OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso intende fornire le metodologie di monitoraggio delle funzioni degli organismi per la valutazione e gestione dello stato di salute dell'ambiente marino

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione alle attività formative previste (lezioni frontali e attività in laboratorio) consentiranno allo studente di acquisire le conoscenze della Fisiologia Ambientale necessarie per affrontare studi nel campo della valutazione dello stato di salute degli organismi marini in risposta agli agenti stressanti ambientali, in particolare l’esposizione agli inquinanti.

Nello specifico lo studente sarà in grado di:

- conoscere le variabili ambientali naturali (quali temperatura, O2 disciolto, salinità, pH) che possono rappresentare uno stress per gli organismi e descrivere le principali modalità di risposta (avoidance, conformità, regolazione) alle variazioni di tali parametri.

- descrivere come le sostanze contaminanti (inorganiche ed organiche) di origine antropica possono rappresentare una ulteriore fonte di stress, determinando effetti sub-letali negli organismi.

- conoscere  le risposte degli organismi agli agenti stressanti ambientali, e come queste possano essere quantificate mediante la determinazione di parametri biologici (biomarcatori o indici di stress) a diversi livelli di organizzazione biologica (dal subcellulare all’intero organismo), che definiscono la progressione degli effetti sullo stato di salute degli organismi

-  comprendere il concetto di biomarker come risposta precoce e  quantificabile degli organismi  allo stress ambientale, e conoscere i principali Biomarker di stress e di esposizione e le loro caratteristiche variazioni  in funzione del grado di stress.

- acquisire le metodiche per la valutazione dei principali biomarker secondo i protocolli accettati a livello internazionale (OSPAR), anche grazie ad esercitazioni pratiche di laboratorio condotte sui mitili come organismi sentinella dell’ambiente marino costiero 

- comprendere l’ utilizzo dei Biomarker nell’evidenziare la Sindrome da stress in diversi organismi sentinella

- applicare le conoscenze acquisite nei programmi di biomonitoraggio per misurare gli effetti delle attività antropiche sugli organismi viventi in ambienti marini costieri e di transizione.

Le attività didattiche teorico-pratiche proposte sono rivolte a sviluppare nello studente le capacità di: progettazione ed esecuzione di programmi di biomonitoraggio;  di analisi e discussione critica dei dati raccolti; di affrontare e risolvere problemi in relazione al biomonitoraggio  di ambienti marini costieri, naturali o perturbati, anche in funzione di possibili interventi programmati (per esempio opere di dragaggio dei fondali) che possono alterare lo stato di salute dell’ecosistema costiero.

PREREQUISITI

Per affrontare efficacemente i contenuti dell’insegnamento sono necessarie le seguenti conoscenze di base : 1) chimica inorganica ed organica; 2) fisiologia animale;  3) biologia marina; 4) ecologia marina.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali e di una parte di laboratorio teorico-pratico. Essendo previsti test di apprendimento, attività per l’applicazione delle conoscenze acquisite, attività pratiche e metodologiche, la frequenza a lezioni ed esercitazioni di  laboratorio è fortemente consigliata.

Le lezioni frontali in aula sono erogate mediante presentazioni multimediali.

Le esercitazioni di laboratorio sono mirate all’approfondimento di alcune conoscenze teoriche acquisite durante le lezioni frontali e all’applicazione di alcune delle principali metodologie per la determinazione di biomarcatori in organismi marini modello.

Al termine di ogni esercitazione è prevista la compilazione in aula di un report di gruppo utilizzando schede cartacee apposite fornite dal docente.

In particolare saranno sviluppati:

• esercizi individuali per il prelievo di cellule e tessuti (branchie ed epatopancreas) di molluschi bivalvi marini. Osservazione al microscopio di branchie isolate per evidenziare il processo di filtrazione  
• esercizi  a piccoli gruppi (4 studenti max) per la valutazione di Biomarcatori di stress

-  a livello cellulare, su cellule del sistema immunitario,  mediante analisi al microscopio ottico (Neutral Red assay)

- a livello tissutale:

 preparazione di subfrazioni tissutali per la detemrinazione di biomarcatori di tipo enzimatico (enzimi antiossidanti), per l’isolamento di proteine solubili e determinazione spettrofotometrica del contenuto in metallotioneine_MT, determinazione di una curva standard di titolazione dei gruppi SH e del contenuto proteinco, esercizi di calcolo per la valutazione del contenuto tissutale di MT; preparazione di campioni congelati di tessuti (epatopancreas)  per l’analisi di sezioni semifini  mediante biomarcatori citochimici (attività enzimi lisosomiali, lipofuscine, accumulo di lipidi neutri)

- a livello di organismo: prelievo di uova e spermatozoi in molluschi bivalvi, osservazione dei gameti al microcopio, fecondazione in vitro. Allestimento del test per la valutazione dello  sviluppo di stadi embrionali precoci in risposta agli inquinanti. 

Le esercitazioni si svolgono in laboratori attrezzati (con microscopi ottici, spettrofotometri, spettrofluorimetri, etc.) del DISTAV.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del corso prevede la presentazione e la discussione dei seguenti argomenti

Lezioni frontali:

• Gli organismi e le variabili ambientali quali fattori di stress; risposte comportamentali, conformità e regolazione. Meccanismi fisiologici della risposta alle variabili abiotiche (R, S, O2). 
• Le sostanze inquinanti come fattori di stress; valutazione delle risposte fisiologiche all’esposizione  a concentrazioni sub-letali di sostanze chimiche inorganiche ed organiche.
• Valutazione dello stato di salute degli organismi in relazione allo stress ambientale: indici di stress dal livello subcellulare al livello di organismo.
• Il concetto di biomarker come risposta precoce e  quantificabile degli organismi  allo stress ambientale. Biomarker di stress e di esposizione, lisosomiali, di immunotossicità e  di genotossicità.
• Utilizzo dei Biomarker nell’evidenziare la Sindrome da stress in organismi sentinella e loro adeguato utilizzo nei programmi di biomonitoraggio.
• Verranno fornite  conoscenze teorico-pratiche necessarie a misurare gli effetti delle attività antropiche sugli organismi viventi a diversi livelli di organizzazione biologica, al fine di applicare  bioindicatori di qualità dell’ambiente marino.

Laboratorio: stabulazione e trattamento di invertebrati marini (Mytilus galloprovincialis) in condizioni controllate, dissezione di tessuti,  preparazione di colture primarie, applicazione di tecniche  microscopiche,  biochimiche,  e citochimiche per  la determinazione di alcuni dei principali biomarker a livello cellulare e tissutale, e prevede l’attività degli studenti in piccoli gruppi o individualmente.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

- Schmidt- Nielsen, Fisiologia Animale, Organismi e adattamenti - PICCIN

- Willmer et al., Fisiologia Ambientale degli animali -Zanichelli

- Materiale fornito dal docente (bibliografia, presentazioni ppt, linee guida).

Tutte le slides utilizzate durante le lezioni frontali saranno fornite agli studenti  al termine del corso; il materiale didattico utilizzato nei laboratori verrà fornito direttamente durante ogni  esercitazione. Altro materiale didattico (bibliografia, presentazioni ppt, linee guida) verrà reso disponibile su AulaWeb.