Dinamica spazio-temporale del briozoo Fredericella sultana, ospite primario nel ciclo della malattia proliferativa renale

Fredericella sultana is a freshwater bryozoan. It is usually found in rivers and streams and is a colonial animal, with colonies composed of different individuals, known as zooids. Reproduction occurs through budding of new zooids as well as through the production of statoblasts, released by zooids. Recent research has discovered that freshwater bryozoans can host the parasite Tetracapsuloides bryosalmonae, which causes proliferative kidney disease (PKD) in salmonids. T. bryosalmonae’s life-cycle alternates. As PKD is a destructive and dangerous disease for fish farms, in this work a model for F. sultana population dynamics has been implemented. It can be useful as a predictive decisional tool for the design of mitigation strategies against PKD. The model describes, in a stochastic framework, the demographic dynamics of F. sultana colonies and their interactions. Colonies dynamic is described around a set of events: zooids birth and death, colonies fragmentation, statoblasts production, death and hatching. The events choice is implemented using Gillespie algorithm, a stochastic procedure. Different simulations are run and a sensitivity analysis is performed for both models. Then dynamics are simulated on a larger and more realistic drainage network, using an Optimal Channel Network, with baseline temperature and increased temperature. Results show that F. sultana demography tends to follow the seasonal cycle and that extinction probability is directly proportional to the fragmentation rate and inversely proportional to the population carrying capacity, the total available space and statoblasts production and hatching rates. Furthermore, results point out that demographical and spatial dynamics depend on drainage flow features. Population dynamics in the increased temperature scenario show a larger diffusion and expansion of this species than in the baseline temperature scenario.

Fredericella sultana, briozoo d’acqua dolce, vive tipicamente in fiumi e torrenti in colonie, costituite da singoli individui, gli zooidi. La riproduzione avviene per gemmazione, dando vita a nuovi zooidi, e mediante la produzione di statoblasti, rilasciati dagli zooidi. Recentemente è stato scoperto che i briozoi d’acqua dolce sono ospiti di Tetracapsuloides bryosalmonae, un parassita causa la malattia proliferativa renale (proliferative kidney disease, PKD) che colpisce i salmonidi. Visto che la PKD è una patologia molto dannosa e problematica per gli allevamenti ittici, in questo progetto di tesi è stato implementato un modello di dinamica delle popolazioni di F. sultana, che può fungere da supporto decisionale predittivo nel momento della pianificazione di strategie di mitigazione contro la PKD. Il modello descrive, in modo stocastico, le dinamiche demografiche di colonie di F. sultana e le loro interazioni. La dinamica è costituita da una serie di eventi: nascita e morte degli zooidi, frammentazione delle colonie, deposizione, morte e schiusa degli statoblasti. La scelta dell’evento è modellizzata attraverso l’algoritmo di Gillespie, un procedimento stocastico. Si è deciso di applicare il modello a semplici strutture di tipo fluviale, descritte attraverso grafi orientati georeferenziati. Sono state eseguite diverse simulazioni ed è stata condotta un’analisi di sensitività. In seguito la dinamica è stata simulata su una struttura spaziale più ampia e realistica, utilizzando una rete fluviale di tipo Optimal Channel Network, con temperatura base e con temperatura simulante il cambiamento climatico. I risultati mostrano che la demografia di F. sultana tende a seguire il ciclo stagionale e che la probabilità di estinzione della popolazione è direttamente proporzionale al tasso di frammentazione ed inversamente proporzionale alla capacità portante della popolazione, allo spazio totale disponibile e ai tassi di produzione e schiusa degli statoblasti. Inoltre, dai risultati di simulazione, si osserva che le dinamiche demografiche e spaziali sono influenzate dalle caratteristiche della corrente fluviale. Le dinamiche della popolazione con temperatura aumentata indicano una maggiore diffusione ed espansione della specie rispetto allo scenario con temperatura base.