Obiettivi formativi
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.
La capacità di applicare la conoscenza acquisita è sviluppata con esercizi ed esercitazioni tenute dal docente e con approfondimenti relativi alle applicazioni dell'ecologia alla soluzione di problemi ambientali
Prerequisiti
Conoscenze di base acquisite nel corso del primo anno.
Contenuti dell'insegnamento
L’insegnamento è articolato in cinque parti.
Nella prima parte sono presentati i fondamenti scientifici dell'ecologia rispetto ai problemi di gestione e conservazione delle risorse naturali e dei processi ambientali alterati.
Nella seconda parte 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.
Nella terza parte è presentata l’ecologia delle comunità come risultante delle interazioni tra popolazioni, con particolare riferimento a competizione interspecifica e predazione. Viene quindi presentato il concetto di rete trofica.
Nella quarta parte viene sviluppata l’ecologia delle popolazioni, con particolare riferimento a struttura, dispersione, crescita e fattori limitanti.
Nella quinta parte sono trattate le relazioni tra organismi e ambiente. Sono quindi presentati i concetti di habitat, nicchia, disturbo e tolleranza.
Programma esteso
PARTE 1. CONCETTI DI BASE E STORIA DELL’ECOLOGIA.
Di cosa si occupa l’ecologia. Ecologia e movimenti ambientali. La nascita del problema ambientale e lo sviluppo dell’ecologia scientifica. Le sfide per l'ecologia nel XXI secolo.
PARTE 2. ECOLOGIA DELL’ECOSISTEMA.
Organizzazione gerarchica dei sistemi ecologici e proprietà emergenti nei sistemi sovraordinati. Scale spaziali e scale temporali in ecologia.
Ecosistema: concetto unificante dell’ecologia
2.1. La struttura dell’ecosistema
Componenti e fattori abiotici. Il ciclo dell’acqua. Acqua, termoregolazione e funzionamento degli ecosistemi acquatici. Acqua e clima.
Energia e sistemi ecologici: rilevanza e ruolo della radiazione ultravioletta, visibile e infrarossa. Interazioni tra radiazione e gas atmosferici.
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.
2.2. Componenti e fattori biotici: relazioni con energia e materia
Acquisizione di energia degli organismi autotrofi fotosintetici: fattori limitanti, allocazione delle risorse, adattamenti alle condizioni ambientali
Acquisizione di energia degli organismi eterotrofi (cenni).
2.3. Processi dell’ecosistema
Flusso dell’energia e modelli concettuali dell’analisi energetica. Elton: ciclo del cibo, Lindeman: modello trofodinamico, Odum: modello idraullico.
La rappresentazione del flusso dell’energia: piramidi di numeri, biomasse ed energia. Concetto di rete alimentare: reti alimentari del pascolo e del detrito. 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.
Cicli della materia (biogeochimici). Cicli fondamentali in ecosistemi tipo: foresta pluviale tropicale, foresta continentale decidua, lago e agro-sistema.
Principali cicli biogeochimici: azoto, fosforo, silicio, ferro e zolfo. Autoregolazione degli ecosistemi: buffer capacity biogeochimica.
PARTE 3. ECOLOGIA DI COMUNITÀ.
3.1. La comunità come componente biologica dell'ecosistema che risulta 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. Il disturbo come fattore destrutturante. Risposte adattative. Ipotesi del disturbo intermedio.
3.2. Evoluzione temporale: successione ecologica. Approccio biogeografico. Le fasi pioniera e climax della successione: Relazione successione-processi dell’ecosistema (P/B, P/R). Fattori che guidano la successione: energetici, trofici, competizione, facilitazione.
Perturbazioni, resilienza, resistenza e regime shift (cenni).
PARTE 4. ECOLOGIA DI POPOLAZIONE.
4.1. Popolazioni e meta-popolazioni. Metodi di campionamento. Crescita esponenziale. Limitazione da risorse, competizione intraspecifica e crescita logistica. Strategia r e K.
4.2. Interazioni tra popolazioni. Competizione interspecifica: esclusione e coesistenza. Equazioni di Lotka Volterra. Interazioni predatore-preda. La difesa delle prede dai predatori. Optimal foraging. Altre interazioni biologiche (cenni): mutualismo, simbiosi, parassitismo.
PARTE 5. ORGANISMI E AMBIENTE
Habitat. Nicchia ecologica: le risposte ecologiche a livello di singolo organismo. Tratti funzionali. Tratti delle storie vitali. Tratti effetto/risposta. Mass hypothesis ratio. Ruolo del disturbo e adattamento.
Bibliografia
Libro di testo adottato: Pusceddu A., Sarà G., Viaroli P., 2020. Ecologia. UTET Università, Novara
Materiale didattico messo a disposizione dal docente e scaricabile da Elly
- diapositive proiettate a lezione (in formato pdf),
- dispensa con la presentazione schematica degli argomenti trattati; sono sottolineati gli aspetti più rilevanti e le integrazioni tra i vari argomenti,
- materiale per l'approfondimento individuale da parte dello studente.
Metodi didattici
Tutte le attività didattiche saranno svolte in in presenza,:
- lezioni frontali nelle quali sono enucleati e discussi i concetti principali della moderna ecologia.
- attività di ripasso
-dimostrazioni ed esercizi
Modalità verifica apprendimento
Si assume che alla fine del corso lo studente sia 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 acquisisce le conoscenze e gli strumenti per affrontare lo studio di problemi ambientali con diversi livelli di complessità.
Il raggiungimento degli obiettivi è verificato mediante esame scritto. La traccia del compito è costituita da domande a risposta multipla, domande a risposta aperta e da problemi con punteggio proporzionale al livello di difficoltà, per un totale complessivo di 35 punti. L'esame è superato con il punteggio di 18 punti. La lode è acquisita con punteggio >32 punti. Gli studenti che superano l'esame scritto sono ammessi all'esame del modulo integrato di Analisi dei sistemi ambientali.
Altre informazioni
Il corso di Ecologia è integrato con il corso di Analisi dei Sistemi Ecologici (prof. Giampaoo Rossetti). 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 dei voti dei due esami.
