ITALIANO

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 inter-specifiche. Successione ecologica. Flusso di energia e cicli biogeochimici. Ecosistemi artificiali (ecosistema selviculturale, agroecosistema ed ecosistema urbano). Beni e servizi forniti dalle risorse naturali. Uso sostenibile delle risorse naturali.

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., Barrett G.W., 2007. Fondamenti di ecologia. Piccin.

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 fomiti 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.

Conoscenze e abilità fornite dal corso 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.).

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.

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, espresso in trentesimi, contribuirà per 6/12 al voto dell'esame
integrato di Sostenibilità ambientale e sociale delle biotecnologie (12 CFU) tenendo conto del numero di CFU (6) del modulo di Ecologia.

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

1. INTRODUZIONE
Concetti di ambiente, ecosistema e bioma. Meccanismi omeostatici e stabilità degli ecosistemi. L'ipotesi GAIA. Concetto di sostenibilità ambientale delle attività antropiche.

2. L'AMBIENTE FISICO
L'ambiente terrestre: il clima. Zone climatiche e biomi. Descrizione dei
principali biomi (foresta equatoriale, foresta tropicale stagionale, savana, deserto, foresta temperata decidua, prateria temperata, comunità di arbusti sclerofilli sempreverdi, foresta boreale di conifere, tundra). L'ambiente acquatico: caratteristiche morfobatimetriche, 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, 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: adattamento, risposte
di regolazione, acclimatazione, risposte di sviluppo, migrazione, dormienza. Principali fattori limitanti in ambiente terrestre e in ambiente acquatico (quali luce, temperatura, acqua, etc.).

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. Fluttuazioni delle popolazioni.

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

8. SUCCESSIONE ECOLOGICA
Stadi di una successione ecologica. Tipi di successione: successioni autotrofe o eterotrofe; successioni primarie o secondarie; successioni autogene o allogene; successioni cicliche. 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. Metodi di misura della produttività primaria. Fattori limitanti la produttività primaria in ambiente terrestre e in ambiente acquatico. Produttività in differenti biomi terrestri ed ecosistemi acquatici. Struttura trofica degli ecosistemi. Catena alimentare del pascolo e catena alimentare del detrito. Reti alimentari. Piramide ecologica. Flusso di energia in diversi tipi di ecosistemi.
Efficienza di trasferimento dell'energia: Efficienza di consumo, di assimilazione e di produzione. Efficienza ecologica. Bioaccumulo di sostanze tossiche lungo le catene alimentari.

1O. CICLI BIOGEOCHIMICI
Cicli gassosi e sedimentari. Riserve degli elementi nei diversi compartimenti ambientali. Tempo di residenza degli elementi nei diversi compartimenti. Cicli 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 della fustaia: il taglio raso e i tagli successivi. Agroecosistemi a regime sodivo e arativo. Agricoltura sostenibile. Il controllo biologico.
Impatto ambientale degli organismi geneticamente modificati usati in agricoltura. Ecosistema
urbano. Processo di urbanizzazione. Processo di dispersione insediativa. Bilancio energetico delle città. Vegetazione urbana. 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.

Italian

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. lntra- and inter-specific interactions. Ecological succession. Energy flux and biogeochemical cycles. Artificial ecosystems (selvicultural ecosystem, agroecosystem and urban ecosystem). Goods and services provided by natural resources. Sustainable use of natural resources.

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 materials 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.

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 acquirecl knowledge to real cases;

• capacity to interpret information derived from different sources in a criticai 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.

Knowledge and skills provided by the course 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 materiai replication, etc.).

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 student to refer general concepts to real cases in arder to facilitate their understanding.

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, expressed in 30ths, will contribute to 6/12 of the vote of integrated examination of Environmental and social sustainability of biotechnologies
(12 CFU), considering the CFU number (6) associated to the Ecology module.

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

1. INTRODUCTION
Concepts of environment, ecosystem and biome. Homeostatic mechanisms and stability of ecosystems. GAIA hypothesis. Concept of environmental sustainability of human activities.

2. PHYSICAL ENVIRONMENT
Terrestrial environment: the climate. Climatic zones and biomes. Description of main biomes (equatorial forest, seasonal tropical forest, savannah, desert, temperate deciduous forest, temperate grassland, evergreen sclerophyllous shrub community, boreal coniferous forest, tundra). 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, 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 (such as light, temperature, water, etc.).

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. Indices of diversity. Ecotone and margin effect. lnteractions among organisms of the community:
intra-specific and inter-specific competition, herbivory, predation,
parasitism, allelopathy, antibiosis, commensalism, optional mutualism, symbiotic mutualism and nonsymbiotic mutualism.

8. ECOLOGICAL SUCCESSION
Stages of ecological succession. Types of ecological succession: autotrophic or heterotrophic successions; primary or secondary successions; autogenic or allogenic successions; cyclic 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 in different terrestrial biomes 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.

1O. 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. Environmental impact of genetically modified organisms used 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.