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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 delle risorse naturali in un'ottica di sviluppo
    sostenibile. Principio di precauzione in relazione alle biotecnologie utilizzate in agricoltura.

    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 di Ecologia ha lo scopo di fornire conoscenze basilari di ecologia
    generale ed ecologia applicata indispensabili per la valutazione della
    sostenibilità ambientale delle biotecnologie. Tali conoscenze si integreranno con quelle relative alla sostenibilità sociale delle biotecnologie, approfondite nel corso di Diritto e Bioetica.
    Al termine del corso di Ecologia 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, 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.

    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 usare tale materiale didattico come supporto, studiando anche su uno dei libri di testo consigliati.

    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 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 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 e omogeneità delle comunità. 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.
    Principio di precauzione in relazione all'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 delle
    risorse naturali in un'ottica di sviluppo sostenibile. 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). Goods and services provided by
    natural resources. Use of natural resources in a sustainable development perspective. Precautionary principle in relation to biotechnologie used in agriculture.

    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 general ecology and applied ecology, essential for the evaluation of
    environmental sustainability of biotechnologies. This knowledge will be integrated with that related to the social sustainability of biotechnologies, deepened in the course of Law and Bioethics.
    At the end of course of Ecology 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, 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.

    Other information

    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, also studying on one of suggested books.

    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: morphobathimetric,
    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 factor 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.
    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 nonsymbiotic 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. Precautionary principle in relation to the 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. Use of natural resources in a sustainable development perspective.
    Ecosystem services used for waste treatments.

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