With more than 40% of the world’s population living in coastal areas, oceans have become an indispensable resource for humankind but many coastal and marine regions are suffering from multiple anthropogenic threats. Pollution, coastal tourism, agricultural practices and development of ports threaten marine species worldwide and have caused the decline of many species, some of them currently on the verge of extinction. Bycatch, the unintentional catching of non-targeted species during fishing operations has been described as one of the most important threats causing the decline of many species, especially of large marine vertebrates: sharks, sea turtles, birds and marine mammals. This is because large marine vertebrates are the most vulnerable group to bycatch due to their life-cycle characteristics, presenting a long lifespan, late age at maturity and low reproductive output. However, conservation needs for marine megafauna are particularly difficult to assess as these species usually occur in remote oceanic habitats, are distributed across entire oceans and often have complex life cycles involving migrations that cover thousands of kilometres. Thus, because sea turtle life stages may occur in different areas, a detailed knowledge on the life cycle, distribution and habitat use of these species is highly relevant as populations might face different anthropogenic impacts depending on the areas used. Accordingly, these questions have been addressed for the loggerhead turtle (Caretta caretta) in this thesis through different approaches such as population genetics, stable isotope analysis, growth models and fisheries impact assessments. The results presented in this thesis have revealed deeper structuring in nesting and foraging grounds for loggerhead turtles than previously thought. An earlier colonisation of the Mediterranean has been discovered, fine-scale rookery contributions to Mediterranean foraging grounds have been unveiled, the habitat use of nesting females has been discovered and new management units have been described within the Mediterranean Sea. The effects that foraging ground use have on loggerheads biology has also been approached showing that individual patterns of habitat use may have a remarkable effect on fitness (clutch size) and growth rates. This, in turn, may be driven by surface water circulation patterns of the basin and the trajectory followed by juvenile turtles during their developmental migration. Finally, this thesis has highlighted the importance of regional studies to understand the consequences of fisheries bycatch as the actual impact will depend on the origin of the turtles incidentally caught. / Amb més del 40% de la població mundial vivint a zones costaneres, els oceans han esdevingut una font indispensable de recursos i, com a conseqüència, la biodiversitat marina està altament amenaçada no només per l’explotació directa sinó també per factors antropogènics secundaris. Una de les causes més rellevants que estan empenyent a la desaparició de diverses espècies marines és la pesca i les captures accidentals associades a aquesta. La megafauna marina (taurons, tortugues marines, aus marines i mamífers marins) és especialment vulnerable a aquesta captura accidental degut a la maduració sexual en edats avançades, la presència d’un cicle vital de llarga durada i el baix rendiment reproductiu, entre altres, de les seves espècies. Per tal de poder aplicar plans de gestió per a la seva conservació, però, és essencial conèixer-ne el seu cicle vital, la distribució i els usos de l’hàbitat per entendre quines són les possibles amenaces que afecten les diferents poblacions i a on es localitzen. En aquesta tesi aquests factors són estudiats en la tortuga babaua (Caretta caretta) a través de la genètica de poblacions, anàlisis d’isòtops estables i models de creixement. Els resultats presentats demostren una estructuració poblacional en zones de nidificació i alimentació més forta del què es creia fins al moment per a la tortuga babaua. S’ha datat una colonització plistocènica del mar Mediterrani, s’han estimat les contribucions de cada zona de nidificació a diferents zones d’alimentació mediterrànies, s’han analitzat els usos de l’habitat de diferents poblacions i noves unitats de gestió han estat definides. També s’ha analitzat l’efecte dels usos de l’habitat sobre la biologia de la tortuga babaua i diferències en les taxes de creixement i mides de posta s’han detectat entre individus alimentant-se en zones diferents. Aquest fet, a la vegada, s’ha vist que podria estar influenciat amb els patrons de circulació d’aigua de la conca i la trajectòria seguida pels nounats i juvenils durant la seva migració primerenca. Finalment, aquesta tesi ha remarcat la importància de realitzar estudis a escala regional per entendre les conseqüències de la captura accidental ja que aquestes dependran de l’origen de les tortugues capturades.

Tesi realitzada a l'Instituto de Investigaciones Marinas, IIM-CSIC, de Vigo / The Extracellular Matrix (ECM) is a complex network secreted by cells that serves as a structural element in tissues and also influences their development and physiology. More specifically, the extracellular matrix helps cells to bind together and regulates several cellular functions such as adhesion, migration, proliferation and differentiation. It is composed of growth factors, proteoglycans, structural proteins and matricellular proteins. Osteonectin, also named Sparc (Secreted Protein Acidic and Rich in Cysteine) or BM-40 (Membrane Protein-40), is a multifunctional glycoprotein that belongs to the matricellular protein family. This group modulates matrix-cellular interactions and takes part in several cell functions, rather than playing a role in the cell structure. Sparc is known to have high affinity with calcium ions and was first discovered as the major component of ECM in mineral tissues, although it has since been located in many other tissues. Sparc expression is high during early development but remains low in adult life. However, it is expressed in tissues under renewal, tissue repair or tumorigenesis. Since Sparc is able to interact with multiple molecules, many important functions have been attributed to this protein, including counteradhesion, the regulation of cell proliferation and angiogenic activity. Analysis of the results obtained during this PhD Thesis leads to the following conclusions: • Sparc is as an important regulator of embryonic haematopoiesis during early development in zebrafish. Specifically, it mediates erythroid progenitor cell development regulating gata1 and βe3globin expression. • Similar defects in blood phenotypes of sparc and fgfs knockdowns and the capacity to partially rescue the fgf21 blood phenotype places sparc downstream of fgf21 signaling genetic network. • UV exposure induces an increase in the p53 and sparc expression • According with the conclusion 3, a possible molecular mechanism induced by sparc after UV-radiation is suggested to be the responsible in part of the increment in developmental abnormalities. • 5’UTR-intron is key transcriptional regulatory region of sparc gene since gene-construct containing simply this region predominantly displayed GFP expression in notochord, intermediate cell mass, otic vesicle, olfactory epithelium and muscle fibers in injected zebrafish embryos. • sparc is transcriptionally regulated by DNA methylation through the CpG island detected immediately upstream the 5’ translation start site which is located within the intron sequence. • Turbot Sparc protein keeps the same protein structure exhibited by all vertebrate Sparc proteins. The predicted turbot Sparc protein sequence shares high similarity to the Sparc proteins of other vertebrates. Phylogenetic analysis also indicated that turbot Sparc clusters together with its vertebrate orthologs. Additionally, we found that the expression pattern of Turbot sparc is comparable to other teleost species. Therefore, these results suggest a strong evolutionary pressure to conserve this protein and indicate that there should be an evident conservation of function. • sparc mRNA expression showed a dynamic stage-specific expression during post-embryonic turbot development with high levels at metamorphic climax, indicating that it might be necessary for turbot metamorphosis. / Osteonectina, también llamada Sparc o BM-40, es una glicoproteína multifuncional que pertenece a la familia de las proteínas matricelulares de la matriz extracelular. Este grupo modula las interacciones entre la matriz y las células e interviene en múltiples funciones más que jugar un papel en la estructura celular. Se sabe que Sparc tiene una alta afinidad por los iones calcio y fue descubierta por primera vez como el componente mayoritario de la matriz extracelular de tejidos mineralizados. Más tarde, se localizó Sparc en muchos otros tejidos. La expresión de Sparc es alta durante el desarrollo temprano y disminuye durante la edad adulta. Sin embargo, su expresión aumenta en tejidos que requieren cierto grado de renovación, reparación o en tumorigénesis. Debido a que Sparc es capaz de interactuar con múltiples moléculas, se le han atribuido importantes funciones como antiadhesión, regulación del ciclo celular y actividad angiogénica. Debido al poco conocimiento respecto a la regulación de Sparc y los papeles contradictorios en diferentes tejidos, el objetivo principal de esta tesis es contribuir a un mayor entendimiento de este gen en peces teleósteos. En esta tesis demostramos: 1. Sparc es un regulador importante en hematopoyesis embriogénica durante el desarrollo temprano del pez cebra. 2. Localizamos sparc corriente abajo de fgf21 en esta cascada de regulación. 3. La radiación ultravioleta es capaz de inducir un incremento en la expresión de p53 y Sparc. 4. Dado que sparc está altamente expresada en embriones expuestos a radiación ultravioleta, este gen puede estar implicado en el incremento de malformaciones durante el desarrollo. Así, se sugiere que posiblemente sparc sea capa de inducir un mecanismo molecular en respuesta a la exposición de UV. 5. El intrón localizado entre las dos regiones 5’UTR es clave para regulación transcripcional de sparc ya que el vector conteniendo únicamente esta secuencia asociada a GFP es capaz de expresar fluorescencia en notocorda, ICM, vesícula ótica, bulbo olfatorio y fibras musculares, lugares donde se sabe que sparc está presente tanto en pez cebra como en otras especies de teleósteos. 6. Sparc está regulada a nivel de la transcripción por metilación del ADN. Concretamente, la isla CpG detectada en el intrón es susceptible a procesos de metilación. 7. Tanto la secuencia aminoacídica de Sparc como los lugares de expresión en larvas de rodaballo (Scophthalmus maximus) están altamente conservados cuando se comparan con las secuencias existentes en otras especies. 8. Sparc tiene un papel durante la metamorfosis de rodaballo por su alta expresión en etapas premetamórficas.

Se plantea la siguiente hipótesis de trabajo que: 1) El entrenamiento de fuerza realizado en condiciones de hipoxia mejora el rendimiento anaeróbico específico. 2) Las condiciones de hipoxia simulada no provocan un descenso de la intensidad de ejecución durante este tipo de ejercicio. 3) El mayor estrés fisiológico y perceptivo soportado en condiciones de hipoxia es el causante de provocar respuestas adaptativas en diferentes sistemas orgánicos: metabólico, cardíaco, nervioso y muscular. Este estudio se lleva a cabo a través de varios trabajos valorando deportistas entrenados, los objetivos de los cuales son: 1) Estudio de la respuesta física sobre el rendimiento anaeróbico láctico mediante: A) La realización de dos programas de entrenamiento que incluyeron ejercicios de fuerza resistencia localizados y generales durante 4 semanas y 12 sesiones. B) Valoración del rendimiento físico y fisiológico midiendo antes y después de la realización de los programas y comparando en dos grupos (hipoxia y normoxia). C) Los test de rendimiento físico incluyeron: test de máximo rendimiento durante 60 segundos (saltos continuos) y máxima capacidad de rendimiento hasta el agotamiento (máximo número de series posibles a realizar). 2) Valoración de la potencia generada durante un ejercicio interválico intermitente (6 series de 15 segundos a máxima intensidad con recuperación de 3 minutos) en condiciones de normoxia, hipoxia moderada (equivalente a 2500m) y severa (equivalente a 4000m). 3) Análisis de la respuesta metabólica del lactato alcanzado al finalizar el test hasta el agotamiento comparando grupos (hipoxia y normoxia) y antes y después del programa de entrenamiento. 4) Valorar el efecto del entrenamiento en condiciones de hipoxia sobre la regulación de sistema nervioso autónomo a través del registro de la recuperación y la variabilidad de la frecuencia cardíaca. 5) Comprobar el efecto provocado por el ejercicio máximo en condiciones de hipoxia y normoxia en la saturación arterial de oxígeno y el rendimiento físico. Los resultados obtenidos en los estudios que conforman la tesis doctoral, nos permiten extraer las siguientes CONCLUSIONES: 1) El grupo de deportistas entrenados que realizó los programas de entrenamiento de fuerza en condiciones de hipoxia hipobárica intermitente mejoró su rendimiento máximo durante un test de 60 segundos y alcanzó un mayor número de series hasta el agotamiento en régimen interválico intermitente. Esta mejora fue estadísticamente significativa comparando el rendimiento anterior y posterior al programa y con el grupo que entrenó en normoxia. 2) La mejora obtenida en el test hasta el agotamiento (mayor número de series alcanzadas) correlacionó con un mayor nivel de lactato alcanzado en el grupo hipoxia (en comparación con el grupo normoxia). 3) Las condiciones de hipoxia simulada no provocan una reducción en la capacidad de generar potencia de fuerza tanto si es moderada (2500m) como severa (4000m) en comparación con normoxia. 4) La Saturación arterial de oxígeno descendió significativamente a medida que la altitud simulada era mayor. Este descenso no afectó la capacidad de rendimiento físico. 5) El entrenamiento de fuerza en hipoxia simulada intermitente provocó modificaciones significativas en comparación con el mismo entrenamiento en normoxia en la respuesta del sistema nervioso autónomo. Estas modificaciones fueron medidas a través del índice de recuperación de la frecuencia cardíaca después de 3 minutos de finalizar el test de rendimiento máximo. De manera global, se puede concluir que el entrenamiento de fuerza en condiciones de hipoxia simulada de carácter intermitente puede mejorar el rendimiento en pruebas de carácter anaeróbico en deportistas entrenados. Además, puede ser una herramienta útil dentro de la preparación física en personas lesionadas que realicen programas de rehabilitación física en condiciones de hipoxia para mantener un nivel físico más alto por el mayor estrés soportado a nivel sistémico. / An intermittent hypobaric hypoxia program (IHH) consisting of a strength endurance training during 4 weeks (3 days per week) in trained athletes has been proven as an effective stimulus to improve the anaerobic performance. The strength training is an important key in the sports involving anaerobic profile but until now has been not used commonly. Two groups (hypoxia and normoxia) were tested during 4 experimental studies in order to assess: 1) the anaerobic capacity after 4 weeks of endurance strength training (EST) over lower limb throughout a test consisting of 60 seconds of continuous jumping's (height mean and fatigue index). 2) The maximal capacity until exhaustion performing intervallic sets (300 meters at 90% of the individual best performance) after a circuit strength training (CST) of 4 weeks of duration. 3) The arterial saturation of oxygen (SaO2) and the correspondingly power strength performance (PSP) during a session of 6 sets of continuous jumping during 15 seconds with incomplete recovery (3 minutes between sets) in normoxia and two hypoxia conditions (moderate and severe). 4) The autonomic function measured throughout the heart rate variability (HRV) and the heart rate recovery index. After EST and CST significant differences were found comparing hypoxic and normoxic groups. Both studies showed that hypoxic treatments were more effective and participants reported a better anaerobic capacity. Lactate values reached after CST were significantly higher in the hypoxic group in comparison with normoxia. Despite that SaO2 reached during PSP was statistically lower in hypoxia than normoxia, athletes were able to maintain the power capacity of strength. Both groups improved the heart rate recovery index after EST and CST programs, however, the hypoxic group reported a significant better data. After conducting our protocols IHH and strength training, we conclude that physiological and physical changes obtained may suggest that procedures to lead the anaerobic adaptive responses could be succesfully used. All these physiological changes would have multiple applications in the sport training and sport rehabilitation.

La diversitat observada en els grups humans ha estat àmpliament documentada per antropòlegs segons els coneixements i tècniques disponibles en cada moment. Actualment, un dels aspectes en els quals s’està invertint molt d’esforç és en la modelització dels fenotips anomenats complexos, fruit de la interacció d’un elevat nombre de components genètics i ambientals, on hi trobem moltes malalties. Alguns d’aquests fenotips presenten grans diferències entre les poblacions humanes, i per tant, també els seus factors causants. Per tal d’entendre la distribució observada d’aquests fenotips i els seus factors determinants, és necessari fer una ullada a la història demogràfica de les poblacions. En aquest context, aquesta tesi és un estudi antropogenètic de diferents gens, el gen del factor de coagulació XIII (F13A1) i els gens de les sintases d’òxid nítric (NOS), implicats en un fenotip complex amb variació poblacional com són les malalties cardiovasculars. Les nostres poblacions d’estudi es situen al voltant de la Mediterrània i al continent europeu, on, tot i tractar-se d’una àrea geogràfica no molt extensa, la variació en la presència de les malalties cardiovasculars és considerable. En un primer article, polimorfismes del gen F13A1 són analitzats en una mostra de 101 famílies de l’àrea de Barcelona. L’anàlisi de transmissió al•lèlica entre pares/mares i fills afectats d’infart de miocardi va mostrar una interacció intra-gènica degut a la sobretransmissió de la variant al•lèlica Pro564 de rs5982 en el subgrup de mostra on els fills afectats presentaven el genotip Val34-Val34 per rs5985, donant un paper pro-trombòtic del FXIII. Alhora, es va observar que l’al•lel més curt (3.2 repeticions) de F13A1-STR es trobava infratransmès, mentre que l’al•lel més llarg, d’entre els de més freqüència poblacional (7 repeticions), s’observava sobretransmès, apuntant cap a un paper regulador de F13A1-STR en l’expressió del gen F13A1 i, per tant, en la disponibilitat en sang del FXIII. En un segon article, un conjunt de 61 SNPs presents als tres gens NOS (NOS3, NOS1 i NOS2A) van ser analitzats per associació amb l’infart de miocardi en 2165 casos i 2153 controls D’aquests, 4 SNPs independents van presentar indicis d’associació amb la malaltia. El score de risc genètic a partir d’aquests 4 SNPs va explicar una contribució a l’infart de miocardi inferior al 1%. Per contra, en un conjunt de 34 mostres poblacionals, la mitjana poblacional del score es correlaciona positivament amb la incidència coronària registrada en 10 poblacions del projecte MONICA i n’explica fins a un 67% en dones i un 86% en homes, fruit de la colinearitat del score amb molts altres factors de risc amb la mateixa distribució poblacional. Aquest fet ens indica que l’estudi de la distribució genètica de risc ens pot ser molt útil per elaborar estratègies de prevenció en salut pública. Finalment, en un tercer article, mitjançant l’anàlisi de 114 SNPs i 17 STRs, es va determinar que les principals estructures de variació genètica en les poblacions eren gradients de continuïtat genètica distribuïts seguint eixos similars a nord-sud i est-oest. L’estimació de components genètics “ancestrals” va indicar l’existència de 3 components interpretats com d’origen Paleolític europeu, Paleolític nord africà i Neolític europeu. Aquests resultats s’ajusten a simulacions computacionals on aquesta distribució s’explicaria per un doble procés de Neolització: una expansió neolítica al continent europeu lligada a la cultura ceràmica Linearbandkeramik i una expansió neolítica a la Mediterrània lligada a la cultura ceràmica Cardial. Alhora, aquestes estimacions genètiques van explicar altes contribucions a la incidència coronària en 11 poblacions del projecte MONICA (36-98%), fet que indica que la predisposició poblacional a la malaltia és fruit de la demografia històrica de les poblacions i no a efectes d’adaptació al medi. / Human diversity has been widely documented by anthropologists. Nowadays, modelling complex phenotypes is one of the top research areas. Complex phenotypes show different distribution among populations, as well as the factors that cause them. In this context, this thesis assessed the role of some polymorphisms of coagulation factor XIII gene (F13A1) and Nitric Oxide Synthase genes (NOS) in coronary artery diseases (CAD), and their distribution among European and Mediterranean populations in relation with coronary incidence. In the first article, F13A1 gene polymorphisms were tested in a sample of 101 families from the area of Barcelona. The analysis of allele transmission from parents to affected children showed an allele-allele interaction between Pro564 and Val34 allele variants of rs5982 and rs5985 polymorphisms. At the same time, an under-transmission of the shorter allele in size (3.2 repeats) and an over-transmission of the largest allele in size among common alleles (7 repeats) of F13A1-STR pointed to a regulatory role in F13A1 gene expression and, therefore , bloodstream FXIII availability. In the second study, for the first time, we proposed to estimate the genetic CAD predisposition at population level using genetic risk scores (GRS). A GRS, composed by 4 risk markers from NOS genes, explained less than 1% of CAD phenotype, but the mean value of GRS per population clearly correlated with CAD incidence explaining a 86% of coronary event rates in men and 67% in women. This phenomenon was explained by the colineal effect of several risk variants showing the same geographic distribution. Population GRS is a promising approach in public health interventions. Finally, in the third article, the analyses 114 SNPs and 17 microsatellites from NOS gene regions revealed a genetic structure among populations in genetic gradients distributed resembling north-south and east-west axes. Three ancestral components were estimated and interpreted as Palaeolithic European, Palaeolithic North African and Neolithic European genetic components. These results fitted a process of dual Neolithisation: one expansion in the European continent leaded by the Linearbandkeramk culture and another in the Mediterranean Basin linked to the Cardial ceramic culture. At the same time, the population structure estimates explained a large proportion of coronary events rates (36-98%), indicating that population predisposition to coronary disease is the result of demography instead of an adaptation to the environment.

El género Aeromonas está constituido por bacilos gram negativos y comprende patógenos de animales poiquilotermos y oportunistas en humanos. La virulencia de Aeromonas hydrophila AH-1 es multifactorial, siendo el lipopolisacárido (LPS), el flagelo (polar y lateral) y la lámina S importantes factores de patogenicidad. La mutación del gen wbpL, implicado en la biosíntesis del antígeno O del LPS, da lugar a la pérdida de antígeno O, una bajada en el peso molecular de las flagelinas polares y la aparición de fimbrias en la superficie bacteriana. Se procedió a estudiar si las flagelinas polares y laterales de la cepa AH-1 se hallaban glicosiladas. Los análisis mediante LC-MS mostraron que las flagelinas laterales de la cepa AH-1 no se hallaban glicosiladas, mientras que las polares se hallaban glicosiladas con un glicano de 403 Da, derivado del ácido pseudamínico y otro glicano de 1060 Da, que no se encontraba en el mutante del gen wbpL. Este dato, junto con el hecho de que el mutante del gen rmlB que codifica para la biosíntesis de ramnosa (azúcar que compone el antígeno O) también pierde el glicano de 1060 Da, muestra la relación entre dicho glicano y el antígeno O del LPS. Asimismo se procedió a localizar los genes implicados en la síntesis de pseudamínico, adyacentes a la región 2 de flagelo polar; mutaciones tanto en alguno de estos genes (pseI, pseB) como en la glicosiltransferasa maf-1 abolía la presencia de flagelo polar pero no del lateral, demostrando así una regulación post-traduccional de las flagelinas polares mediante la glicosilación. También se observó la aparición de fimbrias. Se procedió a analizar las fimbrias que se inducían en los mutantes wbpL, pseI, pseB y maf-1. Se trata de fimbrias de tipo IV, denominadas MSHA por su homología a las descritas en Vibrio spp y ampliamente distribuidas en el género Aeromonas. La secuenciación de la agrupación mostró 22 ORF agrupadas en dos transcritos. Para analizar la inducción de las fimbrias en los mutantes se realizaron análisis de promotores, RT-PCR y detección mediante anticuerpos, que mostraron que la cepa salvaje AH-1 presenta las fimbrias pero no es capaz de ensamblarlas correctamente y las libera al exterior. La acumulación de azúcares activos en los mutantes parece ser el detonante para la expresión de estas fimbrias que juegan un papel fundamental en la formación de biofilms, favoreciendo la persistencia de la bacteria en el medio ambiente. / The genus Aeromonas is composed of Gram-negative rod-shaped bacteria and comprises opportunistic and primary pathogens of poikilothermic and homeothermic animals, including humans. The lipopolysaccharide (LPS) and S layer are important virulence factor of Aeromonas hydrophila AH-1. Mutation of the gene wbpL, which is involved in the O antigen synthesis of the LPS, leads to loss of the O antigen, a lesser molecular weight of the polar flagella and the appearance of fimbriae on the bacterial surface. It was studied whether the polar and lateral flagella of the strain AH-1 appear glycosylated. The LC-MS analysis showed that the lateral flagella were not glycosylated, while polar flagella were carrying a 403 Da glycan, derived from pseudaminic acid, as well as a 1060 Da glycan that was not found in the wbpL mutant strain. This finding, together with the fact that a mutant of the rmlB-gene, which plays a role on ramnose-biosynthesis (a sugar of the O antigen), also loses the glycan of 1060 Da, shows the involvement of this glycan in the o antigen of the LPS. It was proceeded to identify the genes in pseudaminic-synthesis adjacent to region 2 of the polar flagellum genes. Mutations in some of these genes (pseI, pseB) as well as in glycosyltranferase maf-1 abolished the presence of polar but nor of lateral flagella and therefore showed a posttranslational regulation of the polar flagellins by glycosylation. As also fimbria formation was observed it was proceeded to analyse the fimbria that were induced in the mutants of wbpL, pseI, pseB and maf-1. They were identified as type IV fimbria, also called MSHA due to their homology to those observed in Vibrio ssp and broadly distributed in the genus Aeromonas. DNA-sequencing showed 22 ORF that were organized in 2 transcripts. To analyze the induction of the fimbria in above mentioned mutants, promoter analysis, RT-PCR and immunodetection was performed. This showed that wildtype AH-1 also expresses fimbria, but is not capable of assembling them correctly and therefore expulses them to the exterior. The accumulation of active sugars in the mutants seems to trigger the correct assembly of the fimbria that play an fundamental role in biofilm formation and therefore favor the persistence of the bacteria in the environment.

The spider infraorder Mygalomorphae, comprising tarantulas, funnel-web spiders and the trap-door spiders, is one of the three main evolutionary lineages recognized within spiders. Its family level phylogenetic relationships are with a few exceptions relatively well solved, but its actual diversity in the Mediterranean region is probably underestimated. Because of the extremely low dispersal capacity, mygalomorph spiders usually show high levels of local endemism and deep population genetic structure, however, closely related species tend to be morphologically conservative. The low vagility and high habitat fidelity of mygalomorphs makes them a perfect model system for biogeographic studies as their distribution ranges are more likely to reflect geological processes such as continental break ups or tectonic plates rearrangements, while their conservative morphology makes them a good system to test species delimiting methods. The present Ph.D. thesis provides insights into the cryptic diversity, distribution patterns and phylogenetic relationships of the species of the families Ctenizidae, Hexathelidae and Idiopidae that inhabit the Western Mediterranean and the Canary Islands. By using a multi-locus approach and state of the art phylogenetic inference methods, the pattern and time frame of the diversification of these groups is inferred. The phylogenetic and temporal information sheds light on the biogeographic scenario and the diversification drivers of the selected families. Molecular based species delimitation approaches are further used to identify species boundaries in morphologically conservative groups. The results of the present study have greatly contributed to improve our current understanding of the diversity, biogeography and phylogeny of the mygalomorph spiders inhabiting the Mediterranean region and the Canary Islands. The existence of the independent evolutionary lineages that may correspond to undescribed species was detected in all studied groups, so far neglected by taxonomists due to their secluded habits and uniform morphology. The study also reveals that the past geological events had a great impact on the present day distribution of Mediterranean mygalomorphs. In the family Ctenizidae, the amphi-Atlantic distribution of Ummidia, traces back to a former Laurasian distribution and the rearrangement of the microplates following the Hercynian Belt break up, drove the diversification of both Cteniza and Ummidia in the Western Mediterranean. Our findings support that the genus Macrothele colonised the Mediterranean region during the Eocene in two independent waves, presumably from Asia, which in turn may have been colonised from Africa by rifting on the Indian subcontinent, following the Gondwana break up. On the other hand, the Canary Islands were colonised once by the genus Titanidiops presumably by passive rafting from the nearby mainland. Finally, the study sheds additional light on the high level phylogeny of mygalomorph spiders. The first ever-molecular phylogeny of the family Ctenizidae that includes representatives of all genera was conducted, revealing that their current higher taxonomic groupings are polyphyletic and failing to retrieve the monophyly of the family as whole, mostly due to the position of Cteniza and Cyrtocarenum. Unfortunately, topology tests could not reject the single origin of the family. Similarly, the results further confirmed the polyphyly of the family Hexathelidae, mostly due to the inclusion of the Atracinae subfamily. Our findings emphasize the need for redefining the limits of the families Ctenizidae and Hexathelidae and re-evaluating the morphological characters used in the current taxonomy of both groups. / El infraorden Mygalomorphae es uno de los tres linajes evolutivos principales reconocidos dentro de las arañas, pero su diversidad en el Mediterráneo ha sido en general poco estudiada. Los factores que contribuyen al escaso conocimiento taxonómico del grupo tienen que ver con sus hábitos crípticos y su uniformidad fenotípica. Dicha uniformidad, convierte al grupo en un sistema para testar métodos de delimitación de especies. Por otro lado, el grupo se caracteriza por un baja capacidad de dispersión y elevado sedentarismo, constituyendo un modelo excelente para estudios de biogeografía, ya que sus distribuciones pueden reflejar procesos geológicos tales como la deriva continental. En esta tesis se ha utilizado una metodología integrativa que combina secuencias de DNA de múltiples genes, genotipado mediante AFLPs y modelación de distribución de especies, para abordar una serie de cuestiones relacionadas con la diversidad de este grupo. Mediante el uso de los métodos de análisis filogenéticos, inferencia del marco temporal de la diversificación del grupo y la aplicación de los métodos bayesianos coalescentes para la delimitación de especies se identifican los principales factores que promovieron la diversificación de los migalomorfos en la cuenca mediterránea, se contrastan diferentes escenarios biogeográficos sobre su origen y se investiga su estatus taxonómico. Los resultados de esta tesis mejoran notablemente el conocimiento actual sobre la diversidad críptica, la biogeografía y la filogenia de las familias Ctenizidae, Hexathelidae e Idiopidae que habitan el Mediterráneo e Islas Canarias. En todos los grupos estudiados se han detectado linajes evolutivos independientes que pueden corresponder a especies nuevas. Nuestros resultados ponen en evidencia que los eventos geológicos pasados tales como la desintegración de Gondwana, Laurasia y el Cinturón Herciniano modelaron la distribución actual de los migalomorfos Mediterráneos y que las Islas Canarias fueron colonizadas desde el continente una sola vez. Los resultados de esta tesis también confirman la polifilia de las familias Ctenizidae y Hexathelidae y ponen de manifiesto la necesidad de reevaluar los caracteres morfológicos utilizados en la taxonomía actual.

La familia Amaryllidaceae es conocida por presentar un grupo específico de alcaloides isoquinolínicos, que suelen mostrar un amplio espectro de actividades biológicas. Tres especies del género Hippeastrum, nativo de Brasil, fueron seleccionadas para el estudio en la presente tesis: H. papilio, H. aulicum y H. calyptratum. A su vez, la especie africana Narcissus broussonetii fue elegida para completar el estudio de dicho género, investigación que el grupo de Productos Naturales de esta Universidad viene realizando desde inicio de los años 80. Hippeastrum papilio sintetiza el alcaloide galantamina en cantidades notables además del nuevo compuesto 11beta-hidroxigalantamina. Dicho compuesto es similar al conocido alcaloide habrantina. Utilizando técnicas de RMN se pudo caracterizar correctamente la orientación beta del hidroxilo en el compuesto hallado en H. papilio y, a su vez, se ha confirmado que habrantina es, concretamente, la 11alfa-hidroxigalantamina. Además, 11 beta-hidroxigalantamina presentó una notable actividad inhibidora del enzima aceticolinesterasa (IC50 14.5 ± 0.33 milimicras), aunque inferior a galantamina (1.18 ± 0.07 milimicras). Un total de siete compuestos fueron identificados en esta especie. De Narcissus broussonetii se identificaron 23 compuestos. Se reporta por vez primera los compuestos dinitrogenados obliquina, plicamina y secoplicamina en el género Narcissus. Por tratarse de bases que presentan dos átomos de nitrógeno en su estructura, se planteó estudiar su fragmentación de masas por HPLC-ESI-MS/MS. Se ha demostrado que obliquina y plicamina presentan una manera similar de fragmentarse, diferente a secoplicamina. Mediante derivatización y GC-MS se ha confirmado no solo que tazetina es un artefacto originado en el proceso de extracción a partir del compuesto natural pretazetina, sino que tazetina, como tal, no está presente en la planta. Además se reporta la fragmentación de masas de dichos alcaloides derivatizados a través de técnica de GC-MS/MS. Para finalizar, se identificaron 23 alcaloides de Hippeastrum aulicum y H. calyptratum, siendo 13 de ellos compartidos en ambas especies. Se ha identificado por vez primera el esqueleto tipo crinina en el género Hippeastrum a través de la caracterización completa de los alcaloides aulicina y 3-O-metil-epimacowina utilizando técnicas de CD y difractometría de rayos-X, dato de valor quimiotaxonómico. Además se reportan por vez primera los aislamientos de las bases 7-metoxi-O-metillicorenina y 11-oxohemantamina, aparte de completarse los datos espectroscópicos de los alcaloides nerinina y albomaculina. / Plants of the Amaryllidaceae family are a well-known source of tetrahydroisoquinoline alkaloids. These bases have demonstrated a wide-range of biological activities including antiviral, antitumoral, antiparasitic, psychopharmacological, acetylcholinesterase inhibitory, among others. The Brazilian species Hippeastrum papilio, H. aulicum and H. calyptratum along with the African species Narcissus broussonetii were studied in the present Thesis. From H. papilio, an epimer of the previous isolated alkaloid habranthine, 11alpha-hydroxygalanthamine, were isolated and identified using NMR techniques. Furthermore, the 11beta-hydroxygalanthamine showed an important in vitro acetylcholinesterase inhibitory activity (IC50 14.5 ± 0.33 miliM). Additionally, Hippeastrum papilio yielded substantial quantities of galanthamine. Applying the GC-MS technique and an in-home mass fragmentation database, twenty-three alkaloids were identified including the very rare dinitrogenous alkaloids obliquine, plicamine and secoplicamine were identified in Narcissus broussonetii. Using LC-ESI-LTQ-Orbitrap-MS, these dinitrogenous compounds showed a similar fragmentation profile for obliquine and plicamine but different for secoplicamine. Pretazettine, a potent cytotoxic alkaloid, was also isolated from N. broussonetii although its identification by GC-MS was only possible by a BSTFA-derivatization. The silylated crude methanolic extract only showed the presence of pretazettine-TMS, confirming that tazettine is formed after the alkaloid extraction. As a part of ongoing project in MS of Amaryllidaceae alkaloids, the silylated tazettine and pretazettine were studied by GC-MS/MS differing in their fragmentation routes. Finally, the EtOAc extract of N. broussonetii showed a notable in vitro activity against Trypanosoma cruzi with an IC50 value of 1.77 µg/ml. Regarding Hippeastrum aulicum and H. calyptratum, the phytochemical procedure guided by GC-MS allowed the identification of two crinine-type alkaloids aulicine and 3-O-methyl-epimacowine, respectively. In addition, a further two new alkaloids 11-oxohaemanthamine (3) and 7-methoxy-O-methyllycorenine (4) were both isolated from H. aulicum. Furthermore, complete NMR spectroscopic data are provided for the homolycorine analogues nerinine (5) and albomaculine (6). Absolute stereochemistry of the 5,10b-ethano bridge in the crinine variants was arrived at by circular dichroism and X-ray crystallographic analysis, affording the first direct evidence for the presence of crinine-type alkaloids in the genus Hippeastrum.

Tesi realitzada a l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) / En esta tesis doctoral se ha estudiado de forma sistemática la relación entre los campos eléctricos y las células, y los efectos que éstos tienen a diferentes niveles (supervivencia, metabolismo, expresión proteica, morfología), en dispositivos de tipo Lab-on-a-Chip y aplicándolo a un caso concreto de un concentrador basado en dielectroforesis. Se ha realizado de manera que se ha podido diferenciar la aportación de cada uno de los parámetros eléctricos a los cambios. Se ha diseñado, fabricado y comprobado un chip que permite la aplicación de campos eléctricos controlados a células así como la evaluación de parámetros objetivos. Se han realizado dos versiones del mismo chip, con electrodos en oro y en ITO. El sistema se ha controlado en sus aspectos fluídicos y eléctricos, así como en el comportamiento térmico y la variación de la conductividad con el tiempo. Se ha realizado una simulación en COMSOL para determinar cuál es el rango en el que es más interesante centrar el estudio. Para ello se han simulado las condiciones de campo eléctrico sobre un modelo de la bacteria Escherichia coli como una elipsoide alargada con 3 capas. El análisis de los resultados en frecuencia de la intensidad de campo, densidad de corriente y disipación de potencia muestra que la corriente comienza a atravesar la célula a una frecuencia entre 100 KHz y 1 MHz, y otorga un rol importante a la pared bacteriana en cuanto a diana de la corriente eléctrica. Se ha realizado una simulación complementaria de la variación de la impedancia del sistema formado por el chip y la solución de las bacterias. La combinación de ambas informaciones nos permite escoger como frecuencias más relevantes para el estudio las comprendidas entre 100KHz y 1 MHz. El primer bloque de investigación se ha realizado sobre el modelo biológico bacteriano: Escherichia coli. Las magnitudes evaluadas se han dividido en dos grupos: eléctricas (Intensidad de campo, Corriente y Frecuencia) y no eléctricas (tiempo, temperatura y concentración). Los resultados principales son los siguientes: Se puede establecer como umbral de letalidad de la intensidad de campo eléctrico un valor inferior al considerado habitualmente de 1000 V/cm, ya que se consigue una mortalidad del 80% de la población con una intensidad de campo de 660 V/cm, y de un 50 % con campos de 400 V/cm. Se han evidenciado daños subletales en el aumento de los tiempos de generación, así como en la dinámica de crecimiento. A frecuencias altas la mortalidad se hace más elevada. La corriente eléctrica se evidencia a través de los resultados como la magnitud principal en relación a la supervivencia celular. La aplicación de la temperatura amplifica el efecto del campo eléctrico, mostrando una sinergia entre ambas magnitudes. En general, el tiempo no afecta de forma lineal. Parece haber una disminución de la viabilidad en el primer instante de aplicación del campo eléctrico. Posteriormente las células se adaptan y mayor tiempo de aplicación no repercute en una mayor letalidad. Analizando los valores de la supervivencia a diferentes concentraciones, encontramos que concentraciones muy altas producen un efecto de “protección” sobre las células. Posteriormente se ha profundizado en las implicaciones biológicas subletales que tienen los dispositivos LOC, aplicándolo a un dispositivo concentrador de bacterias, y se han hecho estudios proteómicos y de alteraciones morfológicas. Para valorar el efecto del campo eléctrico se ha realizado un análisis de expresión proteica mediante un SDS-PAGE. A las intensidades utilizadas en el dispositivo concentrador no se observan cambios en el proteograma. Si aumentamos la corriente eléctrica, observamos variaciones en la expresión de las proteínas, correspondientes mayoritariamente a dos grupos: Outer Membrane Proteins A (ompA) y Proteínas 2 ribosomales implicadas en el proceso de translación. También se ha observado que las muestras irradiadas tienen una longitud promedio mayor que las de la muestra control, siendo esto un indicio de posibles mecanismos SOS de reparación. El segundo modelo biológico sobre el que se ha trabajado es la línea celular C2C12 de premioblastos inmortalizados de ratón. En este caso, el estudio ha consistido en el diseño y puesta a punto del sistema capaz de albergar las células, permitir su crecimiento normal y aplicar de forma controlada los campos eléctricos. Se han determinado las pruebas a realizar para estudiar un posible cambio de linaje de destino inducido por campos eléctricos, obteniéndose un patrón de referencia con el cual comparar los resultados obtenidos. El sistema ha demostrado ser adecuado para estos estudios y queda preparado para posteriores investigaciones.

This dissertation has focused on three main topics: (1) Synthesis and characterization of ZnO:Cl NWs; (2) Hetero and homo nanostructures based on ZnO:Cl NWs for efficient PEC cells; (3) Photovoltaic performance of DSCs based on ZnO NWs. (1) Vertically aligned single-crystal and chlorine-doped ZnO NWs can be grown by a low-cost, high-yield and seed-free electrochemical route with controlled morphology, structural and optoelectronic properties. The carrier concentration of such ZnO:Cl NWs could be tuned in the range between 5× 1017 and 4×1020 cm-3 by varying the Cl doping concentration. Besides, intrinsic ZnO NWs with various lengths of 6-12 μm and diameters of 40-120 nm can also be obtained by hydrothermal deposition for the application in DSCs. (2) Vertically aligned core@shell ZnO:Cl@ZnO homostructures and ZnO:Cl@ZnS and ZnO:Cl@TiO2 heterostructures NWs can be obtained by electrodeposition and/or SILAR two-step process. The PEC properties of these NWs can be highly enhanced up to a factor 5 with the presence of these shell layers. The enhancement factor depends on the shell thickness. These performances are associated with the improvement of the photogenerated charge carrier separation and surface to neutral inner part transfer capability achieved when increasing the space charge area within the NWs with a built-in electric field introduced by the doping profile. (3) We have employed [Co(bpy)3]2+/3+ redox couple as electrolyte in ZnO NWs-based DSCs. A direct comparison of the performance of [Co(bpy)3]2+/3+ and I−/I3− redox couples demonstrated the higher suitability of the cobalt complex, both in terms of a significantly improved Voc (Delta/Voc~200 mV) and a increased photocurrent (Delta/Jsc ~10%). The post-annealing of the NWs in argon allowed further improving the power conversion efficiency with a value of 30% compared to air. The improved efficiency was dominated by significantly higher photocurrents (Delta/Jsc~50%) measured from Ar-DSCs when compared with Air-DSCs. / Esta tesis se ha centrado en tres temas principales: (1) Síntesis y caracterización de NHs de ZnO:Cl; (2) Celdas PEC basadas en hetero y homo nanoestructuras obtenidas a partir de NHs de ZnO:Cl ; (3) DSCs basadas en NHs de ZnO. (1) NHs monocristalinos de ZnO, alineados verticalmente y dopados con cloro fueron sintetizados mediante un método electroquímico de baje coste, alto rendimiento y sin necesidad de semillas. Los resultados demuestran que la concentración de portadores de carga en estos NHs de ZnO:Cl puede ser controlada en un rango entre 5×1017 y 4×1020 cm-3. Además, NHs de ZnO intrínsecos de varias longitudes, entre 6 μm y 12 μm, pueden ser obtenidos por deposición hidrotérmica para aplicación en celdas solares sensibilizadas por colorante (DSCs). (2) Homoestructuras ZnO:Cl@ZnO y heteroestructuras ZnO:Cl@ZnS y ZnO:Cl@TiO2 verticalmente alineadas pueden ser obtenidas mediante electrodeposición y/o un proceso SILAR de dos pasos. Las propiedades PEC de estos NHs pueden ser altamente mejoradas hasta un factor 5 con la presencia de estas capas. El factor de mejora depende del grosor de la capa. La mejora en los rendimientos está asociada con la mayor generación de portadores de carga y la optimización de su transferencia a partir del incremento en el área de carga espacial debido al perfil dopante. (3) Hemos empleado la pareja redox [Co(bpy)3]2+/3+ como electrolito en DSCs basadas en NHs de ZnO. Una comparación directa del rendimiento de las parejas redox [Co(bpy)3]2+/3+ y I−/I3– demostró que el complejo de cobalto es más adecuado, tanto en términos de una significativa mejora en el Voc (Delta/Voc~200 mV) como en un mayor fotocorriente (Delta/Jsc~10%). El posterior sinterizado de los NHs en argón permitió una mejora del 30% en la eficiencia de conversión de luz en energía eléctrica. La mejora del rendimiento fotovoltaico fue atribuído a la incorporación de vacantes de oxígeno durante el sinterizado de los NHs en argón.

Tesi realitzada a l'Institut de Ciènciies del Mar (CSIC) / In this thesis I present a geophysical study that aims to define the structure and petrological nature of the main geological domains in the Central Tyrrhenian basin, and to investigate the mechanisms involved in their formation. The geophysical data used in this thesis was acquired during the MEDOC (2010) survey within the framework of the MEDOC project, which was designed to improve our understanding of the origin and evolution of rifted margins. The present work is based on the analysis, processing, modeling, and interpretation of coincident Wide-Angle Seismic (WAS), Multichannel Seismic (MCS), and gravity data corresponding to the two longest transects acquired during the MEDOC survey in the Central Tyrrhenian basin, the southern Line GH/MEDOC-6 (~450 km) and the northern Line EF/MEDOC-4 (~400 km). Both lines run across the Central Tyrrhenian basin from Sardinia to the Campania margin. The processing of MCS data provides the tectonic structure and geometry of the sedimentary basins, whereas the modeling of WAS data from travel-time tomography provides 2D seismic velocity models from which the velocity distribution of the crust and uppermost mantle, and the geometry of the crust-mantle boundary are inferred. The WAS models are then converted to density models using existing empirical relationships for different lithologies in order to test which of the different hypothesis concerning the petrological nature of the basement (e.g. continental/oceanic crust or exhumed mantle) explain better the observed gravity data. The results obtained together with the integration of geological data from rock sampling of the seabed reveals the existence of three geological domains in the Central Tyrrhenian, that is: continental crust, magmatic crust, and exhumed mantle. The comparison between the results of Line EF/MEDOC-4 (northern line) with those of the Line GH/MEDOC-6 (southern line) reveals that the velocity and tectonic structure of the three geological domains differ in some regions from north to south. These differences are most likely attributed to the southward increase of extension that characterizes the Tyrrhenian basin. The basement configuration presented in this thesis led to a completely new definition of geological domains in the Central Tyrrhenian. According to the presented distribution of the basement, rifting in the Central Tyrrhenian basin would have started with continental crust extension, continued with back-arc spreading leading to generation of magmatic back-arc crust, and followed by mantle exhumation intruded by later magmatic episodes. The interpretation of these results differ from current conceptual models of the formation of rifting systems involving mantle exhumation and indicate that the response of the continental lithosphere to extension processes may be more complex than previously assumed. Finally, to explain the mechanism involved in the formation of these domains, I examine the modes of back-arc basin formation proposed to explain the formation of the western Pacific basins [Martinez et al., 2007; Dunn and Martinez, 2011], as well as the causes that may have led to mantle exhumation [Pérez-Gussinyé, et al., 2006]. In summary, the proposed conceptual model is based on a slab rollback and depleted mantle setting, in which production of extension-related melting is limited, thus, crustal accretion is attributed to hydrous flux melting. The model presents 5 stages of opening that includes: (I) a normal subduction scenario followed by (II) development of the back-arc rift, (III) initiation of back-arc spreading, (IV) mantle exhumation, and finally (V) emplacement of large volcanic edifices in the central parts of the basin. / La tesis que presento se centra en el estudio de la estructura cortical y de los procesos de formación de la cuenca del Tirreno, con el principal propósito de ampliar el conocimiento sobre los mecanismos involucrados en la evolución de márgenes divergentes. Para ello, en esta tesis se realiza el procesado, análisis, modelización, e interpretación geológica de dos perfiles geofísicos adquiridos durante la campaña de sísmica marina MEDOC (2010) en el mar Tirreno. Ambos perfiles geofísicos incluyen datos de sísmica de gran ángulo (SGA), de reflexión multicanal (SRM) y de gravimetría, a partir de los cuales he obtenido los resultados siguientes: 1.Dos modelos de velocidad de propagación de ondas P (Vp) y de la geometría del Moho. 2.Análisis estadístico de incertidumbre de los parámetros de cada modelo de velocidad. 3.Modelado gravimétrico a partir de la conversión a densidad de los modelos de Vp. Con este método se pretende constreñir la petrología de los diferentes dominios geológicos a partir del empleo de diferentes relaciones empíricas de velocidad-densidad para diferentes tipos de roca. 4.Dos perfiles de SRM stackados y migrados en tiempo, de los cuales procesé uno de ellos (MEDOC 4). La interpretación conjunta de estos resultados junto con un análisis exhaustivo de las velocidades de los modelos, e información geológica de las rocas del lecho marino, han permitido caracterizar la naturaleza cortical (continental/oceánico) de los principales dominios geológicos en la cuenca del Tirreno central, los cuales incluyen: corteza continental, corteza de retroarco de carácter magmático y manto exhumado. Estos resultados junto con observaciones de la geomorfología de la batimetría, han dado paso a la discusión de la distribución en planta de dichos dominios geológicos en toda el área de estudio. Finalmente, propongo un modelo de apertura de cuenca en el cual se especula sobre la formación de los diferentes dominios geológicos identificados anteriormente. Dicho modelo se basa en los modos de apertura de cuencas de retroarco propuestos para las cuencas del Pacífico occidental, y en estudios de modelización numérica realizados para explicar la exhumación del manto en los márgenes pasivos del Atlantico Norte.