Corso di laurea: Biologia ambientale Programmazione per l'A.A. 2021/2022

La biodiversità animale nei suoi vari livelli. Importanza della componente biologica negli ambienti naturali e interazioni tra specie. Il concetto di areale. Gli endemismi. Diffusione e dispersione. Il concetto di fauna. Fauna e paesaggio. Evoluzione del popolamento animale in relazione all’evoluzione del paesaggio e conseguenti adattamenti delle specie. Distribuzione del numero di specie nei diversi phyla animali. Panoramica ed adattamenti dei principali phyla animali. Un esempio di diversità animale: gli Auchenorrinchi. La diversità della fauna cavernicola. Caratterizzazione e approfondimento dei taxa più significativi degli ecosistemi naturali e degli “agroecosistemi” mediterranei più caratteristici: la diversità della fauna degli ambienti erbosi, del suolo, delle acque dolci, del mare. La biodiversità urbana. Esempi di biodiversità urbana: diversità dei Flebotomi (Ditteri) e degli Imenotteri Apoidei in ambienti antropizzati. Modelli di biodiversità. Il concetto di hotspots e coldspots di biodiversità. Hotspots del bacino del Mediterraneo. Caratteri e ricchezza di specie della fauna italiana. La checklist della fauna italiana. Lo sviluppo delle società umane e la trasformazione del paesaggio; effetti sulla fauna e sugli habitat. Le estinzioni nelle ere geologiche e nell’epoca attuale. I meccanismi delle estinzioni. La popolazione minima vitale. Le cause dell’estinzione in un territorio e valutazione dei rischi di estinzione. Esempi di censimenti faunistici.

TESTI PER LA CONSULTAZIONE

1) Massa R. e Ingegnoli V. (ed.). 1999 - Biodiversità, estinzione e conservazione. UTET, Torino.
2) Ferrari C. (2011) - Biodiversità. Dal genoma al paesaggio. Zanichelli.

3)Zunino M. e Zullini A.(1995) - Biogeografia. La dimensione spaziale dell'evoluzione. Casa Editrice Ambrosiana.

4) Matthey W., Della Santa E., Wannenmacher C. (1987) - Guida pratica all'ecologia. Zanichelli.

- Metodologie per lo studio della fauna: elenco delle specie ed approccio ecosistemico - Popolazioni in declino ed a rischio di estinzione; specie minacciate su scala globale e locale, liste rosse IUCN; - Specie alloctone; database DAISIE; modalità, problemi e rischi della globalizzazione faunistica; - Strategie di conservazione e gestione della fauna tramite i sistemi di aree protette e reti ecologiche con particolare riferimento all’area mediterranea; - Reintroduzioni e ripopolamenti; - Modelli ecologici nelle strategie di conservazione a livello globale e locale; - Applicazioni GIS; - Normativa nazionale, comunitaria e internazionale; - Pianificazione territoriale e conservazione della fauna.

R. Primack, L. Carotenuto, 2003 - Conservazione della Natura. Zanichelli, 528 pp.
R. Massa, V. Ingegnoli, 1999 - Biodiversita, Estinzione e Conservazione. UTET, 518 pp.
F. Petretti, 2003 – Gestione della fauna. Edagricole, 370 pp.
Appunti delle lezioni

Biodiversità, adattamenti, evoluzione delle piante terrestri. Classificazione dei viventi. Principali sistemi di classificazione. Tassonomia vegetale. Diversità vegetale in chiave evolutiva. Metodi e principi della sistematica. Sistematica filogenetica. Evoluzione e diversificazione delle Tracheofite. Filogenesi delle Angiosperme. Caratteri diacritici delle principali famiglie di Angiosperme. Origine ed evoluzione della flora mediterranea.

Importanza delle piante e necessità della loro conservazione. Riferimenti normativi e convenzioni sulla tutela della biodiversità; la flora minacciata e le liste rosse; le categorie di rischio di estinzione; le specie e gli habitat di interesse comunitario; le specie esotiche invasive; interventi di rinaturazione; gli alberi monumentali; la conservazione in situ; la conservazione e gestione ex situ del germoplasma vegetale; banche del germoplasma ed esempi di reti di coordiamento nazionali ed europee; tecniche per la conservazione dei semi a breve e lungo termine; test di germinazione e controllo della qualità dei semi.

Willis K.J., McElwain J.C. 2002: The evolution of plants. Oxford University Press, Oxford
Thompson J.D. 2005: Plant Evolution in the Mediterranean. Oxford University Press, Oxford
Judd et al. 2007: Botanica Sistematica. Un approccio filogenetico. Piccin.
Soltis et al. 2005: APG Phylogeny and evolution of Angiosperms. Sinauer.
AA.VV. 2009: APG III. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants. Bot. J. Linn. Society.
Grassi F., Labra M., Sala F. Introduzione alla biodiversita' del mondo vegetale. PICCIN
Bacchetta et al. 2006 - Manuale per la raccolta, studio, conservazione e gestione ex situ del germoplasma APAT
Manuale ENSCONET per la raccolta dei semi delle piante spontanee
ENSCONET Protocolli di trattamento & Raccomandazioni
Linee guida per la traslocazione di specie vegetali spontanee

La diversità biologica e le sue funzioni. Diversità e ricchezza specifica: distribuzione globale, hot spots. Censimento e analisi floristica: corotipi, forme biologiche.
Quadro normativo e convenzioni sulla tutela della biodiversità
La flora minacciata e le liste rosse
Le categorie di rischio di estinzione e le procedure di assessment
Le specie e gli habitat di interesse comunitario
Le aree protette: parchi riserve e rete natura 2000
Gli indicatori vegetali della qualità ambientale (naturalità vs disturbo o artificialità)
La conservazione e gestione ex situ del germoplasma vegetale
Le specie esotiche invasive
Interventi di rinaturazione – linee guida
Gli alberi monumentali
Elaborazione di casi studio nel territorio siciliano.

Blasi et al. 2005 – Stato della biodiversità in Italia. Ministero dell’Ambiente Direzione per la protezione della Natura. Palombi Editori.

Bacchetta et al. 2006 - Manuale per la raccolta, studio, conservazione e gestione ex situ del germoplasma APAT.

Rossi G., Montagnani C., Gargano D., Peruzzi L., Abeli T., Ravera S., Cogoni A., Fenu G., Magrini S., Gennai M., Foggi B., Wagensommer R.P., Venturella G., Blasi C., Raimondo F.M., Orsenigo S. (Eds.), 2013. Lista Rossa della Flora Italiana. 1. Policy Species e altre specie minacciate. Comitato Italiano IUCN e Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare.

Richiami. Insiemi numerici. Generalità sulle funzioni. Topologia in R. Limiti e continuità delle funzioni reali di una variabile reale. Richiami di Calcolo Differenziale e applicazioni. Richiami di Calcolo Integrale e applicazioni.
Elementi di Statistica, Calcolo Combinatorio e Probabilità Discreta. Rappresentazioni dei dati. Media, mediana e moda. Varianza.Retta dei minimi quadrati. Tecniche di interpolazione. Disposizioni, permutazioni e combinazioni (semplici e con ripetizione). Eventi e frequenza. Probabilità classica efrequentista. Probabilità condizionata. Dipendenza stocastica e probabilità composta.Formula diBayes. Test diagnostici.
Equazioni differenziali ordinarie. Equazioni differenziali e modelli fisici: definizioni e terminologia. Equazioni differenziali del primo ordine: equazioni a variabili separabili ed equazioni lineari del primo ordine. Equazioni differenziali del secondo ordine.
Modelli in dinamica delle popolazioni. Modello di Malthus e sue generalizzazioni. Modello di Verhulst e sue generalizzazioni. Studio della stabilità delle soluzioni di equilibrio dei modelli di Malthus e di Verhulst.
Modelli per i sistemi ambientali. Modello per la valutazione della qualità del verde in assenza di residenze.Modello per la valutazione della qualità del verde con residenze. Modello per la valutazione della produzione e della diffusività di energia biologicain un sistema ambientale: introduzione,modello del grafo ecologico, calcolo dei parametri, costruzione del modello e analisi.
Modelli deterministici in Epidemiologia. Modello SI epidemico (costruzione e analisi),modelloSI endemico (costruzione e analisi), modello SIS epidemico(costruzione e analisi), modello SIS endemico(costruzione e analisi), modello SIR epidemico (costruzione), modello SIR endemico (costruzione), modello SEIR (cenni), modello MSEIR (cenni).

S. Corrente, S. Greco, B. Matarazzo, S. Milici,Matematica Generale. Terza Edizione. G.GiappichelliEditore (2021).
S. Motta, M.A. Ragusa – Metodi e Modelli Matematici – Libreria CULC (2011).
S. Motta, M.A. Ragusa, A. Scapellato – Metodi e Modelli Matematici. Esercizi e Complementi – Libreria CULC (2013).
V. Comincioli – Modelli matematici. Elementi introduttivi – Università degli studi di Pavia.
N. Hritonenko, Y. Yatsenko - Mathematical Modeling in Economics, Ecology and the Environment. Second edition – Springer (2013).
D. Benedetto, M. Degli Esposti, C. Maffei,Matematica per le scienze della vita. Terza edizione. Casa Editrice Ambrosiana (2015).
M. Abate, Matematica e Statistica - Le basi per le Scienze della Vita. Terza edizione. Mc Graw Hill (2017).
Dispense distribuite dal Docente.

Il rilievo terrestre e la curva ipsografica globale. Il rischio ambientale. Le forme del paesaggio. Il ciclo d’erosione. Biostasia e resistasia. Paesaggi fluvio-denudazionali. Processi di degradazione delle rocce. Caratterizzazione geomeccanica delle rocce ed evoluzione dei pendii. Morfologia fluviale. Processi di ringiovanimento fluviale ed erosione regressiva. Cenni sul rischio idrogeologico. Effetti dell’azione dell’uomo sugli equilibri di un corso d’acqua. Le frane: cause, ruolo dell’acqua, fasi di studio e monitoraggio e interventi di consolidamento. Bacini idrografici: reti di drenaggio e fattori geologici, studio mofometrico e gerarchizzazione delle aste fluviali. Morfologia costiera: cenni sui processi litorali, spiagge, falesie e terrazzi marini. Cenni su faglie, pieghe e terremoti. Topografia: lettura ed interpretazione di paesaggi complessi su carte topografiche a scala 1:10.000 e 1:25.000. Lettura carte tematiche.

- Definizione e significato delle Carte Geologiche.

- Tipologia dei confini geologici (limiti stratigrafici e limiti tettonici).

- Strutture tettoniche: faglie, pieghe, horst e graben

Panizza – Geomorfologia – ed. Pitagora.
Panizza – Geomorfologia applicata – ed. La Nuova Italia Scientifica.
Bartolini – I fattori geologici delle forme e del rilievo – ed. Pitagora.

Definizione di ecotossicologia e relazione con altre discipline. L’ecotossicologia su larga scala: problemi globali d’inquinamento ed intossicazione ambientale. Principali categorie di inquinanti inorganici ed organici. Diffusione e distribuzione degli inquinanti nell’ambiente: coefficienti di ripartizione; i modelli di fugacità. Il concetto di rischio e di esposizione.. Le sostanze xenobiotiche e la loro circolazione negli ecosistemi acquatici e terrestri. I processi biotici e abiotici di trasporto e di biodegradazione degli xenobiotici. Biodegradabilità, bioaccumulo, bioconcentrazione e biomagnificazione. Organismi bioindicatori dello stato dell’ambiente. Biomarkers. Effetti delle sostanze tossiche sugli organismi, popolazioni e comunità. Effetti degli inquinanti sulla dinamica delle popolazioni. Effetti degli inquinanti a livello di comunità ed ecosistemi.

1) Vighi M. & Bacci E. - 1998. - Ecotossicologia. Collana di Farmacologia e Terapia, Vol. Ecotossicologia (Vighi M. e Bacci E. eds.) UTET, Torino.
2) Baudo R. & Perin G. - 2012. - Ecotossicologia quantitativa applicata. Aracne Editrice
3) Walker C.H., Sibly R.M., Hopkin S.P. & Peakall D.B. - 2012 - Principles of Ecotoxicology. CRC Press

approfondite conoscenze sulle dinamiche dell’ecosistema marino e sulla sua gestione dell’ambiente marino nelle diverse tipicità, dalle zone portuali alle aree protette e nella biodiversità, dalle specie aliene a quelle a rischio, puntando l’attenzione sulle più avanzate metodologie gestionali delle risorse di tali ambienti

Della Croce, Cattaneo Vietti, Danovaro. Ecologia e protezione dell'ambiente marino costiero

Generalità e definizioni. Flora e vegetazione: diversità floristica, forme biologiche, corotipi della floraitaliana, fitosociologia (approccio quali-quantitativo), associazione vegetale, analisi delle fitocenosi,successioni e dinamismo della vegetazione, cenni sulla storia della vegetazione, cartografia dellavegetazione. Complessi di vegetazione e geosigmeti: paesaggi d’Italia (generalità ed esemplificazioni), ilpaesaggio vegetale della Sicilia. Gestione e conservazione: Il paesaggio come unità operativa, restauroambientale, uomo e ambiente, impatto antropico e vegetazione nell’ecosistema mediterraneo, ecologiadel paesaggio come metodo nella pianificazione territoriale, strategie di conservazione della biodiversitàe dei paesaggi naturali e semi-naturali (habitat e specie prioritarie in Sicilia secondo la Direttiva habitat43/92 CEE, Natura 2000, P.d.G. dei siti N2000) Attività di campo: analisi della struttura/funzionalità delpaesaggio, disamina degli habitat naturali e semi-naturali. Esemplificazione di alcune serie divegetazione. Rilevamento fitosociologico. Il ruolo delle Riserve naturali e dei siti natura (SIC/ZSC) nellaconservazione dei paesaggi. Gli effetti dell’uomo sul paesaggio vegetale. Laboratori.

Pignatti. S. Ecologia del paesaggio. UTET 1994
Turner & Gardner. Landscape Ecology in theory and practice: pattern and process. Springer 2015
Sestini A. Il paesaggio. T.C.I. 1963
Primack R.B. Conservazione della natura. Zanichelli 2003
Blasi C. (ed.). La vegetazione d’Italia. Palombi & Partner, Roma 2010

La climatologia ecologica è un quadro interdisciplinare per comprendere il funzionamento degli ecosistemi terrestri nel sistema terrestre. Esamina i processi fisici, chimici e biologici da cui gli ecosistemi sono influenzati da clima. Il tema centrale è che gli ecosistemi terrestri, attraverso i loro cicli di energia, acqua, elementi chimici, e gas di traccia, sono determinanti per il cambiamento climatico e la perdita di specie, ecosistemi e servizi ecosistemici. La correlazione tra clima e vegetazione è esplorata in diverse scale spaziali e temporali con particolare attenzione all'Africa. La dinamica della vegetazione naturale e l'uso del suolo umano sono importanti meccanismi del cambiamento climatico. Il Sahel africano del Nord, la Sicilia e l'Indonesia sono esempi di dinamica clima-ecosistema. La deforestazione, la desertificazione e l'urbanizzazione sono casi di studio di come l'uso umano di terra alteri il clima.

1) M. Begon, J. L. Harper & C. R. Townsend (trad. italiana). Ecologia: individui, popolazioni, comunità. Zanichelli

2) J. E. Cohen (1995).Population growth and earth's human carrying capacity. Science269, 341-346.

3) S. L. Lewis & M. A. Masli(2015). Defining the Anthropocene. Nature (2015) doi:10.1038/nature14258

4) G. Bonan (2015). Ecological Climatology: Concepts and Applications. Cambridge University Press.

5) G. West (TED Talk) https://www.ted.com/talks/geoffrey_west_the_surprising_math_of_cities_and_corporations

Diversità, evoluzione e classificazione di invertebrati e vertebrati marini. Principali adattamenti di invertebrati e vertebrati all'ambiente marino. Storia paleoclimatica e paleogeografica del Mediterraneo. Biogeografia del Mediterraneo. Speciazione in ambiente marino. Specializzazioni evolutive dei Condroitti. Elettrorecezione degli Elasmobranchi. Specializzazioni evolutive degli Osteitti, il gruppo di vertebrati dominante in acqua.Il mondo sensoriale dei pesci. La linea laterale. I pesci elettrici. Specializzazioni dei Teleostei. Omeostasi e bilancio energetico: bilancio idrico, regolazione della temperatura. Le invasione biologiche nel Mediterraneo. I Mammiferi marini e loro specializzazioni. Filogeografia. Analisi, su base molecolare, di casi studio sul differenziamento intraspecifico ed interspecifico di specie marine.

1) Roberto Danovaro Biologia Marina CittaStudi Edizioni

2) Peter Castro - Michel E. Huber Biologia Marina McGraw-Hill

3) Alessandro Poli, Elena Fabbri - Fisiologia degli animali marini - Edises

Sviluppo della vulcanologia; il sistema vulcanico; origine e migrazione dei magmi alla superficie; i prodotti vulcanici: lave, gas, piroclastiti; edifici vulcanici; la sistematica delle eruzioni vulcaniche; la distribuzione geografica dei vulcani ed i rapporti con i diversi domini geodinamici: dorsali oceaniche; isole oceaniche; margini continentali; la previsione delle eruzioni; valutazioni di rischio e prevenzione dei danni.

Cortini e Scandone Introduzione alla Vulcanologia Liguori pp. 212
P.Francis VOLCANOES a planetary perspective Oxford University press pp 443
Haraldur Sigurdsson (ed.) (2000) Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press, London, pp. 1417
Roberto Scandone & Lisetta Giacomelli (1998) Vulcanologia. Liguori Editore, Napoli, pp. 642
R.A.F. Cas & J.V. Wright (1988) Volcanic Successions. Unwin Hyman, London, pp. 528
H.U. Schmincke (2004) Volcanism Springer pp.324
I vulcani il fuoco della Terra Universale Electa/Gallimard pp.192

Ordinary differential equations and systems of ordinary differential equations. Differential equations: definition and terminology. First-order differential equations: separable equations and first-order linear equations. Lagrange's method of variation of the constant. Cauchy's problem. Systems of ordinary differential equations: definition and terminology. Existence and uniqueness of the solution of a system of ordinary differential equations. Systems of linear differential equations. Autonomous systems of linear differential equations. Homogeneous systems of linear differential equations, eigenvalues, eigenvectors and solutions. Systems of nonlinear ordinary differential equations: autonomous systems, stability of systems of linear ordinary differential equations, linearization and local stability, stability criteria for nonlinear first-order differential equations and for autonomous plane systems.
Partial differential equations. Classifications. Partial differential equations in the Applied Sciences. Superposition principle. Boundary value problems. Classical PDEs: heat equation, wave equation, Laplace's equation. Some remarks on nonhomogeneous boundary value problems. Orthogonal Series Expansions. Problems in polar coordinates: introduction, steady temperatures in a circular plate, steady temperatures in a semicircular plate. Problems in cylindrical coordinates: introduction, radial vibrations of a circular membrane, standing waves, Laplacian in cylindrical coordinates, steady temperatures in a circular cylinder. Problems in spherical coordinates: introduction, Laplacian in spherical coordinates, steady temperatures in a sphere.
Physical models. Elementary dynamics of the Earth's Mantle. Climate and paleoclimate: types of models, global climate models, dynamics of glacial masses, climatic oscillators. Viscous gravitational currents: theory of lubrication and advancement of a lava front.
Models for pollution. Models for pollution. Models for atmospheric pollution: model of the transport of pollutants, model of transport and diffusion of pollutants, control of the propagation of pollutants in the atmosphere, hints on the model for the construction of plants and control of polluting emissions, interaction of pollutants. Models for water pollution: structure and classification of models, one-dimensional model and its analytical solutions, equation, some remarks on multi-dimensional models.

S. Motta, M.A. Ragusa, A. Scapellato –Methods and mathematical models - ed. CULC (2020)
N. Hritonenko, Y. Yatsenko -Mathematical Modeling in Economics, Ecology and the Environment. Second edition– Springer (2013).
A. Fowler –Mathematical Geoscience– Springer (2011).
Lecture notes.