CORSO DI LAUREA in SCIENZE NATURALI Disciplina: ECOLOGIA ANNO ACCADEMICO 2010-2011 Docente: Prof. Sandra URBANELLI Dipartimento Biologia Ambientale Via Dei Sardi,70 , IV piano, tel +390649917820 e-mail: [email protected] Studenti target: II Anno - 2° semestre, Laurea Triennale in Scienze Naturali Livello dell’Unità: intemedio Pre-requisiti: introduzione alla biologia Crediti: 9 Descrizione dei contenuti Elementi di Biologia generale Ecologia teorica Definizioni Ecologia, sviluppo storico, suddivisione. Livelli di organizzazione gerarchica in Ecologia. Proprietà emergenti. Ambiente ed Ecologia Relazioni organismi-ambiente. La vita e l'ambiente fisico. Condizioni e risorse ambientali. Fattori limitanti: legge del minimo di Liebig. Distribuzione geografica degli organismi. Legge della tolleranza di Shelford. Il clima. Organismi autotrofi ed eterotrofi. Adattamenti delle piante: fotosintesi C3, C4 e CAM. Adattamenti degli animali: acquisizione di energia e nutrienti, regolazione condizioni interne: omeostasi e feedback. Endotermia ed ectotermia. Ecologia ecosistemica I sistemi ecologici. Il concetto di sistema in ecologia. I sistemi ecologici. Applicazione dei principi della termodinamica. Produttività primaria. Efficienza ecologica e struttura delle piante. Produttività secondaria. Efficienza ecologica degli animali. Trasferimenti di energia. Catene di pascolo e di detrito. Piramidi ecologiche. Il paradigma del flusso di energia. L'ecosistema. Il paradigma del flusso di energia. Riciclizzazione dei nutrienti ed immagazzinamento. Studio di un bacino idrografico: Hubbard Brook Forest, esperimento rimozione sperimentale di una foresta. Processi di decomposizione. Metodi per misurare la produttività. Confronto produttività negli ecosistemi. Modelli di previsione di produttività. Ecosistemi terrestri. Ecosistemi acquatici. Cicli biogeochimici. Cicli gassosi e sedimentari Regolazione del riciclo dei nutrienti. Dinamica degli ecosistemi. Ecologia e genetica evolutiva Genetica dei cambiamenti evolutivi La popolazione. Struttura genetica delle popolazioni. La legge di Hardy-Weinberg. Inbreeding e accoppiamenti assortativi. Mutazione e ricombinazione. Deriva genetica e flusso genico. Adattamento e selezione naturale. Il concetto di fitness. Selezione artificiale. Selezione sessuale. Unità di selezione: selezione gametica, Kin selection e selezione di gruppo. Ecologia di popolazione. Caratteristiche delle popolazioni. Densità e disperisione spaziale. Studio statistico delle dimensioni di popolazioni: demografia. Parametri demografici. Tecniche demografiche: tabelle di vita, valore riproduttivo, struttura per età. Evoluzione dei tratti demografici. Accrescimento delle popolazioni. Modelli di crescita: esponenziale e logistico. Modelli stocastici. Regolazione della dimensione delle popolazioni: effetto Allee. Specie e speciazione. Concetti di specie. Meccanismi di isolamento riproduttivo. Meccanismi di speciazione. Speciazione allopatica e parapatrica. Speciazione simpatrica. Poliploidia e speciazione per ibridazione. Il rinforzo. Interazioni tra popolazioni. Classificazione delle interazioni.Competizione Principio di esclusione competitiva. Modelli di Lotka and Volterra. Modelli di Tilman. Competizione in popolazioni sperimentali in laboratorio ed in natura. La nicchia ecologica: caratteristiche. Lo spostamento dei caratteri. Specializzazione contro generalizzazione. Ambiente, adattamento e costruzione della nicchia. Evoluzione capacità competitive: selezione r e K. Sistemi predatore-preda. Modelli matematici di predazione. Adattamenti contro la predazione: criptismo, mimetismo. Parassitismo, parassiti e malattie. Commensalismo. Mutualismo. Coevoluzione. ’ipotesi della Regina Rossa. Ecologia comportamentale Comportamento: costi e benefici. Territorialismo. Home range, energetica e taglia. Teoria del foraggiamento ottimale. Ecologia di Comunita' Comunita' biotiche: caratteristiche. Successioni ecologiche. Modelli di strategie di successione. Il climax. Biodiversità. Gradiente di diversità. Interazioni interspecifiche e struttura di comunità. Struttura trofica. Specie dominanti e specie chiave. Diversità biotica e stabilità di comunità. Modelli: bottom-up, top-down e trophic cascade. Il disturbo: modelli di non-equilibrio. Conservazione di aree naturali e biogeografia delle isole. Ecologia applicata Ecologia umana: crescita di popolazione. Uso delle risorse e sostenibilità. Distruzione degli habitat. Specie invasive. Hot spot di diversità. Aree protette. Conservazione di habitat. Cambiamenti climatici globali. Competenze da sviluppare e Risultati di apprendimento attesi Conoscenze di base sui livelli di studio dell’ecologia Conoscenze sulla dinamica dei processi che regolano il funzionamento degli ecosistemi Conoscenze sulle caratteristiche strutturali e sulla dinamica delle popolazioni e delle comunità Conoscenza e comprensione dei fattori che influenzano la distribuzione delle specie e la diversità Conoscenza e comprensione del pensiero evoluzionistico nello studio dell’ecologia Capacità di utilizzare le competenze acquisite come strumento di previsione in relazione alle conseguenze che derivano dalle trasformazioni dell’ambiente naturale causate dalle attività umane CONTENUTO ( CFU) Ore in aula Ore studente a Ore studente Verifiche del casa totali profitto Elementi di Biologia Lezioni frontali generale Ecologia teorica Ambiente ed Ecologia Ecologia ecosistemica Lezioni frontali Lezioni Ecologia e genetica frontali evolutiva Lezioni Ecologia frontali comportamentale Lezioni Ecologia di frontali Comunita Lezioni Ecologia applicata frontali Esercitazioni numeriche e di laboratorio Esercitazioni 8 17 25 24 51 75 20 44 64 4 8 12 4 8 12 4 8 12 12 13 25 64 + 12 149 225 Verifica scritta Verifica scritta Valutazione finale Valutazione finale Sono previste durante il corso due esoneri scritti sul programma svolto. A conclusione delle attività didattiche frontali la valutazione del profitto avverrà mediante un esame che prevede una prova scritta (o gli esoneri) ed una orale, volte a verificare le conoscenze acquisite durante il corso. Testi consigliati Bullini, Pignatti, Virzo De Santo. Ecologia generale. UTET P. Colinvaux. Ecologia. EdiSES Eugene P. Odum. Un ponte fra scienza e società. PICCIN Townsend C.R., Harper J.L., Begon M. L’ESSENZIALE DI ECOLOGIA Edizioni Zanichelli Ricklefs R.E. ECOLOGIA Edizioni Zanichelli Thomas M. Smith – Robert Leo Smith. ELEMENTI DI ECOLOGIA Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A. Campbell-Reece. 2009. Biologia: Vol. 1 “La chimica della vita e la cellula”- Pearson Paravia Bruno MONDADORI S.p.A.