Indagini genetiche su sette specie di cetacei del Mar Mediterraneo e del Mar di Cortez. Valutazione dello stato ecotossicologico di esemplari di capodoglio (Physiter macrocephalus).

1.RIASSUNTO
Il principale scopo di questa tesi è stato quello di mettere a punto la tecnica molecolare della 
PCR per la valutazione genetica del sesso su 95 campioni di epidermide campionata tramite 
biopsia cutanea da esemplari free-ranging di 7 specie differenti di Cetacei, secondo il metodo 
descritto da Bérubé e Palsboll (1996). La validazione della tecnica è stata effettuata 
confrontando i risultati delle PCR dei free-ranging con quelli di esemplari spiaggiati di sesso 
noto. Le 7 specie di Cetacei, campionate sia nel Mar di Cortez che nel Mar Mediterraneo, 
sono le seguenti: capodoglio (Physeter macrocephalus), orca (Orcinus orca), stenella striata 
(Stenella coeruleoalba), delfino comune (Delphinus delphis), tursiope (Tursiops truncatus), 
balenottera comune (Balaenoptera physalus), balenottera di Bryde (Balaenoptera edeni). 
Inoltre è stato possibile indagare sullo stato tossicologico di alcuni esemplari di capodoglio 
spiaggiati e free-ranging, valutando i livelli di alcuni composti Organoclorurati (OCs) e degli 
Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) accumulati nel grasso sottocutaneo (“bubbler”). Gli 
esemplari di capodoglio esaminati sono stati campionati nel Mar di Cortez (free-ranging) e 
nel Mar Mediterraneo (spiaggiati e free-ranging). Inoltre, in virtù della determinazione del 
sesso dei campioni è stato possibile effettuare un confronto intraspecifico sulle differenze di 
accumulo degli inquinanti tra i maschi e le femmine dei capodogli.
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2.ABSTRAC
The main aim of this work of thesis was to develop and validate the molecular technique of 
Polymerase Chain Reaction (PCR) to determine genetically the gender of 95 skin samples, 
obtained from skin biopsies of free-ranging and stranded specimens of seven different 
species of cetaceans, using the method presented by Palsboll et al. (1996). The validation of 
this technique was performed comparing the results obtained from free-ranging specimens 
with those obtained from stranded specimens of known sex. The seven species of cetaceans, 
sampled in the Mediterranean Sea and in the Sea of Cortez, are: sperm whale ( 
), killer whale (Orcinus orca), striped dolphin (Stenella coeruleoalba), 
longbeaked common dolphin (Delphinus capensis), bottlenose dolphin (Tursiops truncatus), 
fin whale (Balaenoptera physalus) and Bryde's whale (Balaenoptera edeni). It was also 
possible to evaluate the toxicological status of some free-ranging and stranded specimens of 
sperm whale, evaluating levels of some organochlorines compounds (OCs) and Polycyclic 
aromatic Hydrocarbons (PAHs) accumulated in subcutaneous adipose tissue (blubber). The 
samples of sperm whale were obtained in the Mediterranean Sea and in the Sea of Cortez. 
Moreover, thanks to the determination of the gender, it was possible to determine intraspecific 
differences of accumulation of these pollutants between different sex of sperm whale.
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T
macrocephalus
Physeter
3. INTRODUZIONE
 La natura per migliorare la vita”, questo è lo slogan con cui si apre il 2010: Anno 
Internazionale della Biodiversità.
Il Summit mondiale a Rio de Janeiro (1993), ha definito la biodiversità come la variabilità fra 
tutti gli organismi viventi, inclusi ovviamente quelli del sottosuolo, dell’aria, degli ecosistemi 
acquatici e terrestri.
 La diversità della vita è scindibile in tre sottolivelli:
•diversità degli ecosistemi (ambienti naturali quali acque, boschi, spazio alpino);
•diversità delle specie (animali, piante, funghi,microrganismi);
•diversità del patrimonio genetico (razze o varietà di specie selvatiche e domestiche).
I tre livelli su cui si articola la diversità biologica sono strettamente connessi fra loro. Per 
sopravvivere le specie hanno bisogno di spazi vitali idonei e di una sufficiente variabilità 
genetica e gli ecosistemi hanno bisogno della varietà di specie che ospitano. Una buona 
interconnessione tra ambienti vitali è, a sua volta, indispensabile per la conservazione della 
varietà degli uni e degli altri. Un quarto livello è costituito dalla biodiversità funzionale, 
ovvero dalla diversità delle interazioni che si esplicano all’interno e fra i tre livelli 
(www.biodiversita2010.ch). Il delicato equilibrio esistente sulla terra fra le specie vegetali e 
animali è frutto di oltre tre miliardi di anni di evoluzione, ogni specie animale e vegetale è 
adattato alle condizioni ambientali e locali. Se queste condizioni cambiano vi sono specie che 
si estinguono e habitat che scompaiono. L’ultimo aggiornamento della Lista Rossa dell’Iucn 
delle specie minacciate, indica che il 22% di tutti i mammiferi conosciuti è in pericolo, così 
come il 35% degli invertebrati, il 12% degli uccelli, il 28% dei rettili, e il 70% delle piante 
finora valutate. Viviamo una situazione molto preoccupante che, secondo alcune stime, 
indica un tasso globale di estinzione delle specie (causato dalle attività antropiche) circa 1000 
volte superiore al tasso naturale di perdita (www.iucn.org ). L’uomo, purtroppo, operando 
massicci interventi sulla natura ha in breve tempo fortemente modificato, danneggiato o 
addirittura distrutto molti ecosistemi attraverso uno sfruttamento delle risorse marine e 
terrestri o la frammentazione degli ambienti. Ma non solo, la lista dei danni provocati 
dall’uomo è lunghissima di seguito ne elenco solo alcuni: l’urbanizzazione del paesaggio e lo 
sparpagliamento degli habitat, lo sfruttamento agricolo, l’alterazione del bilancio idrico, i 
mutamenti atmosferici e mutamenti climatici, l’eutrofizzazione delle acque, l’utilizzo di 
tecniche di pesca distruttive, l’introduzione massiva di sostanze ad azione endocrina nelle 
acque, sfruttamento costiero e introduzione specie esotiche. 
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“
Perché è importante conservare la biodiversità marina e terrestre?
La biodiversità costituisce la struttura degli ecosistemi e degli habitat che sono le risorse 
essenziali di sostegno alla vita, tra cui la fauna selvatica, la pesca e le foreste. E’alla base della 
stessa vita umana, aiuta a provvedere ai bisogni umani fondamentali come il cibo, ad esempio 
circa il 16% del pesce è una fonte di apporto proteico per un individuo medio, per il riparo e 
per le medicine. A livello mondiale, è stimato che 200 milioni di persone vivono direttamente 
o indirettamente dalla pesca, e molti altri dipendono da ulteriori usi economici degli oceani e 
delle coste. Molti ecosistemi sono fonte primaria di ossigeno, arricchiscono il suolo e 
purificano l'acqua, ci proteggono da inondazioni e danni provocati dal maltempo e regolano il 
clima. I processi biologici essenziali per la perpetuazione della vita sulla terra hanno luogo 
grazie alle molteplici forme di vita esistenti terrestri e marine. L'ecosistema marino è fonte di 
inestimabile ricchezza, di biodiversità e di bellezza naturalistica. Il mare, con la sua fascia 
costiera e suoi fondali, costituiscono uno degli habitat più importanti e più ricchi, con la 
maggior variabilità animale del globo (www.contabilitaambientale.it). La vita dei nostri mari 
produce un terzo dell’ossigeno che respiriamo. Alcuni esempi di habitat marini e costieri sono 
le foreste di mangrovie, barriere coralline, praterie marine. Tali sono soggetti ad un 
equilibrio dinamico estremamente delicato, per cui qualsiasi intervento non adeguato o azioni 
invasive possono costituire elemento di disturbo, con conseguenze disastrose per l'ambiente e 
per l'economia del territorio. Le maggiori minacce per la biodiversità marina e costiera sono 
l'inquinamento (soprattutto provocato da fonti terrestri, ma anche da altre fonti), l'eccessivo 
sfruttamento delle risorse marine, l’introduzione di specie estranee e il cambiamento climatico 
globale,l’abusivismo edilizio, gli scarichi abusivi, la pesca illegale 
(www.contabilitaambientale.it). Tutti gli effetti negativi non sono solo immediati ma si 
ripercuoteranno con conseguenze ancor più gravi sulle generazioni future 
(www.contabilitaambientale.it). Una delle classi di animali a rischio in Europa e nel mondo è 
quella dei cetacei. I cetacei sono animali longevi, occupano i livelli più alti della piramide 
alimentare marina e si riproducono con grande lentezza e proprio per questi motivi sono 
particolarmente vulnerabili ad una serie di minacce derivanti dalle più disparate attività 
umane. Questi splendidi animali sono alle prese con numerosi problemi come l’introduzione 
da parte dell’uomo di prodotti chimici, cambiamenti climatici, speculazione edilizia delle 
coste, pesca indiscriminata, cementificazione delle coste, l’inquinamento acustico, la 
navigazione commerciale e anche a causa dell’introduzione di specie non-native 
(www.wdcs.org). Gli impatti del cambiamento climatico sui cetacei "sono sempre più 
incisivi” e causano ogni anno modifiche sulla temperatura e sul livello del mare, sull’acidità e 
sulla salinità dell'acqua causando la scomparsa in aree di particolare importanza delle 
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habitat
popolazioni di krill (banchi di piccoli crostacei che vivono sotto lo strato di ghiaccio polare e 
che rappresentano la principale fonte di cibo per molte popolazioni di balene) 
(www.wdcs.org). Nonostante le azioni promosse dalle convenzioni internazionali a favore 
della tutela dell’ambiente marino, oggi sembra evidente che l’esecutività di tali convenzioni è 
carente. E’quindi indispensabile per svolgere un’azione efficace, poter disporre di una valida 
base di informazioni per la loro protezione e la loro conservazione, dunque promuovere 
maggiormente l’utilizzo delle tecniche di indagine che permettano di ottenere informazioni 
sul loro stato di salute tossicologica, apportando uno stress molto limitato sia al singolo 
individuo che alla popolazione. 
3.1 Biodiversità cetologica nel mondo 
Nel mondo sono conosciute circa 78 specie di Cetacei: 21 di queste specie che sono state 
osservate nel Mediterraneo, non sono endemiche ma si tratta invece di specie che sono 
abbondantemente diffuse in tutti gli oceani del mondo. Di queste 21 specie, 8 sono specie 
residenti e di osservazione regolare mentre le altre 13 sono di comparsa occasionale in quanto 
rappresentate da individui che di tanto in tanto entrano nel Mediterraneo dall'Oceano 
Atlantico e dal Mar Rosso. In generale, balene e delfini sono più abbondanti nelle porzioni 
occidentale e centrale del bacino, più vicine all'oceano Atlantico, mentre si fanno più rari 
nella porzione orientale e nel Mar Nero. Le specie regolarmente presenti nel Mediterraneo 
sono due specie di enormi dimensioni, la balenottera comune ( ) e il 
capodoglio (Physeter macrocephalus), 3 specie di delfini come il delfino comune ( 
), il tursiope ( ) e la stenella striata (Stenella coeruleoalba) e 3 
specie poco conosciute di dimensioni intermedie quali: grampo (Grampus griso), globicefalo 
(Globicaphala melas) e zifio ( ). balene, delfini e focene sono conosciuti 
collettivamente con il nome di Cetacei (un Ordine della Classe mammiferi), derivante dalla 
latino Caetaceus (grande animale marino). Come tutti i mammiferi sono vertebrati 
omeotermi, respirano l’aria attraverso i polmoni, si accoppiano e danno alla luce piccoli, già 
ad un elevato stadio di sviluppo, che allattano per molti mesi. Modellati dall’evoluzione, per 
vivere e muoversi in ambiente acquatico hanno sviluppato una serie di modificazioni 
morfologiche, anatomiche e fisiologiche per adattarsi all’elemento in cui vivono, infatti il loro 
aspetto ricorda quello dei pesci: la forma affusolata, la mancanza di un collo ed un torace che 
si assottiglia fino all’estremità posteriore che termina con una poderosa coda disposta, però, 
orizzontalmente. La linea, variamente idrodinamica, è più accentuata in quelli che nuotano a 
maggiori velocità come i delfini e le balenottere, mentre è più tozza nelle balene che hanno 
movimenti più lenti. La pelle è sottile e solo apparentemente liscia, perché percorsa in realtà 
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cavirostrisZiphius
truncatusTursiopsdelphis
Delphinus
physalusBalaenoptera
da microsolchi, che dirigono il flusso dell’acqua rendendo più veloce il nuoto. La 
caratteristica di questi mammiferi, ovviamente collegata all’ambiente in cui vivono, è la quasi 
totale assenza di peli tranne alcune strutture con funzione tattile, atte ad avvertire la presenza 
di plancton, che si ritrovano sulla porzione anteriore del capo delle balene e delle balenottere. 
Il derma è ricco di recettori tattili particolarmente concentrati nelle zone maggiormente 
sensibili quali il capo, le pinne e in prossimità degli organi genitali. Il sottostante strato 
adiposo, spesso molto abbondante, limita la dispersione del calore, modella il corpo e bilancia 
il peso dell’animale, consentendo il galleggiamento in quelle specie di Cetacei che hanno una 
densità media abbastanza vicina a quella dell’acqua del mare. Invece, le specie che hanno 
densità leggermente superiore sono costrette a nuotare per galleggiare e, quindi, affondano 
quando muoiono. Altre, come il capodoglio che hanno densità inferiore, sono invece in grado 
di rimanere a galla anche immobili. Il capo, frequentemente molto sviluppato, termina con un 
rostro sempre presente a livello scheletrico ma evidenziabile esternamente soltanto nei delfini 
sotto la forma di un becco. Gli arti inferiori si sono trasformati in pinne pettorali di 
dimensioni molto ridotte rispetto alla mole del corpo e con funzione tipicamente direzionale; 
in molte specie compare la pinna dorsale, non sorretta da ossa, con funzione stabilizzatrice, la 
cui forma e posizione sono variabili e che è un elemento distintivo per il riconoscimento. La 
pinna caudale è piatta e rappresenta il principale organo di propulsione, grazie ad essa i 
Cetacei sono in grado di immergersi anche a grandi profondità, possono compiere spettacolari 
tuffi e nuotare velocemente in senso verticale. Le differenze fra le varie specie sono 
soprattutto a livello della pinna dorsale che può essere o presente in dimensioni variabili o del 
tutto assente, del rostro più o meno appuntito e lungo o completamente smussato, e 
dell’apparato boccale che può essere provvisto di fanoni (Sottordine Misticeti) o di denti 
(Sottordine Odontoceti). La vita nell'ambiente acquatico, oltre a conferire a questi animali 
dimensioni talvolta colossali, ha profondamente modificato anche la struttura degli apparati 
interni. Infatti lo scheletro dei Cetacei, che non deve sostenere il corpo, è formato da ossa 
spugnose e impregnate di grasso, per migliorare il bilanciamento idrostatico. La colonna 
vertebrale ha un andamento rettilineo, la parziale mobilità della colonna vertebrale è favorita 
dalla presenza di dischi di natura cartilaginea che consentono un discreto movimento 
soprattutto della zona lombare; gli Odontoceti e i Misticeti si distinguono anche per la diversa 
conformazione del cranio; nei primi le ossa mascellari e premascellari si allungano 
anteriormente e si espandono posteriormente; sono fortemente asimmetriche per lo sviluppo 
di un particolare organo adiposo, detto melone, specializzato nella ricezione dei suoni, nei 
Misticeti, invece, l’allungamento delle ossa mascellari e premascellari è solo anteriore ed è 
collegato allo sviluppo dei fanoni. Gli Odontoceti sono predatori e si alimentano 
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prevalentemente di organismi marini a crescita veloce come pesci, gamberi e molluschi 
cefalopodi; l’orca è l’unico rappresentante del sottordine capace di attaccare altri mammiferi 
marini. La forma e il numero dei denti variano in relazione alle specializzazioni alimentari. I 
Delfinidi hanno mascelle corte con numerosi denti conici in grado di offendere ogni tipo di 
preda; i Focenidi sono provvisti di mascelle allungate e di denti la cui estremità appiattita è 
adatta alla cattura di pesci e di invertebrati; altre specie quali il capodoglio e il grampo hanno 
denti solo sulla mascella inferiore, mentre possono mancare completamente come nello zifio . 
Il capodoglio, che si nutre e ingoia prede intere, possiede anche delle pieghe sottogolari che, 
espandendosi, facilitano l’ingestione. I Misticeti hanno sostituito i denti con strutture filtranti 
detti fanoni. Sono delle lamine cornee inserite sulla mascella superiore e provviste di un 
ampio bordo sfrangiato che, rivolto verso la cavità orale, costituisce l'elemento filtrante. Il 
numero e la forma dei fanoni variano in relazione alle specie. Nelle balene, che si cibano 
nuotando lentamente con la bocca aperta, sono confinati nella parte posteriore della mascella 
e possono raggiungere anche i 5 metri di lunghezza. Nelle balenottere, che nuotano 
velocemente e si alimentano raccogliendo acqua e cibo in enormi quantità, i fanoni sono più 
numerosi e più corti; la stessa balenottera azzurra (Balaenoptera musculus) ha fanoni che non 
superano il metro di lunghezza. In un giorno una balenottera azzurra può mangiare anche tre 
tonnellate di crostacei. Naturalmente anche gli apparati circolatorio e respiratorio sono 
particolarmente adattati alle grandi profondità e alle lunghe apnee. Il ricambio d'aria nei 
polmoni, a differenza dei mammiferi terrestri, avviene in tempi molto brevi, con rapidissime 
inspirazioni ed espirazioni, intervallate da lunghi periodi di apnea. La frequenza respiratoria è 
molto bassa, infatti contrariamente a quanto si possa pensare, per non avere scompensi 
pressori interni, durante le immersioni i cetacei non immagazzinano grandi quantità di 
ossigeno nei polmoni, ma grazie alla presenza di un'elevata concentrazione di pigmenti 
respiratori (emoglobina nel sangue e mioglobina nei muscoli) sono infatti in grado di fissare 
nei tessuti circa il 90% dell'ossigeno inspirato. Oltre i 70 metri di profondità, infatti, sotto la 
sollecitazione della pressione idrostatica, i polmoni e la cassa toracica risultano compressi, 
provocando un collasso alveolare che interrompe lo scambio di gas respiratori tra polmoni e 
sangue. Il battito cardiaco risulta rallentato e alcuni distretti circolatori vengono isolati 
attraverso meccanismi selettivi di vasocostrizione, permettendo durante l’immersione, una più 
efficace irrorazione degli organi importanti come il cervello. Infine, hanno un complesso 
sistema circolatorio di tipo arterioso presente soprattutto a livello delle pinne pettorali, dorsale 
e caudale, ed alla base del cranio. Ha una funzione di tipo termoregolatorio (attraverso un 
meccanismo di scambio di calore “controcorrente”) e di risposta all’immersione (cattura le 
bolle di azoto eventualmente generate in seguito alle alte pressioni raggiunte dall’animale). 
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Anche l’apparato escretore è un’evidente segno del loro perfetto adattamento all’ambiente 
marino. La quantità di urina è particolarmente abbondante ed ipertonica (concentrata) rispetto 
al mezzo esterno: ciò consente a questi mammiferi di ricavare direttamente dall'ambiente 
l'acqua necessaria al loro metabolismo, eliminando l'eccesso di sali. Riassumendo, i due 
grandi Sottordini possono cosi essere separati: 
I Misticeti (provvisto di fanoni) includono le balene vere: la balena della Groenlandia, 
le balene franche boreale (Eubalaena glacialis) e australe (Eubalaena australis) e la 
piccola caperea (Caperea marginata) o balena pigmea (circa 5 m); le balenottere (più 
snelle e veloci e con i solchi golari): azzurra, comune (Balaenoptera physalus), 
boreale, di Bryde (Balaenoptera edeni), minore (Balaenoptera acuto rostrata) e la 
megattera (Megaptera novaeangliae); oltre alla balena grigia (Eschrichtius Robustus) 
che forma un gruppo a sé. I Misticeti si distinguono per il particolare sistema di 
filtrazione del cibo, costituito dai "fanoni", che sono larghe lamine di una sostanza 
dura e flessibile (cheratina), radicate nella mascella superiore dell’animale. Un’altra 
caratteristica peculiare dei Misticeti è la presenza di uno sfiatatoio che si apre in 
posizione mediana nella parte superiore del capo con due orifizi, si riproducono nelle 
acque tropicali e subtropicali dell’emisfero settentrionale e migrano verso sud per 
alimentarsi di krill durante l’estate antartica. Dopo 3-4 mesi di alimentazione intensiva 
tornano nelle acque temperate. 
Gli Odontoceti (provvisti di denti) sono un gruppo abbastanza eterogeneo riuniti 
tassonomicamente in 9 famiglie. A differenza dei Misticeti possiedono un unico 
sfiatatoio sulla sommità della testa, le narici non sono fuse e una di loro è diventata 
dominante sull'altra. Come adattamento per l'ecolocalizzazione, il cranio è diventato 
asimmetrico, possiedono dei cervelli relativamente grandi, ma presenta poche 
connessioni tra i due emisferi. Sul loro capo si trova un organo chiamato melone che 
ha il compito di concentrare le onde sonore, agendo come una lente acustica. Le corde 
vocali sono assenti e i suoni vengono emessi mediante delle sacche aeree presenti 
sotto lo sfiatatoio. I denti differiscono considerevolmente tra le specie. Possono essere 
numerosi, (in alcuni delfini superano il centinaio), assumere forme bizzarre come nel 
narvalo, che possiede una singola lunga zanna o essere quasi totalmente assenti come 
negli zifidi, che presentano un solo dente nella mascella inferiore dei maschi.
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
3.2 Specie di interesse
In questa tesi sono state prese in 
considerazione 7 specie di Cetacei (5 
Odontoceti e 2 Misticeti) qui di seguito 
descritte :
 STENELLA STRIATA ( 
)
Regno: Animalia 
Phylum: 
Classe: Mammalia (Linnaeus, 1758)
Ordine: Cetacea (Brisson, 1762)
Sottordine: Odontoceti (Flower, 1867)
Famiglia: 
Genere: 
Specie: Stenella coeruleoalba (Meyen, 1833)
Figura 1: Stenella coeruleoalba 
Categoria Red List & Criteria: Least Concern cioè a basso rischio di estinzione, in quanto 
la popolazione stimata è numerosa (oltre 2 milioni di esemplari in tutto il mondo) e non vi 
sono prove di un declino importante a livello mondiale che permetta di inserirla in una 
categoria di rischio (www.iucnredlist.org).
12
Stenella
Delphinidae
Chordata
coeruleoalba
Stenella