Determinazione in continuo di CO2, CH4 e H2Ov in ambiente atmosferico attraverso tecnica ad assorbimento laser (UGGA)

Molti dei composti chimici presenti nell’atmosfera terrestre prendono il nome di “gas serra”. Queste specie gassose consentono alla radiazione solare di entrare liberamente nell’atmosfera e di trattenere parte della radiazione solare riflessa dalla superficie terrestre come energia termica. Nel corso del tempo si instaura un complesso equilibrio termico tra la quantità di energia inviata dal sole e quella irradiata dalla superficie. L’alterazione di questo equilibrio, con l’aumento di uno o più gas serra in atmosfera, porta a degli squilibri termici e un conseguente innalzamento delle temperature. Questo fenomeno è definito come “effetto serra”. I principali gas serra in natura che prendono parte a questo fenomeno sono: vapor d’acqua (H2Ov), anidride carbonica (CO2), metano (CH4), e ossido nitroso (N2O). Il vapore acqueo è il più potente gas serra ed è responsabile per circa due terzi dell’effetto serra naturale. Il secondo gas serra più importante è l’anidride carbonica. Il suo contributo è responsabile per il 5 - 20% dell’effetto serra naturale ed è la causa principale dell’effetto sera accelerato essendo il più emesso attraverso attività umane, difatti la sua concentrazione in atmosfera è aumentata del 142% dal livello pre– industriale al 2013 [WMO Greenhouse Gas Bulletin, n° 10: 06 November 2014]. Il terzo gas serra più importante è il metano. Anche se possiede un tempo di residenza in atmosfera breve e una concentrazione atmosferica bassa, è una molecola estremamente efficiente nell’assorbire il calore ed è responsabile per circa 8% dell’effetto serra, con picchi del 20% [G. Etiope et. al.,2008]. La concentrazione di metano in atmosfera è aumentata di 772ppb (parti per miliardo) dal periodo pre-industriale fino al 2013 [WMO Greenhouse Gas Bulletin, n° 10: 06 November 2014]. L’ossido nitroso ha una concentrazione atmosferica molto limitata ma un efficienza nel trattenere il calore molto elevata, circa 300 volte quella dell’anidride carbonica. Come abbiamo accennato, i gas serra possono essere di origine sia naturale che antropica. Elevate quantità di vapor d’acqua e anidride carbonica vengono rilasciate ogni anno in atmosfera dai sistemi vulcanici attivi, non solo durante i periodi eruttivi ma anche nei periodi di quiescenza. Emissioni naturali di metano in atmosfera sono legati al degassamento di vulcani di fango, largamente diffusi sull’intero pianeta. Recentemente l’organizzazione mondiale Intergovernmental Panel on ClimateChangedelle Nazioni Unite ha pubblicato una relazione internazionale (ICCP 2013) in cui, attraverso informazioni tecnicoscientifiche e socioeconomiche, ha valutato come il rischio del cambiamento climatico sia legato all’emissione di gas serra (principalmente CO2, H2O(v) e CH4), stimando che la temperatura media globale del suolo è aumentata di 0,6 ± 0.2K dalla fine del 19° secolo. L’IPCC rivela che: “c’è una nuova e più forte evidenza che gran parte del riscaldamento e dell’emissione di questi gas negli ultimi 50 anni siano attribuibili alle attività antropiche più che alle attività naturali” [Crosson, 2008]. Essendo l’effetto serra diventato un problema globale per la salute del pianeta è di fondamentale importanza disporre di strumentazioni analitiche per il monitoraggio di queste specie chimiche in atmosfera. Nel corso degli anni si sono utilizzate diverse tecniche analitiche per lo studio di questi gas in atmosfera al fine di capirne l’evoluzione. La tecnica più consolidata utilizzata per le misurazioni di specie gassose in atmosfera per oltre un decennio è stata la spettroscopia a raggi infrarossi non dispersiva (NDIRS). Nonostante la tecnica NDIRS abbia una buona precisione di misurazione per la maggior parte dei gas serra, questa tecnica risulta essere molto macchinosa e complessa in quanto necessita di frequenti azzeramenti e calibrazioni allungando notevolmente i tempi di analisi. Ultimamente in commercio sono stati introdotti dei nuovi strumenti molto più sensibili e precisi dei classici NDIRS. Questi strumenti, assimilabili ai vecchi spettrofotometri a doppio raggio, utilizzano una particolare cavità ottica Cavity Ringdown Spectroscopy (CRDS) che oltre ad offrire una maggiore sensibilità analitica, per un ampio numero di specie gassose, riducono i tempi analitici e non richiedono particolari operazioni di calibrazione. Alcuni di questi strumenti hanno come caratteristica principale, oltre la determinazione e quantificazione della specie gassosa, anche la determinazione della composizione isotopica, come ad esempio il Thermo Fischer Delta Ray per analisi del δ13C dell’anidride carbonica e il Picarro CRDS per l’analisi del δ13C del metano. Negli ultimi tempi questi strumenti al laser hanno esteso il loro campo di applicazione, difatti in aggiunta agli studi sulla qualità dell’aria, vengono anche impiegati per il monitoraggio di gas naturali, rilevamento di perdite nei giacimenti di carbone e studi sui flussi di gas dal suolo [Carapezza et. al., 2003]. In questo lavoro sono state testate le potenzialità in laboratorio ed in campagna del nuovo analizzatore Ultra-Portable Greenhouse Gas Analyzer (UGGA) prodotto da Los Gatos Research (LGR). Lo strumento è basato sull’implementazione della tecnica CRDS denominata “Off-Axis ICOS” che permette di determinare simultaneamente ed in continuo le concentrazioni di CO2, H2O(v) e CH4 in atmosfera all’interno di intervalli di concentrazioni dell’ordine dei ppm. Il lavoro ha avuto l’obiettivo di studiare gli errori e i tempi analitici per la determinazione delle concentrazioni di CO2, H2O e CH4 in atmosfera. Lo strumento è stato da prima testato in laboratorio e poi in campagna. Le analisi in laboratorio sono state svolte presso i laboratori analitici dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Palermo. Le prospezioni sono state eseguite lungo percorsi urbani e periferici di Palermo e lungo la faglia della Pernicana, nella zona etnea, a cui sono state associate tramite un GPS (Global Position System) informazioni sulle coordinate geografiche

Feeding broiler chickens with arginine above recommended levels: effects on growth performance, metabolism, and intestinal microbiota

BackgroundArginine is an essential amino acid for chickens and feeding diets with arginine beyond the recommended levels has been shown to influence the growth performance of broiler chickens in a positive way. Nonetheless, further research is required to understand how arginine supplementation above the widely adopted dosages affects metabolism and intestinal health of broilers. Therefore, this study was designed to assess the effects of arginine supplementation (i.e., total arginine to total lysine ratio of 1.20 instead of 1.06-1.08 recommended by the breeding company) on growth performance of broiler chickens and to explore its impacts on the hepatic and blood metabolic profiles, as well as on the intestinal microbiota. For this purpose, 630 one-day-old male Ross 308 broiler chicks were assigned to 2 treatments (7 replicates each) fed a control diet or a crystalline L-arginine-supplemented diet for 49 d.ResultsCompared to control birds, those supplemented with arginine performed significantly better exhibiting greater final body weight at D49 (3778 vs. 3937 g; P < 0.001), higher growth rate (76.15 vs. 79.46 g of body weight gained daily; P < 0.001), and lower cumulative feed conversion ratio (1.808 vs. 1.732; P < 0.05). Plasma concentrations of arginine, betaine, histidine, and creatine were greater in supplemented birds than in their control counterparts, as were those of creatine, leucine and other essential amino acids at the hepatic level. In contrast, leucine concentration was lower in the caecal content of supplemented birds. Reduced alpha diversity and relative abundance of Firmicutes and Proteobacteria (specifically Escherichia coli), as well as increased abundance of Bacteroidetes and Lactobacillus salivarius were found in the caecal content of supplemented birds.ConclusionsThe improvement in growth performance corroborates the advantages of supplementing arginine in broiler nutrition. It can be hypothesized that the performance enhancement found in this study is associated with the increased availability of arginine, betaine, histidine, and creatine in plasma and the liver, as well as to the ability of extra dietary arginine to potentially ameliorate intestinal conditions and microbiota of supplemented birds. However, the latter promising property, along with other research questions raised by this study, deserve further investigations

Metabolic and microbiota response to arginine supplementation and cyclic heat stress in broiler chickens

Little attention has been paid to the biological role of arginine and its dietary supplementation in broilers under heat stress (HS) conditions. Therefore, the main aim of this study was to assess the response of broilers to arginine supplementation and cyclic HS, with a focus on liver, pectoral muscle, and blood metabolic profiles and the cecal microbiota. Day-old male Ross 308 broilers (n = 240) were placed in 2 rooms with 12 pens each for a 44-day trial. Pens were assigned to one of two groups (6 pens/group/room): the control group (CON) was given a basal diet in mash form and the treated group (ARG) was fed CON diet supplemented with crystalline L-arginine. The total arginine:lysine ratio of CON diet ranged between 1.02 and 1.07, while that of ARG diet was 1.20. One room was constantly kept at thermoneutral (TN) conditions, while the birds in the other room were kept at TN conditions until D34 and subjected to cyclic HS from D35 onwards (∼34°C; 9:00 A.M.–6:00 P.M.). Blood, liver, Pectoralis major muscle, and cecal content were taken from 2 birds per pen (12 birds/group/room) for metabolomics and microbiota analysis. Growth performance data were also collected on a pen basis. Arginine supplementation failed to reduce the adverse effects of HS on growth performance. Supplemented birds showed increased levels of arginine and creatine in plasma, liver, and P. major and methionine in liver, and reduced levels of glutamine in plasma, liver, and P. major. HS altered bioenergetic processes (increased levels of AMP and reduced levels of fumarate, succinate, and UDP), protein metabolism (increased protein breakdown to supply the liver with amino acids for energy production), and promoted the accumulation of antioxidant and protective molecules (histidine-containing dipeptides, beta-alanine, and choline), especially in P. major. Arginine supplementation may have partially counterbalanced the effects of HS on energy homeostasis by increasing creatine levels and attenuating the increase in AMP levels, particularly in P. major. It also significantly reduced cecal observed diversity, while HS increased alpha diversity indices and affected beta diversity. Results of taxonomic analysis at the phylum and family level are also provided

Rapporto tecnico e delle attività Campagna Oceanografica SAFE 2022

Le attività scientifiche realizzate nell’ambito della Campagna Oceanografica SAFE 2022 si inseriscono all’interno dell’Obiettivo Realizzativo 1 (OR1) del progetto PON_03 ‘Marine Hazard’ suddiviso in quattro Work Packages (WPs) articolati nel seguente modo: WP1 Studio dei potenziali giacimenti da sistemi idrotermali (GSI) sottomarini presenti nel Mar Tirreno sud-orientale e nello Stretto di Sicilia; WP2 Progetto Pilota di caratterizzazione geochimica ed ecologica dei GSI sul Palinuro Seamount; WP3 Sistema Acustico per la Rivelazione di Fenomeni di Idrotermalismo Sottomarino; WP4 Analisi di possibili impatti nell’ambiente marino e sottomarino. I dati ottenuti dalla Campagna Oceanografica SAFE 2022 contribuiranno ad arricchire le conoscenze sulla caratterizzazione chimico-fisica, biologica e microbiologica dei depositi e dei sistemi idrotermali. Le attività di ricerca si prospettano di fornire un quadro di conoscenze dettagliato e completo di ambienti che rappresentano oltre che possibili geositi e habitat prioritari anche un laboratorio per la ricerca e la scoperta di nuove biomolecole di interesse biotecnologico e l’individuazione di bioindicatori di attività geotermali e di marine hazard

Campagna oceanografica Anomcity_2016

Le attività scientifiche realizzate nell’ambito di questa campagna si inseriscono all’interno di programmi internazionali e nazionali condotti per il monitoraggio dei mari europei. Nello specifico si fa riferimento ai progetti Marine Strategy Framework Directive (MSFD; Direttiva 2008/56 EC), Water Framework Directive (WFD; Direttiva 2000/60 EC) e al progetto bandiera RITMARE (SP4 - Pianificazione dello spazio marittimo: Ambiente di mare profondo). Parte delle direttive e il progetto succitati sono finalizzati allo studio di fenomeni di impatto antropico in ambiente marino superficiale e profondo e all'individuazione di azioni specifiche in grado di limitare e ridurre l’impatto antropogenico a livelli sostenibili per l’ecosistema marino. Oltre allo studio dei contaminanti prioritari, tra cui metalli pesanti e composti organici (IPA, PCB, pesticidi, etc.), le direttive MSFD e WFD prevedono lo studio di una nuova classe di contaminanti definiti “emergenti” perché risultanti principalmente dall'impiego di tecnologie e materiali innovativi, e dall'ampia diffusione di alcune sostanze nel campo della chimica, della farmacologia e della cosmoceutica. Il progetto RITMARE dedica parte delle attività di ricerca allo studio degli effetti del marine litter, ovvero all’impatto di macro- e micro-plastiche di origine antropica in ambiente marino superficiale e profondo. Nello specifico, il progetto prevede: i) lo studio della distribuzione geografica delle micro-plastiche e le possibili zone di concentrazione in aree marine specifiche per effetto della circolazione oceanica; ii) l’impatto di tali detriti sull’ecosistema, in termini di interazione con le funzioni vitali degli organismi (soffocamenti per ingestione, riduzione di capacità funzionali specifiche, ecc.) e di rilascio di contaminanti con fenomeni di bioaccumulo/biomagnificazione nelle reti trofiche marine. Negli ultimi anni, il gruppo di biogeochimica dell’IAMC-CNR ha realizzato una serie di campagne oceanografiche (Anomcity_2012, 2013, 2014, 2015) finalizzate allo studio dei processi di contaminazione da metalli pesanti e contaminanti organici a scala di bacino e sottobacino nel Mediterraneo occidentale. I risultati hanno permesso di individuare sorgenti di impatto, pathways di distribuzione e sorte dei diversi contaminanti nelle varie aree investigate (Bonsignore et al., 2013, 2015; Sprovieri et al., 2011, 2013; Salvagio Manta et al., 2016; Oliveri et al., 2016) nonché i cosiddetti “inventari” delle diverse tipologie di inquinati sulla base dello studio di carote di sedimento per cui è stata eseguita una datazione sulla base dei radionuclidi di Cs e Pb (dati non pubblicati). La Campagna Anomcity_2016 è stata incentrata su due obiettivi: 1. ampliamento dello stato di conoscenze sulla distribuzione in acqua di mare (fase disciolta) di un numero selezionato di contaminanti emergenti in aree marino-costiere del Mediterraneo impattate dall’attività antropica; 2. stima di abbondanza e distribuzione delle microplastiche in aree geografiche selezionate dal progetto RITMARE, considerando i processi di trasporto nell’ambiente, e di specie target come potenziali bioindicatori di accumulo di marine litter e analisi dei potenziali effetti di trasferimento sulla rete trofica. Per quanto concerne lo studio dei contaminanti emergenti, questa campagna ha rappresentato una delle primissime esperienze a scala internazionale dedicata a tale tipologia di indagine nel Mar Mediterraneo

A large area 100 channel Picosec Micromegas detector with sub 20 ps time resolution

The PICOSEC Micromegas precise timing detector is based on a Cherenkov radiator coupled to a semi-transparent photocathode and a Micromegas amplification structure. The first proof of concept single-channel small area prototype was able to achieve time resolution below 25 ps. One of the crucial aspects in the development of the precise timing gaseous detectors applicable in high-energy physics experiments is a modular design that enables large area coverage. The first 19-channel multi-pad prototype with an active area of approximately 10 cm$^2$ suffered from degraded timing resolution due to the non-uniformity of the preamplification gap. A new 100 cm$^2$ detector module with 100 channels based on a rigid hybrid ceramic/FR4 Micromegas board for improved drift gap uniformity was developed. Initial measurements with 80 GeV/c muons showed improvements in timing response over measured pads and a time resolution below 25 ps. More recent measurements with a new thinner drift gap detector module and newly developed RF pulse amplifiers show that the resolution can be enhanced to a level of 17~ps. This work will present the development of the detector from structural simulations, design, and beam test commissioning with a focus on the timing performance of a thinner drift gap detector module in combination with new electronics using an automated timing scan method