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    Flora Angela RUTIGLIANO

    Insegnamento di ECOLOGIA

    Corso di laurea in BIOTECNOLOGIE

    SSD: BIO/07

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Componenti biotiche e abiotiche degli ecosistemi. Climi e biomi. Tipi di ecosistemi acquatici. Risposte degli organismi alla variazione dei fattori ecologici. Popolazioni e comunità. Interazioni intra- e interspecifiche. Successione ecologica. Flusso di energia e cicli biogeochimici. Ecosistemi artificiali (ecosistema selvicolturale, agroecosistema, ecosistema urbano). Beni e servizi offerti dalle risorse naturali. Uso sostenibile delle risorse naturali.

    I concetti di ecologia saranno richiamati nei seminari tenuti nell’ambito del modulo di Bioetica.

    Testi di riferimento

    Testi consigliati (uno dei due):
    Cain M.L., Bowman W.D., Hacker S.D., 2017. Ecologia. Piccin

    Smith T.M., Smith R.L., 2017. Elementi di Ecologia. Pearson

    Dispense e materiale didattico distribuito a lezione

    Testi da consultare:
    Bullini L., Pignatti S., Virzo De Santo A., 1998. Ecologia generale. UTET.

    Odum E.P. e Barrett G.W., 2007. Fondamenti di ecologia. Piccin.

    Pignatti S., 1995. Ecologia vegetale. UTET.

    Obiettivi formativi

    Il Corso di Ecologia ha lo scopo di fornire conoscenze basilari di ecologia generale ed ecologia applicata indispensabili per la valutazione della sostenibilità delle biotecnologie.

    Al termine del corso lo studente deve aver acquisito:
    • conoscenze approfondite sulle componenti biotiche e abiotiche degli ecosistemi naturali (sia terrestri che acquatici), sulle loro possibili interazioni, sul flusso dell’energia e sul ciclo dei nutrienti sia a scala ecosistemica che a scala globale, sugli ecosistemi modificati dall’uomo (ecosistemi selvicolturale, agricolo e urbano), sui beni e servizi forniti dalle risorse naturali, sull’uso sostenibile delle risorse naturali;
    • capacità di applicare le conoscenze acquisite a casi reali;
    • capacità di interpretare in modo critico le informazioni provenienti da fonti diverse;
    • capacità di comunicare le competenze acquisite, che sarà valutata sulla base dell’esposizione degli argomenti di ecologia durante l’esame orale;
    • capacità di aggiornare le competenze acquisite in campo ecologico, che sarà valutata, al momento dell’esame, sulla base della conoscenza di letteratura specifica reperita autonomamente.

    Prerequisiti

    Conoscenze e abilità fornite dal corso di Fondamenti di biologia. In particolare lo studente dovrà conoscere i principali componenti cellulari e le relative funzioni, le principali differenze tra cellule animali, vegetali e microbiche, i principali processi biologici (quali fotosintesi, respirazione, replicazione del materiale genetico, etc.).

    Metodologie didattiche

    Il corso è articolato in 48 ore di lezioni frontali.

    La frequenza del corso non è obbligatoria, ma fortemente consigliata, in quanto aiuta notevolmente lo studente a riferire i concetti generali a casi reali per facilitarne la comprensione.

    Metodi di valutazione

    La verifica dell’apprendimento è effettuata mediante un esame orale che consiste in almeno tre domande su argomenti indicati nel programma. L’esame è superato se lo studente risponde in modo sufficiente a tutte le domande. Nella valutazione sarà considerata la conoscenza degli argomenti, la chiarezza e l’organicità dell’esposizione, la capacità di fare collegamenti critici tra gli argomenti.
    Il voto sarà espresso in trentesimi e corrisponderà al voto dell’esame integrato di Ecologia e Bioetica, dal momento che il colloquio di Bioetica (esito: superato/non superato) non contribuirà al voto finale.

    Altre informazioni

    Gli studenti potranno avvalersi delle slide fornite dal docente, nonché di eventuale altro materiale didattico e potranno registrare le lezioni. Tuttavia si suggerisce di studiare su uno dei libri di testo consigliati, usando tale materiale didattico solo come supporto.

    Programma del corso

    1. Introduzione
    Concetti di ambiente, ecosistema e bioma. Meccanismi omeostatici e stabilità degli ecosistemi. L'ipotesi GAIA.

    2. L’ambiente fisico
    L'ambiente terrestre: il clima. Zone climatiche e biomi. Descrizione dei principali biomi. L'ambiente acquatico: caratteristiche morfo-batimetriche, idrodinamiche e chimico-fisiche dei diversi tipi di ecosistemi acquatici (ecosistemi marini, ecosistemi di acque dolci, ecosistemi di transizione).

    3. Componente biotica degli ecosistemi
    Produttori: fotoautotrofi con fotosintesi ossigenica (fotosintesi C3, C4 o CAM); fotoautotrofi con fotosintesi anossigenica; chemioautotrofi. Consumatori: erbivori, carnivori, parassiti. Consumatori generalisti e specialisti. Decompositori: batteri, funghi e pedofauna. Ruolo dei diversi decompositori nel processo di decomposizione della sostanza organica morta. Fattori che regolano il processo di decomposizione.

    4. Il suolo quale habitat e prodotto dell'attività degli organismi terrestri.
    Ruolo dei fattori abiotici e degli organismi viventi nella pedogenesi. Profilo del suolo. Fase solida, liquida e gassosa del suolo. Componente biotica del suolo. Effetto della tessitura, del pH, della capacità di scambio cationico e della disponibilità di sostanza organica e nutrienti sugli organismi edafici.

    5. Fattori ecologici
    Condizioni e risorse. Intervallo di tolleranza e condizioni ottimali. Organismi euri e steno. Indicatori ecologici. Concetto di nicchia ecologica: nicchia fondamentale e nicchia realizzata. Equivalenti ecologici. Risposte degli organismi alla variazione dei fattori ecologici: adattamenti, risposte di regolazione, acclimatazione, risposte di sviluppo, migrazione, dormienza. Principali fattori limitanti in ambiente terrestre e in ambiente acquatico.

    6. Popolazioni. Densità, distribuzione spaziale, struttura per età, natalità, mortalità, migrazioni, dispersioni delle popolazioni. Curve di accrescimento esponenziale e logistico delle popolazioni. Popolazioni a strategia r e a strategia K.

    7. Comunità
    Composizione, diversità, dominanza, omogeneità. Ecotono ed effetto margine. Interazioni tra organismi appartenenti alla stessa comunità: competizione intra e inter-specifica, erbivoria, predazione, parassitismo, allelopatia, antibiosi, mutualismo simbiotico e non simbiotico.

    8. Successione ecologica
    Stadi di una successione ecologica. Tipi di successione: autotrofe o eterotrofe; successioni primarie o secondarie; successioni autogene o allogene. Meccanismi che determinano una successione ecologica. Cambiamenti delle proprietà di un ecosistema durante una successione ecologica.

    9. Flusso di energia
    Produttività primaria lorda e netta. Fattori limitanti la produttività primaria in ambiente terrestre e in ambiente acquatico. Struttura trofica degli ecosistemi. Catena alimentare del pascolo e catena alimentare del detrito. Reti alimentari. Flusso di energia in diversi tipi di ecosistemi. Efficienza di trasferimento dell'energia: Efficienza di consumo, di assimilazione e di produzione. Efficienza ecologica. Piramidi ecologiche. Bioaccumulo di sostanze tossiche lungo le catene alimentari.

    10. Cicli biogeochimici
    Cicli gassosi e sedimentari. Riserve degli elementi nei diversi compartimenti ambientali. Tempo di residenza degli elementi nei diversi compartimenti. Ciclo dell'acqua, del carbonio, dell'azoto, dello zolfo e del fosforo.

    11. Ecosistemi artificiali
    Ecosistema selvicolturale. Governo dei boschi a fustaia o a ceduo. Il trattamento delle fustaia: il taglio raso e i tagli successivi. Agroecosistemi a regime sodivo e arativo. Agricoltura sostenibile. Il controllo biologico. Uso di organismi geneticamente modificati in agricoltura. Ecosistema urbano. Processo di urbanizzazione. Processo di dispersione insediativa. Bilancio energetico delle città. Vegetazione urbana: biotopi e parchi urbani. Fauna urbana.

    12. Uso sostenibile delle risorse naturali
    Beni e servizi offerti all’umanità dalle risorse biodiversità, foreste, acqua e suolo. Cause di perdita di biodiversità. Deforestazione e suoi effetti. Alterazioni quantitative e qualitative della risorsa acqua. Cause di degradazione del suolo. Desertificazione. Gestione sostenibile delle risorse naturali. Servizi ecosistemici usati per il trattamento dei rifiuti.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Biotic and abiotic components of ecosystems. Climates and biomes. Types of aquatic ecosystems. Responses of the organisms to the variation of ecological factors. Populations and community. Intra- and interspecific interactions. Ecological succession. Energy flux and biogeochemical cycles. Artificial ecosystems (selvicultural ecosystem, agroecosystem and urban ecosystem). Godds and services provided by natural resources. Sustainable use of natural resources.

    The concepts of ecology will be cited during seminars of Bioethics.

    Textbook and course materials

    Suggested books (one of them):
    Cain M.L., Bowman W.D., Hacker S.D., 2017. Ecologia. Piccin

    Smith T.M., Smith R.L., 2017. Elementi di Ecologia. Pearson

    Teaching material provided during lessons

    Other reference books:
    Bullini L., Pignatti S., Virzo De Santo A., 1998. Ecologia generale. UTET.

    Odum E.P. e Barrett G.W., 2007. Fondamenti di ecologia. Piccin.

    Pignatti S., 1995. Ecologia vegetale. UTET.

    Course objectives

    The course aims to provide basic knowledge on general ecology and applied ecology, essential for the evaluation of biotechnology sustainability.

    At the end of course the student must have acquired:
    • deep knowledge on biotic and abiotic components of terrestrial and aquatic ecosystems and their interactions, energy flux and nutrient cycles at ecosystem and global scale, as well as on man-modified ecosystems (selvicultural, agricultural and urban ecosystems), goods and services provided by natural resources, sustainable use of natural resources;
    • capacity to apply acquired knowledge to real cases;
    • capacity to interpret information derived from different sources in a critical manner;
    • capacity to communicate acquired skills evaluated on the basis of the presentation of ecological topics during oral examination;
    • capacity to upload acquired skills in ecological field that will be evaluated, during the examination, on the basis of the knowledge of specific literature obtained autonomously.

    Prerequisites

    Knowledge and skills furnished by the course of Fundamentals of Biology. In particular, the student must know the main cell components and their functions, the main differences among animal, plant and microbial cells, the main biological processes (such as photosynthesis, respiration, genetic material replication, etc.).

    Teaching methods

    The course consists of 48 hours of frontal lessons.
    The attendance at the course is not mandatory, but it is strongly recommended because it helps students to refer general concepts to real cases in order to facilitate their understanding.

    Evaluation methods

    The verification of learning will be carried out through an oral examination that consists of at least three questions on topics reported in detailed program. The examination is passed if the student responds sufficiently at all questions. The evaluation will be made on the basis of the knowledge of topics, the clarity and organization of the exposure, the capacity to link critically the topics.
    The vote will be expressed in 30ths and will correspond to the vote of integrated examination of Ecology and Bioethics, because the examination of Bioethics (result: passed/not passed) will not contribute to final vote.

    Other information

    Students can make use of slides provided by professor and other teaching materials and can record lessons. However, it is advised to study on one of suggested books, using this teaching material only as support.

    Course Syllabus

    1. Introduction
    Concepts of environment, ecosystem and biome. Homeostatic mechanisms and stability of ecosystems. GAIA hypothesis.

    2. Physical environment
    Terrestrial environment: the climate. Climatic zones and biomes. Description of main biomes. Aquatic environment: bathymetric, hydrodynamic, physical and chemical features of aquatic ecosystems (marine ecosystems, fresh-water ecosystems, estuarial ecosystems).

    3. Biotic component of ecosystems
    Producers: photoautotrophs with oxygenic photosynthesis (photosynthesis C3, C4 or CAM); photoautotrophs with anoxygenic photosynthesis; chemoautotrophs. Consumers: herbivores, carnivores, parasites. Generalist and specialist consumers. Decomposers: bacteria, fungi and pedofauna. Role of different decomposers in organic matter decomposition. Factors regulating decomposition process.

    4. The soil as habitat and result of activity of terrestrial organisms.
    Role of biotic and abiotic factors on pedogenesis. Soil profile. Solid, aqueous and gaseous phases of the soil. Biotic component of soil. Effects of texture, pH, cationic exchange capacity and availability of organic matter and nutrients on soil organisms.

    5. Ecological factors
    Conditions and resources. Tolerance interval and optimal conditions. Euri- and steno-organisms. Ecological indicators. Ecological niche: fundamental and realized niche. Ecological equivalents. Responses of organisms to ecological factors variations: adaptation, regulation responses, acclimation, development responses, migration, dormancy. Main limiting factors in terrestrial and aquatic environment.

    6. Population
    Density, spatial distribution, age structure, natality, mortality, migration and dispersal, growth curves (exponential and logistic) of populations. Populations with r or K strategy. Fluctuation of populations.

    7. Community
    Community composition, diversity, dominance and homogeneity. Ecotone and margin effect. Interactions among organisms of the community: intra-specific and inter-specific competition, herbivory, predation, parasitism, allelopathy, antibiosis, symbiotic mutualism and non-symbiotic mutualism.

    8. Ecological succession
    Stages of ecological succession. Types of ecological succession: autotrophic and heterotrophic successions; primary and secondary successions; autogenic and allogenic successions. Mechanisms determining ecological succession. Changes of ecosystem properties during an ecological succession.

    9. Energy flux
    Gross and net primary productivity. Measurement methods of primary productivity. Limiting factors of primary productivity in terrestrial and aquatic environment. Productivity assessment for terrestrial and aquatic ecosystems. Trophic structure of ecosystems. Grazing food chain and detritus food chain. Food web. Ecological pyramid. Energy flux in different ecosystems. Energy transfer efficiency: consumption efficiency, assimilation efficiency, production efficiency, ecological efficiency. Bioaccumulation of toxic compounds along food chains.

    10. Biogeochemical cycles
    Gaseous and sedimentary cycles. Reserves of elements in environmental compartments. Residence times of elements in different compartments. Cycles of water, carbon, nitrogen, sulphur and phosphorus.

    11. Man-modified ecosystems
    Silvicultural ecosystem. Wood management: high forest or coppice. Treatments of woodland. Agroecosystems under livestock or arable management. Sustainable agriculture. Biological control of pests. Use of genetically modified organisms in agriculture. Urban ecosystem. Urbanization. Urban sprawl. Energy balance of cities. Urban vegetation and fauna.

    12. Sustainable use of natural resources
    Goods and services provided to humans by biodiversity, forest, water and soil resources. Causes of biodiversity loss. Effects of deforestation. Quantitative and qualitative alterations of water resource. Causes of soil degradation. Desertification. Sustainable use of natural resources. Ecosystem services used for waste treatments.

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