Global climate changes are affecting the integrity and functioning of marine ecosystems worldwide, which are threatened by the increasing the frequency and intensity of extreme events such as marine heatwaves, among others. These events may reduce the tolerance of marine species already coping with other co-occurring stressors, as chemical pollution, listed among the first five causes of biodiversity reduction. According to this multiple stressors’ scenario, marine organisms will be subjected to cumulative pressures which may lead to biodiversity loss and socio-economic impacts on fishery and aquaculture: in this respect, bivalves, as filter-feeding and sedentary organisms, are highlighted as particularly vulnerable to these scenarios as also the blue-economy depends on bivalves’ stocks. The present study is part of the MANILA project, which aims to improve the performance of Manila clam (Ruditapes philippinarum) towards environmental stressors exploring priming techniques as innovative tools to provide a possible mitigation strategy for biodiversity conservation and sustainable aquaculture management. To this end, for the first time, chemical priming techniques (using different concentrations of H2O2) have been initially tested for their capability to stimulate stress-response mechanisms as lysosomal integrity, antioxidant system, oxidative damages and cholinergic response. Results highlighted a similar efficiency of tested H2O2 concentrations in stimulating stress-response, with more promising evidence in clams treated with 50 μM H2O2. Therefore, the highest concentration was used to prime organisms before exposing them to a multiple stressors’ scenario, consisting in a combination of thermal and chemical stress. Naïve- and primed-clams performance was compared to evaluate priming efficiency in increasing organisms’ protection toward environmental disturbance: to this end, a wide panel of biological responses was evaluated, including antioxidant system, oxidative damages to DNA, cholinergic response and immunocytes functionality and organelles integrity. Obtained results highlighted a higher tolerance to challenge in primed-clams compared to naïve ones, as supported by the lack of effects in terms of oxidative pressure and on cholinergic function; on the other hand, a generalized sensitivity of immunocytes was observed. Nonetheless, primed-clams showed a lower mortality rate compared to naïve challenged ones throughout one month of rest after the challenge, suggesting the positive effect of the tested approach and allowing to hypothesize this as a promising tool for its application in aquaculture.
I cambiamenti climatici globali stanno influenzando l'integrità e il funzionamento degli ecosistemi marini in tutto il mondo, minacciati dall'aumento della frequenza e dell'intensità di eventi estremi come le ondate di calore marine, tra gli altri. Questi eventi possono ridurre la tolleranza delle specie marine che stanno già affrontando altri fattori di stress, come l'inquinamento chimico, elencato tra le prime cinque cause di riduzione della biodiversità. Secondo questo scenario di stress multipli, gli organismi marini saranno soggetti a pressioni cumulative che possono portare alla perdita di biodiversità e a impatti socio-economici sulla pesca e sull'acquacoltura: a questo proposito, i bivalvi, in quanto organismi filtratori e sedentari, sono particolarmente vulnerabili a questi scenari, essendo anche la blue-economy dipendente dai loro stock. Il presente studio fa parte del progetto MANILA, che mira a migliorare le prestazioni della vongola di Manila (Ruditapes philippinarum) nei confronti dei fattori di stress ambientale, esplorando le tecniche di priming come strumenti innovativi per fornire una possibile strategia di mitigazione per la conservazione della biodiversità e la gestione sostenibile dell'acquacoltura. A tal fine, per la prima volta, sono state testate tecniche di priming chimico (utilizzando diverse concentrazioni di H2O2) per verificare la loro capacità di stimolare meccanismi di risposta allo stress come l'integrità lisosomiale, il sistema antiossidante, i danni ossidativi e la risposta colinergica. I risultati hanno evidenziato un'efficienza simile delle concentrazioni di H2O2 testate nello stimolare la risposta allo stress, con prove più promettenti nelle vongole trattate con 50 μM di H2O2. Pertanto, la concentrazione più alta è stata utilizzata per “primare” gli organismi prima di esporli a uno scenario di stress multipli, consistente in una combinazione di stress termico e chimico. Le prestazioni delle vongole “naïve” e di quelle primate sono state confrontate per valutare l'efficacia del priming nell'aumentare la protezione degli organismi nei confronti delle perturbazioni ambientali: a tal fine, è stato valutato un ampio panel di risposte biologiche, tra cui il sistema antiossidante, i danni ossidativi al DNA, la risposta colinergica e la funzionalità degli immunociti e l'integrità degli organelli. I risultati ottenuti hanno evidenziato una maggiore tolleranza alla sfida nelle vongole primate rispetto a quelle “naïve”, come supportato dall'assenza di effetti in termini di pressione ossidativa e sulla funzione colinergica; d'altra parte, è stata osservata una sensibilità generalizzata degli immunociti. Ciononostante, le vongole primate hanno mostrato un tasso di mortalità inferiore rispetto a quelle “naïve” sottoposte a challenge, per tutto il mese di riposo successivo alla challenge, suggerendo l'effetto positivo dell'approccio testato e consentendo di ipotizzarlo come uno strumento promettente per la sua applicazione nell’ambito dell'acquacoltura.
PROMUOVERE LA RESILIENZA: TECNICHE DI PRIMING PER MITIGARE LA VULNERABILITÀ DELLA VONGOLA Ruditapes philippinarum A STRESS MULTIPLI
BUCARI, CHIARA
2023/2024
Abstract
Global climate changes are affecting the integrity and functioning of marine ecosystems worldwide, which are threatened by the increasing the frequency and intensity of extreme events such as marine heatwaves, among others. These events may reduce the tolerance of marine species already coping with other co-occurring stressors, as chemical pollution, listed among the first five causes of biodiversity reduction. According to this multiple stressors’ scenario, marine organisms will be subjected to cumulative pressures which may lead to biodiversity loss and socio-economic impacts on fishery and aquaculture: in this respect, bivalves, as filter-feeding and sedentary organisms, are highlighted as particularly vulnerable to these scenarios as also the blue-economy depends on bivalves’ stocks. The present study is part of the MANILA project, which aims to improve the performance of Manila clam (Ruditapes philippinarum) towards environmental stressors exploring priming techniques as innovative tools to provide a possible mitigation strategy for biodiversity conservation and sustainable aquaculture management. To this end, for the first time, chemical priming techniques (using different concentrations of H2O2) have been initially tested for their capability to stimulate stress-response mechanisms as lysosomal integrity, antioxidant system, oxidative damages and cholinergic response. Results highlighted a similar efficiency of tested H2O2 concentrations in stimulating stress-response, with more promising evidence in clams treated with 50 μM H2O2. Therefore, the highest concentration was used to prime organisms before exposing them to a multiple stressors’ scenario, consisting in a combination of thermal and chemical stress. Naïve- and primed-clams performance was compared to evaluate priming efficiency in increasing organisms’ protection toward environmental disturbance: to this end, a wide panel of biological responses was evaluated, including antioxidant system, oxidative damages to DNA, cholinergic response and immunocytes functionality and organelles integrity. Obtained results highlighted a higher tolerance to challenge in primed-clams compared to naïve ones, as supported by the lack of effects in terms of oxidative pressure and on cholinergic function; on the other hand, a generalized sensitivity of immunocytes was observed. Nonetheless, primed-clams showed a lower mortality rate compared to naïve challenged ones throughout one month of rest after the challenge, suggesting the positive effect of the tested approach and allowing to hypothesize this as a promising tool for its application in aquaculture.File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.12075/19132