L'agricultura urbana està florint al voltant de les ciutats del món desenvolupat com a resposta a l’augment de població urbana, la creixent conscienciació ambiental entorn el sistema industrial d'aliments i la necessitat d'abordar problemàtiques socials. Aquests nous sistemes de producció local d’aliments tenen com a objectiu desenvolupar models sostenibles que restableixin les relacions entre productors i consumidors, alhora que impulsen les economies locals i redueixen el transport associat als aliments. D'altra banda, la recent crisi financera i l'expansió dels espais abandonats a les ciutats han revitalitzat els projectes d’agricultura urbana, no només a nivell d'autogestió (és a dir, de forma comunitària o privada), sinó també a nivell comercial. En particular, els nous professionals i els agricultors urbans han trobat en els terrats de la ciutat un espai buit on situar la producció d'aliments, donant lloc al desenvolupament de l'agricultura urbana en coberta. Conseqüentment, granges, hivernacles i jardins han colonitzat les cobertes dels edificis. No obstant, manca una avaluació específica de la potencial implementació i el perfil de sostenibilitat de les diferents formes d’agricultura urbana en coberta, tècniques de cultiu i cultius. En aquest context, la present tesi tracta de respondre a dues preguntes d'investigació "Quin és el potencial de l'agricultura urbana en coberta en termes qualitatius i quantitatius?" i "Quins són els impactes ambientals i els costos econòmics de les diferents formes d’agricultura urbana en coberta?". Amb aquest objectiu, es proposa un marc metodològic i s'analitzen tres casos d'estudi que són experiències pilot de diferents formes d'agricultura urbana en coberta. La producció d'aliments a les ciutats és un sistema complex que implica diversos actors socials, té múltiples escales i afecta les tres dimensions de la sostenibilitat (medi ambient, economia, societat). Per tant, una avaluació exhaustiva ha de combinar diferents disciplines per abordar aquests temes. Aquesta tesi segueix un marc interdisciplinari que inclou (a) investigació qualitativa, per aprofundir en les percepcions dels diferents actors socials relacionats amb l’agricultura urbana i l’agricultura en coberta; (b) sistemes d'informació geogràfica (SIG), per identificar i quantificar les cobertes disponibles i viables per a la implementació de l'agricultura en coberta; (c) l'anàlisi de cicle de vida (ACV), per quantificar les càrregues ambientals dels sistemes d’agricultura en coberta; i (d) l'anàlisi de costos de cicle de vida (ACCV), per quantificar els costos econòmics de l’agricultura en coberta. Aquest marc metodològic permet avaluar l’agricultura urbana en coberta des de l'escala ciutat (per exemple, perspectiva de planificació) a l'escala del sistema (per exemple, productes alimentaris). Una anàlisi de la percepció dels diversos actors socials a través d'entrevistes qualitatives va desvetllar que el desenvolupament de l'agricultura en coberta a Barcelona s'enfronta actualment a algunes limitacions, principalment a causa de la manca de suport d’alguns actors. Les principals barreres per al suport a l'agricultura urbana en coberta són la manca d'una definició comuna de l'agricultura urbana, l'origen específic de l’agricultura urbana a Barcelona i la seva morfologia urbana i la limitada acceptació social d'algunes tècniques de producció d'aliments. No obstant això, els actors socials valoren els beneficis sostenibles (és a dir, ambiental, econòmica i social) vinculada a l'agricultura urbana en coberta, en particular en el context del desenvolupament d'una economia verda local. En termes quantitatius, l'agricultura urbana en coberta mostra un gran potencial per augmentar l’actual producció local d’aliments i reduir les càrregues ambientals del flux d’aliments de la ciutat. Un conjunt de criteris múltiples és necessari per identificar els sostres tècnica i econòmicament viables per a la implementació d'hivernacles en coberta comercials (és a dir, la disponibilitat d'espai, la llum solar, la resistència i la pendent, i els requisits legals i de planificació). Els parcs comercials mostren un major potencial a curt termini (53-98%) que els parcs industrials (8%), a causa d'una arquitectura més resistent, encara que els parcs industrials són de gran interès per a un pla d’implementació d’agricultura urbana en coberta a gran escala a causa de la seva àrea extensa. La potencial aplicació d’hivernacles en coberta integrats, els quals aprofiten els fluxos residuals de l'edifici (és a dir, la calor i CO2 residuals, aigua de pluja), és una forma innovadora d'agricultura en coberta. Els beneficis d’aquests sistemes varien en les regions càlides (per exemple, el Mediterrani), on la producció passiva en hivernacle es pot realitzar, i les regions fredes (per exemple, Països Baixos), on els hivernacles requereixen calefacció. La preferència entre les regions per a l'aplicació d’hivernacles integrats es basa, per tant, en si l’objectiu és augmentar la producció d'aliments (en zones càlides, la productivitat pot augmentar) o reduir les càrregues ambientals (és a dir, en zones fredes, el consum d’energia per calefacció es pot substituir). Des d'una perspectiva de cicle de vida, l’hivernacle en coberta del rooftop greenhouse lab (RTG-Lab) (Bellaterra, Espanya), el jardí comunitari en coberta de Via Gandusio (Bolonya, Itàlia) i un jardí privat en coberta al centre de Barcelona (Espanya) són analitzats. L’agricultura urbana en coberta pot esdevenir una opció ecològica per desenvolupar l'agricultura urbana i els sistemes alimentaris locals a les ciutats. No obstant això, els resultats depenen de la forma d’agricultura en coberta, el tipus de cultiu i el sistema de cultiu. Els projectes pilot avaluats en aquesta tesis mostren unes primeres tendències, que permeten llistar recomanacions per al desenvolupament de l'agricultura en coberta. Pel que fa a la producció d'aliments en hivernacles en coberta, el propi hivernacle és el principal element en els impactes ambientals (41,0-79,5%) i els cost econòmic (64%), com en l'agricultura convencional. Tot i que un hivernacle en coberta té una majors impactes ambientals (entre 17 i 75%) que un hivernacle convencional, la producció de tomàquet en el RTG-Lab a Barcelona va resultar tenir un menor impacte ambientals que un hivernacle convencional, no només en finalitzar la producció (entre 9 i 26% menor) sinó també quan arriba al consumidor (entre 33 i 42% menor). En quant al cost econòmic, tot i que la producció de tomàquets en coberta resulta un 21% més cara, quan es considera tota la cadena de subministrament convencional, es posa de manifest la competitivitat dels hivernacles en coberta com a sistemes de producció local. Pel que fa als jardins en coberta, els consums del cultiu (és a dir, aigua, fertilitzants, energia) tenen el paper més rellevant. El jardí comunitari en coberta empra elements reutilitzats en el seu disseny (per exemple, pallets) i el reg va ser l'etapa més impactant (60-75%). En el jardí privat en coberta, la fertirrigació (entre 33 i 46%) i l'estructura del jardí (entre el 28 i el 35%) van ser els principals contribuents al impacte ambiental. La recol·lecció d'aigua de pluja per al subministrament de la demanda d'aigua dels cultius i la integració d'elements reutilitzats en les estructures de cultiu podria augmentar la sostenibilitat dels jardins en disminuir el consum de recursos del sistema. La comparació de les diferents tècniques de cultiu en el cas d’estudi comunitari va destacar la major eco-eficiència de la producció en sòl, en comparació amb les tècniques hidropòniques (és a dir, la tècnica de pel·lícula de nutrients, sistema flotant). L'avaluació dels diferents cultius va mostrar el mateix patró en els jardins en coberta comunitari i privat. Els cultius amb fruit (per exemple, el tomàquet) tenen uns impactes ambientals més baixos que els cultius de fula (per exemple, el enciam), ja que les productivitats són més altes. No obstant això, aquestes formes d'agricultura en coberta realitzen policultiu, el disseny del qual està habitualment orientat a les hortalisses de fruit, donant lloc a una densitat de plantació més baixa de la que es pot realitzar per cultius de fulla. Un disseny millorat, que dividís el jardí segons cultiu, podria millorar i equilibrar aquestes divergències entre els tipus de cultiu. Aquesta tesi contribueix a la comprensió del procés de desenvolupament d’una agricultura urbana i agricultura urbana en coberta competitiva i sostenible a les ciutats dels països desenvolupats mitjançant l’avenç d'aspectes metodològics i la generació de noves dades sobre el tema. Els mètodes i resultats amplien el coneixement i la comprensió de l'agricultura en coberta, l'agricultura urbana i la producció local d'aliments per tal de donar suport als processos de presa de decisions en el disseny i desenvolupament de futurs projectes d'agricultura en coberta. Futures investigacions haurien de centrar-se en l'avaluació de les percepcions dels actors socials a altres ciutats, focalitzant en aspectes específics com l'acceptació social; en quantificar el potencial de l'agricultura en coberta d’altres àrees urbanes i ciutats; i en avaluar més casos d’estudi i formes d’agricultura urbana en coberta des d'una perspectiva de sostenibilitat, fent especial èmfasi en la integració dels aspectes socials. / La agricultura urbana está floreciendo en las ciudades de países desarrollados como respuesta al aumento de población urbana, la creciente concienciación ambiental sobre el sistema industrial alimentario i la necesidad de resolver ciertas problemáticas sociales. Estos nuevos sistemas de producción local de alimentos tienen como objetivo desarrollar modelos sostenibles que restablezcan las relaciones entre productores y consumidores, a la vez que impulsan las economías locales y reducen el transporte asociado a los alimentos. Por otro lado, la reciente crisis económica y la expansión de espacios abandonados en las ciudades ha revitalizado los proyectos de agricultura urbana, no sólo a nivel de autogestión (comunitario, privado) sino también a nivel comercial. En particular, los nuevos profesionales y agricultores urbanos han encontrado en las terrazas y cubiertas de la ciudad un espacio vacío donde situar la producción de alimentos, dando lugar al desarrollo de la agricultura urbana en cubierta. Consecuentemente, granjas, invernaderos y jardines han colonizado las cubiertas de los edificios. No obstante, una evaluación específica de la potencial implementación y el perfil de sostenibilidad de las diferentes formas de agricultura urbana en cubierta. En este contexto, la presente tesis trata de responder a dos preguntas de investigación: “¿Cuál es el potencial de la agricultura urbana en cubierta en términos cualitativos y cuantitativos?” y “¿Cuáles son los impactos ambientales y los costes económicos de las diferentes formas de agricultura urbana en cubierta?”. Con este objetivo, se propone un marco metodológico y se analizan tres casos de estudio que son pruebas piloto de diferentes formas de agricultura urbana en cubierta. La producción de alimentos en ciudades es un sistema complejo que implica varios actores sociales, tiene múltiples escalas y afecta a las tres dimensiones de la sostenibilidad (medio ambiente, economía y sociedad). Por lo tanto, una evaluación exhaustiva debe combinar varias disciplinas para abordar estos sistemas. Esta tesis sigue un marco interdisciplinar que incluye (a) investigación cualitativa, para profundizar en las percepciones de los diferentes actores sociales relacionados con la agricultura urbana y la agricultura urbana en cubierta; (b) sistemas de información geográfica (SIG), para identificar y cuantificar las cubiertas disponibles y viables para la implementación de la agricultura en cubierta; (c) el análisis de ciclo de vida (ACV), para la cuantificación de los impactos ambientales de los sistemas de agricultura en cubierta; y (d) el análisis de costes de ciclo de vida (ACCV), para cuantificar los costes económicos de la agricultura en cubierta. Este marco metodológico permite evaluar la agricultura urbana en cubierta des de la escala ciudad (por ejemplo, des de la perspectiva de planeamiento) a la escala sistema (por ejemplo, producto alimentario). Un análisis de las percepciones de los distintos actores sociales a través de entrevistas cualitativas desveló que el desarrollo de la agricultura urbana en cubierta en Barcelona se enfrenta actualmente a ciertas limitaciones, principalmente a causa de la falta de apoyo de algunos actores. Las principales barreras son la falta de una definición común de agricultura urbana, el origen específico de la agricultura urbana en Barcelona y su morfología urbana, y la limitada aceptación social de algunas técnicas de cultivo. No obstante, los actores sociales valoran los beneficios sostenibles (ambientales, económicos y sociales) vinculados a la agricultura urbana en cubierta, en particular en el contexto del desarrollo de una economía verde local. En términos cuantitativos, la agricultura urbana en cubierta muestra un gran potencial para aumentar la actual producción local de alimentos y reducir las cargas ambientales del flujo de alimentos de la ciudad. Un conjunto de criterios es necesario para identificar las cubiertas técnica y económicamente viables para la implementación de invernaderos en cubierta comerciales: la disponibilidad de espacio, la luz solar, la resistencia y la pendiente, y los requisitos legales y de planificación. Los parques comerciales muestran un mayor potencial a corto plazo (53 a 98%) que los parques industriales (8%), debido a una arquitectura más resistente, aunque los parques industriales son de gran interés para un plan de implementación de agricultura urbana en cubierta a gran escala debido a su extensa área. La potencial implementación de invernaderos en cubierta integrados, los cuales aprovechan los flujos residuales del edificio (es decir, el calor y CO2 residuales, agua de lluvia), es una forma innovadora de agricultura en cubierta. Los beneficios de estos sistemas varían en las regiones cálidas (por ejemplo, el Mediterráneo), donde la producción pasiva en invernaderos se puede realizar, y las regiones frías (por ejemplo, Países Bajos), donde los invernaderos requieren calefacción. La preferencia entre las regiones para la implementación de invernaderos integrados se basa, por tanto, en si el objetivo es aumentar la producción de alimentos (en zonas cálidas, la productividad puede aumentar) o reducir las cargas ambientales (es decir, en zonas frías, el consumo de energía para calefacción se puede sustituir). Desde una perspectiva de ciclo de vida, la tesis analiza el invernadero en cubierta del Rooftop Greenhouse lab (RTG-Lab) (Bellaterra, España), el jardín comunitario en cubierta de Vía Gandusio (Bolonia, Italia) y un jardín privado en cubierta en el centro de Barcelona (España). La agricultura urbana en cubierta puede ser una opción sostenible para desarrollar la agricultura urbana y los sistemas alimentarios locales en las ciudades. Sin embargo, los resultados dependen de la forma de agricultura en cubierta, el tipo de cultivo y el sistema de cultivo. Los proyectos piloto evaluados en esta tesis muestran unas primeras tendencias, que permiten listar recomendaciones para el desarrollo de la agricultura en cubierta. En cuanto a la producción de alimentos en invernaderos en cubierta, el propio invernadero es el principal elemento en los impactos ambientales (41,0-79,5%) y el coste económico (64%), como en la agricultura convencional. Aunque un invernadero en cubierta tiene mayores impactos ambientales (entre 17 y 75%) que un invernadero convencional, la producción de tomate en el RTG-Lab en Barcelona resultó tener menores impactos ambientales que un invernadero convencional, no sólo en finalizar la producción (entre 9 y 26% menor) sino también cuando llega al consumidor (entre 33 y 42% menor). En cuanto al coste económico, pese a que la producción de tomates en cubierta resulta un 21% más cara, cuando se considera toda la cadena de suministro convencional, se pone de manifiesto la competitividad de los invernaderos en cubierta como sistemas de producción local. En cuanto a los jardines en cubierta, los consumos del cultivo (es decir, agua, fertilizantes, energía) tienen el papel más relevante. El jardín comunitario en cubierta emplea elementos reutilizados en su diseño (por ejemplo, pallets) y el riego fue la etapa más impactante (60-75%). En el jardín privado en cubierta, la fertirrigación (entre 33 y 46%) y la estructura del jardín (entre el 28 y el 35%) fueron los principales contribuyentes al impacto ambiental. La recolección de agua de lluvia para el suministro de la demanda de agua de los cultivos y la integración de elementos reutilizados en las estructuras de cultivo podrían aumentar la sostenibilidad de los jardines al disminuir el consumo de recursos del sistema. La comparación de las diferentes técnicas de cultivo en el caso de estudio comunitario destacó la mayor eco-eficiencia de la producción en suelo, en comparación con las técnicas hidropónicas (es decir, la técnica de película de nutrientes, sistema flotante). La evaluación de los diferentes cultivos mostró el mismo patrón en los jardines en cubierta comunitario y privado. Los cultivos con fruto (por ejemplo, el tomate) tienen unos impactos ambientales más bajos que los cultivos de hoja (por ejemplo, la lechuga), ya que las productividades son más altas. Sin embargo, estas formas de agricultura en cubierta realizan policultivo, cuyo diseño está habitualmente orientado a las hortalizas de fruto dando lugar a una densidad de plantación más baja de la que se puede realizar para cultivos de hoja. Un diseño mejorado, que divide el jardín según cultivos, podría mejorar y equilibrar estas divergencias entre los tipos de cultivo. Esta tesis contribuye a la comprensión del proceso de desarrollo de una agricultura urbana y agricultura urbana en cubierta competitiva y sostenible en las ciudades de los países desarrollados mediante el avance en aspectos metodológicos y la generación de nuevos datos sobre el tema. Los métodos y resultados amplían el conocimiento y la comprensión de la agricultura en cubierta, la agricultura urbana y la producción local de alimentos para dar apoyo a los procesos de toma de decisiones en el diseño y desarrollo de futuros proyectos de agricultura en cubierta. Futuras investigaciones deberían centrarse en la evaluación de las percepciones de los actores sociales en otras ciudades, focalizando en aspectos específicos como la aceptación social; en cuantificar el potencial de la agricultura en cubierta de otras áreas urbanas y ciudades; y en evaluar más casos de estudio y formas de agricultura urbana en cubierta desde una perspectiva de sostenibilidad, haciendo especial énfasis en la integración de los aspectos sociales. / Urban agriculture (UA) is blooming around cities of the developed world as a response to the increasing urban population, the growing environmental awareness of the industrial food system and the need of addressing social gaps. These new local food systems aims to develop sustainable pathways that re-establish the relations between producers and consumers while boosting local economies and minimising food-miles. Furthermore, the recent financial crisis and the spread of vacant lands have revitalised UA projects, not only at the self-managed level (i.e., community, private) but also at the commercial one. In particular, UA practitioners and farmers have found in the roofs of the city a vacant space for placing food production leading to the development of urban rooftop farming (URF). Consequently, rooftop farms, rooftop greenhouses and rooftop gardens have colonized buildings. Nevertheless, specific assessment of the potential implementation and the sustainability performance of different URF forms, cultivation techniques and crops, are necessary. To address these gaps, this dissertation seeks to answer two main research questions “What is the potential of urban rooftop farming in qualitative and quantitative terms?” and “What are the environmental impacts and economic costs of urban rooftop farming systems?”. With this goal, a methodological framework is proposed and three case studies are analysed, which are pilot experiences of different forms of urban rooftop farming. Food production in cities is a complex system that involves several stakeholders, has multiple scales and affects the three dimensions of sustainability (environment, economy, society). Thus, a comprehensive assessment might combine different disciplines to approach such topic. This dissertation follows an interdisciplinary framework that includes (a) qualitative research, to deepen in the perceptions of the different stakeholders related to UA and URF; (b) geographic information systems (GIS), to identify and quantify the available and feasible roofs for implementing rooftop farming; (c) life cycle assessment (LCA), to quantify the environmental burdens of rooftop farming systems; and (d) life cycle costing (LCC), to quantify the economic costs of URF. This framework enables to approach URF from the city scale (e.g., planning perspective) to the system scale (e.g., food products). A stakeholders’ analysis through qualitative interviews unravelled that the development of rooftop farming in Barcelona is currently facing some limitations mainly due to a constrained support from some stakeholders. The main barriers to supporting urban rooftop farming are the lack of a common definition of urban agriculture, the specific origin of UA in Barcelona and its urban morphology and the limited social acceptance of some food production techniques. However, stakeholders valued the sustainability benefits (i.e., environmental, economic and social) linked to urban rooftop farming, particularly in the context of the development of a local green economy. In quantitative terms, urban rooftop farming shows a great potential for increasing the current local production and reducing the environmental burdens of the city’s “foodprint”. A multicriteria set is needed to identify the technically and economically feasible roofs for the implementation of commercial rooftop greenhouses (RTGs) (i.e., availability of space, sunlight, resistance and slope, and legal and planning requirements). Industrial parks and retail parks are here analysed and compared. Retail parks show a greater short-term potential (53-98%) than industrial parks (8%) due to a more resistant architecture, although industrial parks are of great interest for large-scale URF implementation plans due their extensive area. The potential implementation of integrated rooftop greenhouses (i-RTGs) which take advantage from the residual flows from the building (i.e., residual heat and CO2, rainwater) is an innovative way of rooftop farming. Benefits of i-RTGs vary in warm regions (e.g., Mediterranean), where unheated production can be performed, and cold regions (e.g., The Netherlands), where greenhouses requires heating. The preference between regions for implementing i-RTGs is based, thus, on whether the goal is increasing food production (i.e., higher crop yields in warm areas) or reducing environmental burdens (i.e., substitution of energy consumption for heating in cold areas). From a life cycle perspective, the rooftop greenhouse lab (RTG-Lab) (Bellaterra, Spain), the community rooftop garden in Via Gandusio (Bologna, Italy) and a private rooftop garden in the city centre of Barcelona (Spain) are analysed. URF can become an environmentally-friendly option for further develop urban agriculture and local food systems in cities. However, results depend on the type of rooftop farming, the crop and the growing system. The pilot projects assessed in this dissertation unravelled some trends and drawn some recommendations for the development of rooftop farming. Regarding food production in rooftop greenhouses, the greenhouse structure plays a major role in the environmental impacts and the economic costs (41.0-79.5%), as in conventional agriculture. Although the greenhouse structure of RTGs have greater environmental impacts than multi-tunnel greenhouses (between 17 and 75 %), tomatoes from an RTG in Barcelona are more environmentally-friendly not only at the production point (between 9 and 26% lower) but also at the consumer (between 33 and 42 % lower). Although tomato production results in 21% higher cost than conventional tomatoes, the consideration of the entire supply-chain highlights the competitiveness of RTGs as local food systems. Regarding rooftop gardens, crop inputs are the most contributing elements. The community garden employed re-used elements in their design (e.g., pallets) and irrigation was the most contributing stage (60-75%). In the private garden, fertirrigation (between 33 and 46%) and the structure of the garden (between 28 and 35%) (i.e., made of raw wood) were the main contributors. Rainwater harvesting for supplying the water demand of the crops and the integration of re-used elements in the cultivation structures might enhance the sustainability of gardens by decreasing the resources consumption of the system. The comparison of different growing techniques in the community garden highlighted the higher eco-efficiency of soil production, when compared to hydroponic techniques (i.e., nutrient film technique, floating system). The assessment of different crops showed the same pattern in the community and private rooftop gardens. Fruit vegetables have lower environmental burdens than leafy vegetables since they yield better. However, these rooftop farming forms perform polyculture, the design of which is commonly oriented to fruit vegetables, resulting in a low plant density for leafy vegetables. An improved design, which divides the garden, could then improve and balance these divergences among crop types. This dissertation contributes to the comprehension of the development process of competitive and sustainable urban agriculture and urban rooftop farming in cities of developed countries by developing methodological aspects and generating new data on the topic. The methods and results advance in the knowledge and understanding of rooftop farming, urban agriculture and local food in order to support decision-making processes in the design and development of future rooftop farming projects. Future research and strategies might focus on assessing the perceptions of stakeholders in other case studies, while focusing on specific aspects such as social acceptance; quantifying the potential of rooftop farming in other urban areas and cities; and assess more case studies and URF forms from a sustainability perspective, paying particular attention to the integration of the social aspects.

El planeamiento urbano empieza a estar fuertemente focalizado en la provisión de redes adecuadas de infraestructuras que estimulen el desarrollo de una movilidad sostenible. Sin embargo, la integración de criterios ambientales en el diseño y gestión de las infraestructuras necesarias para el sustento de la movilidad urbana es mínima. Teniendo en cuenta la enorme extensión y la creciente inversión global en el despliegue de nuevas infraestructuras urbanas para el sustento de la movilidad sostenible, la carga ambiental aportada al espacio público de las ciudades puede ser significativa. Esta tesis doctoral se centra en la caracterización del comportamiento ambiental del ciclo de vida de diseños convencionales de aceras de hormigón, asfalto y granito e instalaciones para la recarga de vehículos eléctricos de dos ruedas. Las aceras son pavimentos urbanos básicos implementados para el sustento de la actividad peatonal y ciclista como los modos de movilidad urbana más limpios. A su vez, las aceras son la matriz sobre la cual se distribuye un abanico diverso de elementos urbanos relacionados con el soporte de la movilidad sostenible. Las instalaciones para la recarga de vehículos eléctricos son un elemento urbano que se está implementando masivamente en las ciudades para promover la electrificación del parque de vehículos urbanos como una estrategia prometedora para reducir significativamente el consumo de petróleo y las emisiones contaminantes de la movilidad motorizada. A través de la aplicación de la metodología de Análisis del Ciclo de Vida se identifican los diseños ambientalmente más óptimos para reducir la carga ambiental aportada al espacio público y contribuir a incrementar el valor ambiental de promover la movilidad sostenible en las ciudades. Asimismo, la tesis busca identificar soluciones para mejorar el comportamiento ambiental de aquellos elementos que presentan un alto impacto con el fin de incrementar las ventajas ambientales alcanzadas en la escala urbana. Por un lado, se analiza desde una perspectiva de Ecología Industrial el potencial de producción limpia de losas de granito utilizadas en construcción. Por otro lado, se aplican principios de ecodiseño en la conceptualización de una eco-pergola (mobiliario urbano) que puede contribuir a sustentar una movilidad urbana multimodal (peatonal y bicicleta eléctrica). Como resultado del desarrollo de la tesis doctoral, se proveen inventarios completos y desagregados de los recursos movilizados (energía, agua y materiales) e impactos ambientales asociados a cada elemento objeto de estudio, se identifican puntos críticos y se definen una serie de criterios y buenas prácticas para la toma de decisiones que conlleven a optimizar el comportamiento del espacio público de las ciudades. / Urban planning starts to be heavily focused on the provision of adequate networks of urban infrastructures to stimulate a shift towards sustainable mobility in order to alleviate resource consumption and environmental impacts in cities. Nevertheless, the integration of life cycle environmental criteria in the design and management of the urban infrastructures required to support sustainable mobility is usually missing. Given the vast span and increasing global investment in the deployment of new infrastructure, the environmental burden imposed to the urban public space can be significant. This dissertation concentrates on the characterization of the life-cycle environmental performance of conventional designs of (concrete, asphalt and granite) sidewalks and charging facilities for electric vehicles (two-wheelers). Sidewalks are basic urban pavements implemented to support walking and cycling as the cleanest modes of urban mobility. Sidewalks also represent the matrix for the layout of different urban elements required to support sustainable mobility. Charging facilities for electric vehicles represent one urban element being heavily implemented in cities to encourage the electricification of the urban vehicle fleet as a promising strategy to cut oil consumption and pollutant emissions from motorized mobility. Life Cycle Assessment is applied in order to identify the most environmentally-friendly solutions and best practices to minimize the environmental burden imposed to the urban public space, thereby increasing the value of greening urban mobility. The dissertation also looks for solutions to improve the environmental performance of those product systems with high environmental footprint in order to achieve major environmental improvements at the urban scale. On the one hand, the potential for cleaner industrial production of granite tiles used in construction is analyzed from an Industrial Ecology approach (technological improvement, rainwater harvesting and by-product synergies). On the other hand, ecodesign principles are applied in the conceptualization of an eco-pergola (street furniture) that can contribute to support multimodal (pedestrian and e-bike) mobility. As a result, this dissertation provides complete and disaggregated inventory data of the mobilized resources (energy, water, materials) and environmental impacts of the life cycle of each product system, identifies the most relevant hot-spots for environmental improvement and defines a set of criteria and best-practices for sustainability-based decision-making to minimize the environmental burden of the urban public space.

Mycoplasma genitalium és una cèl·lula auto-replicant amb un genoma de mida petita que va ser desentrellat l’any 1995. En el present treball, dues proteïnes de M. genitalium, MG438 i MG200, potencialment implicades en la virulència del microorganisme i/o en processos patogènics, han estat objecte d’estudi, principalment des d’un punt de vista estructural. La proteïna MG438 correspon a una subunitat S d’un sistema de Restricció i Modificació (R-M) de tipus I. Aquestes subunitats estan involucrades en el reconeixement de seqüències de DNA en sistemes de R-M de tipus I. En M. genitalium, la MG438 apareix com una subunitat S orfe, suggerint que pot tenir altres funcions apart de la seva activitat específica en els complexes metiltransferasa (MTase) i endonucleasa (REase). L’estructura cristal·lina de MG438, la primera en ser resolta per a una subunitat S d’un sistema de R-M de tipus I, ha estat determinada usant el mètode de dispersió anòmala a múltiples longituds d’ona i refinada a una resolució de 2.3 Å. L’estructura consisteix en dos dominis globulars que consten cadascun d’ells d’uns 150 residus separats per un parell de llargues hèlices antiparal·leles d’uns 40 residus cadascuna que formen grans bobines levògires. Els dominis globulars corresponen als dominis de reconeixement de blancs (TRDs) mentre que les estructures tipus bobina corresponen respectivament a les regions conservades central (CR1) i C-terminal (CR2). A més, l’estructura de la MG438 presenta una topologia global cíclica amb un eix binari intra-subunitat que superposa les meitats N- i C-terminal de la molècula, cadascuna contenint un TRD i una CR. La ressemblança entre els TRDs i el domini petit de la TaqI MTase de tipus II, juntament amb la presència de la quasi simetria de la subunitat, va permetre proposar un model per al reconeixement dels DNAs objectiu. La comparació entre l’estructura de la MG438 i la d’una subunitat S pertanyent a l’arqueobacteri Methanococcus jannaschii, S.Mja, publicades pràcticament de manera simultània, posa en relleu les característiques estructurals conservades entre elles i al mateix temps, posa de manifest importants diferències en els TRDs i la seva disposició en relació als CRs. M. genitalium presenta un citoesquelet complex amb un orgànul terminal diferenciat que està implicat en l’adherència cel·lular i la motilitat. La MG200, localitzada en l’orgànul terminal, està directament implicada en la motilitat del micoplasma. La producció de la MG200 sencera va revelar que es comporta com un tetràmer en solució amb una gran tendència a agregar-se i una heterogeneïtat intrínseca que impedeix la seva cristal·lització. L’estructura cristal·lina de la EAGRb de la MG200 va ser resolta a una resolució de 2.9 Å pel mètode de dispersió anòmala d’una única longitud d’ona. Aquesta estructura és la primera peça d’informació estructural d’una proteïna de l’orgànul terminal. El domini presenta un nou plec que conté una simetria interna molt precisa que està relacionada amb una repetició de seqüència. La EAGRb forma un dímer, inclòs en la cel·la unitat del cristall, que és estabilitzat per un nucli hidrofòbic molt conservat. Algunes de les característiques del domini, tals com la seva plasticitat i la presència i organització dels eixos de simetria intra- i inter-subunitats, donen lloc a un desequilibri d’interaccions que suggereixen que la EARGb juga un paper important en les interaccions proteïna-proteïna. La informació sobre possibles estructures quaternàries de cadascun dels dominis de la proteïna MG200, juntament amb els estudis preliminars de microscòpia electrònica, van permetre proposar l’existència d’una simetria 222 (D2) per la proteïna MG200. Les particulars propietats dels dominis DnaJ i EAGRb podrien permetre la interacció amb altres components de l’orgànul terminal i resultar en la formació de les estructures supra-moleculars observades en l’orgànul terminal de cèl·lules de M. pneumoniae. / Mycoplasma genitalium is a self-replicating cell with a small genome size and just a small percentage of protein structures known, whose genome was completely unravelle in 1995. In the present work two M. genitalium proteins, MG438 and MG200, potentially implicated in the microorganism virulence and/or pathogenicity processes, were mainly studied from a structural point of view. The MG438 protein constitutes a type I Restriction-Modification (R-M) S subunit. These subunits are involved in the DNA sequence recognition in type I R-M systems. In M. genitalium, MG438 appears as an orphan S subunit suggesting it can have other functions rather than its regular activity in the methyltransferase (MTase) and restriction endonuclease (REase) complexes from type I R-M systems. The MG438 crystal structure, the first described from a type I R-M S subunit, was determined by the Multiple-wavelength Anomalous Dispersion method and refined at 2.3 Å resolution. The protein consists of two globular domains of about 150 residues each, separated by a pair of 40 residues long antiparallel α-helices, which form a left-handed super-coil. The globular domains correspond to the variable Target Recognition Domains (TRDs) while the coiled-coil structure correspond to the central (CR1) and C-terminal (CR2) Conserved Regions, respectively. Moreover, the MG438 structure presents an overall cyclic topology with an intra-subunit two-fold axis that superposes the N- and C-half parts of the molecule, each half containing a TRD and a CR. The straight structural resemblance found to exist between TRDs and the small domain of type II R-M N6-adenine DNA TaqI MTase, together with the presence of the intra-subunit quasi-symmetry in MG438, allowed the proposal of a model for the recognition of the target DNAs by the S subunits. The comparison between the MG438 structure and the almost simultaneously reported structure of an S subunit from the archae Methanococcus jannaschii, S.Mja, highlights the preserved structural features despite the low sequence identity. The comparison also reveals important differences in the TRDs and in their disposition with respect to the CRs. M. genitalium presents a complex cytoskeleton with a differentiated terminal organelle that is involved in cell adherence and motility. The MG200 multi-domain protein, thought to be localized in the terminal organelle, was found to be directly involved in mycoplasma motility. Production of the full-length MG200 protein revealed that it behaves as a tetramer in solution but also has a high tendency to aggregate and an intrinsic heterogeneity which prevents crystallization and, consequently, the X-ray crystal structure determination. The crystal structure of the EAGRb domain from the MG200 protein was solved to 2.9 Å resolution by the Single-wavelength Anomalous Dispersion method. This structure is the first piece of structural information from any terminal organelle protein. The domain presents an essentially new fold containing an accurate intra-domain symmetry, which relates with a sequence repeat. The EAGRb forms a dimer, contained in the crystal asymmetric unit, which is stabilized by a conserved hydrophobic core. Some of the domain features, such as its plasticity and the presence and organization of the intra- and inter-subunits symmetry axes, which result in the unbalance of interactions, strongly suggest a role for the EAGRb in protein-protein interactions. Information on the possible quaternary structures for each of the MG200 protein domains, together with preliminary single particle Electron Microscopy studies, allowed the proposal of a 222 (D2) symmetry for the full-length MG200 protein. The particular properties of the MG200 DnaJ and EAGRb domains could permit the interaction with other components of the terminal organelle and result in the formation of supra-molecular structures as the ones observed in the terminal organelles of M. pneumoniae cells.

Els compostos orgànics persistents (COPs) són contaminants ambientals globals. Molts d'ells foren sintetitzats per a salvar catàstrofes agrícoles i humanes i avançar tecnològicament, però posteriorment es descobrí que són compostos tòxics, estables, bioacumulables i que es poden transferir per via atmosfèrica a les zones més remotes del planeta degut a la seva volatilitat parcial. Aquesta última propietat físico-química els ha permès quedar retinguts en zones fredes del planeta com els llacs d'alta muntanya i conseqüentment afectar aquests ecosistemes remots. L'estudi dut a terme en aquesta memòria de tesi amplia el coneixement de l'impacte dels COPs en els llacs alpins d'Europa i àrtics de Grenlàndia mitjançant l'anàlisi de diversos teixits de les truites i dels organismes de la cadena tròfica. Les concentracions dels compostos organoclorats com els PCBs i els DDTs es troben dins el mateix ordre de magnitud que les observades en altres organismes d'aigües dolces. L'edat del peix i l'altitud del llac donen lloc a dos efectes independents d'increment de l'acumulació dels compostos organoclorats dins de l'organisme. Aquesta tesi també mostra l'efecte de biomagnificació dels compostos organoclorats en la cadena tròfica d'aquests ecosistemes remots. D'altra banda, s'ha trobat que el metabolisme dels PAHs té com a conseqüència una uniformitat de concentracions en els peixos d'arreu que no respon a la variabilitat geogràfica d'entrades atmosfèriques d'aquests compostos. Addicionalment, es descriu per primera vegada la detecció de polibromodifenil éters, que són retardants de flama de síntesi més recent, en teixits biològics d'organismes de llacs d'alta muntanya, tot confirmant la capacitat d'aquestes noves substàncies químiques per a tenir un comportament ambiental similar als PCBs. Tots aquests resultats esmentats es presenten en forma d'articles científics que estan publicats o en tràmits de publicació. / Persistent organic pollutants (POPs) are global environmental contaminants. Most of them were synthesised for pest control in agriculture and to benefit human development. However, later it was discovered that these compounds are toxic, resistant to degradation and bioaccumulative, and that they are atmospherically transported to remote zones of the planet due to their semivolatility. The mentioned physicochemical properties have allowed them to be trapped in high mountain lakes and consequently affect these remote ecosystems. The POP analyses of trout tissues and trophic chain organisms from European Alpine lakes and Arctic lakes of Greenland broaden the knowledge about the impact of POPs in these fragile ecosystems. Organochlorine compound concentrations, of for example PCBs and DDTs, are in the same order of magnitude as what is found in other freshwater organisms. Age of the fish and altitude of the lake are two independent factors that favour the increase of organochlorine accumulation in the organism. In the present thesis, the effect of biomagnification of the organochlorine compounds is also studied. On the other hand, the metabolisation of PAHs gives uniform PAH concentrations in all fish that does not correspond to the different geographical atmospheric inputs of these compounds. In addition, the detection of PBDEs, organobromine compounds more recently synthesised, is described for the first time in biological tissues of organisms living in high mountain lakes. The finding confirms the capacity of these bromine compounds to have an environmental behaviour and dynamics similar to PCBs. All these results have been published in scientific literature, are in press for publication or under journal review.

arsénico (As) es un elemento natural de amplia y heterogénea distribución en la naturaleza, siendo altamente tóxico para el organismo humano. El As se encuentra a concentraciones mucho más altas de lo que se considera seguro en el agua de consumo de millones de personas en distintos países. La exposición ambiental al As constituye un factor de riesgo para distintos tipos de cáncer; sin embargo, el mecanismo por el cual el As ejerce su acción toxicológica permanece incierto. El objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido el de evaluar el posible daño genotóxico de una población expuesta a altas concentraciones de As en el agua de consumo. Se ha utilizado la concentración de As en orina y en uñas como biomarcadores de exposición interna. Para determinar el nivel de daño citogenético, se ha utilizado el ensayo de micronúcleos en linfocitos de sangre periférica y en células de descamación de la mucosa bucal. Teniendo en cuenta que el daño genético puede estar modulado por las características genéticas individuales, también se ha realizado un análisis de genotipos para los polimorfismos de los genes GSTM1, GSTT1 y GSTP1 en la población de estudio, lo que se ha utilizado como biomarcador de sensibilidad individual. La población expuesta ha sido seleccionada en el norte de Chile donde, por las características geológicas de la región, se presentan altas concentraciones de As en el agua de consumo, llegando a superar los 0,75 mg As/L. Esta población cuenta con 106 individuos de los cuales 50 son de etnia atacameña. La población indígena habita en la región bajo similares condiciones desde hace unos 11.000 años. Se ha propuesto que los atacameños presentan algún tipo de resistencia frente a la exposición al As debido a que no tienen los problemas de salud descritos en otras poblaciones expuestas bajo condiciones similares. La población control cuenta con 111 individuos y se ha seleccionado en la ciudad de Concepción, ubicada unos 2.000 km al sur del primer lugar de muestreo, presentando niveles de As en agua de 0,0002 mg As/L. En este trabajo se ha evidenciado que la exposición al As por medio del agua de consumo supone un riesgo genotóxico, induciendo un aumento significativo en la frecuencia de MN en linfocitos en la población expuesta. Sin embargo, no se ha detectado daño en las células de la mucosa bucal. En relación con la supuesta resistencia de la etnia atacameña a los altos niveles de As ambiental, no se han detectado diferencias significativas entre los atacameños y los no atacameños en cuanto al daño citogenético evaluado mediante el ensayo de MN, ni en linfocitos ni en células de la mucosa bucal, a pesar de que la población atacameña presenta una concentración mayor de As en las uñas. En cuanto a los polimorfismos genéticos, sólo se han encontrado diferencias significativas para el gen GSTP1, en que el genotipo val/val (homocigoto mutante) es más frecuente en la población que presenta un mayor nivel de daño citogenético, medido en ambos tipos celulares. También se ha encontrado con mayor frecuencia en la población atacameña. / The arsenic (As) is a ubiquitous element in the environment and its distribution is heterogeneous in nature. In some locations, the As occurs naturally in drinking water in higher concentrations to those considered as safe, and affects millions of people. Environmental exposure to As is considered as a cancer risk factor. Nowadays, no general agreement has been reached about its mechanism of action related to the genotoxic potential of arsenic. Taking this into account, the objective of this Doctoral Thesis has been the assessment of genotoxic damage of a population environmentally exposed to As in drinking water. Individual measures of As exposure were determined in fingernails and urine as internal biomarkers of exposure. The micronucleus assay has been used to determine the possible genotoxic damage, using peripheral blood lymphocytes and epithelial cells of buccal mucosa. Considering that cytogenetic damage can be modulated by individual genetic characteristics, the polymorphisms for the genes GSTM1, GSTT1 and GSTP1 in the population studied have been analyzed and they have been used as biomarkers of individual susceptibility. The exposed population has been selected form different villages from northern Chile. In this region As occurs naturally in water in connection with geological characteristics. We have determined concentrations over 0.75 mg As/L. The exposed population consisted in 106 people; taking into account their ethnicity they were classified in 50 atacameño and 56 non-atacameño. The atacameño people inhabits this region under similar conditions for almost 11,000 years, and it has been proposed that this people have some kind of resistance to As effects because they don't present classical problems of arsenicism shown in populations under similar conditions of exposure. The control group consisted in 111 healthy people from Concepción city, located almost 2,000 km south, where As levels in drinking water were as low as 0.0002 mg As/L. The results obtained in this study indicated that exposition to As in drinking water involved a genotoxic risk, by the induction of a significant high frequency of micronucleus in peripheral blood lymphocytes. In this work there is no evidence of cytogenetic damage in oral mucosa cells. In relation with the supposed resistance to As exposure of atacameño people, we did not found significant differences in the frequency of genetic damage between the atacameño group and the non-atacameño exposed group in both cellular types. However, the atacameño group shows high concentrations of As in nails. With respect to the genotype analysis, we found significant differences in the frequency distribution polymorphisms of gene GSTP1. The homozygous genotype mutant (val/val) presents a higher frequency in the population with a high level of cytogenetic damage in both cellular types. The results show that it occurs frequently in atacameño people when compared to the non-atacameño group.

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Aiguamolls de l' Empordà fue la primera área natural protegida creada en la Costa Brava y es la segunda zona de humedales más importante de Cataluña, después del Delta del Ebro. En esta tesis se ha investigado cómo los actores principales perciben y responden al cambio climático. Además se ha realizado un análisis de la variabilidad climática en los últimos cuarenta años en una de las zonas costeras económicamente más dinámicas de España. El enfoque adoptado apoya la necesidad de que el análisis de vulnerabilidad y adaptación deben ser participativos y deben incluir dimensiones sociales, culturales, ambientales, económicas y políticas. En la tesis se muestra, en primer lugar, que desde principios de 1970, las temperaturas medias del aire y del mar en los Aiguamolls de l'Empordà han seguido una tendencia de calentamiento o incremento. Por otra parte, la precipitación mostró una tendencia creciente no significativa. Mientras que la velocidad promedia anual del viento aumentó en el período de 1990–2012, la frecuencia de las tormentas disminuyó. En cuanto a los caudales de los ríos Fluvià y Muga, se observó una disminución en el período 1971–2011. Recientes datos marinos del nivel local del mar, cerca de los Aiguamolls de l'Empordà mostraron un aumento entre 1990 y 2012. Por otra parte, los resultados de las proyecciones actuales del clima disponibles mostraron que los aumentos en la temperatura del aire continuarán, mientras que la precipitación es probable que disminuya hasta 2050. Además, en la tesis se ha observado, que la gran mayoría de los principales actores entrevistados creen que el cambio climático ya es un problema muy grave y que la preocupación por este tema es cada vez mayor. La mayoría de ellos dijo que las actividades humanas son una causa importante del cambio climático, especialmente en las últimas décadas. Por otra parte, los entrevistados consideran que el aumento de la temperatura del aire durante las últimas décadas, los cambios en las precipitaciones, el aumento de la severidad de las sequías y la disminución de la biodiversidad y la productividad, así como de los servicios de los ecosistemas, son los efectos más negativos del cambio climático y suponen graves riesgos para el área de estudio. Estas percepciones parecen estar en consonancia con los actuales datos climáticos y los estudios previos. Además, la ubicación de los municipios costeros (i.e. exposición) también los hace directamente vulnerables a la erosión costera, inundaciones, intrusión de agua salada y a la elevación del nivel del mar; factores también destacados por la mayoría de los principales actores. Estos resultados también son coherentes con algunos estudios anteriores, lo que demuestra que los sistemas naturales y socioeconómicos del área de estudio probablemente sean particularmente vulnerables a cuatro efectos del cambio climático: las alteraciones en la magnitud y la frecuencia de la erosión costera; las alteración de la frecuencia y magnitud de la intrusión de agua salada; las alteraciones en la magnitud de la escasez de agua; y cambios en el transporte de los sedimentos del Fluvià. Por último, más de la mitad de los actores entrevistados consideró que es necesaria la adaptación al cambio climático, pero sólo unos pocos de ellos expresaron un alto nivel de familiaridad con la mitigación. Este resultado puede sugerir que incluso si los costes de la adaptación son altos, más alta seria la pérdida en la economía, los ecosistemas y las propiedades de los Aiguamolls de l'Empordà. Además, se encontró que es más fácil obtener apoyo para la adaptación con medidas naturales que con el uso de medidas artificiales. De hecho, la mitad de los principales actores estaban a favor de las dunas y las barreras de playa. En la tesis también se ha observado que la opción de abandonar el área de estudio (i.e. la emigración a otros lugares) puede ser una opción claramente aceptable por parte de algunos grupos de actores, especialmente por los hombres, residentes de mayor edad y los extranjeros. / Aiguamolls de l’Empordà was the first natural protected area to be created in the Costa Brava and is the second most important wetland area in Catalonia, after the Ebro Delta. This thesis researched how key stakeholders experience, perceive and respond to changing climate, together with an analysis of the climate variability in the approximately last forty years in one of the most economically dynamic coastal areas in Spain. My approach supports a position that vulnerability and adaptation analyses should be participatory and should include social, cultural, environmental, economic and political dimensions. This thesis firstly found that since the early 1970s, both average air and sea temperatures in Aiguamolls de l’Empordà have been on a warming trend. Furthermore, precipitation trend showed insignificant increasing trend. While the average annual wind velocity increased in the period 1990–2012, the frequency of storms decreased. Regarding Fluvià and Muga flows, a decrease in the annual average river flows was observed in the period 1971–2011. Recent marine data of the local sea level near Aiguamolls de l’Empordà showed an increase between 1990 and 2012. Furthermore, results of current available climate projections showed that increases in air temperatures will continue, while precipitation are likely to decrease by 2050. This thesis also showed that large majorities of interviewed stakeholders already believe that climate change is a very serious problem and that concern about this issue is growing. Most of them said that human activities are a significant cause of climate change, especially over recent decades. Furthermore, stakeholders considered that the increase in air temperature over the past few decades, precipitation changes, the increase in the severity of droughts, and the decrease in biodiversity and ecosystem productivity and services are the most pressing climate change effects and serious risks to the study area. These perceptions appeared to be in line with present climate data and prior studies. In addition to this, the location of the coastal municipalities (e.g. exposure) also makes them directly vulnerable to coastal erosion, flooding, saltwater intrusion and rises in sea level what was also stressed by majority of stakeholders. This finding is also consistent with some prior studies, which demonstrated that the study area’s natural and socio-economic systems are likely to be particularly vulnerable to four effects of climate change: alterations in the magnitude and frequency of coastal erosion; alterations in the frequency and severity of saltwater intrusion; alterations in the magnitude of water scarcity; and major changes in sediment supply of Fluvià. Finally, over half of the stakeholders found that climate change adaptation is needed, but only a few of them expressed a high level of familiarity with mitigation. This finding may suggest that even if costs of adaptation are high, further losses to the economy, ecosystems and properties in Aiguamolls de l’Empordà might be even higher. Furthermore, it was found that was easier to gain support for natural adaptation measures than for the measures that are artificial. A half of stakeholders that were in favour for adaptation, reported that they would implement natural measures such as setting dunes and beach barriers. From the thesis, it was also noted that the option of abandoning the area (i.e. outmigration) was clearly believed to be acceptable by some stakeholders, especially men, older residents and foreigners.

Esta Tesis doctoral comprenden una revisión de las poblaciones termófilas que habitan en algunos Hot Spots de diversidad de América, como lo son el bosque lluvioso Valdiviano en la Patagonia, o los Bosques Nubosos de Costa Rica. También se incluyen ecosistemas extremos como el desierto de Atacama y la Isla Decepción en la Antártica. En este trabajo de tesis se caracterizó la estructura de las comunidades bacterianas en tapetes microbianos de varias termas terrestres diferentes mediante métodos de ecología molecular microbiana, y se midió la relación de los cambios de diversidad con respecto a la temperatura a diferentes escalas espaciales. El filo Cyanobacteria fue identificado como uno de los mayores componentes de la comunidad bacteriana, del que no se observaron diferencias sustanciales entre muestras obtenidas en invierno y verano. Se detectó una similitud significativa entre las termas que comparten ambientes semejantes a su alrededor. A pequeña escala (cm), se determinó que también miembros del filo Chloroflexi dominaban en ciertas zonas del tapete, y se observó una diferenciación por temperatura entre Chloroflexi y Cyanobacterias. En este sentido, se detectaron cambios significativos de diversidad entre muestras en un mismo tapete microbiano, y al mismo tiempo, se detectó una alta similitud en la estructura de las comunidades dentro de algunos “parches” en los tapetes. Posteriormente se detectó la presencia de varios grupos heterotróficos como Bacteroidetes; Thermales; y Proteobacteria, entre otros menos abundantes. No se detectó una relación entre riqueza bacteriana y latitud, ya que las muestras más cercanas a la línea del Ecuador no mostraron mayor diversidad o riqueza que las más cercanas al Polo Sur. La temperatura exhibió una relación negativa significativa con respecto a la riqueza bacteriana independientemente de la latitud geográfica. Finalmente, las muestras dentro de una escala local, regional y global (hasta 1000 m2) mostraron una disminución significativa de la diversidad a medida que la distancia geográfica y la temperatura se incrementaban. A nivel continental, estas relaciones no fueron significativas. / The results presented in this PhD thesis include a description on the thermophilic populations thriving in biodiversity hot spots such as the Valdivian Rain Forest in Patagonia, and Cloud Forests in Costa Rica, as well as the Atacama Desert and Deception Island in the South Shetland Archipelago in Antarctica. The bacterial community structure of several hot spring microbial mats was characterized by means of molecular microbial ecology methods, and the relationship between diversity and temperature was measured at different spatial scales. Phylum Cyanobacteria was identified as the major component of the microbial community by at least three different sequencing methods with different taxonomic resolution, and a deeper diversity analysis on this group showed no substantial differences between samples taken in winter and summer, although significant similarities were observed among hot springs with common surrounding environments. The horizontal microheterogeneity of microbial mats at a centímeter scale also revealed Chloroflexi as dominant phylum together with Cyanobacteria, and a temperature differentiation was observed between both potential primary producers. Significant diversity shifts were detected among closely situates samples in single mats, but at the same time, samples within mat patches showed a high community structure similarity. A deeper characterization of the bacterial community structure revealed the presence of several heterotrophic groups such as Cytophagia and Sphingobacteria; Thermales; and Alpha, Beta, and Gammaproteobacteria; among others. When compared with other thermophilic microbial mats along a latitudinal gradient, no relationship was detected between richness and latitude, as samples closer to the equator were not more diverse or harbored more richness than samples closer to the pole. Temperature, on the other hand, influenced significantly the bacterial richness. Finally, samples at local, regional and global scales (up to 1000 m2) showed a decrease in similitude as geographic distance, but not at the continental scale.

Hoy en día, el papel primordial jugado por los suspensívoros bentónicos en los ciclos biogeoquímicos y especialmente en la transferencia de materia y energía desde la columna de agua al bentos está más claro. Tales roles son diferentes, dependiendo de las estrategias de alimentación, las tasas de filtración y la abundancia de suspensívoros. Según sus estrategias de alimentación, los suspensívoros bentónicos se clasifican en dos grupos: suspensívoros activos y pasivos. La primera categoría incluye todos aquellos organismos que activamente bombean agua a través de un sistema de filtración que separa las partículas nutritivas del agua (el sistema de filtración es diferente entre especies); la última categoría, incluye a todos los organismos que dependen completamente de las corrientes para la provisión de alimento. Existen muchos estudios centrados en la caracterización de los hábitos alimenticios, en la eficiencia de filtración y en la importancia del acoplamiento bento-pelágico en suspensívoros tanto activos como pasivos. Algunos de estos trabajos previos llevaron a cabo experimentos in situ que fueron particularmente útiles para entender hábitos alimenticios en condiciones naturales así como su variación estacional. Contrariamente, debido a la posibilidad de controlar las variables que influyen en el proceso experimental, los experimentos llevados a cabo en condiciones de laboratorio o mesocosmos son más precisos pero al mismo tiempo, con una menor interferencia con los sistemas naturales. Hay una falta general de información sobre la distribución a amplia escala de la fauna bentónica y los estudios previos acerca del impacto que los suspensívoros bentónicos tienen en el acoplamiento pelágico, normalmente se centran en pequeñas áreas. El Vehículo de Operación Remota (ROV) permite explorar extensas y profundas áreas sin impacto en las comunidades bentónicas, por ello es la herramienta perfecta para llevar a cabo muestreos extensos y estudiar tanto el tamaño como las distribuciones espaciales y batimétricas de especies bentónicas. La combinación de datos procedentes de ROV con datos de experimentos de alimentación permite estimar el impacto de los suspensívoros bentónicos sobre los procesos de acoplamiento bento-pelágico en áreas extensas. En esta tesis, se han estudiado el tamaño y la distribución tanto batimétrica como espacial de tres suspensívoros bentónicos activos y tres pasivos, así como el papel que estas especies tienen en los procesos del acoplamiento bento-pelágico y como sumidero de Carbono (C) en la región del Cap de Creus (NO del Mar Mediterráneo). Como especies de suspensívoros activos, se seleccionaron para este estudio una ascidia (Halocynthia papillosa) y dos species de esponjas (Aplysina aerophoba y Axinella polypoides), mientras que tres especies de gorgonias (Paramuricea clavata, Eunicella singularis y Corallium rubrum) fueron seleccionadas como suspensívoros pasivos. Los suspensívoros bentónicos de este experimento son especies longevas de las cuales, en particular, las gorgonias pueden alcanzar los 100 años de edad, lo que permite que puedan acumular grandes cantidades de C y almacenarlo como biomasa. Todas estas especies son comunes en las comunidades del coralígeno y precoralígeno Mediterráneo y su abundancia, especialmente las gorgonias, puede ser extremadamente alta. Las gorgonias son organismos arborescentes que crean, especialmente a altas densidades, un complejo ambiente tridimensional (conocido como bosque animal) en el que otros organismos pueden encontrar refugio, alimento y un lugar seguro en el que reproducirse. En consecuencia, la conservación de este bosque animal ayuda a mantener altos niveles de biodiversidad, un hecho que debe ser considerado en las decisiones sobre la gestión de estos hábitats. / Nowadays, the paramount role played by benthic suspension feeders in the biogeochemical cycles and especially in the transfer of energy and matter from the water column to the benthos is more clear. Such roles are different, depending on the feeding strategies, the filtration rates and the abundances of these filter feeders. Based on the feeding strategies, benthic suspension feeders are classified in two groups: active and passive suspension feeders. The former category includes all the organisms that actively pump water through a filter system which separate the food particles from the water (the filtration system differs among species); the latter category includes all the organisms that completely depend on the water currents for the provision of food. Many studies already focused on the characterization of the feeding habits, on the filtration efficiency and in the importance in the benthic-pelagic coupling of both active and passive suspension feeders. Some of these previous works performed in situ experiments, which are particularly useful to understand feeding habits in natural conditions and their seasonal variation. Contrarily, laboratories or mesocosm experiments allow for more precision, due to the possibility of controlling every variable influencing the experiment, but at the same time with less possibility of inference on natural systems. There is a general lack of information about the broad scale distribution of benthic fauna and the previous studies about the impact of suspension feeders on the benthic-pelagic coupling process normally focus on small patches. Remotely Operate Vehicle (ROV) allows exploring extended and deep areas with no impact for the benthic communities, thus it is the perfect tool to perform extensive sampling in order to study the size, spatial and bathymetrical distribution of benthic species. The combination of ROV data with data of feeding experiments allows estimating the impact on the benthic-pelagic coupling process played by suspension feeders in extended area. In this thesis, the size and both spatial and bathymetrical distribution of three active and three passive suspension feeders were studied together with the role played by these species in the benthic-pelagic coupling processes and as carbon (C) sinks in the Cap de Creus region (NW Mediterranean sea). As active suspension feeders, one ascidian (Halocynthia papillosa) and two sponge species (Aplysina aerophoba and Axinella polypoides) were selected for this study, whereas, as passive suspension feeders, three gorgonians species (Paramuricea clavata, Eunicella singularis and Corallium rubrum) were chosen. The benthic suspension feeders considered in this thesis are long-lived species, and, in particular gorgonians, could also reach 100 years of life span, fact that permit the accumulation of high amount of C, stored as biomass. All these species are commonly founded in pre-coralligenous and coralligenous Mediterranean communities and especially gorgonians could reach extremely high abundances. Gorgonians are arborescent organisms that create, especially when they reach really high densities, a complex tridimensional environment (known as animal forests) in which other organisms, might find shelter, food and a safe site for reproduction. Consequently, preserving the animal forests help to maintain high levels of associated biodiversity, fact that need to be considered in management decisions.

La reproducció sexual és un procés biològic fonamental per a la majoria de les espècies vives, sent essencial per a la perpetuació de les espècies i assegurar-ne la diversitat genètica. En invertebrats sèssils marins, com corals i gorgònies, aquest tipus de reproducció, a més, permet la dispersió dels individus, el que facilita la colonització de noves àrees i assegurar el flux de gens entre poblacions. En general, la reproducció sexual es caracteritza per un alt cost energètic, la qual cosa implica que els organismes han de trobar un equilibri entre el creixement, la supervivència i la reproducció. La diferent assignació d’energia en la reproducció, la supervivència i el creixement es reflecteix en les diferents estratègies reproductives. Els invertebrats sèssils mostren dues estratègies reproductives principals: 1) la producció d'un gran nombre de petites larves, o 2) la producció de poques però grans larves. En aquest context, el nombre de larves pot influir en la quantitat d’energia invertida pels pares i per tant en la seva supervivència, mentre que la talla pot afectar a l’energia disponible/emmagatzemada en les larves i per tant a la supervivència de la descendència. La supervivència de les larves i la de les colònies parentals però, també pot dependre de la estratègia tròfica. En corals i gorgònies no simbiòtiques, l’adquisició d'energia deriva de la captura de matèria orgànica particulada en suspensió a la columna d'aigua, però la abundància d’aquest aliment pot presentar fluctuacions aleatòries. En les espècies simbiòtiques, el carboni autotròfic produït pels simbionts s'utilitza per cobrir la major part de les necessitats metabòliques de la colònia, no obstant, la seva obtenció està fortament relacionada amb la intensitat de la llum. Per tant, la combinació de autotròfia i heterotròfia (mixotrófica) és una forma de maximitzar l'adquisició de nutrients i l'èxit ecològic en ambients on la llum i la concentració de plàncton poden ser molt variables i sovint limitant. És important destacar que l'assignació energètica de la colònia a les larves també pot ser un punt clau per entendre el potencial de les noves generacions per colonitzar nous espais. Per tal d'entendre com el cost energètic de la reproducció afecta les diferents etapes del cicle de vida, la present tesi analitza la inversió energètica en la reproducció, els efectes d’aquesta inversió en la supervivència de les colònies parentals i la energia transferida a les larves, en tres espècies de gorgònies del Mar Mediterrani (Corallium rubrum, Eunicella singularis i Paramuricea clavata) d'acord amb la seva estratègia reproductiva i tròfica. Per a aquest objectiu, els mètodes clàssics (és a dir, la producció de gàmetes) es van combinar amb nous enfocaments bioquímics (és a dir, contingut de lípids i contingut i composició d’àcids grassos). És important destacar que a causa de la selecció de diferents estratègies tròfiques i reproductives, la present tesi representa un cas d’estudi que pot ser aplicat fàcilment en altres zones del món. / Sexual reproduction is one of the fundamental biological processes for most living species and it is essential for the perpetuation of the species and to ensure genetic diversity. In marine sessile invertebrates, such as corals and gorgonians, sexual reproduction is also important because it allows the dispersal of individuals, facilitating the colonization of new areas and ensuring the flux of genes among populations. In general, sexual reproduction is characterized by a high energetic cost, which implies that organisms reproducing sexually have to find a trade-off between growth, survival and reproduction. Different balances in the energetic investment in reproduction, survival and growth are reflected in the different reproductive strategies. Sessile invertebrates can display two main reproductive strategies: 1) the production of high numbers of small larvae, or 2) the production of few but large larvae. In this context, the number of larvae may influence parental energy reserves and thus, their survival, while the size may affect energy storage/availability in the larvae, and therefore, the offspring survival. However, the survival of both the larvae and the parental colony also depends on the nutritional condition. In non-symbiotic corals and gorgonians, the energy supply proceeds from the capture of particulate organic matter suspended in the water column, although its abundance can follow random fluctuations. In symbiotic species, autotrophic carbon produced by the symbionts is largely transferred to the colonies and used to cover most of their metabolic needs, but its availability is strongly related to light intensity. Therefore, combining autotrophy with heterotrophy (mixotrophy) is a way to maximize nutrient acquisition and ecological success in environments where light and plankton concentration can be very variable and often limiting. Significantly, the energy allocation from the maternal colony to the larvae may also be a key point to understanding the potential colonization by new generations. In order to understand how the energetic cost of reproduction affects the different stages of the life cycle, the present thesis analyses the energetic investment in reproduction, the effects of this investment on parental colonies and energy transfer to larvae in three gorgonian species of the Mediterranean Sea (Corallium rubrum, Eunicella singularis and Paramuricea clavata) according to their reproductive and trophic strategy. To this aim, classical methods (i.e. gamete production) were combined with new biochemical approaches (i.e. lipid content and FA content and composition). It is important to emphasize that due to the selection of different trophic and reproductive strategies, the present thesis represents a case study that is easily applicable to other areas of the world.