Corso di ECOLOGIA Sito del corso:

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PERUGIA Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie Via Elce di Sotto, Perugia Corso di Laurea in Scienze Biologiche Corso di ECOLOGIA Sito del corso: Alessandro Ludovisi Sito docente: Tel address: [email protected]

2 Background Laurea in Chimica (1992) Royal Danish School of Pharmacy, Copenhagen (1997) Dottorato di ricerca in Scienze Chimiche (1998) Ricercatore settore BIO/07 presso l Università degli Studi di Perugia (2009) Attività di ricerca: Impiego di funzioni termodinamiche nell analisi ecologica Modellistica ecologica (dinamica di sviluppo e di popolazione, sviluppo di metodologie geostatistiche) Sviluppo di misure di biodiversità Idrochimica e idrologia Selezione di habitat di specie acquatiche vegetali (idrofite, fitoplancton) ed animali (zooplancton, Briozoi) Studio degli effetti di cambiamenti climatico-ambientali in ecosistemi acquatici Valutazione della penetrazione e studio dell ecologia di specie aliene in ecosistemi acquatici

3 OBIETTIVI DEL CORSO L obiettivo formativo del corso è l acquisizione delle conoscenze di base inerenti le dinamiche di funzionamento dei sistemi ecologici. Attraverso la discussione di principi teorici e vicende ambientali di scala locale e globale, il corso si pone l obiettivo di fornire strumenti utili alla comprensione della complessità ecologica e all inquadramento delle emergenze ambientali. PROGRAMMA Livelli di organizzazione biologica ed ecologica (individui, popolazioni, comunità, biosfera ecosistemi, regioni ecologiche, biomi, ecosfera). Dall origine della vita all antropocene Popolazioni Struttura, parametri e dinamica di sviluppo (modelli di accrescimento esponenziale e logistico) ed evoluzione (selezione naturale e speciazione). Risposte di popolazione ai fattori ambientali. Fattori limitanti, curve di tolleranza, valenza ecologica, habitat, nicchia ecologica. Comunità Struttura (biodiversità, indici di biodiversità, curve di dominanza), principali relazioni interspecifiche (competizione, predazione, simbiosi, parassitismo), dinamica di sviluppo (successioni ecologiche) ed evoluzione (coevoluzione, selezione di gruppo). Ecosistemi - Struttura (confini, componenti, fattori, reti e piramidi trofiche), dinamica (flussi di energia, ciclizzazione della materia) ed evoluzione (concetti di climax e stabilità). Ecologia di scala globale - Cicli biogeochimici dei principali elementi e loro alterazione (effetto serra, buco dell ozono, piogge acide, eutrofizzazione). Cambiamenti climatici e loro impatti sugli ambienti a scala globale e locale. Energie rinnovabili e sviluppo sostenibile

4 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DEI SISTEMI NATURALI E UMANI SISTEMI ECOLOGICI

5 miliardi di anni fa

6 POPOLAZIONI DISTRIBUZIONE SPAZIALE Foresta boreale di abete bianco in Canada Faggeta dell Appennino Branco di caprioli nell Appennino Stormi di storni nei cieli di Roma Branco di stenelle nel Mar Rosso

7 POPOLAZIONI -DINAMICA Interazioni N K Risorse alimentari Sovraffollamento Autoregolazione Esodi N 0 Inquinamento, rifiuti 0 0 Fattori culturali t Malattie epidemiche Conflitti

8 RISPOSTE DELLE POPOLAZIONI AI FATTORI AMBIENTALI - SPERIMENTAZIONI Campi sperimentali Allevamenti in vasca Coltivazioni in serra Colture in vitro Allevamenti in batteria

9 GLI INDICATORI ECOLOGICI APAT, 2004 : dati forniti da A. Dell Uomo Valori EPI-D Classe Qualità Colore 0.0 < EPI-D < 1.0 I ottima blu 1.0 < EPI-D < 1.7 II buona verde 1.7 < EPI-D < 2.3 III mediocre giallo 2.3 < EPI-D < 3.0 IV cattiva arancione 3.0 < EPI-D < 4.0 V pessima rosso *I risultati che si collocano attorno ai valori soglia (1.0 ± 0.05; 1.7 ± 0.05; 2.3± 0.05; 3.0± 0.05) vanno interpretati come classi di passaggio

10 Catena acquatica del detrito Rete di interazioni trofiche in un ambiente litorale Catena acquatica di pascolo PREDAZIONE COMPETIZIONE Catena terrestre di pascolo

11 TIPOLOGIE DI PREDAZIONE ERBIVORIA CARNIVORIA ONNIVORIA L IMPATTO DEL PREDATORE SULLA POPOLAZIONE PREDATA E, IN CONDIZIONI STAZIONARIE, NON DISTRUTTIVO (PREDAZIONE PRUDENTE) FRUGIVORIA (?)

12 USO DELLA PREDAZIONE COME LOTTA BIOLOGICA 1912, Australia: piano di lotta biologica contro le specie di Opuntia, che nei primi decenni del secolo arrivarono ad infestare oltre 20 milioni di ettari. L'introduzione della cocciniglia Dactylopius indicus (dall'india) e del lepidottero Cactoblastis cactorum (dal Sudamerica) permise una forte riduzione della diffusione delle infestanti Le cocciniglie sono dei parassiti dei vegetali che perforano la lamina fogliare o dei fusti giovani e si nutrono della linfa in essi contentuta Opuntia Cryptolaemus montrouzieri 1913, California: negli agrumeti comparve la cocciniglia Pseudococcus calceolariae, raggiungendo livelli d'infestazione preoccupanti. Questa cocciniglia era controllata nelle regioni costiere dal Coccinellide Cryptolaemus montrouzieri, introdotto da Koebele fin dal Questo predatore, tuttavia, non riusciva ad acclimatarsi nelle regioni più interne. Dal 1916 al 1930 furono realizzati negli USA 16 allevamenti massivi di C. montrouzieri, allo scopo di lanciarli ad ogni stagione nelle regioni in cui non poteva acclimatarsi. La strategia si rivelò vincente: il coleottero controllava efficacemente lo Pseudococcus. Con questa esperienza si concretizzò pertanto il concetto di biofabbrica, vale a dire di struttura finalizzata a riprodurre in massa organismi ausiliari da impiegare nella lotta biologica.

13 LA SUCCESSIONE ECOLOGICA Variazione temporale nella composizione specifica della biocenosi insediate in una determinata area, che vede la sostituzione progressiva di comunità (sere):

14 AUTO-ORGANIZZAZIONE DEGLI ECOSISTEMI Flusso di energia Limiti dell ecosistema H H H Morowitz, 1968: Il flusso di energia in un sistema è una condizione necessaria per la creazione di organizzazione interna e la cilizzazione della materia.. Comunità biologica Ciclizzazione della materia Perdita di energia (Dissipation)

15 BIOMI A scala geografica, gli ecosistemi possono essere classificati sulla base delle caratteristiche funzionali e/o strutturali. Le classificazioni strutturali più utilizzate si basano sulle formazioni vegetali climax climatiche per gli ecosistemi terrestri e sui fattori fisici e chimici (salinità, profondità, suscettibilità alle maree, idrodinamica) che maggiormente condizionano le comunità negli ecosistemi acquatici.

16 CICLI BIOGEOCHIMICI E LORO ALTERAZIONI Con ciclo biogeochimico si intende il percorso ciclico (più o meno perfetto) che la materia (elementi e composti ) compie attraverso i compartimenti ambientali (litosfera, atmosfera, idrosfera, biosfera) a scala globale. CICLO BIOGEOCHIMICO DEL CARBONIO

17 LO SBILANCIO DEL CARBONIO Fonte: Climate Change IPCC Report

18 CLIMATE CHANGE Proiezioni (media multi-modello scenario A1B) per la variazione di temperatura e precipitazioni a livello planetario rispetto alle medie del periodo (IPCC Report,2007)

19 IL BUCO DELL OZONO L assorbimento di radiazione ultravioletta (UV) nella stratosfera da parte all ossigeno (UV-C) determina la formazione di ozono, a sua volta in grado di assorbire UV a più alta frequenza (UV-A e UV-C). Lo strato di ozono permane in uno stato stazionario caratterizzato dalla formazione e distruzione catalizzata dalla radiazione UV 240 nm nm Il buco dell ozono al di sopra dell Antartide

20 INQUINAMENTO DELLE ACQUE

21 MODALITÀ ESAME Verifica scritta con questionario a risposta estesa LIBRI DI TESTO De Marchi, A., Ecologia funzionale. Garzanti, 316 pp. Smith T.M., Smith R.L., Elementi di Ecologia, 706 pp. Odum: Basi di Ecologia ed. Piccin. Bullini L., Pignatti S., Virzo De Santo A., Ecologia Generale. UTET, 519 pp. ALTRI SUPPORTI DIDATTICI Dispense delle lezioni fornite dal docente:

22 Il libro di testo : De Marchi, A., Ecologia funzionale. Garzanti, 316 pp. È disponibile, in fotocopia autorizzata, presso: LIBRERIA MORLACCHI, p.zza Morlacchi 7/9, Perugia Tel. 075 / [email protected] Il costo della dispensa comprensivo di diritti AIDRO sarà di euro 19,00. Gli interessati potranno ritirarla presso la libreria o averla spedita facendone richiesta a: [email protected], comunicando nominativo, indirizzo, codice fiscale per la fatturazione ed un recapito telefonico; il costo per la spedizione è di euro 3,00.