La evaluación de los servicios de los ecosistemas como herramienta para planificar la restauración ecológica de cuencas hidrográficas

La provisión de servicios por los ecosistemas podría empeorar considerablemente y rápidamente durante la primera mitad del presente siglo si no se restauran eficientemente ecosistemas degradados. Frente a la aproximación clásica de la restauración basada en sistemas de referencia a imitar, existe el reto de obtener metodologías para territorio amplio y complejo y no solo para un sitio con un tipo de ecosistema. Existen muchas opciones para conservar o fortalecer servicios específicos de los ecosistemas de forma que se reduzcan las elecciones negativas que nos veamos obligados a hacer o que se creen sinergias positivas con otros servicios de los ecosistemas. En esta tesis se ha desarrollado una metodología basada en la evaluación de servicios de los ecosistemas, como variables de estado, y del riesgo de erosión, como factor de disturbio, para establecer una jerarquización espacial de actuaciones de restauración a escala de cuenca hidrográfica. Para ello se ha realizado la evaluación de servicios de los ecosistemas, modelización de la erosión y se han utilizado sistemas de información geográfica (SIG) para la elaboración de cartografía jerárquica y análisis espacial. El área de estudio utilizada es la cuenca del Río Martín (Teruel, NE España, 1938 km2) como unidad funcional que, por su susceptibilidad natural a la erosión y con su elevada heterogeneidad paisajística y diferentes usos del suelo (agrícola, minería, ganadera) se presta como un valioso territorio donde aplicar y testar la metodología propuesta. La cartografía elaborada para la estimación de las tasas de erosión ha sido extrapolada con el modelo RUSLE (Ecuación de pérdida de suelo revisada) utilizando un innovador índice de vegetación (GPVI). Este índice fue elaborado mediante una técnica de inteligencia artificial llamada programación genética, la cual fue calibrada con los datos de campo del factor C de RUSLE (muestreo de suelos, transectos de vegetación) del presente estudio. Los datos de campo utilizados para crear el mapa de erosión han sido complementados con imágenes satelitales Landsat 5-TM y mapas disponibles de las características del territorio (litología, uso del suelo, ortofotos aéreas). Las tasas de erosión observadas en la cuenca del Martín tienen una media de 13.8 t ha-1 año-1 siendo notablemente mayores en la parte sur (20 t ha-1 año-1) debido a su irregular orografía que en las zonas de llanura del norte (10 t ha-1 año-1). Los servicios de los ecosistemas se evaluaron mediante indicadores obtenidos a partir de bases de datos nacionales y regionales complementados con datos de campo. Los datos son expresados para cada servicio en las unidades de medida correspondientes y se basan en el análisis de los mapas de diferentes datos físico-químicos y biológicos. Los datos de los servicios relacionados con el agua han sido proporcionados para la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE), los datos de acumulación de carbono en pies mayores han sido proporcionados por el Departamento de Recursos forestales del Centro de Investigación de tecnología y investigación agraria de Aragón (CITA). Los datos de acumulación de carbono en el suelo son disponibles en el Portal de Suelos Europeo (European Soil Portal). Las rutas de eco-turismo han sido descargadas de la pagina de rutas wiki-loc y la pagina de senderos de Aragón. La retención de suelo fue modelizada combinando datos del factor C para estimar el porcentual de cobertura vegetal y las tasas de erosión del modelo RUSLE-SIG. Los servicios de los ecosistemas variaron también entre amplios y diferentes rangos. La acumulación de carbono varía entre 0 y 4648 t CO2 eq en zonas menos densas de vegetación y 40442 y 118073 t CO2 eq en las zonas forestales densas; la provisión de agua superficial en el norte varía entre 0 y 13 mm y 100 y 210 en el sur de la cuenca, principalmente en fondos de valles; el control de la escorrentía (recarga acuíferos) es más alto en zonas montañosas del sur de la cuenca con valores entre 8 y 81 mm año-1 con valores mínimos entre 8 y 34 mm año-1 en el norte y máximos de 81 mm año-1 en el sur; la retención del suelo se ha expresado en valores relativos que varían de 1 a 5 dependiendo de la relación entre porcentaje de cobertura vegetal y perdida del suelo (estimada por la RUSLE-SIG en 5 clases de muy baja a muy alta), con valor máximo de retención de suelo a coberturas mayores de 70% y erosión menor de 12 t ha-1 año-1, y mínimo a zonas de cobertura inferior a 30% y erosión mayor de 17 t ha-1 año-1. El servicio de eco-turismo se ha evaluado como presencia-ausencia, asignando valor 1 a las áreas de la cuenca que se observan desde los senderos usando la herramienta de visualización de cuenca en SIG (viewshed) y 0 en el resto de la cuenca que no se observa desde los senderos según el modelo digital del terreno utilizado. Tratándose de datos con unidades diferentes, entre ellos se utilizó una agrupación en el rango relativo de 1 a 5 de cada servicio por cortes naturales (Natural Breaks) en SIG, que genera clases cuyos límites se ubican donde hay diferencias relativamente grandes en los valores de los datos por cada servicio. Ecoturismo tenía un valor 0 o 1 según la ausencia o posibilidad de visualización del paisaje en el recorrer los caminos. El valor más elevado de un determinado servicio se considera un área de elevado valor definido como hotspot, que es un área de una importancia máxima para ese servicio. Análisis de solapamiento han sido realizados para entender las relaciones entre servicios. Finalmente a través de la creación de mapas jerárquicos los datos de erosión y servicios ecosistémicos han sido relacionados analizando la congruencia espacial y los patrones espaciales a diferentes escalas anidadas entre ellas, dándonos la posibilidad de analizar el comportamiento de los dos factores, y contrastar el factor de disturbio y las variables de estado a diferentes escalas espaciales. Se ha identificado la zona sur de la cuenca del área de estudio, como el área donde se presentan más servicios y se observan las tasas de erosión más altas debido a factores topográficos, entre otros. En ésta zona, y particularmente en las subcuencas con zonas mineras no restauradas (donde la erosión muestra tasas máximas y los servicios son muchas veces nulos y en subcuencas con altas tasas de erosión y alto número de servicios las acciones de restauración han de ser prioritarias si no se quieren perder servicios que benefician aguas abajo en la cuenca. Claramente según los objetivos del gestor las prioridades pueden modificarse y nuestra metodología fácilmente adaptarse. En la zona norte, llana y mayoritariamente usada para agricultura de cereal de secano, la erosión es relativamente baja y la provisión de servicios de regulación también. Es la zona de menor interés para realizar acciones de restauración dado que la mejora de los servicios no está asegurada y se podría entrar en conflicto con intereses de usos (trade off) de otros servicios (por ej., producción de alimentos) incluidos sociales. También se ha demostrado la utilidad de realizar evaluaciones a diferentes resoluciones espaciales para la mejor identificación de las zonas óptimas de restauración. Se propone un modelo conceptual general de toma de decisiones de restauración a escala de cuenca en función de la provisión de servicios de los ecosistemas y de los factores de alteración ecológica. Finalmente la metodología aquí propuesta, desarrollada con SIG con la creación de mapas jerárquicos, ha resultado fácilmente adaptable a la escala de paisaje. Esto hace que nuestro modelo dependiendo de la disponibilidad de datos, sea una herramienta útil y fácilmente aplicable para la restauración a escala de cuenca hidrográfica o de paisaje, donde los servicios ecosistémicos estén alterados por diferentes factores de disturbio

Hierarchical priority setting for restoration in a watershed in NE Spain, based on assessments of soil erosion and ecosystem services

31 páginas[EN] Maintaining and enhancing ecosystem services through the restoration of degraded ecosystems have become an important biodiversity conservation strategy. Deciding where to restore ecosystems for the attainment of multiple services is a key issue for future planning, management, and human well-being. Most restoration projects usually entail a small number of actions in a local area and do not consider the potential benefits of planning restoration at broad regional scales. We developed a hierarchical priority setting approach to evaluate the performance of restoration measures in a semiarid basin in NE Spain (the Martín River Basin, 2,112 km2). Our analysis utilized a combination of erosion (a key driver of degradation in this Mediterranean region) and six spatially explicit ecosystem services data layers (five of these maps plotted surrogates for soil retention and accumulation, water supply and regulation, and carbon storage, and one plotted a cultural service, ecotourism). Hierarchical maps were generated using a geographic information system that combined areas important for providing a bundle of ecosystem services, as state variables, with erosion maps, as the disturbance or regulatory variable. This was performed for multiple scales, thereby identifying the most adequate scale of analysis and establishing a spatial hierarchy of restoration actions based on the combination of the evaluation of erosion rates and the provision of ecosystem services. Our approach provides managers with a straightforward method for determining the spatial distribution of values for a set of ecosystem services in relation to ecological degradation thresholds and for allocating efforts and resources for restoration projects in complex landscapes.This work was funded by Endesa S.A. through the collaborative agreement Endesa-CSIC for scientific research. The first author wants to thank Belinda Reyers for the fruitful conversation and helpfulness showed in every moment and two anonymous referees for their constructive suggestions. M. Trabucchi was in receipt of grant from JAE-DOC Program for Advanced Study financed by the European Social Fund (ESF), Ref. I3P-BPD-2006.Peer reviewe

Hydrologic and landscape changes in the Middle Ebro River (NE Spain): implications for restoration and management

The changes of landscape (1927–2003), discharge regime and anthropic activities with the river-floodplain of one reach at the Middle Ebro River (NE Spain) were investigated with the objective to identify the factors that best explain the natural ecotope succession and propose a realistic restoration option with consideration of the landscape dynamics during the last century and the socio-economic context. Our results indicate that hydrological and landscape patterns have been dramatically changed during the last century as a consequence of human alteration of the fluvial dynamics within the studied reach. The magnitude and variability of river discharge events have decreased at the end of the last century, and flood protection structures have disrupted the river floodplain connectivity. As a result, the succesional pathways of riparian ecotopes have been heavily modified because natural rejuvenation no longer takes place, resulting in decreased landscape diversity. It is apparent from these data that floodplain restoration must be incorporated as a significant factor into river management plans if a more natural functioning wants to be retrieved. The ecotope structure and dynamics of the 1927–1957 period should be adopted as the guiding image, whereas current hydrologic and landscape (dykes, raised surfaces) patterns should be considered. Under the current socio-economic context, the more realistic option seems to create a dynamic river corridor reallocating dykes and lowering floodplain heights. The extent of this river corridor should adapt to the restored flow regime, although periodic economic investments could be an option if the desired self-sustained dynamism is not reached

Hydrologic and landscape changes in the Middle Ebro River (NE Spain): Implications for restoration and management

The changes of landscape (1927–2003), discharge regime and anthropic activities with the river-floodplain of one reach at the Middle Ebro River (NE Spain) were investigated with the objective to identify the factors that best explain the natural ecotope succession and propose a realistic restoration option with consideration of the landscape dynamics during the last century and the socio-economic context. Our results indicate that hydrological and landscape patterns have been dramatically changed during the last century as a consequence of human alteration of the fluvial dynamics within the studied reach. The magnitude and variability of river discharge events have decreased at the end of the last century, and flood protection structures have disrupted the river floodplain connectivity. As a result, the succesional pathways of riparian ecotopes have been heavily modified because natural rejuvenation no longer takes place, resulting in decreased landscape diversity. It is apparent from these data that floodplain restoration must be incorporated as a significant factor into river management plans if a more natural functioning wants to be retrieved. The ecotope structure and dynamics of the 1927–1957 period should be adopted as the guiding image, whereas current hydrologic and landscape (dykes, raised surfaces) patterns should be considered. Under the current socio-economic context, the more realistic option seems to create a dynamic river corridor reallocating dykes and lowering floodplain heights. The extent of this river corridor should adapt to the restored flow regime, although periodic economic investments could be an option if the desired self-sustained dynamism is not reached.The research was funded by the Department of the Environmental Science, Technology and University –Aragon government (Research group E-61 on Ecological Restoration)- and MEC (CGL2005-07059). The Spanish Research Council (CSIC) granted Alvaro Cabezas through the I3P program (I3P-EPD2003-2), which was financed by European Social Funds (UE).Peer reviewe

Mapping erosion risk at the basin scale in a Mediterranean environment with opencast coal mines to target restoration actions

34 páginas, 9 figurasRiver basin restoration and management is crucial for assuring the continued delivery of ecosystem services and for limiting potential hazards. Human activity, whether directly or indirectly, can induce erosion processes and drastically change the landscape and alter vital ecological functions. Mapping erosion risk before future restoration-management projects will help to reveal the priority areas and develop a hierarchy ordered according to need. For this purpose, we used the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) erosion model. We also applied a novel technique called GPVI (Genetic Programming Vegetation Index) in the Martín River basin in NE Spain (2,112 km2), which has a large coalfield located in the southern part of the basin. Approximately two-thirds (69%) of the area of the Martín basin presents low and medium soil loss rates, and one-third (31%) of the area presents high (18%), very high (10%), and irreversible (3%) erosion rates. The southern part of the basin is the most degraded and is strongly influenced by the topography. This work allows us to locate areas prone to erosional degradation processes to help create a buffer around the river and locate “spots” in need of restoration. We also checked the error estimation of the methodology because our soil maps do not include rock and bare rock areas. The usefulness of applying RUSLE for predicting degraded areas and the consequent directing of soil conservation–restoration actions at the basin scale is demonstrated. We highly recommend a field survey of the selected areas to prove the goodness of the model estimations.This work is part of the research and assistance agreement between Endesa S.A. and CSICPyrenean Institute of Ecology (IPE-CSIC). Funding for this study was provided by Endesa S.A. A special acknowledge is given to Endesa Centro Minero Andorra (Teruel). Thanks are given to, J. M. Garcia Ruiz, S. Begueria, E. Nadal, E. Moran-Tejera, and J.J. Jimenez for reviewing and general advises during the development of this work, M. P. Errea, J. Zabalza, L. C. Alatorre for assistance with GIS analysis, M. Angulo for R factor map, M. Pazos with statistical analysis, and F. Reverberi for laboratory work. M. Trabucchi was in receipt of grant from JAE-CSIC (Ref. I3P-BPD-2006).Peer reviewe

altered vessel signalling molecules in subjects with down s syndrome

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Efficacy of SSRIs on cognition of Alzheimer's disease patients treated with cholinesterase inhibitors.

Background: This study examines the joint effect on cognition of selective serotonin re-uptake inhibitors (SSRIs) and cholinesterase inhibitors (AChEIs) in depressed patients affected by Alzheimer’s disease (AD) living at home. Methods: The study was conducted in two different outpatient neurological clinics. 338 patients with probable ADwere treated with ChEis (donepezil, rivastigmine and galantamine) as per the clinician’s judgment and were observed for nine months. At study entry, participants underwent a multidimensional assessment evaluating cognitive, functional and psychobehavioral domains. All patients were evaluated at baseline, after one (T1), three (T2) and nine months (T3). Patients were grouped in three different categories (patients not depressed and not treated with SSRIs, patients depressed and treated with SSRIs, and patients depressed but not treated with SSRIs). Results: At baseline 182 were diagnosed as not depressed and not treated with SSRIs, 66 as depressed and treated with SSRIs, and 90 as depressed but not treated with SSRIs. The mean change in MMSE score from baseline to nine months showed that depressed patients not treated worsened in comparison with those not depressed and not treated with SSRIs (mean change −0.8±2.3 vs 0.04±2.9; p = 0.02) and patients depressed and treated with SSRI (mean change −0.8±2.3 vs 0.1±2.5; p = 0.03). Conclusions: In AD patients treated with AChEIs, SSRIs may exert some degree of protection against the negative effects of depression on cognition

An Extreme Mountain Ultra-Marathon Decreases the Cost of Uphill Walking and Running

Purpose: To examine the effects of the world's most challenging mountain ultramarathon (MUM, 330 km, cumulative elevation gain of +24,000 m) on the energy cost and kinematics of different uphill gaits. Methods: Before (PRE) and immediately after (POST) the competition, 19 male athletes performed three submaximal 5-min treadmill exercise trials in a randomized order: walking at 5 km.h-1, +20%; running at 6 km.h-1, +15%; and running at 8 km.h-1, +10%. During the three trials, energy cost was assessed using an indirect calorimetry system and spatiotemporal gait parameters were acquired with a floor-level high-density photoelectric cells system. Results: The average time of the study participants to complete the MUM was 129 h 43 min 48 s (range: 107 h 29 min 24 s to 144 h 21 min 0 s). Energy costs in walking (-11.5 +/- 5.5%, P < 0.001), as well as in the first (-7.2 +/- 3.1%, P = 0.01) and second (-7.0 +/- 3.9%, P = 0.02) running condition decreased between PRE and POST, with a reduction both in the heart rate (-11.3, -10.0, and -9.3%, respectively) and oxygen uptake only for the walking condition (-6.5%). No consistent and significant changes in the kinematics variables were detected (P-values from 0.10 to 0.96). Conclusion: Though fatigued after completing the MUM, the subjects were still able to maintain their uphill locomotion patterns noted at PRE. The decrease (improvement) in the energy costs was likely due to the prolonged and repetitive walking/running, reflecting a generic improvement in the mechanical efficiency of locomotion after ~130 h of uphill locomotion rather than constraints imposed by the activity on the musculoskeletal structure and function

Novel prokaryotic expression of thioredoxin-fused insulinoma associated protein tyrosine phosphatase 2 (IA-2), its characterization and immunodiagnostic application

Background The insulinoma associated protein tyrosine phosphatase 2 (IA-2) is one of the immunodominant autoantigens involved in the autoimmune attack to the beta-cell in Type 1 Diabetes Mellitus. In this work we have developed a complete and original process for the production and recovery of the properly folded intracellular domain of IA-2 fused to thioredoxin (TrxIA-2ic) in Escherichia coli GI698 and GI724 strains. We have also carried out the biochemical and immunochemical characterization of TrxIA-2icand design variants of non-radiometric immunoassays for the efficient detection of IA-2 autoantibodies (IA-2A). Results The main findings can be summarized in the following statements: i) TrxIA-2ic expression after 3 h of induction on GI724 strain yielded ≈ 10 mg of highly pure TrxIA-2ic/L of culture medium by a single step purification by affinity chromatography, ii) the molecular weight of TrxIA-2ic (55,358 Da) could be estimated by SDS-PAGE, size exclusion chromatography and mass spectrometry, iii) TrxIA-2ic was properly identified by western blot and mass spectrometric analysis of proteolytic digestions (63.25 % total coverage), iv) excellent immunochemical behavior of properly folded full TrxIA-2ic was legitimized by inhibition or displacement of [35S]IA-2 binding from IA-2A present in Argentinian Type 1 Diabetic patients, v) great stability over time was found under proper storage conditions and vi) low cost and environmentally harmless ELISA methods for IA-2A assessment were developed, with colorimetric or chemiluminescent detection. Conclusions E. coli GI724 strain emerged as a handy source of recombinant IA-2ic, achieving high levels of expression as a thioredoxin fusion protein, adequately validated and applicable to the development of innovative and cost-effective immunoassays for IA-2A detection in most laboratories.Fil: Guerra, Luciano Lucas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Faccinetti, Natalia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Trabucchi, Aldana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Rovitto, Bruno David. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Sabljic, Adriana Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Poskus, Edgardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Iacono, Ruben Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Valdez, Silvina Noemi. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; Argentin