Tesi realitzada a l'Institut de Ciències del Mar (ICM - CSIC) / The Mediterranean Sea can be considered an excellent natural laboratory for benthic ecologists, due to its peculiar environmental conditions, its broad-scale gradients, and its deep-sea fauna. Primary production levels in the Mediterranean follow a longitudinal gradient, decreasing from west to east. The present thesis focused on the fine-mud benthos habitat of the Mediterranean Sea, on its bathyal and abyssal zones, and the compartment considered was demersal megafauna. The main objective of the present thesis was to describe and characterize the deep habitats of the Mediterranean Sea, relating their biodiversity and ecosystem functioning with the varying environmental conditions along the geographic, bathymetric, and temporal axes. The work was divided into four parts. In the first part, the patterns of distribution, biomass and abundance of bathyal and abyssal megafauna were studied, in relation with environmental variables, along longitudinal and bathymetric gradients. This was a large geographic scale study, across the three basins of the Mediterranean at depths of 1200-3000 m. Benthic biomass strongly decreased with depth and longitude (west-to-east). Results showed a significant correlation between the dynamics of surface layers, the amount of food available on the bottom, and the composition of benthos. In the second part, the seasonal fluctuations of benthic communities in the Catalan continental margin were observed. A highly replicated, multi-period study was conducted at depths of 900-1500 m. Total biomass followed an inverted U-shaped pattern, peaking at depths of 1050-1350 m. Range-related ecological forcings between shallower and deeper species may have caused this biomass accumulation at intermediate slope depths. The arrival of a new water mass from the deep basin to the slope in spring may have also driven an accumulation of biomass at 900-1050 m depth over the same period. An adjacent submarine canyon was also studied, comparing communities between the canyon and the open slope area. Analyses revealed higher diversity, but not biomass, inside the canyon than in the adjacent open slope, and a significantly different assemblage between the habitats. These results strengthen the concept of submarine canyons as hotspots of biodiversity and underline the importance of their conservation as diversity repositories. The third part is a study on trophic relations of deep-sea fauna, over the same large spatial transects considered in the first part, by means of natural-abundances stable isotopes analyses and the use of novel statistical methods to analyse heavy datasets all in once. Bulk-tissue d13C and d15N isotope ratios were analysed for benthic megafauna and associated surface and mesopelagic components from the 3 basins of the Mediterranean Sea. The trophic niche width and the amplitude of primary carbon sources were positively correlated with both primary and secondary surface production indicators. Moreover, mesopelagic organic matter utilization processes showed an intermediate position between surface and deep benthic components. Thus, both primary and secondary production processes taking place at surface layers are key drivers of deep-sea food web structuring. Finally, the fourth part integrates the whole collected dataset into the first ecotrophic model of a deep-water ecosystem in the Mediterranean Sea, evaluating the general ecosystem functioning as well as the degree of vulnerability of these ecosystems. The Ecopath with Ecosim approach was used to model the flows and biomasses of the Catalan Sea continental slope ecosystem at depths of 1000-1400 m. Network analysis identified low levels of consumer biomass cycling and low system omnivory index when compared with expected values of marine ecosystems, and higher cycling and omnivory when compared with available models of shallower areas of the Mediterranean. A simulation of the possible expansion of the red-shrimp benthic trawl fishery that currently operates at shallower depths, showed reductions in fish biomass and that the state of the deep continental slope ecosystem seems to be result of a long-term succession process, which has reached ecological stability, and is particularly vulnerable to human impact and, specifically, to fisheries exploitation. / En la presente tesis se han estudiado los patrones de biodiversidad, funcionamiento trófico y ecosistémico de los sistemas bentónicos de gran profundidad en el Mar Mediterráneo. El objetivo principal fue de describir y caracterizar los hábitats profundos, relacionando su biodiversidad y sus procesos de funcionamiento con los gradientes ambientales a lo largo de los ejes longitudinal, batimétrico y estacional. El estudio de la composición de comunidades y la respectiva recogida de muestras para los análisis tróficos se han realizado a través de arrastres profundos. Los resultados de análisis de composición de comunidades hallaron una correlación significativa entre las dinámicas de las capas oceánicas de superficie, la cantidad de alimento disponible en el fondo marino, y la composición de la megafauna estudiada. A escala reducida y considerando las variaciones estacionales, la biomasa bentónica mostró un patrón a U-invertida, con un pico a profundidades de 1000-1400 m. Una posible explicación de este fenómeno podría ser la combinación de forzajes ecológicos ligados a las diferentes distribuciones batimétricas de las especies. Para estudiar las relaciones tróficas en los ejes batimétricos y geográficos de gran escala, se utilizó el análisis de isotopos estables de las componentes bentónicas, de superficie, y de capas pelágicas intermedias. El amplitud de los nichos tróficos de las comunidades bentónicas se encontraron relacionados con indicadores de productividad de superficie, tanto primaria como secundaria. Asimismo, los procesos de utilización mesopelágica del carbono orgánico se hallaron en posición intermedia entre los de superficie y los del bentos profundo. Finalmente, un análisis ecosistémico a través de “Ecopath with Ecosim”, reveló que los ecosistemas de los taludes continentales del Mediterráneo son el resultado de un largo proceso de sucesión ecológica, han alcanzado un estado de estabilidad, y son particularmente vulnerables a factores de impacto humano, entre ellos, la explotación pesquera.

Heteropteran bugs make an important contribution to the hyperdiversity of insects. As with other insect taxa, the proper species identification of heteropteran bugs requires diagnostic dichotomous keys. Faunistic studies can considerably benefit from the use of in-situ photographic records and biodiversity web resources, these two new taxonomical tools have the potential to expedite conservation-oriented research and engage the general public in the conservation of nature. Faunistic syntheses such as catalogs and datasets are essential for documenting where species occur and how they are distributed, and may effectively contribute to overcome the ‘Wallace shortfall’ associated with large scale distributional data. The establishment of a research-oriented ‘Heteropteran Bug Monitoring Scheme’ may prove to be an effective faunistic tool that guarantees the constant flow of fine-grain, high-value species data. The gap between taxonomy and conservation may be bridged by explicitly coupling faunistic survey efforts to the monitoring of state variables relevant to ecological research. The hierarchical view is an approach to quantitative ecology with the potential to simultaneously account for the stochasticity associated with the ecological and observation processes. Multi-species site occupancy models are effective quantitative tools that estimate species-specific probabilities of detection and occurrence, from which the size of the community (ie, species richness) may also be estimated. One important advantage of multi-species site occupancy models is the ease by which covariates are specified into the linear predictors of both the ecological and observation process levels. Bayesian methods are powerful inferential tools for the conduction of quantitative research. Estimation of a given parameter under a Bayesian approach results in a posterior probability distribution that provides not only the mean but most importantly its associated uncertainty. The Bayesian mode of inference allows researchers to focus on effect sizes rather than statistical significance. Results from Bayesian analyzes can be communicated clearly and effectively to conservation policy-makers. Species are imperfectly detected. The methods we use to survey insects are important sources of uncertainty that must be taken into account when studying their patterns of occupancy and species richness. Survey protocols should be specifically designed to include spatial and/or temporal replicates from which detection data can be estimated. Heteropteran bugs, as a group, are relatively common across spatial extents, and their communities, as observed at fine grains of resolution, include many rare species that are difficult to detect. The assumption that this pattern holds at bioregional or even larger spatial extents requires more empirical investigation. A properly replicated study, resolved at the municipality or shire level, could contribute to address this gap in knowledge. Novel grassland ecosystems supporting ruderal or spontaneous vegetation are rich depositories of heteropteran bug biodiversity. In urban landscapes, oldroughs and unmanaged urban herbaceous margins may play an important role in the conservation of heteropteran bug species and other insect taxa. Within urban green areas such as golf courses, the complexity of the vegetation structure has a positive effect on heteropteran bug species richness and the species-specific occurrence probabilities of most species. Heteropteran bug species respond to the surrounding landscape. In viticulture landscapes, the proportion of natural habitat surrounding vineyards has a positive effect on mean herbivorous guild-level probability of occurrence. This positive effect is more uncertain for the predatory-guild. In the urban landscapes, species richness of both herbivores and predators decreased along a gradient of increasing urbanization. Almost all species were ‘urban avoiders’, experiencing on average very large decreases in their probabilities of occurrence along the urbanization gradient. Heteropteran bugs in the Iberian Peninsula have a low probability of being detected. This probability varies markedly from family to family and from species to species. Macroecological variables have positive (area, altitudinal range, mean annual temperature and population density) or negative (mean annual precipitation) effects on the mean heteropterofauna detection probability. Methodologies that explicitly account for the observation process may prove fundamental for disentangling which components of species distributions at large bioregional scales are a consequence of imperfect detection as opposed to true patterns of occupancy. / Los heterópteros contribuyen de forma importante a la hiperdiversidad de los insectos. La elaboración de claves dicotómicas actualizadas, ajustadas a la región de estudio y basadas en caracteres de fácil observación, facilita la correcta identificación de los ejemplares. Los estudios faunísticos pueden beneficiarse considerablemente de la existencia de registros fotográficos in-situ y recursos electrónicos de registro de la biodiversidad, ya que ambas herramientas taxonómicas tienen el potencial de favorecer la investigación dirigida a la conservación, así como de implicar al público general en dicho proceso. Las síntesis, los catálogos y las bases de datos faunísticas son esenciales para registrar la ocurrencia y distribución de las especies. La utilización conjunta de estos recursos junto con variables ambientales relevantes para la ecología es clave para acortar la distancia que existe entre ciencias como la taxonomía y la conservación. La visión jerárquica supone una aproximación a la ecología cuantitativa, que tiene el potencial de incluir la estocasticidad asociada a los procesos ecológicos y de observación humana de la naturaleza. Los “modelos de ocupancia de lugar multiespecíficos (msSOM)“ suponen herramientas quantitativas efectivas para estimar la probabilidades de detección y ocurrencia específicas de especies y lugares, así como el tamaño de la comunidad. Los métodos bayesianos de inferencia estadística son herramientas poderosas para realizar análisis cuantitativos. La estimación de los parámetros viene asociada a su incertidumbre y al cálculo del “tamaño del efecto”. Y los resultados pueden comunicarse de forma clara y efectiva a los responsables de desarrollar políticas de conservación. Los heterópteros son detectados de forma imperfecta. Una buena fuente de incertidumbre depende de los métodos que utilicemos para muestrearlos, por lo que debe tenerse en cuenta el proceso de observación a la hora de analizar patrones de ocupancia y riqueza específica. Los protocolos de muestreo deberían estar diseñados de forma que incluyan réplicas espaciales y/o temporales que permitan calcular la detectabilidad. Los insectos heterópteros son relativamente comunes a lo largo de grandes áreas, y sus comunidades incluyen especies raras sólo detectables a pequeña escala. La asumpción de este patrón para la escala bioregional y superiores requiere mayor investigación. Los sistemas herbáceos noveles con vegetación ruderal o espontánea contienen una gran diversidad de insectos heterópteros. Como parte del paisaje urbano, los márgenes herbáceos y otras formaciones poco o nada gestionadas representan zonas importantes para conservar la diversidad de heterópteros y otros insectos. En cuanto a zonas verdes urbanas, como los campos de golf, la complejidad en la estructura de la vegetación tiene un efecto positivo en la biodiversidad de insectos. Los heterópteros se ven influenciados por el paisaje. En paisajes vitivinícolas, la ocurrencia de insectos herbívoros está favorecida por la proporción de hábitat natural favorable. En paisajes urbanos, la urbanizacion tiene un efecto negativo en la presencia de herbívoros y predadores. Ambos estudios, a partir de análisis distintos, convergen hacia una única conclusión.

The black sea urchin Arbacia lixula (Linnaeus, 1758) is one of the most abundant sea urchins in the Mediterranean. Despite its increasingly recognized ecological significance, including the ability to create and maintain barren zones of decreased diversity and productivity, it has been traditionally less studied than the Atlanto-Mediterranean edible sea urchin Paracentrotus lividus. This thesis is aimed at studying the factors affecting the phylogeography, trophic ecology and biology of the black sea urchin A. lixula in Mediterranean ecosystems, in order to assess its ecological role and its possible future impact in benthic communities. We studied the phylogeography, the trophic relationships, the reproductive cycle and the effects of temperature and ocean acidification on larval development of A. lixula. Our phylogeographical study, based in the mitochondrial marker COI, found evidences of a relatively recent (94 – 205 kya) colonization of the Mediterranean by A. lixula. Our trophic study, using stable isotopes and gut contents analyses, showed that A. lixula is an omnivore tending to carnivory, feeding mainly on sessile invertebrates. This results challenge the previous belief that A. lixula was an herbivorous grazer of encrusting coralline algae. The results of the reproductive cycle study, followed up during four consecutive years, showed that the reproductive timing of A. lixula is regulated by photoperiod, while temperature is a main modulator of its gonad development and thus of its reproductive output. The study of larval development in different conditions of temperature and pH showed that temperature increases accelerated the development and enhanced the larval survival rate, while acidification caused only slight effects in its survival, developmental rate and larval morphology. Considering all these new results about the past history and ecological characteristics of A. lixula, we conclude that this thermophilous species of tropical affinities is probably facing suboptimal conditions in northern Mediterranean. Its populations in this region may be promoted by global change, since the current warming trend would eventually enhance the processes which are limiting its populations. Thus, the negative impact of A. lixula on the Mediterranean coastal ecosystems may be increased in the future. / El erizo de mar negro Arbacia lixula (Linnaeus, 1758) es, en la actualidad, uno de los equinoideos más abundantes en el Mediterráneo. A pesar de que su importancia ecológica está siendo cada vez más documentada, incluyendo su capacidad para originar y mantener zonas de blanquizal, de diversidad y productividad disminuidas, A. lixula ha sido tradicionalmente menos estudiado que otras especies atlanto-mediterráneas, como el erizo de mar común, Paracentrotus lividus. Esta tesis tiene por objeto el estudio de los factores que afectan a la filogeografía, la ecología trófica y la biología de A. lixula en los ecosistemas mediterráneos, con el fin de investigar su papel ecológico y su potencial impacto futuro en las comunidades bentónicas. Se estudiaron la filogeografía, las relaciones tróficas, el ciclo reproductor y los efectos de la temperatura y de la acidificación del océano en el desarrollo larvario de A. lixula. Nuestro estudio filogeográfico, basado en el marcador mitocondrial COI, mostró evidencias de que A. lixula colonizó el Mediterráneo en tiempos relativamente recientes (hace entre 94,000 y 205,000 años). El estudio de ecología trófica, empleando análisis de isótopos estables y de contenidos digestivos, demostró que A. lixula tiene un comportamiento omnívoro con tendencia a la carnivoría, alimentándose, sobre todo, de invertebrados sésiles. Esto contradice las creencias previas que suponían que esta especie era un herbívoro que se alimentaba de algas coralináceas incrustantes. El estudio de la biología reproductiva de A. lixula, realizado a lo largo de cuatro años consecutivos, mostró que el curso temporal de su ciclo gonadal está regulado por el fotoperíodo, mientras que la temperatura es un importante modulador de su desarrollo gonadal y de su producción de gametos. El estudio del desarrollo larvario, utilizando diferentes condiciones de temperatura y pH, mostró que el aumento de temperatura produce una aceleración en el crecimiento y un aumento en la tasa de supervivencia larvaria, mientras que la acidificación causa sólo efectos menores en la tasa de supervivencia, la velocidad de desarrollo y la morfología larvaria. Considerando estos nuevos resultados sobre la historia evolutiva y las características ecológicas de A. lixula, podemos concluir que esta especie de afinidades tropicales se encuentra, probablemente, sometida en la actualidad a condiciones por debajo de las óptimas en el Mediterráneo septentrional. Sus poblaciones en esta región podrían verse favorecidas por el cambio global, ya que la tendencia al calentamiento actual posiblemente favorecerá, en el futuro, los procesos que están limitando sus poblaciones en la actualidad. Así, el impacto negativo de A. lixula en los ecosistemas costeros mediterráneos podría incrementarse en el futuro.

Objetivo general: Caracterizar genoarquitectonicamente de modo comparado la placa alar mesencefálica del ratón y el pollo durante el desarrollo y la vida postnatal temprana. Materiales y métodos: Se utilizaron ratones de la cepa Swiss Albino. Se analizaron embriones de E10.5, E11.5, E12.5, E14.5, E16.5 y E18.5, así como algunos estadios postnatales y el adulto (P0, P10-14, P25 y P56). En el estudio de aves se utilizaron embriones de pollo (HH30-HH45) y algunos estadios postnatales (P1, P2, P6). Para llevar a cabo el análisis pretendido se realizaron hibridaciones in situ con múltiples sondas de RNAm en embriones in toto, o en secciones de vibratomo y de criostato. El material procesado fue escaneado utilizando el software Image Scope. Finalmente los datos fueron seleccionados para su interpretación y análisis. Resultados: Como resultado del análisis genoartiquectónico se caracterizó molecularmente los límites rostral y caudal del mesencéfalo de ratón y pollo durante el desarrollo y algunos estadios postnatales. Además de los ya conocidos marcadores Pax6, Tcf7l2 y Fgf8, otros factores de transcripción tales como Lim1, Lhx2, Foxp1, Tcfap2B, Dbx1, Esrrb y FoxB1 resultaron útiles para identificar estos límites. Además estos datos genoarquitectónicos han contribuido a clarificar los límites entre los dominios alares anteroposteriores y los subdominios dorsoventrales de m1 y m2 (mesomeros 1 and 2). Se ha llevado a cabo un detallado estudio genoarquitectónico comparado de los colículos superior e inferior (torus semicircular) del pollo y el ratón, lo cual ha permitido confirmar y en su caso postular homologías de sus componentes estructurales (capas, núcleos, poblaciones neuronales) entre ambas especies. Otras regiones comprendidas en este estudio son el gris tectal y el área preístmica. Conclusiones: Los datos obtenidos en este estudio permiten disponer de marcadores adicionales para localizar con precisión los límites del mesencéfalo, así como también identificar las regiones y subregiones alares que componen los mesómeros 1 y 2. Los abundantes datos moleculares obtenidos contribuirán a futuros estudios de los dominios alares mesencefálicos, cuya finalidad sea comprender los fenómenos causales de su proceso de laminación o especificación celular diferencial. Finalmente, se aporta la definición de un nuevo territorio histogenético radial intercalado entre los colículos superior e inferior, el área intercollicular. Por otra parte el detallado análisis genoarquitectónico comparado del colículo inferior/torus semicircular entre pollo y ratón ha permitido postular posibles homologías entre ambas especies. / Characterize comparatively the genoarchitectonic structure of the mesencephalic alar plate of the mouse and chick during development and early postnatal life. Methods: The study used mice wild Albino Swiss strain. We analyzed embryos at E10.5, E11.5, E12.5, E14.5, E16.5 and E18.5; as well as selected postnatal stages and the adult (P0, P10-14, P25 y P56). To carry out the intended analysis multiple in situ hybridizations with mARN probes were performed on whole embryos, in vibratome sections and cryostat sections. In selected cases an immunohistochemical reaction served as counterstaining of the hybridization. The processed material was scanned using Image Scope software. Finally, specific data were selected for further interpretation and analysis. Results: Using our genoarchitectonic approach we characterized molecularly the rostral and caudal midbrain limits during all stages of development and some postnatal stages. Besides the known relevant markers Pax6, TCF7L2 and Fgf8, other patterns of transcription factors such as Lim1, Lhx2, Foxp1, Tcfap2b, Dbx1, FoxB1 and Esrrb were useful to identify these limits. Furthermore, these genoarchitectonic data helped to clarify the boundaries between the various anteroposterior alar domains and their respective dorsoventral subdomains across m1 and m2 (mesomeres 1 and 2). Finally, the analysis allowed obtaining data on the selective expression of genes in the different strata that make up the layers of the superior and inferior colliculi. Other studied regions were the tectal gray, the intercollicular area and the preisthmic area. Conclusions: The data obtained in this study identified additional markers that accurately locate the boundaries of the midbrain, and served to identify genoarchitectonically distinct regions that make up the alar plate of mesomere 1. The novel intercollicular area was identified as a full radial histogenetic zone. Finally, abundant molecular data were generated that will contribute to future causal developmental studies of the superior and inferior colliculi, as regards the process of layering or cell specification. Moreover, detailed postulates of homology were proposed between the structural components of the mammalian inferior colliculus and the avian torus semicircularis.

No description available.

L'objectiu d'aquest treball és l'avaluació dels efectes que té el procés de congelació-descongelació en diferents estructures de l'espermatozoide porcí, com ara l'estructura nuclear, la funció mitocondrial i l'estructura subpoblacional espermàtica. En el primer estudi es va comprovar l'efecte de la congelació-descongelació sobre l'estructura nuclear de l'espermatozoide porcí. El procés de congelació-descongelació no va causar trencament de l'ADN però sí que va provocar una desestabilització dels complexes protamina-1-ADN. Aquesta desestabilització ja es va començar a fer evident en les mostres refrigerades a 5 ºC, demostrant que és la fase de refrigeració fins a 5 ºC una de les més letals durant la congelació d'espermatozoides porcins. En el segon treball es van avaluar els canvis que pateix l'estructura subpoblacional mòtil del semen de porc durant el procés de congelació-descongelació, tenint en compte la congelabilitat dels ejaculats, a més de l'activitat mitocondrial i la formació d'espècies reactives de l'oxigen (ROS) d'origen mitocondrial. Així, es van observar 4 subpoblacions mòtils en tots els tractaments (fresc i congelat-descongelat) i totes les congelabilitats (bons, moderats i mal congeladors) estudiades. La resposta de molts dels paràmetres de motilitat estudiats després de la congelació-descongelació, va ser molt diferent en el semen dels mals congeladors en comparació amb els bons congeladors. A més, en l'estudi de l'activitat mitocondrial es va observar que les mostres dels mals congeladors eren les que presentaven una activitat mitocondrial més baixa. Finalment, en el tercer treball es va estudiar l'efecte de la criopreservació sobre la funció mitocondrial de l'espermatozoide porcí. Es va avaluar l'activitat mitocondrial juntament amb el ritme de formació de ROS d'origen mitocondrial, així com l'expressió i la localització de dues proteïnes importants en la funció mitocondrial, la mitofusina-2 (Mfn-2) i l'actina. Es va observar que tant l'activitat mitocondrial com la formació de ROS disminuïen amb la congelació amb un descens inicial en la refrigeració. A més, també es van observar canvis en l'expressió i localització tant de la Mfn-2 com de l'actina, que ja es van fer aparents en la refrigeració. En conclusió, aquests estudis han demostrat que la majoria dels danys provocats pel procés de congelació-descongelació s'inicien durant la refrigeració a 5 ºC, sent aquest pas molt important per a la supervivència espermàtica. El procés de congelació-descongelació provoca desestructuració nuclear, sense arribar a provocar el trencament nuclear, així com canvis en l'estructura de subpoblacions espermàtiques mòtils, sent aquests canvis més evidents en ejaculats amb baixa qualitat en la congelació. Finalment, la congelació-descongelació provoca una disminució de l'activitat mitocondrial deguda a canvis en l'expressió i localització de proteïnes que regulen la funció mitocondrial. / El objetivo de este trabajo es el de evaluar los efectos que tiene el proceso de congelación-descongelación en diferentes estructuras del espermatozoide porcino, como la estructura nuclear, la función mitocondrial y la estructura subpoblacional espermática. En el primer estudio se comprobó el efecto de la congelación-descongelación sobre la estructura nuclear del espermatozoide porcino. El proceso de congelación-descongelación no causó fraccionamiento del ADN, pero sí que provocó una desestabilización de los complejos protamina-1-ADN. Esta desestabilización ya se empezó a hacer evidente en las muestras refrigeradas a 5 ºC, demostrándose que es la fase de refrigeración hasta 5 ºC una de las más letales durante la congelación de espermatozoides porcinos. En el segundo trabajo se evaluaron los cambios que sufre la estructura subpoblacional mótil del semen de cerdo durante el proceso de congelación-descongelación, teniendo en cuenta la congelabilidad de los eyaculados, además de la actividad mitocondrial y la formación de especies reactivas del oxigeno (ROS) de origen mitocondrial. Así, se observaron 4 subpoblaciones mótiles en todos los tratamientos (fresco y congelado-descongelado) y todas las congelabilidades (buenos, moderados y malos congeladores) estudiadas. La respuesta de la mayoría de los parámetros de motilidad estudiados después de la congelación-descongelación, fue muy diferente en el semen de los malos congeladores en comparación con los buenos congeladores. Además, en el estudio de la actividad mitocondrial se observó que las muestras de los malos congeladores eran las que presentaban una actividad mitocondrial más baja. Finalmente, en el tercer trabajo se estudió el efecto de la criopreservación sobre la función mitocondrial del espermatozoide porcino. Se evaluó la actividad mitocondrial juntamente con el ritmo de formación de ROS de origen mitocondrial, así como la expresión y la localización de dos proteínas importantes en la función mitocondrial, la mitofusina-2 (Mfn-2) y la actina. Se observó que tanto la actividad mitocondrial como la formación de ROS disminuían con la congelación con un descenso inicial en la refrigeración. Además también se observaron cambios en la expresión y localización tanto de la Mfn-2 como de la actina, que ya se hicieron aparentes en la fase de refrigeración. En conclusión, estos estudios han demostrado que la mayoría de los daños provocados por el proceso de congelación-descongelación se inician durante la refrigeración a 5 ºC, siendo este paso muy importante para la supervivencia espermática. El proceso de congelación-descongelación provoca desestructuración nuclear, sin llegar a provocar el fraccionamiento nuclear, así como cambios en la estructura de subpoblaciones espermáticas mótiles, siendo estos cambios más evidentes en eyaculados con baja calidad en la congelación. Finalmente, la congelación-descongelación provoca una disminución de la actividad mitocondrial debida a cambios en la expresión y localización de proteínas que regulan la función mitocondrial. / The aim of this work is to evaluate the effects of freezing-thawing process on different structures of porcine spermatozoa, such as nuclear structure, mitochondrial function and spermatic subpopulational structure. In the first study we tested the effect of freezing-thawing on the nuclear structure of porcine spermatozoa. Freezing-thawing did not cause DNA fragmentation, although a clear destabilization of the protamine-1-DNA complexes was apparent. This destabilization started after cooling phase to 5 ºC included in the freezing-thawing procedure. This indicates that this cooling phase is one of the most lethal phases during the freezing-thawing process of porcine spermatozoa. In the second study we evaluated the changes that the boar sperm motile subpopulational structure suffered during the freezing-thawing procedure taking into account the freezability of the ejaculates, as well as the mitochondrial activity and the mitochondrial formation of reactive oxygen species (ROS). We observed 4 motile subpopulations in all the treatments (fresh and frozen-thawed) and all the freezabilities (good, average and bad freezers) studied. The response of the majority of the motility parameters studied after the freezing-thawing was very different in the bad freezers semen compared with the good freezers. Furthermore, in the study of the mitochondrial activity we observed that the bad freezers samples presented the lowest mitochondrial activity. Finally, in the third work we studied the effect of the cryopreservation on the mitochondrial function of porcine spermatozoa. We evaluated the mitochondrial activity together with the rhythm of mitochondrial ROS formation, as well as the expression and localization of two important proteins on the mitochondrial function, mitofusin-2 (Mfn-2) and actin. We observed that mitochondrial activity as well as mitochondrial ROS formation decreased during the freezing with an initial drop in the cooling phase. Furthermore we also observed changes on the expression and localization of Mfn-2 and actin, which became apparent on the cooling phase. In conclusion, this study has demonstrated that the majority of the damage caused by the freezing-thawing process began during the cooling phase to 5 ºC, being this step very important for sperm survival. The freezing-thawing process caused a nuclear destructuration, without causing nuclear fragmentation, as well as changes on the motile sperm subpopulational structure, being these changes more evident on ejaculates with the poorest freezing quality. Finally, freezing-thawing caused a decrease on the mitochondrial activity due to changes on the expression and localization of proteins which regulate mitochondrial function.

L'objectiu principal d'aquesta tesi és contribuir a un millor coneixement dels mecanismes moleculars implicats en el correcte assoliment de la capacitació "in vitro" (IVC) i posterior reacció acrosòmica "in vitro" (IVAR) dels espermatozoides porcins. Amb aquesta finalitat es va estudiar, per una banda, l'evolució temporal de l'estructura subpoblacional en els espermatozoides porcins durant aquests processos i es va observar canvis espeífics en el percentatge de les diferents subpoblacions mòbils sense que es perdés l'estructura de 4 subpoblacions descrita en l'ejaculat porcí. Per altra banda, la IVC i la IVAR indueixen no sols canvis en la fosforil·lació dels residus tirosina de les proteïnes sinó que s'ha demostrat que la fosforil·lació en els residus serina i treonina també està relacionada amb la IVC i IVAR. Així, s'ha descrit, no tan sols l'aparició de fosforil·lació específica en determinades proteïnes, sinò també la inducció de canvis conformacionals en altres proteïnes i l'aparició de senyal de fosforil·lació en serina i treonina en l'acrosoma de l'espermatozoide relacionada amb IVC i IVAR. En tercer lloc, s'observà un augment de l'activitat mitocondrial durant la IVC i els primers minuts de IVAR. Nogensmenys, en aquest treball es descriu un patró concret d'activació mitocondrial, des de nuclis concrets situats majoritàriament a la part més perifèrica de la peça intermitja de l'espermatozoide cap a la part central d'aquesta. Tanmateix l'actina i la mitofusina2 són dos proteïnes que podrien jugar un paper important en la modulació de la funció mitocondrial en l'espermatozoide porcí. / The first and principal aim of this thesis is to improve our knowledgement in molecular mechanisms and control of "in vitro" capacitation (IVC) and further acrosome reaction (IVAR) in boar spermatozoa. We have studied the structural motile subpopulation, the protein phosphorylation in concrete in tyrosine, serine and threonine residues and finally the mitochondrial activity during IVC and IVAR.Our results suggest that capacitation-induced motility changes are related to specific changes in the percentage of each motile-sperm subpopulation in the ejaculate without losing the overall, specific four-subpopulation structure. In this way, the maintenance of a four-subpopulation structure seems to be important in the control of the whole ejaculate physiology.Moreover, this study indicates that the changes in protein phosphorylation associated with IVC and subsequent IVAR affected not only pTyr, but also pSer and pThre, and they comprise not only the appearance of specific phosphorylated proteins, like pTyr 32-kDa, pSer-75 kDa and pSer 80-kDa proteins, but also structural changes that induce changes in pI and displacements in the sperm location of the phosphorylated proteins, such as the appearence of specific IVC- and IVAR-linked pSer and pThre signals in the acrosome. Finally, it have been shown that the increase of boar sperm mitochondria activity during IVC and the first minutes of IVAR is instrumental to perform the sperm function changes associated with these processes. Furthermore, the increase in mitochondria activity is originated in concrete nucleation points at the midpiece. Finally, actin and mitofusin-2 play important roles in the modulation of boar sperm mitochondria function, both by originating changes in the protein membrane environment and by changes in the mitochondrial structure by itself.

El presente trabajo se centra en el estudio de algunos aspectos de la agresividad del perro y del gato. El estudio de la agresividad canina y felina es importante por varios motivos. En primer lugar, los problemas de agresividad del perro y del gato son muy frecuentes y, al menos en los centros de referencia, son el principal problema de comportamiento. La agresividad del perro y del gato también es importante, porque constituye una de las principales causas de eutanasia y abandono de perros y gatos sanos. A las razones citadas anteriormente debemos añadir que la mayoría de los problemas de agresividad afectan negativamente al bienestar del animal ya que estimulan los centros nerviosos responsables del castigo, es decir, generan un estado afectivo negativo y, además, van acompañadas de una respuesta de estrés. El primer objetivo del trabajo era estudiar la epidemiología de los problemas de comportamiento del gato, incluyendo su prevalencia y los factores de riesgo relativos a la raza, sexo, estado reproductor, procedencia, acceso al exterior y número de gatos que conviven en un mismo domicilio. En este sentido se obtuvo que los problemas de agresividad y los problemas de eliminación inadecuada suponen la mayoría de las consultas de etología clínica felina recibidas en el Servicio de Etología de la Fundació Hospital Clínic Veterinari. Los problemas de agresividad entre gatos son más frecuentes que los problemas de agresividad hacia las personas. En relación a los problemas de agresividad hacia las personas, los miembros de la familia son el blanco más frecuente. Dentro de la categoría de problemas de eliminación inadecuada, los más frecuentes son los de micción inadecuada, seguidos por los problemas que afectan tanto a la micción como a la defecación y finalmente por los que afectan a la defecación. Los gatos de raza Persa presentan significativamente más problemas de eliminación inadecuada que las otras razas. En la categoría de problemas de agresividad, los dos diagnósticos más comunes son la agresividad por falta de tolerancia a la manipulación y la agresividad por juego. En la categoría de problemas de eliminación inadecuada, el diagnóstico más común son los problemas de aversión a la bandeja. Estos resultados indican que el desconocimiento de los propietarios acerca del comportamiento normal del gato contribuye en muy buena medida al desarrollo de problemas de comportamiento en esta especie. Según la base de datos del Servicio de Etología, los gatos que proceden de tiendas, que no tienen acceso al exterior y que no conviven con otros gatos, presentan significativamente más problemas de comportamiento. El primero de estos resultados sugiere que una socialización deficiente es un factor importante en el desarrollo de los problemas de comportamiento del gato. Las gatas no castradas presentan más problemas de agresividad que las castradas. No hay diferencias entre machos y hembras en la prevalencia de problemas de comportamiento. Estos resultados indican que los factores hormonales desempeñan un papel diferente en la agresividad del gato y la del perro. El segundo objetivo del trabajo era estudiar el estímulo desencadenante, el blanco alternativo, la postura corporal y los factores de riesgo de la agresividad redirigida del gato. Según nuestra base de datos, el 9% de los casos de comportamiento agresivo del gato analizados son compatibles con un diagnóstico de agresividad redirigida. Los sonidos intensos y las interacciones con otros gatos son los detonantes más comunes. Los propietarios y otros gatos de la vivienda son los blancos alternativos más frecuentes. En la mayoría de episodios de agresividad redirigida el gato adopta una postura defensiva. Los gatos que muestran agresividad redirigida no suelen tener acceso al exterior y presentan frecuentemente fobia a los ruidos. Estos resultados sugieren que el mecanismo responsable de la agresividad redirigida del gato está relacionado con la respuesta de miedo y estrés. El tercer objetivo era estudiar la epidemiología del comportamiento agresivo de los perros de raza Cocker Spaniel Inglés, incluyendo su prevalencia y los factores de riesgo relativos al sexo, estado reproductor, procedencia y color de la capa. Según la base de datos del Servicio de Etología de la Fundació Hospital Clínic Veterinari, el Cocker Spaniel Inglés es la raza que presenta más problemas de agresividad. La agresividad hacia la familia es el problema que se presenta con más frecuencia en esta raza. Los machos presentan significativamente más problemas de agresividad que las hembras y los individuos de capa dorada presentan más problemas de agresividad que los individuos de otras capas. Este último resultado sugiere que el Cocker Spaniel Inglés es un buen modelo para estudiar la relación entre el color de la capa y el temperamento en los animales. El cuarto objetivo era caracterizar el comportamiento agresivo del Cocker Spaniel Inglés para determinar si esta raza presenta una mayor frecuencia de agresividad impulsiva que otras razas de perros. Al comparar una población de perros de raza Cocker Spaniel Inglés con una población de perros de otras razas, ambas con problemas de agresividad, se observa que la impulsividad es una característica más frecuente en la población de Cockers El quinto objetivo era determinar la concentración sérica de serotonina en perros agresivos de raza Cocker Spaniel Inglés como posible mecanismo responsable de la impulsividad en la conducta agresiva de esta raza. La concentración sérica de serotonina es inferior en perros agresivos de raza Cocker Spaniel Inglés que en perros agresivos de otras razas. Los dos resultados anteriores indican que el Cocker Spaniel Inglés podría ser un buen modelo para estudiar los mecanismos fisiológicos responsables de la impulsividad. / The present work is focused in the study of canine and feline aggression. The study of canine and feline aggression is important for several reasons. First, these problems are very common, and at least in referral behavior services, they are the main owner’s complaint. The canine and feline aggression is also important because represents one of the main causes of euthanasia and relinquishment of healthy dogs and cats. Moreover, the majority of aggression problems could affect the animal’s well-being since there is evidence that aggressive behavior may involve a stress response. The first objective was to study the epidemiology of feline behaviour problems, including their prevalence and the risk factors related to the breed, sex, neutered status, origin of the cat, the possibility to go outside and the number of cats that live in the same household. According to the results, the aggressive and elimination problems represent the majority of feline cases attended to the Animal Behaviour Services at the Barcelona School of Veterinary Medicine. The intercat aggression problems are more frequent that the aggression towards people. In relation to the aggression towards people, the family members are the most common target. In the category of elimination problems, most of the elimination cases involved urination, followed by urination and defecation, and defecation. Persian cats showed elimination problems out the litter box more frequently than other breeds. The most frequent diagnosis is litterbox aversion. In the category of aggression problems, most cases meet the criteria of play related aggression and petting related aggression. These results point out that the lack of knowledge of the owners about the normal behaviour contributes to the development of some of behavior problems in this specie. According the caseload of Animal Behaviour Services, cats purchased from petshops, without access to the outside, and living alone, show more behavior problems. First result suggests that an inadequate socialization may be an important factor in the development of feline behaviours problems. The intact females show more aggression problems that neutered ones. In relation to the prevalence of behavior problems, there are no differences between males and females. These results suggest that the hormones may play a different role in the canine and feline aggression. The second objective was to identify inciting causes, alternative targets, and risk factors associated with redirected aggression in cats. According our caseload, 9% of the aggressive cases are reported to have displayed behaviour compatible with redirected aggression. The most common inciting stimuli are loud noises followed by interactions with other cats. The most commonly reported alternative target is the owner, followed by another cat living in the same household. In the majority of episodes, the owner describes a defensive posture. Cats with redirected aggression are significantly more likely to have sound phobia and less likely to be outdoor. These results suggest that the physiologic and functional bases of redirected aggression may be related to fear and stress. The third objective was to study the aggressive behavior of English cocker spaniel (ECS) presented for aggression problems to the Animal Behaviour Services at the Barcelona School of Veterinary Medicine, including the prevalence and the risk factors related to the sex, neutering status, source from which the dog was obtained and coat color. According our caseload, English cocker spaniel is the breed that shows more aggression problems. Owner directed aggression is the most commonly reported problem in this breed. Males show more frequently aggression problems than females, and the golden coat cockers show are more common in the group of aggressive ECS than in the group of non-aggressive ECS. This result suggests that this breed coud be a good model to understand the relationship between the coat colour and the behavior of the animals. The fourth objective was to find out if this breed shows more frequently impulsiveness than other breeds. A population of aggressive ECS was compare with a population of aggressive dogs of other breeds. ECSs show impulsiveness more frequently than other breeds. The fifth objective was to analyze possible differences in serum serotonin levels between aggressive ECSs and aggressive dogs of other breeds as a mechanism to understand the impulsiveness. ECSs have lower levels of serum serotonin than aggressive dogs of other breeds. The last two results suggest that the ECS may be a good model to study the physiologic mechanisms underlying impulsiveness.

Aunque la transmisión del virus de la lengua azul (VLA) aparentemente se interrumpe durante el invierno, los brotes a menudo reaparecen en la siguiente temporada. Para evaluar la probabilidad de que el VLA sobreviva al invierno a través de la persistencia en vectores adultos, hospedadores o una combinación de ambos, se desarrolló un modelo de evaluación del riesgo estocástico. Además, el modelo permite evaluar el papel que juega el número residual de vectores presentes durante el invierno, y el papel desempeñado por los Culicoides con comportamiento endofílico. El modelo se aplicó a un escenario real, la persistencia del VLA en Alemania entre 2006 y 2007. Los resultados mostraron que la presencia de vectores durante el invierno permitiría la transmisión durante este periodo, y que mientras que la transmisión se vería favorecida por el comportamiento endofílico, su efecto era limitado. A pesar de que la transmisión por los mecanismos estudiados era posible, la probabilidad parecía demasiado baja para explicar la reaparición de la enfermedad observada en Alemania. Las redes de transporte y comercio continúan expandiéndose, y una consecuencia importante es la importación de patógenos transmitidos por vectores. Un aspecto importante de la epidemiología de la lengua azul (LA) es la posibilidad de que Culicoides infectados sean introducidos a través de redes de transporte y comerciales. Por tanto, se desarrolló un modelo estocástico de evaluación de riesgos para calcular la probabilidad de aparición de un brote de lengua azul, por introducción de Culicoides a través de estas redes. El modelo se aplicó al riesgo de una epidemia del serotipo 8 en España en 2007 por el transporte de Culicoides desde los países afectados del norte de Europa, independientemente del mecanismo de introducción del vector. El riesgo anual ponderado parecía ser bajo (entre 3.2x10-7 y 6.4x10-12), aunque había grandes diferencias dependiendo del país de origen, con las probabilidades más elevadas desde Bélgica, Holanda, Alemania y Francia. Para que este mecanismo supusiera un riesgo significativo para los países libres, el número de vectores transportados tendría que ser elevado. La hipótesis de que los toros infectados pueden excretar virus a través de su esperma dio lugar a restricciones en el comercio internacional de semen y al establecimiento de medidas preventivas. Sin embargo, ni el riesgo de transmisión de LA por el semen, ni la eficacia de estas medidas se han evaluado cuantitativamente. El objetivo del estudio fue calcular por medio de un modelo estocástico, en caso de introducción de la LA en un centro de recogida de semen bovino (CRS), tanto el riesgo de transmisión del VLA a través de semen de bovino, como la reducción de dicho riesgo por aplicación de medidas preventivas. El modelo se aplicó a diferentes escenarios, dependiendo por ejemplo del tipo de prueba diagnóstica empleada, el intervalo entre los controles de los toros donantes, o la tasa de dispersión del VLA dentro del CRS. Los controles cada 60 días por ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA) parece ser un método poco eficaz para reducir el riesgo de transmisión por semen en comparación con la reacción en cadena de polimerasa (PCR) cada 28 días. Un aumento en la tasa de propagación del VLA dentro del CRS reduce el riesgo de transmisión por el semen. El almacenamiento de semen por 30 días antes de su distribución parece ser eficaz para reducir el riesgo de transmisión. El análisis de sensibilidad identificó la probabilidad de excreción del VLA en semen como un parámetro crucial. Sin embargo, existe un alto grado de incertidumbre asociado a este parámetro, con diferencias significativas en función del serotipo del virus. / Even though bluetongue virus (BTV) transmission is apparently interrupted during winter, bluetongue outbreaks often reappear in the next season (overwintering). In order to assess the probability of BTV overwintering by persistence in adult vectors, ruminants (through prolonged viraemia) or a combination of both, a quantitative risk assessment model was developed. Furthermore, the model allowed the role played by the residual number of vectors present during winter to be examined, and the effect of a proportion of Culicoides living inside buildings (endophilic behaviour) to be explored. The model was then applied to a real scenario: overwintering in Germany between 2006 and 2007. The results showed that the limited number of vectors active during winter seemed to allow the transmission of BTV during this period, and that while transmission was favoured by the endophilic behaviour of some Culicoides, its effect was limited. Even though transmission was possible, the likelihood of BTV overwintering by the mechanisms studied seemed too low to explain the observed re-emergence of the disease. Transport and trade networks continue to expand, and one important consequences of this expansion is vector-borne pathogen importation. One important aspect of BT epidemiology is the potential for movement of infected adults Culicoides via local and global transportation networks. Therefore, a stochastic risk assessment model was constructed to assess the probability of development of a BTV outbreak as a consequence of the introduction of infected Culicoides via transport and trade networks. The model was applied to calculate the risk of a BTV-8 epidemic in Spain in 2007 as the consequence of the transport of a Culicoides from the affected Northern European countries, regardless of the mechanism by which the midge was introduced. The weighted annual risk by transportation of a single Culicoides from the affected Northern European countries seemed to be low (between 3.2x10-7 and 6.4x10-12) although there were major differences among countries, with the highest risks by Culicoides imported from Belgium, the Netherlands, Germany and France. For this mechanism to pose a significant risk to BTV-free countries, large number of vectors would have to be transported. The hypothesis that infected bulls could excrete BTV in their semen led to restrictions on international trade of ruminant semen and the establishment of measures to prevent BTV transmission by semen. However, neither the risk of BTV transmission by semen nor the effectiveness of these measures was estimated quantitatively. The objective of the study was to assess, in case of introduction of BTV into a bovine semen collection centre (SCC), both the risk of BTV transmission by bovine semen and the risk reduction achieved by the preventive measures available, by means of a stochastic risk assessment model. The model was applied to different scenarios, depending on for example the type of diagnostic test and the interval between the controls of donor bulls, or the rate of BTV spread within the SCC. Enzyme-linked immunosorbant assay (ELISA) controls of donor bulls every 60 days seemed to be an ineffective method for reducing the risk of BTV transmission in contrast to polymerase chain reaction (PCR) tests every 28 days. An increase in the rate of spread within the SCC resulted in a reduced risk of BTV transmission by semen. The storage of semen for 30 days prior to dispatch seemed to be an efficient way of reducing the risk of transmission by semen. The sensitivity analysis identified the probability of BTV shedding in semen as a crucial parameter in the probability of BTV transmission by semen. However, there is a great degree of uncertainty associated with this parameter, with significant differences depending on the BTV serotype.

Esta tesis cubre diferentes aspectos de los invertebrados marinos bentónicos de la Antártida. Se trata de una tesis multidisciplinar presentada en formato artículos en la que se hacen las siguientes aportaciones: (i) por un lado se hace una revisión de los productos naturales de origen animal y vegetal descritos hasta Mayo de 2007 en las aguas de la Antártida. En dicha revisión se hace especial énfasis en el papel que juegan los productos naturales en el contexto de su ecosistema; (ii) se aportan también datos sobre experimentos de repelencia alimentaria en los que se utilizaron extractos lipofílicos de invertebrados bentónicos de 2 zonas muy poco estudiadas (este del Mar de Weddell e Isla de Bouvet). En dichos experimentos, que se llevaron a cabo utilizando depredadores simpátricos, se ha demostrado que algo más de la mitad de los invertebrados testados poseen defensas químicas que los defienden frente a posibles depredadores. En algunos de estos casos las defensas químicas parecen localizarse en las partes más expuestas/vulnerables de los organismos testados; (iii) uno de los artículos de esta tesis confirma el potencial antitumoral que tienen los invertebrados marinos bentónicos antárticos y sub-antárticos. Se trata del estudio antitumoral más grande que jamás se haya hecho en este área con resultados muy prometedores para phyla como Chordata, Porifera y Cnidaria, entre otros; (iv) por último se describen un total de 4 nuevas especies de anélidos poliquetos de las aguas someras de la Antártida. Dichos organismos pertenecientes a las familias Cirratulidae (1 especie del género Cirratulus), Dorvilleidae (2 especies del género Ophryotrocha) y Siboglinidae (1 especie del género Osedax), fueron descritos a partir de huesos de ballena colocados experimentalmente en las aguas de Isla Decepción (Islas Shetland del Sur). Estos hallazgos confirman la importancia que los huesos de ballena pueden tener en el contexto de las aguas de poca profundidad de la Antártida. / The Thesis entitled “Antarctic marine benthic invertebrates: chemical ecology, bioactivity and biodiversity" covers different aspects related to Antarctic marine benthic invertebrates. This is a multidisciplinar thesis comprising several scientific papers making the following contributions: (i) on the one hand it revises the described Antarctic marine natural products derived from animals and algae up to May 2007. In this revision, special emphasis is given to the role that these natural products play in their ecosystem; (ii) this thesis also provides data from feeding repellent experiments using lipophilic extracts from benthic invertebrates from two poorly known areas (eastern Weddell Sea and Bouvet Island). These experiments, carried out using sympatric predators, showed that more than half of the invertebrates tested possess chemical defenses against possible predators. In some of the cases, these defenses seem to be located in the most exposed/vulnerable parts of the organisms; (iii) one of the papers included in this thesis confirms that marine benthic invertebrates from Antarctic and sub-Antarctic waters have an interesting antitumoral potential. This work is the largest carried out in the area with very promising results for phyla such as Chordata, Porifera, and Cnidaria, among others; (iv) finally, this thesis comprises the description of 4 new species of annelid polychaetes from the Antarctic waters. These organisms belong to the families Cirratulidae (1 species from the genus Cirratulus), Dorvilleidae (2 species from the genus Ophryotrocha) and Siboglinidae (1 species from the genus Osedax), which were described from whale bones experimentally deployed in Deception Island (South Shetland Islands). These findings confirm the importance that whale bones may have in the Antarctic shallow-waters context.