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 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 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.

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.

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.).

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 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.

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.

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. 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.

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.

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.

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.).

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.

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, also studying on one of suggested books.

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.