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MODULO ECOLOGIA
Obiettivi formativi
Il modulo di ecologia intende fornire le conoscenze scientifici che risultano dall'evoluzione del pensiero e della ricerca ecologica, come fondamento della formazione di laureati che dovranno affrontare problemi di uso e conservazione delle risorse naturali e di gestione dei dei processi ambientali alterati.
Al temine del modulo ci si attende che lo studente sia in grado di
-conoscere e analizzare argomenti fondamentali dell’ecologia generale: adattamento degli organismi all'ambiente, ecologia di popolazione e comunità, struttura e processi dell’ecosistema,
-applicare le conoscenze acquisite alla soluzione di problemi su: stechiometria ecologica e identificazione dei fattori limitanti, crescita di una popolazione con e senza limitazione da risorse, competizione interspecifica tra due popolazioni che usano le stesse risorse, applicazione di indici ecologici per la valutazione della diversità specifica,
-individuare ed analizzare, almeno per linee generali, problemi ambientali di diversa complessità relativi, ad esempio, a fenomeni di inquinamento e funzionamento alterato degli ecosistemi, e uso improprio e/o sovra-sfruttamento delle risorse naturali.
Il corso di ecologia intende fornire i fondamenti scientifici su cui si è connotata l'evoluzione del pensiero e della ricerca ecologica nell'ultimo secolo, tenendo conto della fisionomia professionale sempre più marcata che i laureati in scienze della natura e dell'ambiente potranno assumere rispetto ai problemi di gestione e conservazione delle risorse naturali e dei processi ambientali alterati.
Lo studente acquisisce le conoscenze di base nei diversi settori dell’ecologia generale: adattamento degli organismi all’ambiente, ecologia di popolazione e comunità, struttura e processi dell’ecosistema. Una sezione a parte è dedicata allo studio della biodiversità e dei servizi dell’ecosistema, temi di grande attualità, non solo per la gestione ambientale, ma anche per lo sviluppo economico.
La capacità di applicare la conoscenza acquisita è sviluppata con esercitazioni tenute dal docente con il coinvolgimento degli studenti nelle quali sono svolti esercizi su stechiometria ecologica, crescita di una popolazione con e senza limitazione da risorse, competizione interspecifica tra due popolazioni che usano le stesse risorse, applicazione di indici ecologici, ecc.
Prerequisiti
conoscenze di base di chimica, geologia, biologia animale e vegetale, e microbiologia
Contenuti dell'insegnamento
L’insegnamento è articolato in sei parti.
Nella prima parte sono presentati i fondamenti scientifici su cui si è connotata l'evoluzione del pensiero e della ricerca ecologica nell'ultimo secolo, tenendo conto della fisionomia professionale sempre più marcata che i laureati in scienze della natura e dell'ambiente potranno assumere rispetto ai problemi di conservazione delle risorse naturali e di gestione dei processi ambientali alterati.
Nella seconda parte sono illustrati i principali fattori abiotici e il loro effetto sugli organismi viventi. In particolare viene sviluppato l’approccio auto ecologico focalizzato su condizioni ambientali e adattamenti. Sono quindi presentati i concetti di habitat, nicchia, tolleranza e stress.
Nella terza parte viene sviluppata l’ecologia delle popolazioni, con particolare riferimento a struttura, dispersione, crescita e fattori limitanti.
Nella quarta sezione è presentata l’ecologia delle comunità come risultante delle interazioni tra popolazioni, con particolare riferimento a competizione interspecifica e predazione. Viene proposto un primo approccio quantitativo con i modelli elementari di Lotka-Volterra. Viene quindi presentato il concetto di rete trofica.
Nella quinta sezione viene affrontato lo studio dell’ecosistema come unità fondamentale per l’analisi dei sistemi ambientali, avendo come riferimento gli aspetti energetici e i cicli della materia e la loro evoluzione temporale.
Viene infine proposta una sezione monografica dedicata alla biodiversità e ai servizi dell’ecosistema.
L’insegnamento è articolato in sei parti.
Nella prima parte sono presentati i fondamenti scientifici su cui si è connotata l'evoluzione del pensiero e della ricerca ecologica nell'ultimo secolo, tenendo conto della fisionomia professionale sempre più marcata che i laureati in scienze della natura e dell'ambiente potranno assumere rispetto ai problemi di gestione e conservazione delle risorse naturali e dei processi ambientali alterati.
Nella seconda parte sono illustrati i principali fattori abiotici e il loro effetto sugli organismi viventi. In particolare viene sviluppato l’approccio auto ecologico focalizzato su condizioni ambientali e adattamenti. Sono quindi presentati i concetti di habitat, nicchia, tolleranza e stress.
Nella terza parte viene sviluppata l’ecologia delle popolazioni, con particolare riferimento a struttura, dispersione, crescita e fattori limitanti.
Nella quarta sezione è presentata l’ecologia delle comunità come risultante delle interazioni tra popolazioni, con particolare riferimento a competizione interspecifica e predazione. Viene proposto un primo approccio quantitativo con i modelli elementari di Lotka-Volterra. Viene quindi presentato il concetto di rete trofica.
Nella quinta sezione viene affrontato lo studio dell’ecosistema come unità fondamentale per l’analisi dei sistemi ambientali, avendo come riferimento gli aspetti energetici e i cicli della materia.
Viene infine proposta una sezione monografica dedicata alla biodiversità e ai servizi dell’ecosistema.
Programma esteso
Parte 1. Concetti di base e storia dell’ecologia.
Di cosa si occupa l’ecologia. Organizzazione gerarchica dei sistemi ecologici e proprietà emergenti nei sistemi sovraordinati. Scale spaziali e scale temporali in ecologia.
Parte 2. Fattori fisici e chimici.
Acqua e clima. Il ciclo dell’acqua. Acqua, termoregolazione e funzionamento degli ecosistemi acquatici.
Fattori chimici e principali matrici ambientali: atmosfera, idrosfera, litosfera/pedosfera e biosfera. Composizione elementare e ruolo ecologico degli elementi con numero atomico minore di 30.
Energia e sistemi ecologici: rilevanza e ruolo della radiazione ultravioletta, visibile e infrarossa. Interazioni tra radiazione e gas atmosferici.
Parte 2. Organismi e ambiente.
Condizioni ambientali e adattamenti degli organismi. Habitat, nicchia, tolleranza e stress.
Parte 3. Ecologia di popolazione.
Popolazioni e meta-popolazioni. Metodi di campionamento. Crescita esponenziale. Limitazione da risorse, competizione intraspecifica e crescita logistica. Strategia r e K.
Interazioni tra popolazioni. Competizione interspecifica: esclusione e coesistenza. Equazioni di Lotka Volterra. Interazioni predatore-preda. Optimal foraging. Altre interazioni biologiche (cenni): mutualismo, simbiosi, parassitismo, mimetismo e coevoluzione.
Parte 4. Ecologia di comunità.
La comunità come risultante delle interazioni tra popolazioni. Composizione in specie: indici di Simpson e Shannon. Organizzazione e struttura trofica. Reti trofiche. Effetti della limitazione: interazioni trofiche a cascata, regolazione top-down e bottom-up.
Parte 5. Ecologia dell’ecosistema.
Modelli concettuali dell’analisi energetica: Elton, Lindeman e Odum. Le piramidi di numeri, biomasse ed energia. Critiche al modello trofo-dinamico. Teoria metabolica.
Il ciclo del carbonio come legame tra mondo abiotico e sistema vivente. Produzione primaria e decomposizione: reazioni, processi e fattori limitanti.
Principali cicli biogeochimici. Cicli della materia nella foresta pluviale tropicale, nella foresta continentale decidua, in un lago ed in un agro-sistema. Concetti base dei cicli di C, N, P, Fe e S. Buffer capacity biogeochimica.
Successione ecologica. Approccio biogeografico. Le fasi pioniera e climax. della successione: Relazione successione-processi dell’ecosistema (P/B, P/R). Tipologie di successione: idrarchica e xerarchica.
Fattori che guidano la successione: energetici, trofici, competizione, facilitazione.
Perturbazioni, resilienza, resistenza e regime shift (cenni).
Parte 6. Biodiversità
Hutchinson e l’Homage to Santa Rosalia. La convenzione sulla diversità biologica. Diversità fenotipica, genetica, di specie, ecosistemi e paesaggio. Come si studia: la biodiversità alfa, beta, gamma. Fattori che influenzano la biodiversità: latitudine, produttività, stress naturale e antropico. Ipotesi del disturbo intermedio.
Biodiversità, beni e servizi dell’ecosistema. Introduzione al Millenium Eco system assessment.
Concetti di base e storia dell’ecologia. Organizzazione gerachica dei sistemi ecologici e proprietà emergenti. Scale spaziali e scale temporali in ecologia. Fattori fisici e clima. Fattori chimici e principali matrici ambientali: atmosfera, idrosfera, litosfera/pedosfera e biosfera. Composizione elementare e ruolo ecologico degli elementi con numero atomico < 30. Acqua e termoregolazione. Energia e sistemi ecologici. Condizioni ambientali e adattamenti degli organismi. Habitat, nicchia, tolleranza e stress.
Ecologia di popolazione. Metapopolazioni. Metodi di campionamento. Crescita esponenziale. Limitazione da risorse, competizione intraspecifica e crescita logistica. Competizione interspecifica: esclusione e coesistenza. Equazioni di Lotka Volterra. Interazioni predatore-preda. Altre interazioni biologiche: mutualismo, simbiosi, parassitismo, mimetismo e coevoluzione.
Ecologia di comunità. Organizzazione e struttura trofica. Reti trofiche. Effetti della limitazione: interazioni trofiche a cascata, regolazione top-down e bottom-up. Successione ecologica.
Ecologia dell’ecosistema. Il ciclo del carbonio come legame tra mondo abiotico e sistema vivente. Produzione primaria e decomposizione: reazioni, processi e fattori limitanti. Modelli concettuali dell’analisi energetica: Elton, Lindeman e Odum. Le piramidi di numeri, biomasse ed energia. Critiche al modello trofo-dinamico.
Principali cicli biogeochimici. Il ciclo dell’acqua. Acqua come solvente e stechiometria ecologica. Cicli della materia nella foresta pluviale tropicale, nella foresta temperata decidua, in un lago ed in un agro-sistema. Concetti base dei cicli di C, N, P, Fe e S. Buffer capacity biogeochimica. Perturbazioni, resilienza, resistenza e regime shift.
Biodiversità: Hutchinson e l’Homage to Santa Rosalia. Diversità fenotipica, genetica, di specie, ecosistemi e paesaggio. Come si studia la biodiversità. Indici ecologici. Fattori che influenzano la biodiversità: latitudine, produttività, stress naturale e antropico, ipotesi del disturbo intermedio. Relazione specie area: Biogeografia delle isole.
Biodiversità, beni e servizi dell’ecosistema. Introduzione al Millenium Eco system assessment.
Bibliografia
Libro di testo consigliato: Smith T.M. & Smith R.L., 2016. Elementi di Ecologia. 9^ edizione. Pearson Italia, Milano-Torino.
Le diapositive delle lezioni e una dispensa che tratta gli argomenti relativi alle parti 1 e 2, e 5 sono scaricabili dal portale ELLY sezione "Materiale didattici" http://elly.bioscienze.unipr.it/2016/course/view.php?id=118
Libro di testo consigliato: Smith T.M. & Smith R.L., 2013. Elementi di Ecologia. 8^ edizione. Pearson Italia, Milano-Torino.
Dispense del docente e Diapositive delle lezioni in formato pdf scaricabili dalla sezione "Materiale didattici" (http://scienzenatamb.unipr.it/cgi-bin/campusnet/corsi.pl)
Metodi didattici
Il modulo è organizzato in quattro attività principali:
- lezioni frontali del docente nelle quali sono enucleati e discussi i concetti principali della moderna ecologia (6 crediti, 42 ore);
- esercizi ed esercitazioni svolti in classe dal docente e dagli studenti con l’assistenza del docente (1 credito, 12 ore);
- presentazione dei principali temi relativi alla biodiversità e dei servizi ecosistemici (1 credito, 7 ore);
- attività seminariale su argomenti e casi di studio in cui siano trattai concetti e applicazioni dell’ecologia (1 credito, 7 ore).
Il corso non prevede attività di laboratorio ed escursioni didattiche che sono invece proposti nel secondo modulo "Analisi dei sistemi ambientali".
Lezioni frontali del docente nelle quali sono enucleati e discussi i concetti principali della moderna ecologia (5 crediti).
Esercizi svolti in classe dal docente e dagli studenti con l’assistenza del docente (1 credito)
Presentazione dei principali temi relativi alla biodiversità e dei servizi eco sistemici, accompagnati dalla lettura e dal commento di alcuni articoli scientifici sull’argomento (3 crediti)
Modalità verifica apprendimento
L'acquisizione delle conoscenze è verificata mediante esame scritto della durata di 2 ore.
La traccia del compito è costituita in media da 6-8 domande a risposta multipla che valgono fino a 1 punto ciascuna e che sono relative a definizione e concetti fondamentali. Da 4-6 domande a risposta aperta, che valgono fino a 3 punti ciascuna, richiedono la trattazione approfondita di aspetti dell’organizzazione e dei processi dei sistemi ecologici e valutano la capacità di analizzare, mettere in relazione e gestire le conoscenze. Sono quindi proposti 3-4 problemi, che valgono fino a 4 punti ciascuno e che servono a valutare la capacità di applicare le conoscenze.
Il punteggio finale è dato dalla somma dei punteggi delle singole domande. Il punteggio massimo è 35. L'esame è superato con 18 punti. La lode è acquisita con punteggio maggiore o uguale a 32. Esempi di tracce d'esame sono disponibili nella sezione "Materiale didattico" http://elly.bioscienze.unipr.it/2016/course/view.php?id=118. L'esito dell'esame è comunicato individualmente via email e quindi registrato in ESSE3.
Alla fine del corso lo studente è in grado di analizzare e comprendere le principali caratteristiche strutturali degli ecosistemi ed i processi ad esse correlati. Sulla base di tali conoscenze, lo studente possiede le conoscenze gli strumenti per affrontare lo studio di problemi ambientali con diversi livelli di complessità.
L'acquisizione delle conoscenze è verificata mediante esame scritto. La traccia del compito è costituita in media da 8-10 domande a risposta chiusa da 1 punto ciascuna, 6-7 domande a risposta chiusa da 2-3 punti ciascuna e da 2-3 problemi da 3-4 punti ciascuno, per un totale complessivo di 35 punti. L'esame è superato con il punteggio di 18 punti. La lode è acquisita con punteggio maggiore o uguale a 33 punti. Gli studenti che superano l'esame scritto sono ammessi all'esame del modulo integrato di Analisi dei sistemi ambientali. Esempi di tracce d'esame sono disponibili nella sezione "Materiale didattico" (http://scienzenatamb.unipr.it/cgi-bin/campusnet/corsi.pl)
Altre informazioni
Il modulo di "Ecologia" è integrato con il modulo di "Analisi dei Sistemi Ecologici". I due modulii sono valutati con esami distinti. L'ammissione all'esame di Analisi dei sistemi ecologici è subordinata al superamento dell'esame di Ecologia. Il voto finale è dato dalla media pesata per i crediti dei voti dei due singoli esami.
Il corso di Ecologia è integrato con il corso di Analisi dei Sistemi Ecologici. I due corsi sono valutati con esami distinti. L'ammissione all'esame di Analisi dei sistemi ecologici è subordinata al superamento dell'esame di Ecologia. Il voto finale è dato dalla media pesata per i crediti dei voti dei due esami.
Docenti
Attività Mutua
Attività Padre
Altri insegnamenti
ANNO DI CORSO: 1
ANNO DI CORSO: 2
ANNO DI CORSO: 3



