Corso di Ecologia 1 ICA Sedi di Como e Lecco, A.A. 2009/2010

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1 Corso di Ecologia 1 ICA Sedi di Como e Lecco, A.A. 2009/2010 Personaggi Renato Casagrandi <casagran@elet.polimi.it> Tel: 3471/7542 Giulia Fiorese [LC] <fiorese@elet.polimi.it> Giovanna Ranci Ortigosa [CO] <ranci@elet.polimi.it> Ricevimento A Como [Milano] mercoledì [venerdì] SOLO SU appuntamento via entro la domenica precedente (uff. V.2.20, II piano, Via Valleggio [DEI, Mi]) Materiale e modalità d esame Dispensa, esercizi e software on-line Altro materiale Casagrandi, De Leo & Gatto (2002). 101 Problemi di Ecologia, McGraw-Hill.

2 Modalità d esame Luogo d esame Visto il basso numero di studenti iscritti al corso e l erogazione su due sedi, e` verisimile che, aldila` delle prove in itinere, l esame si svolga a Milano nel mio ufficio. Ricordate di leggere quotidianamente la vostra posta elettronica tra il giorno di chiusura delle iscrizioni ad un appello e il giorno dell esame per eventuali cambiamenti dell ultim ora

3 Che cos è l Ecologia

4 La Terra: un pianeta speciale # corpi celesti nell Universo: (fonte: Guide Star Catalog II, GSG 2.3.2) # corpi celesti con forme di vita (a tutt oggi): km La struttura del pianeta Terra: atmosfera idrosfera litosfera biosfera (pochi km)

5 Che cos è l ecologia? 1866 Haeckel definisce così l ecologia (da oikos = casa) Lo studio dell'economia della natura e delle relazioni degli animali con l ambiente (oikos) inorganico e organico, soprattutto dei rapporti favorevoli e sfavorevoli, diretti o indiretti con le piante e con gli altri animali; in sintesi ecologia è lo studio di tutte quelle complesse interrelazioni a cui Darwin si riferisce quando parla di condizioni della lotta per l esistenza. Charles Darwin Ernst Haeckel Ecologia è lo studio scientifico delle interazioni che determinano la distribuzione e l'abbondanza degli organismi (Krebs, 1972)

6 Ecologia come scienza delle strutture biologiche complesse # sistema solare terra biosfera biomi comunità/ecosistemi popolazioni organismi organi tessuti cellule molecole #

7 Ecologia

8 La Storia Naturale di Buffon Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon ( )

9 Thomas Malthus (1798) An Essay on the Principle of Population as it Affects the Future Improvement of Society with Remarks on the Speculations of Mr. Godwin, M. Condorcet, and Other Writers.

10 Un po di storia (Ottocento) 1844 il britannico E. Forbes descrive gli animali di alcune acque costiere dell'egeo e distingue diverse associazioni di specie a diverse profondità Ernst Haeckel definisce l ecologia 1877 Karl Möbius descrive l'insieme di specie di un banco di ostriche e introduce il termine biocenosi (comunità biologica) 1887 l'americano S. A. Forbes scrive il classico articolo Il Lago come Microcosmo 1899 Cowles descrive la successione delle piante (fasi di colonizzazione di una zona priva di vegetazione) sulle dune sabbiose della parte meridionale del Lago Michigan. H.C. Cowles

11 Un po di storia (Novecento) 1905 Clements scrive il testo Research Methods in Ecology 1911 Ross introduce un modello dell'epidemia di malaria (interazione uomo-zanzara anofele): nasce l ecologia dei parassiti Fondazione della British Ecological Society 1915 Fondazione dell Ecological Society of America 1919 Primo numero della rivista Ecology 1923 Elton scrive il testo Animal Ecology Charles Elton Il biofisico americano Alfred J. Lotka e il matematico italiano Vito Volterra introducono i primi modelli matematici ecologici che descrivono i rapporti tra le diverse specie (predazione, competizione, simbiosi).

12 Vito Volterra (1926)

13 Caratteristiche dei problemi ecologici Enorme complessità I fenomeni possono essere raramente studiati in laboratorio Il lavoro di campo è perciò molto importante, ma ha limiti molto severi Le condizioni non sono controllate Le condizioni non possono essere variate a piacimento Non c'è alcuna garanzia che si possano ripetere osservazioni di un certo fenomeno sotto le medesime condizioni

14 Ecologia: scienza applicata? schema economico classico Domanda di beni e servizi Famiglie Spese Mercato dei beni Profitti Offerta di beni e servizi Imprese Offerta di risorse Redditi Mercato dei fattori Costi Domanda di risorse

15 Alcuni stock marini sovrasfruttati

16 Il paradigma economico degli anni 70: l economia ambientale Risorse tratte dalla natura Natura Risorse tratte dalla natura Residui del consumo Residui della produzione Domanda di beni e servizi Famiglie Mercato dei beni Recupero, riciclo e riutilizzazione Offerta di beni e servizi Imprese Offerta di risorse Mercato dei fattori Domanda di risorse

17 Esempi di grandi problemi dell ecologia di base e applicata 1. Perché le popolazioni hanno sempre fluttuato nel tempo, ma gli ecosistemi sono stabili? 2. Perché ci sono tante specie? Come conservare la biodiversità? Quali relazioni tra stabilità, diversità e produttività degli ecosistemi? 3. Come integrare le varie scale: nello spazio (individuale, locale, regionale, globale) e nel tempo (batteri ed elefanti, scala fisiologica, demografica, genetica) 4. I cambiamenti globali: come integrare ecologia con geofisica, demografia umana, economia?

18 I lemming La pulce d acqua (Daphnia magna) La cinciallegra problema 1

19 La biodiversità: Quante specie esistono? # specie catalogate: 1,8 milioni # specie stimate: 3-30 milioni problema 2 Purvis and Hector (2000) Nature 405:212.

20 Tassi di estinzione Tempo di vita medio di una specie animale ricavata dai record fossili: 1-10 milioni di anni L azione dell uomo sugli ecosistemi costieri Dai tassi di estinzione documentati nel secolo scorso si ricava una riduzione del tempo di vita media a anni Dai tassi di estinzione correnti si ricava un tempo di vita medio per uccelli e mammiferi di anni Dimensioni corporee % Coralli problema 2 Pesca Eutrofizzazione Introduzione Stuart-Chaplin al Corso di Ecologia III et a al. cura(2000) di Renato Nature Casagrandi 405:234. e Marino Gatto Jackson et al. (2001) Science Politecnico 293:629. di Milano

21 Scale spaziali... problema 3 Deserti

22 ...e scale temporali problema 3

23 L aumento di CO 2 nelle ultime centinaia di migliaia di anni Oggi: 2009! problema 4

24 La temperatura della Terra negli ultimi mille anni problema 4

25 Cambiamenti globali nell ultimo secolo Charmantier et al. (2008) Science 320: 800. problema 4 IPCC (2007) 4 th Assessment Report for Policymakers Climate Change 2007: The Physical Science Basis Root et al. (2003) Nature 421: 57.

26 Scenari per il futuro problema 4 IPCC (2007) 4 th Assessment Report for Policymakers Climate Change 2007: The Physical Science Basis

27 Programma del corso Parte A Nozioni di base Nozioni di geografia fisica Nozioni di biologia di base. L ecosistema Produzione e decomposizione negli ecosistemi Elementi di ecologia di una popolazione Popolazioni maltusiane Popolazioni strutturate per età o per taglia Popolazioni con dipendenza da densità Parte B La struttura trofica degli ecosistemi Reti alimentari e piramidi ecologiche Consumatori e risorse, prede e predatori Flussi di materia e di energia e cicli biogeochimici Conservazione degli ecosistemi e biodiversità Misura della diversità Cenni alle popolazioni frammentate (isole)