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    Flora Angela RUTIGLIANO

    Insegnamento di ECOLOGIA GENERALE

    Corso di laurea in SCIENZE AMBIENTALI

    SSD: BIO/07

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Secondo 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.
    Esercitazione pratica, coordinata con il docente del modulo di Biometria, inerente alla raccolta di dati ambientali, previa definizione di un adeguato disegno sperimentale.

    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.

    Obiettivi formativi

    Il corso si propone di fornire le conoscenze di base sulla struttura e il funzionamento degli ecosistemi naturali e sulle interazioni tra le diverse componenti ambientali. Obiettivo finale del corso è quello far acquisire agli studenti la percezione dell’ambiente quale sistema dinamico e complesso, che è fondamentale per poter identificare e affrontare correttamente le alterazioni degli ecosistemi modificati dall’uomo.

    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;
    • capacità di applicare le conoscenze di base a casi reali, inclusi gli ecosistemi modificati dall’uomo;
    • capacità di raccogliere dati ambientali in modo autonomo, previa definizione di un adeguato disegno sperimentale;
    • 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 dai corsi di Chimica generale
    e inorganica Fondamenti di biologia. In particolare lo studente deve aver acquisito le nozioni essenziali per la comprensione dei processi chimici e deve 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 attività che include:
    • lezioni in aula (40 ore)
    • una lezione in campo associata alla raccolta di campioni da analizzare in laboratorio (2 ore)
    • attività di laboratorio (4 ore)
    • esercitazioni numeriche (2 ore).
    La raccolta di campioni in campo è preceduta dalla definizione di un disegno sperimentale condotta, in campo, nell’ambito del modulo di Biometria.
    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 viene 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, contribuisce per 6/10 al voto dell’esame integrato di Ecologia generale e Biometria (10 CFU), tenendo conto del numero di CFU (6) del modulo di Ecologia generale.

    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. Stabilità di resistenza e stabilità di resilienza. Influenza degli organismi sull'ambiente abiotico. L'ipotesi GAIA.

    2. L’AMBIENTE FISICO
    L'ambiente terrestre: il clima. Zone climatiche e biomi. Descrizione dei principali biomi. L'ambiente acquatico: caratteristiche 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 sulle piante e 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. Polimorfismo genetico e somatico. Ecotipi. Evoluzione convergente ed evoluzione parallela. Coevoluzione. Risposte non adattative alle variazioni dell’ambiente: risposte di regolazione, acclimatazione, risposte di sviluppo, migrazione, dormienza. Principali fattori limitanti in ambiente terrestre e/o in ambiente acquatico (luce, temperatura, acqua, fuoco, salinità, corrente, ossigeno, anidride carbonica, nutrienti, pH, sostanze inquinanti).

    6. POPOLAZIONI
    Densità, distribuzione spaziale, struttura per età, natalità, mortalità, migrazione e dispersione, curve di crescita (esponenziale e logistica) delle popolazioni. Popolazioni a strategia r e K. Fluttuazioni delle popolazioni.

    7. COMUNITÀ
    Composizione, diversità, dominanza, omogeneità delle comunità. Ecotono ed effetto margine. Interazioni tra organismi appartenenti alla stessa comunità: competizione intraspecifica e interspecifica, erbivoria, predazione, parassitismo, allelopatia, antibiosi, mutualismo simbiotico e non simbiotico.

    8. SUCCESSIONE ECOLOGICA
    Stadi di una successione ecologica. Tipi di successioni: 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. Metodi di misura della produttività primaria. Fattori limitanti la produttività primaria in ambiente terrestre e in ambiente acquatico. Stime di produttività per i diversi ambienti terrestri e acquatici. Struttura trofica di un ecosistema. Catena alimentare del pascolo e catena alimentare del detrito. Reti alimentari. Piramidi ecologiche. Flusso di energia in tipi diversi di ecosistemi. Efficienza di trasferimento dell'energia: Efficienza di consumo, di assimilazione e di produzione. Efficienza ecologica.

    10. CICLI BIOGEOCHIMICI
    Cicli gassosi e cicli 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, del fosforo.

    ESERCITAZIONE PRATICA (coordinata con il docente del modulo di Biometria):
    Escursione in campo finalizzata alla descrizione delle risposte degli organismi alla variazione dei fattori ecologici. Prelievo di campioni di piante e suolo per analisi di laboratorio, previa definizione di un adeguato disegno sperimentale, effettuata nell’ambito del modulo di Biometria.
    Analisi di laboratorio:
    • Misura del contenuto in clorofilla in foglie di sole e foglie di ombra
    • Misura della respirazione del suolo
    I dati ottenuti sono elaborati mediante analisi statistica, svolta nell’ambito del modulo di Biometria.

    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. Population and community. Intra- and interspecific interactions. Ecological succession. Energy flux and biogeochemical cycles.
    Practical exercise, coordinated with the professor of Biometry module, concerning the collection of environmental data, after the definition of a suitable experimental design.

    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.

    Course objectives

    The course aims to provide basic knowledge on structure and functioning of natural ecosystems and on interactions among different environmental components. The final goal of the course is to give a view of the environment as complex and dynamic system that is necessary to identify and face alterations of ecosystems modified by man.

    At the end of the 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;
    • capacity to apply basic knowledge to real cases, including man-modified ecosystems;
    • capacity to collect autonomously environmental data, after the definition of a suitable experimental design;
    • 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 courses of General and inorganic chemistry and Fundamentals of Biology. In particular, the student must have acquired the essential notions for the understanding of chemical processes and 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 activity including:
    • frontal lessons (40 hours)
    • field lesson with sample collection for laboratory analysis (2 hours)
    • laboratory activity (4 hours)
    • numerical exercises (2 hours)
    Sample collection is made after the definition of an experimental design, carried out in field within Biometry module.
    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 is 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 is 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, contributes for 6/10 to the vote of integrated examination of General ecology and Biometry (10 CFU), considering the CFU number (6) associated to the General ecology module.

    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. Resistance and resilience. Influence of organisms on abiotic environment. 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 plants and 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 factor variations. Adaptation. Genetic and somatic polymorphism. Ecotypes. Convergent or parallel evolution. Coevolution. Non-adaptive responses to environmental variations: regulation responses, acclimation, development response, migration, dormancy. Main limiting factors in terrestrial and aquatic environment (light, temperature, water, fire, salinity, current, oxygen, carbon dioxide, nutrients, pH, pollutants).

    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 for primary productivity in terrestrial and aquatic environment. Productivity assessment for different terrestrial and aquatic environments. 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.

    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.

    PRACTICAL EXERCISE (coordinated with Professor of Biometry module):
    Field excursion aimed at the description of organism responses to the ecological factor changes. Collection of soil and plant samples for laboratory analyses, after the definition of a suitable experimental design, made within module of Biometry.
    Laboratory activity:
    • Measurement of chlorophyll content in sun and shade leaves of different plants
    • Measurement of soil respiration
    The obtained data are elaborated by statistical analysis, carried out within module of Biometry.

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