Anguilla dieffenbachi (hereafter, longfin eel), is overfished, and in southern South Island, New Zealand, rivers have recently become predominated by males. This study examined length and age at sexual differentiation in male eels in the Aparima River catchment (area, 1,375 km(2); mean flow, 20 m(3.)s(-1)) and the sex ratio and distribution of eels throughout the catchment. Longfin eels differentiated into males mostly at lengths from 300 to 460 mm and ages from 10 to 25+ years. Females were rare: Of 738 eels examined for sexual differentiation, 466 were males and 5 were females, and a few others, not examined, were large enough to be female. These counts suggest a male : female ratio among differentiated longfin eels of 68:1. Of 31 differentiated shortfin eels A. australis, less common in the Aparima River, 26 were females. Male longfin eels were distributed throughout the main stern and tributaries; undifferentiated eels were more prevalent in lower and middle reaches and in the main stem than in upper reaches and tributaries. In other studies, male longfin eels predominated commercial catches in the Aparima and four other southernmost rivers, by 2.4:1 to 13.6:1 males to females. The Aparima River had the most skewed sex ratio. Longfin eel catches from the Aparima River will become more male predominated because few sublegal-size females were present. The length-frequency distributions of eels in the present samples and in the commercial catches were truncated just above minimum legal size (about 460 mm), showing that few females escape the fishery. Historically, females predominated these rivers. The recent change in sex ratio is attributable partly to selective harvest of females, and partly to changes in the structure of the population from fishing, such that differentiation into males has been favored. Longevity, delayed sexual maturity, semel-parity, and endemism with restricted range make the longfin eel particularly vulnerable to overfishing.