ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| FONDAMENTI DI ECOLOGIA E BIOTECNOLOGIE MARINE E COSTIERE | BIO/07 | LEZIONI | 56 |
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Il corso si prefigge di fornire gli elementi necessari alla comprensione dei meccanismi biologici ispiratori delle biotecnologie marine (blue biotechnology) e delle loro principali applicazioni. Nella prima parte del corso saranno illustrati concetti di base dell’ecologia, ed in particolare dell’ecologia marina, la relazione tra mantenimento di beni e servizi forniti dagli ecosistemi marini e l'utilizzo durevole ed eco-sostenibile delle risorse marine nelle biotecnologie. Nella seconda parte del corso saranno illustrati alcuni esempi di impiego di organismi marini e approcci biotecnologici per la produzione di nuovi beni/prodotti, servizi ambientali e strumenti/tecnologie.
The course aims to provide the necessary elements to understand the biological mechanisms inspiring marine biotechnology (blue biotechnology) and their main applications. In the first part of the course, the basic concepts of ecology, especially of marine ecology, and the relationship between the maintenance of goods and services provided by marine ecosystems and the sustainable and eco-sustainable use of marine resources in biotechnology will be illustrated. In the second part of the course, some examples of the use of marine organisms and biotechnological approaches to produce new goods/products, environmental services, and tools/technologies will be illustrated.
La valutazione dell'apprendimento sarà effettuata nel corso dell’esame finale da svolgersi mediante colloquio.
The assessment of learning will be carried out during the final oral exam.
La frequenza al corso e la partecipazione alle attività di laboratorio consentiranno allo studente di acquisire le conoscenze biologiche che sono alla base delle impiego degli organismi marini nelle biotecnologie marine.
Attendance at the course and participation in laboratory activities will allow the student to acquire the biological knowledge that is the basis for the use of marine organisms in marine biotechnology.
Durante le sessioni di laboratorio saranno svolte attività pratiche atte a verificare l'acquisizione delle informazioni teoriche fornite.
During the laboratory sessions, practical activities will be carried out to verify the acquisition of the theoretical information provided.
Lo studente potrà acquisire capacità di base nella progettazione e programmazione di attività di ricerca volte all’utilizzo di organismi marini per produrre sostanze/composti di interesse.
The student will acquire basic skills in the planning of research activities aimed at using marine organisms to produce substances/compounds of interest.
Durante le sessioni di laboratorio saranno valutati il grado di accuratezza ed autonomia dello studente nello svolgimento delle attività previste.
During the laboratory sessions, the degree of accuracy and autonomy of the student in carrying out planned activities will be evaluated.
Per affrontare al meglio i contenuti del corso lo studente dovrebbe possedere conoscenze di base di biologia cellulare, animale e vegetale, chimica generale e chimica organica.
To better address the course contents, the student should have basic knowledge of cell and animal biology, plant biology, general chemistry, and organic chemistry.
Il corso comprenderà lezioni frontali svolte con ausilio di presentazioni in power point e sessioni pratiche in laboratorio (1 credito) in grado di fornire conoscenze di base di ecologia essenziali per lo sviluppo di biotecnologie marine eco-sostenibili.
The course will include lectures with the help of power point presentations and practical sessions in the laboratory (1 credit) able to basic provide basic knowledge on ecology essential for the development of eco-sustainable marine biotechnology.
Fondamenti di ecologia
Ecologia: obiettivi. Organizzazione dei sistemi viventi. Condizioni fisiche e chimiche dell'ambiente terrestre e acquatico. Adattamenti degli organismi alle variazioni ambientali. Biomi terrestri e zone biologiche di acque dolci e marine. Ecosistema: componente abiotica e biotica. Cicli biogeochimici. Produzione, flusso di energia e reti trofiche. Nutrienti: disponibilità e ciclo. Popolazioni: definizione, distribuzione, abbondanza, dinamica, crescita e regolazione. Comunità: definizione, struttura, composizione e diversità. Successione ecologica. Interazioni biologiche intra e interspecifiche. Cascate trofiche. Speciazione degli organismi marini e biodiversità marina. Tipi di comunità e loro funzionamento con particolare riferimento alle comunità dell'intertidale delle coste rocciosei, fanerogame marine, macroalghe, barriere coralline, e comunità pelagiche e fitoplanctoniche. Cambiamenti climatici, disturbo antropico e vulnerabilità degli ecosistemi marini. Collegamento tra beni e servizi ecosistemici, conservazione e uso sostenibile degli oceani e delle risorse marine.
Biotecnologie marine
Biotecnologie marine: definizione e meccanismi biologici ispiratori. Utilizzo della fascia costiera e delle risorse biologiche per lo sviluppo di biotecnologie ecosostenibili. Nuovi prodotti e metodologie per applicazioni in vari settori industriale (alimentazione, nutraceutica, cosmetica e farmaceutica). Utilizzo di specie marine modello e sviluppo di nuovi prodotti (ad esempio proteine, enzimi, lipidi, biotossine e molecole bioattive, biomateriali e biopolimeri) e nuove tecnologie. Robotica bio-ispirata per la ricerca oceanica e applicazioni mediche. Macroalghe e microalghe marine: tecnologie per la coltivazione su larga scala di specie di interesse biotecnologico, processi di conversione di biomasse in composti chimici e prodotti ad alto valore aggiunto. Bioenergia marina: bioraffinerie. Produzione di nuovi substrati per l'agricoltura: biofertilizzanti e fitostimolanti. Coralli e spugne: prodotti naturali di importanza farmaceutica e biomedica. Gestione di stock ittici, maricoltura, acquacoltura, sistemi multi-trofici integrati, acquaponica e biomitigazione. Protezione e recupero di ecosistemi marini: bioindicatori, biosensori e biorisanamento. Industria europea ed economia blu: nuove opportunità, futuro sviluppo della ricerca nel campo della biotecnologia marina e aree strategiche.
Fundamentals of ecology
Ecology: objectives. Organization of living systems. Physical and chemical conditions of terrestrial and aquatic environments. Adaptations of organisms to environmental variations. Terrestrial biomes and biological zones of fresh and marine waters. Ecosystem: abiotic and biotic component. Biogeochemical cycles. Production, energy flow and trophic networks. Nutrients: availability and cycle. Populations: definition, distribution, abundance, dynamics, growth, and regulation. Community: definition, structure, composition, and diversity. Ecological succession. Intra- and interspecific biological interactions. Trophic cascades. Speciation of marine organisms and marine biodiversity. Types of communities and their functioning with particular reference to the communities of intertidal rocky shores, seagrasses, macroalgal forests, coral reefs, and pelagic and phytoplankton communities. Climate change, anthropogenic disturbance, and vulnerability of marine ecosystems. Link between ecosystem goods and services, conservation and sustainable use of oceans and marine resources.
Marine biotechnology
Marine biotechnology: definition and inspiring biological mechanisms. Use of the coastal zone and biological resources for the development of eco-sustainable biotechnologies. New products and methodologies for applications in various industrial sectors (food, nutraceutical, cosmetic and pharmaceutical). Use of model marine species and development of new products (e.g., proteins, enzymes, lipids, biotoxins and bioactive molecules, biomaterials, and biopolymers) and new technologies. Bio-inspired robotics for ocean research and medical applications. Macroalgae and marine microalgae: technologies for the large-scale cultivation of species of biotechnological interest, processes of conversion of biomasses into chemical compounds and products with high added value. Marine bioenergy: biorefineries. Production of new substrates for agriculture: biofertilizers and phytostimulants. Corals and sponges: natural products of pharmaceutical and biomedical importance. Management of fish stocks, mariculture, aquaculture, integrated multi-trophic systems, aquaponics, and bio-mitigation. Protection and recovery of marine ecosystems: bioindicators, biosensors and bioremediation. European industry and blue economy: new opportunities, future development of research in the field of marine biotechnology and strategic areas.
Materiale didattico fornito dal docente.
Cain M.L., Bowman W.D., Hacker S.D., 2017. Ecologia. Piccin.
Se-Kwon Kim.2019. Essential of Marine Biotechnology. Springer Nature Switzerland AG.
Teaching material provided by the teacher.
Cain M.L., Bowman W.D., Hacker S.D., 2017. Ecologia. Piccin.
Se-Kwon Kim.2019. Essential of Marine Biotechnology. Springer Nature Switzerland AG.
L'esame consisterà in una prova orale atta a verificare la comprensione dei concetti impartiti e della capacità di rielaborazione dello studente. L’esame potrà anche essere svolto in parte in forma di seminario che illustri un esempio di applicazione di biotecnologie marine concordato con il docente.
The exam will consist of an oral test to verify the understanding of imparted concepts and re-elaboration capacity of the student. The exam can also be carried out in part in the form of a seminar illustrating an example of application of marine biotechnology agreed with the teacher.
