MODULO ECOLOGIA
cod. 1004527

Anno accademico 2017/18
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
VIAROLI Pierluigi
Settore scientifico disciplinare
Ecologia (BIO/07)
Campo
Discipline ecologiche
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
68 ore
di attività frontali
9 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Modulo dell'insegnamento integrato: 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.

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.

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.

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

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".

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.

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.