ECTS - University of Pisa
Il corso ha lo scopo di fornire conoscenze dell’ecologia, che sono indispensabili per la comprensione dei pattern di biodiversità, delle relazioni tra gli organismi e l’ambiente (inteso come l’insieme delle componenti biotiche e abiotiche). Il corso prevede la trasmissione dei vari concetti dell’ecologia in un contesto evolutivo.
The course aims at give knowledge on Ecology, which is essential to understand biodiversity patterns, inter-relationships between organisms and environment (meant as the array of biotic and abiotic components). The course will transmit all ecological concepts in an evolutionary context.
Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte due prove scritte in itinere utilizzando test (otto quesiti a risposta multipla più due con risposta aperta). La verifica delle conoscenze sarà oggetto del test previsto alla fine di ciascun semestre.
In order to ascertain students' levels of learning, two ongoing written exams in the form of a questionnaire (eight multiple choice questions plus two open questions). The assessment of students' learning levels will be object of the test carried out at the end of each semester.
Lo studente potrà acquisire un modello concettuale focalizzato sulle tematiche ambientali basato su criteri scientifici e una consapevolezza riguardo alle varie problematiche ambientali.
Students will acquire a conceptual framework focused on environmental themes based on scientific criteria and a high level of consciousness toward environmental problems.
Nozioni di base di Biologia Generale, Botanica e Zoologia.
Basic knowledge on General Biology, Botanic, and Zoology.
Lezioni frontali, con ausilio di presentazioni in Powerpoint.
Seminari svolti da ricercatori e/o docenti di università/enti di ricerca italiani e/o stranieri.
Comunicazione con gli studenti mediante ricevimento e posta elettronica.
Delivery: face to face with Powerpoint presentations.
Seminars held by researchers/professors from Italian/foreign universities/research centers.
Communications with students through email and meeting during the office hours.
Il corso è articolato in cinque parti principali.
Prima parte: gli organismi e l’ambiente.
Definizione e breve storia dell’ecologia. Interconnessioni presenti in natura, l’ambiente fisico (clima, venti, correnti oceaniche), i biomi terrestri e acquatici, le risposte degli organismi alle variazioni di parametri ambientali, quali ad esempio la temperatura, la disponibilità di acqua per le piante terrestri, salinità/pH/[ossigeno] in determinati ambienti acquatici. La produzione primaria (lorda e netta). Limiti imposti da fattori fisici e biotici. Effetti del clima e del tipo di bioma sulla produzione primaria. La produzione secondaria. Reti trofiche e livelli trofici. Trasferimenti di energia tra i livelli di una trofica. Le piramidi trofiche. Disponibilità e ciclo dei nutrienti. Sorgenti di nutrienti per gli ecosistemi. Trasformazioni dei nutrienti per renderli biodisponibili. Cicli biogeochimici.
Seconda parte: ecologia evoluzionistica.
In questa parte vengono forniti elementi per inquadrare i concetti ecologici in un contesto evolutivo. Definizione di evoluzione, dei vari tipi di selezione naturale, di variabilità genetica, di flusso genico, di deriva genetica, di adattamento. La profonda influenza reciproca tra l’evoluzione e le interazioni ecologiche. Importanza dei cicli vitali, dei modelli riproduttivi e dei compromessi tra le caratteristiche della storia biologica prodotti dall’evoluzione.
Terza parte: le popolazioni.
La distribuzione spazio-temporale degli organismi e la loro abbondanza in relazione alle caratteristiche dell’habitat, dei fattori storici e del ciclo vitale. La crescita delle popolazioni mediante le tabelle della vita, fattori densità-dipendenti e densità-indipendenti. Le metapopolazioni. La regolazione e le dinamiche delle popolazioni naturali. Cenni sull’equazione logistica. Rischi delle popolazioni di piccole dimensioni.
Quarta parte: interazioni tra gli organismi.
La competizione per le risorse. Competizione inter- e intra-specifica; competizione diretta e indiretta. L’esclusione competitiva. Meccanismi adattativi per ridurre la competizione. Effetti dell’ambiente fisico, delle interazioni biotiche, del disturbo e di fattori evolutivi sull’esito della competizione. Erbivoria e predazione. Adattamenti per ottenere il cibo e per evitare i consumatori. Influenza di erbivoria e predazione sulle comunità biologiche. Effetti delle interazioni di sfruttamento sulle ciclicità demografiche. Parassitismo. Adattamenti dei parassiti e dei loro ospiti. Coevoluzione del sistema ospite-parassita. Effetti dei parassiti sulle popolazioni e sulle comunità biologiche. Mutualismo e commensalismo. Interazioni positive e loro effetti sulle popolazioni e sulle comunità biologiche.
Quinta parte: comunità biologiche ed ecosistemi.
Definizioni di comunità biologica e di ecosistema. Descrittori della struttura di comunità (ricchezza di specie, abbondanza relativa, equitabilità). Interazioni tra specie all’interno della comunità. Le successioni ecologiche, i loro meccanismi e i loro percorsi in relazione a fattori abiotici e biotici. Definizione di biogeografia. Diversità nella distribuzione delle specie e scale spazio-temporali. Influenza dei fattori abiotici e biotici nel determinare la distribuzione delle specie. Diversità specifica. Effetti della ripartizione delle risorse, dello stress, del disturbo, della predazione e delle interazioni positive sulla diversità specifica. Diversità specifica e aspetti funzionali della comunità biologica.
Tutti gli argomenti del corso saranno trattati avvalendosi di esempi reali e/o di risultati di studi sperimentali.
The course is organized in five main parts:
1. ORGANISMS AND THEIR ENVIRONMENT
Definition and brief history of Ecology. Interconnections in nature, the physical environment (climate, winds, oceanic currents), terrestrial and aquatic biomes, responses of organisms to environmental variability (temperature, water availability, salinity, pH, oxigen concentration. Net and gross primary production and limits set by abiotic and biotic factors. Climatic and biome effects on primary production. Secondary production. Food webs and trophic levels. Energy transfer between food web levels. Trophic pyramids. Nutrient supply and cycling. Nutrient sources for ecosystems. Transformation to make nutrients biovailable. Biogeochemical cycles.
2. EVOLUTIONARY ECOLOGY
This part gives information needed to frame ecological concepts in an evolutionary context. Definition of Evolution, various types of natural selection, genetic variability, gene flow, genetic drift, adaptation. The deep reciprocal influence between evolution and ecological interactions. Importance of life cycles, reproductive patterns and trade-offs between life-history traits produced by evolution.
3. POPULATIONS
Spatial-temporal distribution of organisms and their abundance in relation to habitat characteristics, historical factors and life cycle. Population growth through life tables, density-dependent and density-independent factors. Metapopulations. Regulations and dynamics of natural populations. Some information on logistic equation. Risks in small-sized populations.
4. INTERACTIONS AMONG ORGANISMS
Competition for resources. Inter-specific and intra-specific competition; direct and indirect competition. The competitive exclusion. adaptive mechanisms to reduce competition. Effects of physical environment, biotic interactions, disturbance and evolutionary factors on the outcome of competition. Herbivory and predation. adaptations to get food and to avoid herbivores/predators. Influence of herbivory and predation on biological communities. Effects of exploitment interactions on population cycles. Parasitism. Adaptation of parasites and their hosts. Coevolution of the host-parasite system. Effect of parasites at population level and community level. Mutualism and commensalism. Positive interactions and their effects at population level and community level.
5. BIOLOGICAL COMMUNITIES AND ECOSYSTEMS
Definitions of biological community and ecosystem. Descriptors of community structure (species richness, relative abundance, evenness). Species interactions within communities. Ecological successions, their mechanisms and paths in relation to abiotic and biotic factors. Definition of Biogeography. Diversity in species distributions and spatial-temporal scales. Influence of abiotic and biotic factors in determining species distribution. Species diversity. Effects of resource partitioning, stress, disturbance, predation and positive interactions on species diversity. Species diversity and functional aspects of biological communities.
All topics of the course will be treated using real examples and/or results of experimental studies.
Cain ML, Bowman WD & Hacker SD (2017) Ecology. Fourth Edition. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachussets, U.S.A..
I file Powerpoint utilizzati per lo svolgimento delle lezioni sono resi disponibili agli studenti sulla piattaforma e-learning-moodle sotto forma di documenti pdf.
Cain ML, Bowman WD & Hacker SD (2017) Ecology. Fourth Edition. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachussets, U.S.A..
All Powerpoint presentation of the course are available to students on e-learning moodle platform in pdf format.
L'esame finale viene svolto sotto forma di prova orale. È però previsto lo svolgimento di due prove scritte (facoltative) in itinere sulle varie parti del programma che possono ridurre l'esame finale, in dipendenza dai risultati delle prove stesse.
After the end of of the course, the students will take an oral exam. Nevertheless, before that, the participation of students to two written trials (questionnaire), each at the end of a semester, is highly recommended in order to assess the acquisition of concepts addressed during the course.
