El desenvolupament i l'expansió de l'agricultura en els seus orígens va comportar la selecció d'una flora associada a aquests ambients, les espècies arvenses. Aquestes espècies, però, han estat considerades un factor limitant per a la producció agrícola de manera que el control i la reducció de les seves poblacions ha estat un dels objectius principals de les estratègies agrícoles. No obstant, el nombre d'espècies arvenses realment nocives és limitat. La majoria d'espècies arvenses rarament provoca grans pèrdues de producció i, en canvi, contribueix de manera considerable a la biodiversitat d'aquests hàbitats. Malgrat tot, les poblacions d'algunes espècies pròpies dels conreus cerealistes de secà han patit importants davallades a causa dels canvis en la gestió agrícola succeïts en les últimes dècades, fins al punt de convertir-ne algunes en molt poc freqüents o fins i tot extingides regionalment. Malauradament, a la regió mediterrània la raresa d'aquestes espècies ha atret comparativament poc l'atenció d'investigadors i conservacionistes. En aquesta tesi s'ha aprofundit en el coneixement sobre les poblacions d'espècies arvenses característiques dels camps de cereals de secà (comunitats de l'ordre fitosociològic Secalietalia cerealis Br.-B1., 1936) a Catalunya i s'han avaluat els motius pels quals algunes d'aquestes espècies han esdevingut poc freqüents en aquests hàbitats. Amb aquesta finalitat, l'estudi s'ha estructurat al voltant de dos eixos principals: 1) l'anàlisi de la freqüència de les espècies segetals i especialment d'aquelles que han esdevingut rares en relació amb la gestió dels cultius cerealistes de Catalunya i 2) l'avaluació dels efectes que tenen les pràctiques agrícoles sobre l'eficàcia biològica d'algunes d'aquestes espècies. L'estudi ha estat organitzat al voltant d'aquestes dues línies d'investigació de manera complementària. En la primera línia, de caràcter observacional, s'ha avaluat la diversitat d'espècies segetals a les vores dels camps cerealistes de la Depressió Central Catalana gestionats de manera ecològica en relació amb les pràctiques agrícoles i amb les característiques paisatgístiques a diferents nivells (dins de la parcel.la, a nivell de parcel.la i a nivell de finca). En l'altra línia d'investigació, de caràcter experimental, dos estudis sota condicions controlades han permès avaluar els efectes de determinades pràctiques agrícoles (l’aplicació d’herbicides i la fertilització) sobre el creixement i la capacitat reproductiva de diverses parelles d’espècies segetals, una més rara i l’altra més comuna, de diferents famílies. Les espècies arvenses característiques i rares correlacionen més amb els factors que actuen a escala de parcel·la que amb els factors que actuen de la mateixa manera per tota la finca o amb les característiques del paisatge. La gestió ecològica sostinguda durant el temps comporta l’augment de la diversitat d’espècies segetals. No obstant, la intensitat de les pràctiques agrícoles en els camps de gestió ecològica són molt variables. Per aquest motiu, les estratègies per preservar les espècies segetals haurien de considerar les pràctiques específiques tals com la sembra de cereal, especialment de tardor, després d’una llaurada sense inversió de les capes del sòl. A la vegada, però, convindria racionalitzar la fertilització, encara que aquesta sigui orgànica, per no comprometre la producció i alhora, garantir la persistència de les espècies segetals. La continuada pressió de l’aplicació d’herbicides i les elevades aportacions de fertilitzants minerals en els sistemes agrícoles de gestió convencional han afectat negativament les poblacions d’espècies segetals. Efectivament, aquestes pràctiques afecten negativament el creixement i la reproducció de les espècies segetals. Ara bé, les baixes freqüències de les espècies segetals més rares no correlacionen amb les diferències trobades entre espècies en els efectes d’aquestes pràctiques. La raresa d’aquestes espècies sembla ser, doncs, conseqüència de diversos factors o de la interacció entre ells i sempre amb una incidència que varia d’una espècie a l’altra. / Many arable plant species that inhabit almost exclusively in cereal fields have undergone severe population declines owing to agricultural intensification. These species, indicators of sustainability in agricultural systems, should be considered in conservation programs, but their conservation must be based on the maintenance of cropping activities. Unfortunately, in the Mediterranean region characteristic arable species have attracted relatively little the attention of researchers and conservationists. This thesis deepens our knowledge on the characteristic arable species of winter cereal fields, and assesses the reasons why some of these species have become rare in these habitats. We assessed which farming practices and landscape characteristics favour the presence of these species, both common and rare, at the edges of a large number of organically managed fields in the Central Catalan Depression. We also evaluated experimentally the effects that particular farming practices (herbicide application and fertilization) have on the fitness of certain segetal species. Characteristic and rare arable species correlate better with the factors operating at the field scale than with the factors that depend on the farm or with the landscape characteristics. The intensification of organic farming practices is highly variable. Therefore, specific farming practices such as autumn-sowing of cereal crop varieties, non-inversion tillage and the adjustment of the fertilization should be promoted to benefit the presence of characteristic arable species at the field level, whose effects scale up at the farm level. The high specificity of the segetal species to the dry land cereal habitats and the continued pressure from the application of herbicides and the high inputs of mineral fertilizers in the conventional farming systems have affected negatively their populations. Indeed, these farming practices cause significant effects on the growth and reproduction of the segetal species. However, the particularly low frequency of some of these species does not correlate with the differential effects of these practices. Thus, the rarity degree of these species is likely to be the consequence of several factors, or probably the interaction of some of them, whose effects may vary from one species to another.

The aim of the present thesis is directed towards the comprehension of the mechanisms involved in the regulation of lipid and carbohydrate metabolism in relevant species in European aquaculture. Special attention has been placed on adipose tissue due to its key role in the control of the overall energy homeostasis and its endocrine functions. Six diets were formulated to determine the feasibility of replacing dietary lipids (from 23 to 17%) by starch (from 12 to 28%) and subsequent replacements in starch by fibre up to levels of 18% in gilthead sea bream. The dietary treatments did not affect fish growth nor feed utilization efficiency and triggered only moderate changes in lipid and carbohydrate metabolism. Gilthead sea bream adipose tissue exhibited an activation of the lipogenic pathway and a transcriptional regulation of relevant transcription factors directed to modulate the preferential use of lipids or carbohydrates according to availability. Despite of a lack of hepatic regulation of gluconeogenesis, an efficient metabolic hepatic adaptation to dietary starch was found through the modulation of enzymes directed to increase glucose metabolization and balance fatty acid uptake and lipolysis. These metabolic adaptations encourage the formulation of diets with a relatively high content of starch or fibre. In addition, the capacity of Atlantic salmon adipocytes to synthesise fatty acids from glucose has been demonstrated for the first time. However, the capacity of the pathway is relatively low, which might be contributing to the previously reported glucose intolerance in salmonids. Atlantic salmon adipocytes mainly transformed glucose to glycerol and Krebs-cycle intermediates. The effect of glucose on the transcriptional regulation of enzymes involved in glycolysis, the pentose phosphate pathway and glyceroneogenesis, highlights the relevance of carbohydrate metabolism in fish adipocytes as well as the metabolic adaptation of these cells to ensure the availability of necessary factors and other substrates for lipid synthesis and storage. The implication of adiponectin and TNFα in the regulation of glucose uptake in rainbow trout adipocytes has been explored, showing that both adipokines stimulated glucose uptake without modifying AKT or TOR phosphorylation. However, adiponectin failed to stimulate glucose uptake in insulin-treated adipocytes. Insulin regulated the transcription of the adiponectin system enhancing the mRNA levels of the peptide and reducing those of adiponectin receptors, following the mammalian model. However, neither adiponectin nor TNFα mRNA levels were affected by each other, concluding that the reciprocal suppressive effects reported in mammals are not conserved in fish. TNFα supressed PPARγ at a protein level, corroborating its anti-adipogenic role. However, TNFα enhanced glucose uptake in insulin-stimulated adipocytes, suggesting that the interactions between this cytokine and insulin are not so well defined in fish. Finally, the transcriptomic profile along primary culture of rainbow trout preadipocytes has been characterized revealing that adipogenesis is a complex process involving the coordinated activation or repression of genes associated to the different stages of cell development. It presented high similarities to the mammalian model, being characterized by two main phases: proliferation and differentiation. Proliferation phase was enriched with genes involved in cellular remodelling, autophagy and angiogenesis. In addition, the implication of the eicosanoid signalling pathway was highlighted during this phase. Differentiation phase was enriched with genes involved in energy production, lipid and carbohydrate metabolism. During this phase, the activation of the TR/RXR and the PPAR signalling pathways were revealed. The whole process was driven by a coordinated activation of transcription factors and epigenetic modulators. Overall, these studies have contributed to better understand the mechanisms regulating lipid and carbohydrate metabolisms in teleost fish, as well as adipose tissue growth and development. All this information might be applied to modulate and optimize farming practices.

The winter period is typically associated with harsh weather conditions and reduced food availability, which may lead to increased mortality. In birds, a common strategy to avoid such risks is to migrate to more favourable grounds, but its demographic costs are largely unknown. The wintering season remains a black box in our knowledge of the life cycle of birds. From the perspective of a wintering area, I study the population ecology of a migratory species, based on the hypothesis that winter aggregations of birds constitute true populations, instead of random aggregations of individuals. I look at the population composition, structure and dynamics across several spatial scales, and the link between the wintering and breeding areas through connecting migratory routes. My study model is a population of wintering Mediterranean Gulls Larus melanocephalus made of birds from multiple origins, a significant proportion of which have been individually marked with individually-coded colour-rings in their natal or breeding colonies. The study system constitutes the species’ main winter quarters globally and is situated on the Mediterranean coast of E-NE Spain. Capture-recapture analyses reveal high estimates of apparent local interannual survival after the first year (0.81 on average), indicating a high individual winter site-fidelity that does not vary with age. This attachment to the wintering area models the distribution of individuals, shaping them into a spatially structured population with metapopulation dynamics, as each subpopulation has independent demography, determined by area-specific survival and low levels of dispersal. Using a probability model, I infer the migratory route followed by first-winter birds; the most likely path is a combination of fluvial and coastal routes, seeking minimal distance along favourable terrain. In the focus species, wintering populations are made of individuals from different sex and age classes, in one of the few documented cases of nondifferential migration. Exceptionally, the species also exhibits synheimy (the population in each distinct wintering area is made of birds from all the breeding populations), possibly as a result of its recent history. Individual choice of wintering area is made in the first migration according to a probability rule determined by distance, and is maintained through life. On a local scale, I find a very high turnover of individuals and a frequent movement, in no particular direction, among sites. The low monthly probability of local residency (0.56) contrasts with the species’ strong site-fidelity to the general wintering area. Individual turnover shows that a single site may be visited by a large proportion of the regional (43%) and global (18%) populations every season. Thus, the population home range extends over an area much larger than a single locality or a protected area, showing evidence of a mismatch between the distribution of protected areas and the spatial needs of the population. Compared with data from 60 years ago, Mediterranean Gulls have undergone a huge expansion of their breeding distribution range (750% area increase) while the wintering distribution has increased only moderately (25%). The global population size has remained stable, indicating that its growth may be limited by events taking place in the wintering season. As the breeding distribution continues to expand, where breeding and wintering populations come in contact, they interact little and follow independent dynamics. This work contributes to a better understanding of bird population dynamics in the wintering season and shows how the detailed study of a species’ ecology during one part of the annual cycle can help comprehend what happens during the rest of the year. The ‘view from the winter quarters’ can bring important and complementary information to the study of birds during the breeding period. / Des de la perspectiva d’una àrea d’hivernada, el meu estudi es centra en l’ecologia de poblacions d’una espècie migratòria, a partir de la hipòtesi que els agrupaments hivernals d’ocells constitueixen veritables poblacions. Investigo la composició, estructura i dinàmiques de la població a diverses escales espacials, i el lligam entre les àrees de reproducció i hivernada connectades mitjançant les rutes migratòries. El meu model d’estudi és una població hivernant de Gavines Capnegres Larus melanocephalus formada per individus provinents de diversos orígens, una fracció dels quals han estat marcats individualment amb anelles de colors. El sistema d’estudi a la costa catalana constitueix la principal àrea d’hivernada de l’espècie a nivell mundial. Mitjançant anàlisis de captura-recaptura, estimo alts nivells de supervivència interanual local (0,81), indicatius d’una alta fidelitat a l’àrea d’hivernada que no canvia amb l’edat individual. La població s’estructura espacialment com a metapoblació, amb subpoblacions independents demogràficament. Un model probabilístic permet inferir la ruta migratòria dels ocells joves en llur primera migració; aquesta és una combinació de rutes fluvials i costaneres, cercant la mínima distància sobre terreny favorable. A escala local, l’espècie mostra alts nivells de rotació d’individus i freqüents moviments entre localitats, sense destí concret, i una baixa probabilitat de residència local (0,56). Les necessitats espacials de la població, superiors a una sola localitat, demostren la falta d’adequació amb la distribució de les àrees protegides per a espècies amb alta mobilitat. Comparant els darrers 60 anys, la distribució reproductora ha experimentat una espectacular expansió (increment areal, 750%) mentre que la distribució hivernal ha augmentat de manera moderada (25%). La població mundial ha romàs estable, indicant que el seu creixement pot estar limitat per esdeveniments de l’època hivernal. Allà on entren en contacte les poblacions reproductora en expansió i la hivernant, interactuen poc i mantenen dinàmiques independents. Aquest treball contribueix a millorar la comprensió de les dinàmiques poblacionals durant l’hivern i demostra com l’estudi de l’ecologia durant una part del cicle anual pot ajudar a comprendre el que succeeix la resta de l’any. La ‘visió des dels quarters d’hivernada’ pot aportar una informació important i complementària als estudis durant l’època reproductora.

El sildenafil ha demostrado reducir eficazmente el aumento de la presión de la arteria pulmonar provocada por la vasoconstricción pulmonar hipóxica. Sin embargo, su papel como un posible factor que podría aumentar el rendimiento en el ejercicio en condiciones de hipoxia queda por demostrar. Paradójicamente, el uso de sildenafil ha aumentado entre los montañeros no como un fármaco preventivo del edema pulmonar de gran altitud, sino como un medio que podría ayudar a mejorar el rendimiento deportivo. Varios estudios han tratado de abordar este tema con resultados contradictorios. Actualmente, los datos no son concluyentes en altitud simulada o real, y con la clara evidencia de que en normoxia sildenafil no mejora el rendimiento, se está utilizando esta droga (y, a veces en exceso) por personas que suben a altas cumbres. La magnitud de estos efectos parece estar determinada por la gravedad de la hipoxemia e hipoxia y de la susceptibilidad individual a la vasoconstricción pulmonar hipóxica y la respuesta individual al efecto del fármaco. Otro de los temas de investigación sobre el sildenafil es la existencia de sujetos que no responden positivamente a efectos de la droga, por lo que significaría que existen diferencias individuales que afectarían a la respuesta al fármaco. Se realizó un estudio doble ciego cruzado durante cuatro semanas consecutivas, los sujetos fueron sometidos a pruebas a nivel del mar en dos días (un día para el placebo y el otro para el sildenafil), y a una altura simulada de 4000 metros en una cámara hipobárica para determinar los efectos de sildenafil en los parámetros cardiovasculares respiratorios y metabólicos en normoxia y durante la exposición aguda a la hipoxia hipobárica durante pruebas de ejercicio máximo y submáximo. Una hora antes de la prueba, se administró sildenafil (100 mg) o placebo oralmente a 11 voluntarios. En hipoxia no se encontraron mejoras importantes entre el placebo y sildenafil en ningún parámetro ni hubo una mejora en el rendimiento. Tampoco se encontraron diferencias entre hombres y mujeres con la administración del sildenafil. El análisis estadístico permitió reconocer dos grupos de sujetos dependiendo de la respuesta al sildenafil en la hipoxia, usando el volumen sistólico y gasto cardíaco como factores similares. Respondedores podrían tener una respuesta la vasoconstricción pulmonar hipóxica exagerada, por lo tanto, los efectos de sildenafil sería significativo, pero sólo en términos absolutos, ya que no mostraron una mejoría significativa en comparación con el grupo de no-respuesta. Con base en los resultados de las investigaciones, parece poco probable que el sildenafil puede ejercer efectos beneficiosos en la entrega de oxígeno durante la práctica de ejercicio en altitudes inferiores a 4.000 m Teniendo en cuenta que, a excepción de los escaladores, ningún otro deporte se practica en esta altitud, el uso de sildenafil para una ayuda ergogénica parece no tener efectos beneficiosos. Por el contrario, los posibles efectos adversos pueden ser causados por este medicamento, tales como dolores de cabeza o hipotensión. Más información acerca de los efectos del sildenafil u otros medicamentos que inhiben PDE5 en altitud todavía tienen que aclararse: dosis del medicamento, grado de aclimatación de los sujetos y la intensidad del ejercicio que se debe llevar a cabo para evaluar los efectos beneficiosos reales sobre la capacidad física durante la exposición hipoxia aguda de estos inhibidores de la PDE5.

This work is the result of extensive research on sexual and ontogenetic variation of parameters with mechanical significance in a radius bone in two species of odontocetes: Stenella coeruleoalba (Sc) and Pontoporia Blainvillei (Pb) (Cetacea, Mammalia). Our assumption was that the proportions of the bone structures were not only limited by the constraints of mechanical nature, but also by factors of adaptive type, including those arising from the selective pressure of possible modes of transport. In Cetacean, it has been reported that the size and shape of the pectoral limbs are related to the ecology of each species. Allometric scaling relationship of the bones of the fins in response to the ecological requirements has also been reported. Our results show negative allometric patterns in the radius of Sc, as in other oceanic dolphins and conversely, positive allometric patterns in Pb. These biomechanical differences in radius in both species might be due to an adaptation to the respective means (oceanic vs. estuarine). Gender differences in Sc are associated to the corresponding effort made males and females according to their complex social structure, in which males have greater physical activity than females. In Sc, the mechanical parameters grow more and faster in females than in males, reaching peak faster. It may be due to a compensation of loss of bone mass relative to males, caused by hormonal changes and lactation. Pb growth is slower and no such compensation is observed. Pb has a hypermineralized bone compared to what normal mineral content is considered, among which is Sc. As a result, their bones offer less resistance against transverse forces. The Ca / P ratio found for both species is greater in sexually mature animals than in other vertebrates and is similar to those cases where the bone has undergone a metabolic diseases This result suggests a non-pathological secondary osteoporosis in these dolphins, which agrees with the already describe Delphinus delphis. Bone microarchitecture is a spatial and temporal function. From the spatial point of view, according to the results of microhardness and nanohardness, bone is harder from the center outward. From the point of view of time, the average hardness of the bone (microhardness) changes with age, increasing in the whole bone in Sc and in the cortical bone in Pb whereas it decreases in the trabecular Pb bone. This observation, along with the fact that the bone is denser, would lead to a bone with more strength.

Tesi realitzada a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (CSIC) / El objetivo principal de la presente tesis ha sido la preparación y caracterización de emulsiones bituminosas concentradas y altamente concentradas de betún en agua controlando el tamaño de gota. Las investigaciones y estudios llevados a cabo se dividen en las siguientes etapas: -Caracterización de la naturaleza química y coloidal de diferentes betunes. - Estudio del comportamiento fásico de tensioactivos comerciales. -Preparación y caracterización de emulsiones concentradas y altamente concentradas de betún en agua. Las investigaciones desarrolladas han permitido alcanzar las siguientes conclusiones principales: -El betún es considerado un sistema coloidal en el que se encuentras dispersos nanocristales de parafina, agregados de asfaltenos y moléculas de resina. Los nanocristales de parafina se encuentran en betunes de naturaleza parafínica y poseen tamaños alrededor de 50 nm. Estos nanocristales son de menor tamaño cuando el betún ha sido enfríado rápidamente y desaparecen a los 70ºC, temperatura de fusión de la parafina. Los agregados de asfaltenos poseen un tamaño entre 2 y 3.3 nm. Su tamaño no se ve afectado por la velocidad de enfriamiento ni por la temperatura, en el rango estudiado. -Los betunes poseen tensioactivos endógenos que difunden al agua disminuyendo la tensión superficial hasta 60 mN/m. Este valor es demasiado alto para demostrar que se trata de moléculas tensioactivas. La difusión de las moléculas amfifílicas presentes en el betún cumple el modelo de Ward y Tordai de difusión. Ajustando este modelo, se ha calculado un exceso superficial de aproximadamente 4•10-6 mol/dm2 de especies amfifílicas del betún adsorbidas en la superficie del agua. -Se determinó la tensión superficial de betún a temperaturas bajas, donde la viscosidad es muy elevada. Se determinó la tensión superficial de los siguientes betunes: 150/180 A Nafténico, 150/180 B Parafínico, 80/100 y 60/70, y se observó que la tensión superficial es prácticamente la misma en todos ellos (37 mN/m) a 25ºC. Se observó que la contribución más importante en la tensión superficial es la componente dispersiva, confirmando que el betún es un material mayoritariamente apolar. -Mediante la determinación del potencial zeta se determinó que el betún Nafténico posee una carga superficial aproximadamente de 0.29 C/m2. Ésta carga superficial es debida a la presencia de tensiaoctivos endógenos. -Se estudió el comportamiento fásico de los tensioactivos comerciales Redicote E-4875, Redicote EM-48, Redicote EM-44, Redicote E-11 HF, Ampholak 7TX, Asfier 218, Telcodinac Teide S, Telcodinac PR y Polyram L-80 y Polyram L-90. -El tamaño de gota de las emulsiones preparadas con tensioactivos comerciales disminuye al aumentar la concentración de tensioactivo. -Se obtuvieron emulsiones con tamaños de gota menores con el betún 80/100, de menor dureza que con el betún 60/70. La emulsificación es más eficiente con betunes de menor dureza dado que proporcionan una viscosidad menor a la misma temperatura. -Al aumentar la fracción de volumen de fase dispersa, el tamaño de gota disminuye. Podría ser debido a que el esfuerzo de cizalla es proporcional a la viscosidad, por lo tanto, al aumentar la viscosidad de la emulsión, manteniendo la velocidad de cizalla constante, el esfuerzo aumenta. Ello puede permitir la formación de gotas más pequeñas. -Se prepararon emulsiones al 60, 70 y 80% de betún 150/180 A cuya fase acuosa contenía quitosano como espesante. El tamaño de gota disminuye con la presencia de quitosano en el medio acuoso. Esta disminución es más acusada en emulsiones del 60% que en emulsiones del 70% y poco apreciable en emulsiones del 80%. Esta tendencia también se observó con emulsiones preparadas con poliacrilamida, el tamaño de gota disminuye con la presencia de polímero en la fase continua, aunque a concentraciones más altas de polímero se alcanza un valor de tamaño de gota prácticamente constante. / Bitumen formulations have very important applications in road pavement, since bitumen allows strong surface adhesion, high internal cohesion and low water permeability. In road constructions, the conventional pavement process consists in mixing the bitumen with gravel and fillers at high temperature, generally around 120ºC-150ºC, and the hot slurry on the road. This process has economical and environmentally disadvantages, because of high energy consumption and release of toxic vapours. An alternative process for road construction makes use of highly concentrated bitumen-in-water emulsions, allowing road pavimentation at room temperature. However, this process requires a long time before road re-opening to traffic, since water evaporation is slow. This problem can be overcome by using highly concentrated bitumen-in-water emulsions, which contain less water. In this context, a technological challenge is to obtain highly concentrated bitumen emulsions with small droplet size, which are stable and form uniform bitumen layers on gravel particles. The extremely high viscosity of bitumen (≈108 cp at 25ºC) makes difficult to obtain highly concentrated emulsions with small droplets sizes. The rheological behaviour of bitumen emulsions is influenced mainly by bitumen concentration and droplet size distribution. Highly concentrated bitumen-in-water emulsions with small droplet size (< 2 μm) have been prepared by increasing the viscosity of the emulsion continuous phase, in order to have a viscosity similar to that of the dispersed phase. For this purpose, chitosan was selected as a cationic thickener, since its ability to increase water viscosity at low concentrations, and its cationic nature compatible to commonly used cationic surfactants. These results demonstrated that the droplet size could be decreased by increasing the viscosity of the continuous phase, obtaining very small droplet sizes in highly concentrated emulsions of highly viscous oils. Moreover, the droplet size could be controlled in a rather wide range.

Seismic, deformation, and gas activity (unrest) typically precedes volcanic eruptions. Successful volcanic event forecasting depends on the quality of the surveillance network for detecting any changes in volcano behaviour. To interpret the geochemical and geophysical precursors correctly it is important to understand the volcanic processes that occur prior and during volcanic eruptions. Detailed knowledge of the volcano internal structure, the rheology of the magmas, the time scales of the processes occurring at depth and the characteristics of past unrest episodes, must be combined with an adequate monitoring network to improve the volcanic hazard forecast. However, these aspects have received little attention in monogenetic volcanoes. The aim of my PhD Thesis is to improve our understanding on monogenetic volcanism, its causes and dynamics, and to help anticipating the volcanic activity. I have focused on three main aspects of this problem. The first one is the calculation of the rheological properties of magmas during mixing. The second aspect I have addressed are the processes and time scales that lead to monogenetic eruptions with the aim to better interpret volcanic unrest and improve eruption forecasts. Finally, I have investigated the seismic unrest periods of historical monogenetic eruptions from a compilation of historical accounts worldwide. The results provide a conceptual framework for better anticipating monogenetic eruptions and should lead to improved strategies for mitigation of their associated hazards and risks. / Las erupciones volcánicas están generalmente precedidas por la actividad sísmica, la deformación y la desgasificación (unrest). El éxito en la predicción del evento volcánico depende de la calidad de la red de vigilancia para detectar cualquier cambio en el comportamiento del volcán. Para interpretar los precursores geoquímicos y geofísicos correctamente es importante entender los procesos volcánicos que ocurren antes y durante las erupciones volcánicas. El conocimiento en detalle de la estructura interna del volcán, la reología de los magmas, las escalas de tiempo de los procesos que ocurren en profundidad y las características de los episodios pasados de unrest, debe combinarse con una red de vigilancia adecuada para mejorar el pronóstico de los eventos volcánicos. Sin embargo, estos aspectos han recibido poca atención en los volcanes monogenéticos. El objetivo de mi tesis doctoral es mejorar nuestra comprensión sobre el vulcanismo monogenético, sus causas y su dinámica, con el objetivo de mejorar la posibilidad de anticiparse a la actividad volcánica. Me he centrado en tres aspectos principales de este problema. El primero es el cálculo de las propiedades reológicas de los magmas durante los eventos de mezcla. El segundo aspecto es el estudio de los procesos, junto con sus escalas temporales, que llevan a erupciones monogenéticas con el fin de interpretar mejor la actividad volcánica y mejorar los pronósticos de una erupción. Por último, he investigado los períodos de unrest sísmico de erupciones monogenéticas históricas en todo el mundo mediante una compilación de documentos históricos. Los resultados proporcionan un marco conceptual que permite mejorar la predicción de erupciones monogenéticas y deberían conducir a mejores estrategias para mitigar sus peligros y riesgos asociados.

A la conca Mediterrània els principals factors que afecten el rendiment dels cultius agrícoles són la sequera i el dèficit de nitrogen. És necessària la recerca de noves eines de fenotipejat per accelerar la millora genètica pel rendiment potencial i l'adaptació dels cultius a condicions limitants. Aquesta Tesi ha estudiat composició isotòpica de carboni (δ13C), oxigen (δ18O) i hidrogen (δ2H), en la seva abundància natural, de diferents cereals. Referent a la δ13C només la composició dels grans madurs van mostrar correlacions fenotípiques (negatives) consistents amb el rendiment del gra (GY) en blat dur, sobretot sota condicions d'estrès moderat (Capítol 5). Aquesta Tesi també proposa l’ús de la δ13C com una aproximació per quantificar la contribució relativa dels diferents òrgans de la planta a l'ompliment del gra (Capítols 1 i 2). L’objectiu es poder emprar la δ13C per seleccionar cereals amb una major fotosíntesi de l'espiga. En blat dur l'aproximació de la δ13C va assignar un paper més gran a l'espiga (tant de l'òrgan sencer com de les arestes) en comparació a la fulla bandera i al peduncle (que representa els assimilats que provenen de les parts inferiors de l'espiga), especialment en les varietats antigues, amb independència de les condicions de creixement. Sota bones condicions agronòmiques, la contribució de les arestes de l’espiga a l'ompliment del gra de blat fariner també va ser més important que la de la fulla bandera. Finalment aquesta aproximació basada en la δ13C de diferents parts de planta es va comparar amb altres aproximacions convencionals com són l'ombrejat o l'aplicació de l'herbicida DCMU a la planta (Capítol 3). Els tractaments d'ombrejat de l'espiga i de la tija van contribuir de forma similar a l'ompliment del gra. Per contra, l'aproximació del DCMU va assignar un paper major a la fotosíntesi de la tija, però l'aplicació de l’herbicida a la tija també va afectar l'espiga, esbiaixant el pes final dels grans. Aquesta Tesi també va estudiar l'isòtop d'oxigen tant en blat de moro (Capítol 4) com en blat dur (Capítol 5). En el blat de moro, les correlacions genotípiques entre la δ18O i el GY van ser marginals, tot i que les sedes va ser l'òrgan que millor va correlacionar amb el GY. En el blat dur les correlacions fenotípiques entre la δ18O dels grans i el GY també van ser marginals. Només va correlacionar fortament la δ18O de l'aigua de la fulla quan es van combinar els dos règims hídrics (reg suplementari i sequera). L'absència de correlacions de la δ18O podria ajudar a descartar els teixits de les plantes que són més susceptibles als processos de fraccionament post-fotosintètic. Escollir l’òrgan idoni pot ajudar a millorar l’ús de la δ18O com a eina de millora de cultius. Per últim es va comparar la δ13C i la δ18O amb la δ2H (Capítol 5). La δ2H en els grans de blat dur va correlacionar contra el GY millor que els altres dos isòtops en condicions de sequera però combinant nivells de nitrogen contrastats. També es van observar correlacions genotípiques entre la δ2H dels foto-assimilats de l'espiga contra el GY. A més, la δ2H de les fulles va correlacionar més amb la δ13C que no pas amb la δ18O, el que suggereix que la δ2H dels foto-assimilats de la fulla no només està afectada per la transpiració i la conductància estomàtica sinó també per les reaccions fotosintètiques. A més, els valors baixos de la δ2H a l’espiga comparats amb els dels grans donen suport al paper fotosintètic de l’espiga, el que recolza els resultats obtinguts en els Capítols 1, 2 i 3. / This Thesis has studied the isotope composition on its natural abundance of carbon (δ13C), oxygen (δ18O) and hydrogen (δ2H) as phenotypic traits for cereal breeding and crop adaptation to optimal and limited agronomic conditions. Regarding the δ13C, only mature grains showed consistent phenotypic correlations (negative) against grain yield in durum wheat, especially under moderate stress conditions. In addition δ13C is also proposed as a tool to quantify the relative contribution of different plant organs to grain filling. In durum wheat and bread wheat δ13C approach assigned a higher role to the ear (both whole body and awns) compared to the flag leaf and peduncle (which integrates the assimilates produced by photosynthetic organs below the ear), regardless of growing conditions. Finally, δ13C approach based on the different plant parts was compared with other conventional approaches, such as shading or herbicide DCMU application, which assigned on average a comparable contribution to the ear than the culm. This thesis also studied the δ18O in maize and durum wheat. In both crops, phenotypic correlations between δ18O and grain yield were marginal. Only δ18O of leaf water in durum wheat was strongly correlated with GY when combining two water regimes. The absence of such correlations will eventually help to understand the use of δ18O as a genotype selection tool for the adaptation of maize and other crops to drought. Finally the δ13C and δ18O were compared with δ2H in durum wheat. δ2H performed better than the other two isotopes predicting grain yield and nitrogen content under water stress but contrasting nitrogen regimes. Besides, genotypic correlations between δ2H in the ear water-soluble fraction and grain yield were observed. In addition, δ2H in the water soluble fraction of leaves was better correlated against δ13C than with δ18O, suggesting that δ2H of leaf photo-assimilated is affected not only by transpiration and stomatal conductance but also by the photosynthetic reactions. In addition, the low values observed in the δ2H in the ear compared to mature grains supported the photosynthetic role of the ear, which reinforced results obtained in other chapter of this Thesis.

Els cloroplasts presenten una activitat respiratòria anomenada clororespiració, que consisteix en una cadena de transport electrònic des del NAD(P)H fins a l’oxigen i que està situada a les membranes tilacoidals. En aquesta cadena respiratòria participen el complex NAD(P)H deshidrogenasa (Ndh), la plastoquinona i la oxidasa terminal plastidial (PTOX). La seva funció està probablement relacionada amb l’adaptació de la fotosíntesi en situacions d’estrès o davant dels canvis en l’ambient. La possible existència d’una activitat respiratòria en plastidis no fotosintètics ha estat molt poc estudiada. Durant la maduració del tomàquet, els cloroplasts del fruit verd es diferencien en cromoplasts, els quals acumulen carotenoides i són fotosintèticament inactius. Durant aquest procés les membranes tilacoidals es desmantellen i l’aparell fotosintètic es degrada. No obstant, diversos transportadors electrònics es mantenen (Ndh, citocrom b6f i PTOX), així com l’ATP sintasa. Aquest fet suggereix que els cromoplasts podrien mantenir una activitat respiratòria similar a la clororespiració. En aquest treball es van realitzar estudis de respiració utilitzant cromoplasts aïllats de tomàquets madurs. Es va observar que els cromoplasts consumeixen oxigen activament, i aquest consum és estimulat pels donadors d’electrons NADH i NADPH. A més, la respiració de cromoplasts respon al desacoblador CCCP, suggerint que possiblement està relacionada amb la creació de gradients de protons a través de membranes. Per últim, es va comprovar que el consum d’oxigen és inhibit per un inhibidor de la PTOX, l’octil gal·lat, indicant que la PTOX és l’oxidasa terminal de la cadena respiratòria. Per altra banda, es va observar que els cromoplasts aïllats són capaços de sintetitzar ATP en presència de NADH i NADPH. Igual que el consum d’oxigen, la síntesi d’ATP és inhibida per l’octil gal·lat i respon al CCCP. Es van realitzar mesures en presència d’un inhibidor específic del complex citocrom b6f i la síntesi d’ATP va quedar parcialment inhibida, la qual cosa suggereix que el citocrom b6f participa en la cromorespiració. A més, es va estudiar l’efecte d’un inhibidor de les NAD(P)H deshidrogenases i es va observar que produïa un efecte diferent segons el donador d’electrons emprat, suggerint la presència de dues NAD(P)H deshidrogenases diferents. Per confirmar la presència del citocrom b6f en els cromoplasts, es va fer un estudi per tècniques d’immunocitoquímica fent servir un anticòs contra el citocrom f i es va localitzar a l’interior dels cromoplasts de tomàquet. En la cromorespiració, un possible acceptor d’electrons per al citocrom b6f és el citocrom c6, doncs es va observar que la seva expressió augmenta durant la maduració. Per altra banda es va intentar identificar una possible NAD(P)H deshidrogenasa alternativa al complex Ndh que participés en la cromorespiració. Les NAD(P)H deshidrogenases tipus II (Ndh-2) són enzims monomèrics que es troben a plastidis, mitocondris i peroxisomes. El genoma del tomàquet conté set gens que codifiquen Ndh-2. Es va estudiar l’expressió dels set gens en diversos teixits de tomaquera i durant la maduració del tomàquet, i es va trobar que quatre Ndh-2 són presents en el fruit madur. A continuació, es va estudiar la seva localització subcel·lular mitjançant la fusió d’aquestes Ndh-2 amb la YFP i l’expressió transitòria de les proteïnes quimèriques en fulles de plantes de tabac, i es va comprovar que dues Ndh-2 són plastidials. Per tant, aquestes Ndh-2 són candidates que podrien participar en la cromorespiració. Per comprovar quina podia ser la contribució de la cromorespiració en relació a la respiració total del tomàquet, es van realitzar estudis amb fragments de pericarp fent servir l’inhibidor octil gal·lat. Els resultats obtinguts mostren que la respiració associada a l’activitat de la PTOX augmenta durant la maduració del fruit i representa un 25% de la respiració total quan és madur. A més, també es va comprovar que la cromorespiració contribueix significativament al contingut d’ATP total del pericarp de fruit madur. / Chloroplasts present a respiratory process called chlororespiration. This activity consists in an electron transport pathway from NAD(P)H to oxygen which it is located in thylakoidal membranes, and it involves the plastidial terminal oxidase (PTOX) and the NAD(P)H dehydrogenase complex (Ndh). Its function is related with photoprotection and the adaptation of photosynthesis in changing environmental conditions. However, the existence of a similar respiratory process in non-photosynthetic plastids was less studied. During tomato (Solanum lycopersicum) fruit ripening, chloroplasts differentiate into photosynthetically inactive chromoplasts. In this work, we have shown that isolated tomato fruit chromoplasts present an oxygen consumption activity which is stimulated by the electron donors NADH and NADPH. This respiratory activity is sensitive to the uncoupler CCCP, suggesting that it could be related to the generation of membrane proton gradients. It is also affected by octyl gallate (Ogal), a PTOX inhibitor. The ATP synthesis rate of isolated chromoplasts was quantified, and we observed that it is dependent on the supply of NAD(P)H and is fully inhibited by Ogal. Also, the ATP synthesis is sensitive to a cytochrome b6f complex inhibitor, and the possible participation of this complex in chromorespiration is supported by the detection of cytochrome f in chromoplasts using immunoblot and immunocytochemical techniques. The observed increased expression of cytochrome c6 during ripening suggests that it could act as electron acceptor of the cytochrome b6f complex in chromorespiration. In addition, we studied the family of type II NAD(P)H dehydrogenases in tomato (Ndh-2), which includes seven genes. Four Ndh-2 are expressed in ripe tomato fruit, and two of them (nda2 and ndc1) are located in plastids, so they are candidates to participate in chromorespiration. On the other hand, the effects of Ogal on respiration and ATP levels were also studied in tissue samples. Oxygen uptake of mature green fruit and leaf tissues was not affected by Ogal, but was inhibited increasingly in fruit pericarp throughout ripening (up to 25% in red fruit). Similarly, Ogal caused a significant decrease in ATP content of red fruit pericarp. The number of energized mitochondria, as determined by confocal microscopy, strongly decreased in fruit tissue during ripening. Therefore, the contribution of chromoplasts to total fruit respiration appears to increase in late ripening stages.

Cancer immunotherapy represents a treatment strategy which is being clinically tested to complement surgery, radiotherapy and chemotherapy – the current cornerstones of our fight against cancer. It has become clear now, that tumors not only escape immune recognition but also actively suppress antitumor immune responses. In order to improve cancer immunotherapy, effective manipulation of the immune system to break self-tolerance need to be designed and approaches that counteract immunosuppressive mechanisms need to be developed. The tumor microenvironment encompasses a wide variety of immune cells, which macrophages comprise the most dominant portion of them and thus are the major players in the connection between inflammation and cancer. These tumor-associated macrophages (TAMs) are derived from blood monocyte precursors and subsequently acquire distinct characteristics as a result of tumor micro-environmental cues. Monocytes are a heterogeneous population in the blood with an enormous plasticity whose fate and functions are dictated by the microenvironment. Therefore, the roles of specific Monocytes subsets in tumor progression and the molecular mechanisms for their impacts need to be elucidated. Ly6Chigh and Ly6Clow are two main different types of murine monocytes subsets that have been defined by distinct phenotypes and immunoregulatory functions. Recent data demonstrates that Ly6Chigh monocytes can recruit to inflammation loci while Ly6Clow monocytes are patrolling cells. We have developed a method to produce large number of Ly6Chigh monocytes in vitro. In our study we observed that, injection of these cells affects tumor progression in breast cancer and C26 colon carcinoma. Activation of Ly6Clow monocytes by pro- or anti-inflammatory cytokines, results in a genetic expression profile, corresponding to pro- or anti-inflammatory genes, respectively. Injection of pre- activated Ly6Clow monocytes toward pro- or anti-inflammatory polarization in C26 colon carcinoma showed that anti-inflammatory activated monocytes are more beneficial in delaying cancer cachexia. Increased knowledge of monocytes improves the chances to find therapies against a broad spectrum of diseases including cancer, where monocytes have opposing roles of either being beneficial or detrimental to the host. Using C26 cancer model we were interested to study the impact of activation of Ly6Chigh monocytes toward pro or anti-inflammatory phenotype on the progression of cancer. We conducted the C26 cancer model injecting Ly6Chigh monocytes treated with IL-4 or INF-. before injection. Among the groups of treatment, Ly6Chigh monocytes activated with IL-4 were the most beneficial on cancer progression, since they had the highest survival rate and the least tumor volume rise among all groups. Since the whole cachectic muscles are inflamed and injured in C26-bearing mice and activated Ly6Chigh monocytes injected in this cancer model apart from recruiting to tumor site have played substantial role by affecting cachectic muscle repair. In summary, we defined a new regulatory role of recruiting Ly6Chigh monocytes in cancer, which might be clinically relevant in developing novel immunotherapeutic strategies. Although, underlying mechanism by which Ly6Chigh monocytes influences the tumor progression have yet to be established and it requires further studies to characterize the phenotype of these cells after recruitment in cancer. So far, since the inflammatory genes involved in tumor progression were differently regulated in tumors infiltrated with Ly6Chigh monocytes, our hypothesis is that the recruitment of Ly6Chigh monocytes, alter the balance of pro-inflammatory/anti-inflammatory pool of macrophages in the cancer and this is the main reason why modulation impacts occur in this study. While pro-inflammatory macrophages will be able to induce wound hilling and revascularization, the anti-inflammatory macrophages will block the tumor growth through the production of fibrosis.