Diversidad y estructura filogenética de comunidades de líquenes epífitos en un gradiente latitudial

Departamento de Biología y Geología, Universidad Rey Juan Carlos, Madrid

Circoli collaterali porto-sistemici all'eco-color-Doppler addominale in pazienti con ipertensione portale cirrotica: correlazione con il gradiente porto-epatico e valore prognostico

Background. Abdominal porto-systemic collaterals (APSC) on Color-Doppler ultrasound are a frequent finding in portal hypertensive cirrhotic patients. In patients with cirrhosis, an HVPG ≥ 16mmHg has been shown to be associated with increased mortality in two studies. Non-invasive indicators of HVPG ≥ 16 mmHg might define a subgroup of high-risk patients, but data on this aspect are lacking. Aims. We aimed to investigate whether HVPG predicts mortality in patients with clinically significant portal hypertension, and if APSC may predict a severe portal hypertensive state (i.e. HVPG≥16mmHg) in patients with cirrhosis and untreated portal hypertension. Methods. We analysed paired HVPG and ultrasonographic data of 86 untreated portal hypertensive cirrhotic patients. On abdominal echo-color-Doppler data on presence, type and number of APSC were prospectively collected. HVPG was measured following published guidelines. Clinical, laboratory and endoscopic data were available in all cases. First decompensation of cirrhosis and liver-disease related mortality on follow-up (mean 28±20 months) were recorded. Results. 73% of patients had compensated cirrhosis, while 27% were decompensated. All patients had an HVPG≥10 mmHg (mean 17.8±5.1 mmHg). 58% of compensated patients and 82% of decompensated patients had an HVPG over 16 mmHg. 25% had no varices, 28% had small varices, and 47% had medium/large varices. HVPG was higher in patients with esophageal varices vs. patients without varices (19.0±4.8 vs. 14.1±4.2mmHg, p<0.0001), and correlated with Child-Pugh score (R=0.494,p=0.019). 36 (42%) patients had APSC were more frequent in decompensated patients (60% vs. 35%, p=0.03) and in patients with esophageal varices (52% vs. 9%,p=0.001). HVPG was higher in patients with APSC compared with those without PSC (19.9± 4.6 vs. 16.2± 4.9mmHg, p=0.001). The prevalence of APSC was higher in patients with HVPG≥16mmHg vs. those with HVPG<16mmHg (57% vs. 13%,p<0.0001). Decompensation was significantly more frequent in patients with HVPG≥16mmHg vs. HVPG<16mmHg (35.1% vs. 11.5%, p=0.02). On multivariate analysis only HVPG and bilirubin were independent predictors of first decompensation. 10 patients died during follow-up. All had an HVPG≥16 mmHg (26% vs. 0% in patients with HVPG <16mmHg,p=0.04). On multivariate analysis only MELD score and HVPG ≥16mmHg were independent predictors of mortality. In compensated patients the detection of APSC predicted an HVPG≥16mmHg with 92% specificity, 54% sensitivity, positive and negative likelihood ratio 7.03 and 0.50, which implies that the demonstration of APSC on ultrasound increased the probability of HVPG≥16mmHg from 58% to 91%. Conclusions. HVPG maintains an independent prognostic value in the subset of patients with cirrhosis and clinically significant portal hypertension. The presence of APSC is a specific indicator of severe portal hypertension in patients with cirrhosis. Detection of APSC on ultrasound allows the non-invasive identification of a subgroup of compensated patients with bad prognosis, avoiding the invasive measurement of HVPG.

Variazione della capacità riproduttiva del corallo Leptopsammia pruvoti (Scleractinia, Dendrophylliidae) lungo un gradiente latitudinale di temperatura

La temperatura influenza molti dei processi fisiologici degli organismi marini e, considerato che la riproduzione dei coralli sembrerebbe essere sensibile agli stress, è necessario comprendere come questa possa reagire ai cambiamenti climatici globali per riuscire a prevedere le future risposte delle popolazioni. Leptopsammia pruvoti (Scleractinia, Dendrophylliidae) è un corallo solitario non zooxantellato presente in Mediterraneo e lungo le coste Atlantiche dal Portogallo alla Gran Bretagna meridionale, dalla superficie fino a 70 metri di profondità.. È un organismo gonocorico con fecondazione interna. In questo lavoro di tesi sono stati analizzati gli aspetti della gametogenesi di L. pruvoti a diverse latitudini per ottenere risultati preliminari riguardanti le possibili correlazioni tra attività riproduttiva e parametri ambientali (temperatura e irradianza). Tale studio si colloca all’interno del progetto europeo sul riscaldamento globale e biologia dei coralli FP7–IDEAS-ERC “Corals and Global Warming: The Mediterranean versus the Red Sea” (CoralWarm). I risultati presentati in questo lavoro sono relativi a cinque popolazioni di L. pruvoti (Genova, Calafuria, Palinuro, Scilla e Pantelleria) disposte lungo un gradiente latitudinale di temperatura e irradianza nel versante occidentale della penisola italiana. I campioni sono stati raccolti mediante campionamenti mensili effettuati tramite immersioni subacquee. Su ogni campione sono state effettuate misurazioni biometriche e analisi cito-istometriche. Nelle popolazioni analizzate i parametri riproduttivi (fecondità, abbondanza, indice gonadico, dimensione) sono stati messi in relazione con la temperatura di fondo (DT, °C) e l’irradianza solare (W/m2) peculiari di ogni sito. L. pruvoti ha mostrato una sessualità gonocorica in tutti i siti considerati. In tutte le popolazioni, la presenza di due stock di ovociti e la distribuzione degli stadi di maturazione degli spermiari durante le fasi di attività riproduttiva, nell’arco dell’anno, hanno permesso di definire un periodo di reclutamento e uno di maturità gonadica, suggerendo che tali eventi siano influenzati dai cambiamenti stagionali della temperatura dell’acqua e del fotoperiodo. Nel periodo di reclutamento, la fecondità presentava una debole correlazione positiva con i parametri ambientali considerati. Al momento della maturità gonadica gli ovociti erano di dimensioni maggiori e meno numerosi rispetto al periodo precedente, nelle popolazioni con una maggiore temperatura e irradianza. Una possibile interpretazione potrebbe essere l’esistenza di un processo di fusione degli ovociti nel periodo di maturità gonadica che sembrerebbe più marcato nelle popolazioni più calde e maggiormente irradiate. La spermatogenesi, diversamente, non ha delineato finora un pattern chiaramente interpretabile. Con i dati attualmente in nostro possesso, non possiamo tuttavia escludere che le differenze riscontrate nelle dimensioni di ovociti e spermiari lungo il gradiente latitudinale considerato siano dovute a un lieve sfasamento nel raggiungimento della maturità gonadica, pur mantenendo la medesima stagionalità nel ciclo riproduttivo delle diverse popolazioni. Ulteriori studi saranno necessari per poter meglio comprendere i complessi meccanismi che regolano e controllano i processi riproduttivi al variare dei parametri ambientali. In questo modo sarà possibile considerare i risulti ottenuti nel contesto dei cambiamenti climatici globali.

Multilaminati piezoelettrici a gradiente funzionale

Aim of this thesis was the production of porosity-graded piezoelectric ceramics for ultrasonic applications by tape casting and screen printing. The study and optimization of each single step of the tape casting process allowed to produce flat and crack-free multilayers of Pb0.988(Zr0.52Ti0.48)0.976Nb0.024O3 (PZTN) of uniform and graded porosity. The multilayers of thickness ranging between 400 and 800 µm were produced stacking optimized green layers with different amount of pore former. The functionally graded materials showed porosity ranging between 10 and 30% with piezoelectric properties suitable for the specific ultrasonic applications. Screen printing inks of PZTN for deposition onto four different substrates were studied and optimized. Thick films with thickness ranging between 4 and 20 µm were produced tailoring the screen printing parameters and number of depositions.

Determinazione del gradiente gravitazionale attraverso l'utilizzo di un interferometro atomico

Il lavoro presentato in questa tesi è stato svolto nell'ambito dell'esperimento MAGIA (Misura Accurata di G mediante Interferometria Atomica) che, come suggerito dall'acronimo, si propone di realizzare una misura della Costante Gravitazionale G utilizzando un interferometro atomico come sensore di forza. L'obbiettivo di MAGIA è quello di fornire una misura di G con un'incertezza di circa 100 ppm, per raggiungere lo scopo è necessario conoscere il gradiente gravitazionale presente nel laboratorio durante la misura di G. Un errore nella valutazione del gradiente gravitazionale del 10% comporterebbe un errore nella misura di G di 26 ppm. Si è quindi modificato l'apparato per abilitarlo alla misura del gradiente. Dopo la determinazione del gradiente gravitazionale si è portando l'errore sulla misura di G causato dalla sua incertezza a circa 1 ppm. Vista l'importanza della misura del gradiente gravitazionale negli studi geologici e nella ricerca mineraria, si è studiata la possibilità dell'utilizzo dello strumento come gradiometro per misure geologiche. Inoltre si è anche caratterizzato il sistema di iniezione degli atomi e se n’è studiato un possibile miglioramento.

Studio dell'effetto dell'acidificazione del mare sulla riproduzione del corallo Astroides calycularis (Scleractinia, Dendrophylliidae) lungo un gradiente naturale di CO2

E’ previsto che l’emissione in atmosfera di anidride carbonica (CO2) da parte dell’uomo e la conseguente acidificazione delle acque dei mari provocherà effetti negativi di vasta portata sui processi biologici di diversi ecosistemi marini. L’acidificazione del mare può provocare effetti negativi su tutti gli stadi del ciclo vitale degli organismi marini, influenzandone la fisiologia, morfologia, comportamento ed alcune fasi della riproduzione e del reclutamento. Esistono poche informazioni riguardo gli effetti dell’acidificazione sulla riproduzione sessuale dei coralli. Questo studio ha lo scopo di quantificare la capacità riproduttiva di Astroides calycularis (scleractinia coloniale mediterranea azooxantellata) in colonie trapiantate lungo un gradiente naturale di pH, generato dalle emissioni di CO2 del cratere vulcanico sottomarino di Panarea (Isole Eolie). Le colonie sono state trapiantate in 4 siti, dal centro del cratere, dove si riscontra la condizione più acida (pH 7.40), alla periferia, caratterizzata da condizioni di pH normali (pH 8.07). La popolazione di A. calycularis di Panarea ha mostrato una sessualità mista a livello coloniale (polipi gonocorici in colonie ermafrodite), in contrapposizione alla condizione gonocorica riscontrata nella stessa specie studiata a Palinuro e a Punta de la Mona (Spagna). I risultati preliminari sembrerebbero mostrare un effetto negativo dell’acidificazione sullo sviluppo gonadico femminile della specie. L’ipotesi è che esso sia dovuto ad una riallocazione delle energie sui processi di calcificazione a danno dell’ovogenesi. La spermatogenesi risentirebbe meno degli effetti negativi dell’acidificazione nelle fasi di sviluppo interne all’ individuo, in quanto meno dispendiose da un punto di vista energetico rispetto alle fasi di ovogenesi. Gli spermatozoi potrebbero invece essere influenzati negativamente dall’ ambiente più acido una volta entrati in contatto con esso, con conseguenze sulla riuscita della fecondazione. Questo studio necessita di ulteriori dati e verrà completato con le analisi istologiche in corso.

Simulazione numerica di un sistema geotermico a bassa entalpia open-loop in presenza di un gradiente geotermico anomalo

Il lavoro svolto nella presente tesi di laurea magistrale consiste nella modellazione e simulazione numerica, tramite il software commericale COMSOL MULTIPHYSICS, di un reservoir geotermico a bassa entalpia sfruttato mediante un impianto di teleriscaldamento a pompa di calore accoppiato ad un sistema open-loop.

Risposta della taxocenosi ad Arpacticoidi lungo un gradiente di acidificazione (Castello Aragonese, Ischia)

Recentemente molti studi in ambiente marino sono stati focalizzati sui possibili impatti dovuti alle variazioni del pH degli oceani, causato dall’aumento delle immissioni di CO2 nell’atmosfera. Tra i possibili effetti nocivi, l’acidificazione oceanica può indurre cambiamenti nelle abbondanze e nelle distribuzioni delle engeneer species, con conseguenti ripercussioni sulla fauna associata. Esempio tipico di engeneer species sono le macroalghe che sono capaci di creare, lungo le coste rocciose, habitat diversi a seconda della specie che riesce ad attecchire. Tra le specie animali che dominano in questi habitat troviamo i copepodi Arpacticoidi, piccoli crostacei che svolgono un ruolo chiave all’interno delle reti trofiche. Per questi motivi lo scopo di questo lavoro è valutare possibili effetti dell’acidificazione sulle taxocenosi a copepodi Arpacticoidi associate alle macroalghe. Lo studio è stato svolto ad Ischia, nella zona nei pressi del Castello Aragonese, dove vi sono dei vents di origine vulcanica che emettono CO2 e formano un gradiente naturale di acidificazione lungo un’area di circa 300m, suddivisibile in 3 stazioni a differenti valori medi di pH. L’analisi delle taxocenosi è stata svolta a livello di generi e famiglie di Arpacticoidi, in termini di abbondanze e di struttura di comunità, su differenti specie algali raccolte lungo il gradiente di acidificazione. Mentre non si notano differenze significative per le famiglie, la struttura di comunità analizzata a livello di generi di copepodi Arpacticoidi mostra una suddivisione in due comunità ben distinte, delle quali una appartenente alla stazione acidificata e un'altra alle stazioni di controllo e moderatamente acidificata. Tale suddivisione si conferma anche prendendo in considerazione la diversa complessità strutturale delle alghe. Per quanto riguarda le abbondanze, sia a livello di famiglie che di generi, queste mostrano generalmente valori più elevati nella stazione moderatamente acidificata e valori più bassi nella stazione più acidificata. C’è però da considerare che se non si tiene conto della complessità algale queste differenze sono significative per le famiglie Ectinosomatidae, Thalestridae e per il genere Dactylopusia, mentre, se si tiene conto della complessità algale, vi sono differenze significative per la famiglia Miraciidae e per i generi Amonardia e Dactylopusia. In definitiva questo studio sembrerebbe evidenziare che le taxocenosi a copepodi Arpacticoidi siano influenzate sia dalla differente complessità algale, che dall’acidificazione oceanica. Inoltre mostra che, in prospettiva di studi futuri, potrebbe essere necessario focalizzarsi su specie algali ben definite e su un'analisi tassonomica dei copepodi Arpacticoidi approfondita fino al livello di specie.

Meiofauna associata a macroalghe bentoniche lungo un gradiente di acidificazione (Castello Aragonese, Ischia)

Tra i vari impatti causati dall’aumento costante di CO2 nell’atmosfera troviamo l’acidificazione oceanica. Le conseguenze di questo processo non sono interamente conosciute. Per questo è importante conoscere la risposta all’acidificazione degli organismi marini e degli ecosistemi. Lo scopo di questo lavoro è valutare le conseguenze dell’acidificazione su comunità meiofaunali epifite. Sono stati quindi condotti campionamenti in situ, in una zona acidificata in conseguenza della presenza di vents idrotermali presenti nell’isola di Ischia (Italia). La zona di studio indagata è stata suddivisa in due siti, differenti per esposizione al moto ondoso. All’interno di ciascuna esposizione sono stati individuate tre stazioni, differenti per il grado di acidificazione. Sono stati prelevati campioni di alghe lungo il gradiente di acidificazione con associata la meiofauna e sono stati considerati come substrato secondario. Le alghe sono state analizzate attraverso descrittori della loro complessità mentre gli organismi sono stati contati e classificati a livello di grandi taxa. I descrittori sintetici di ricchezza tassonomica e di abbondanza non presentano valori di correlazione alti con i descrittori di complessità algale. Invece, i risultati ottenuti considerando l’intera comunità mostrano una relazione significativa fra la struttura delle comunità meiofaunali e l’acidificazione e anche con la diversa esposizione al moto ondoso. Infine dalle analisi condotte mediante regressione multipla fra tutti i descrittori algali e la struttura di comunità si nota come i primi non giustificano da soli le variazioni dei popolamenti meiobentonici. In definitiva questi risultati sembrerebbero dimostrare che la struttura delle comunità meiofaunali venga influenzata sia dalla acidificazione che dall’esposizione al moto ondoso oltre che dalla struttura dell’habitat. È tuttavia difficile definire se le variazioni nella struttura di comunità sono dovute ad una azione parallela e sinergica dei fattori considerati (esposizione e gradiente) o se si tratta di un effetto a cascata dove l’acidità influenza le comunità algali che a loro volta strutturano le comunità bentoniche associate. In prospettiva di studi futuri sarebbe quindi interessante condurre uno studio simile prendendo in considerazione le possibili relazioni specie-specifiche intercorrenti tra la struttura delle comunità meiofaunali e le differenti specie algali.

Evidence of neutral and adaptive genetic divergence between European trout populations sampled along altitudinal gradients

Species with a wide geographical distribution are often composed of distinct subgroups which may be adapted to their local environment. European trout (Salmo trutta species complex) provide an example of such a complex consisting of several genetically and ecologically distinct forms. However, trout populations are strongly influenced by human activities, and it is unclear to what extent neutral and adaptive genetic differences have persisted. We sampled 30 Swiss trout populations from heterogeneous environments along replicated altitudinal gradients in three major European drainages. More than 850 individuals were genotyped at 18 microsatellite loci which included loci diagnostic for evolutionary lineages and candidate markers associated with temperature tolerance, reproductive timing and immune defence. We find that the phylogeographic structure of Swiss trout populations has not been completely erased by stocking. Distinct genetic clusters corresponding to the different drainages could be identified, although nonindigenous alleles were clearly present, especially in the two Mediterranean drainages. We also still detected neutral genetic differentiation within rivers which was often associated with the geographical distance between populations. Five loci showed evidence of divergent selection between populations with several drainage-specific patterns. Lineage-diagnostic markers, a marker linked to a quantitative trait locus for upper temperature tolerance in other salmonids and a marker linked to the major histocompatibility class I gene were implicated in local adaptation and some patterns were associated with altitude. In contrast, tentative evidence suggests a signal of balancing selection at a second immune relevant gene (TAP2). Our results confirm the persistence of both neutral and potentially adaptive genetic differences between trout populations in the face of massive human-mediated dispersal.

Parallel divergent adaptation along replicated altitudinal gradients in Alpine trout

Background The European trout (Salmo trutta species complex) occurs across a very wide altitudinal range from lowland rivers to alpine streams. Historically, the major European river systems contained different, evolutionarily distinct trout lineages, and some of this genetic diversity has persisted in spite of extensive human-mediated translocations. We used AFLP-based genome scans to investigate the extent of potentially adaptive divergence among major drainages and along altitudinal gradients replicated in several rivers. Results The proportion of loci showing evidence of divergent selection was larger between drainages than along altitudinal transects within drainages. This suggests divergent selection is stronger between drainages, or adaptive divergence is constrained by gene flow among populations within drainages, although the latter could not be confirmed at a more local scale. Still, altitudinal divergence occurred and, at approximately 2% of the markers, parallel changes of the AFLP band frequencies with altitude were observed suggesting that altitude may well be an important source of divergent selection within rivers. Conclusions Our results indicate that adaptive genetic divergence is common both between major European river systems and along altitudinal gradients within drainages. Alpine trout appear to be a promising model system to investigate the relative roles of divergent selection and gene flow in promoting or preventing adaptation to climate gradients.

Widespread phenotypic and genetic divergence along altitudinal gradients in animals

Altitudinal gradients offer valuable study systems to investigate how adap- tive genetic diversity is distributed within and between natural populations and which factors promote or prevent adaptive differentiation. The environ- mental clines along altitudinal gradients tend to be steep relative to the dispersal distance of many organisms, providing an opportunity to study the joint effects of divergent natural selection and gene flow. Temperature is one variable showing consistent altitudinal changes, and altitudinal gradi- ents can therefore provide spatial surrogates for some of the changes antici- pated under climate change. Here, we investigate the extent and patterns of adaptive divergence in animal populations along altitudinal gradients by sur- veying the literature for (i) studies on phenotypic variation assessed under common garden or reciprocal transplant designs and (ii) studies looking for signatures of divergent selection at the molecular level. Phenotypic data show that significant between-population differences are common and taxo- nomically widespread, involving traits such as mass, wing size, tolerance to thermal extremes and melanization. Several lines of evidence suggest that some of the observed differences are adaptively relevant, but rigorous tests of local adaptation or the link between specific phenotypes and fitness are sorely lacking. Evidence for a role of altitudinal adaptation also exists for a number of candidate genes, most prominently haemoglobin, and for anony- mous molecular markers. Novel genomic approaches may provide valuable tools for studying adaptive diversity, also in species that are not amenable to experimentation.