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Oggetto:

Laboratorio di analisi paleomolecolari

Oggetto:

Palaeomolecular lab

Oggetto:

Anno accademico 2024/2025

Codice attività didattica
SVB0256
Docente
Beatrice Demarchi
Corso di studio
[f008-c508] LM in Biologia dell'Ambiente (Classe LM-06)
Anno
2° anno
Periodo
I semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
L-ANT/10 - metodologie della ricerca archeologica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano/English
Frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Non vi sono prerequisiti: il programma proposto consentirà anche agli studenti che non hanno precedentemente maturato conoscenze disciplinari di raggiungere gli obiettivi formativi indicati.
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso contribuisce significativamente agli obiettivi formativi della Laurea Magistrale in Biologia dell’Ambiente, sia per quanto riguarda l'approfondimento dei metodi sperimentali ed analitici impiegati negli studi ecologici, sia per lo studio e la salvaguardia del patrimonio naturale e culturale (curriculum “Beni Culturali”).


Verranno fornite conoscenze approfondite e aggiornate sull'applicazione di tecnologie biomolecolari, come genomica, proteomica e metabolomica, a reperti biologici antichi. Questo approccio permette di ottenere informazioni dettagliate sull’ambiente del passato. Ad esempio, tali tecnologie consentono di scoprire l’impatto antropico sugli ecosistemi o di ricostruire come gli esseri umani si siano adattati ai cambiamenti climatici. Un esempio tipico è lo studio di specie estinte attraverso l'analisi del materiale genetico proveniente da resti paleoantropologici o archeozoologici, come nel famoso caso dei Neanderthal, reso celebre dal lavoro del Premio Nobel Prof. Svante Pääbo. Queste tecnologie avanzate non solo migliorano la nostra comprensione dell'ecologia passata, ma offrono anche strumenti preziosi per la conservazione del patrimonio naturale e culturale, fornendo un quadro storico che può guidare le future strategie di conservazione e gestione ambientale.


L'obiettivo principale dell’insegnamento è quello di fornire agli/alle studenti/studentesse gli strumenti concettuali e critici nonché le competenze laboratoriali ed analitiche per la corretta applicazione di tali tecnologie a campioni antichi di origine biologica. Dato il carattere metodologico dei contenuti, l'insegnamento è rivolto sia alla formazione di esperti in ambito della biologia dei beni culturali sia in vista della continuazione degli studi in un percorso di terzo livello.


The course significantly contributes to the educational objectives of the Master's Degree in Environmental Biology, both in terms of deepening experimental and analytical methods used in ecological studies, and in the study and preservation of natural and cultural heritage (curriculum "Cultural Heritage").


Comprehensive and up-to-date knowledge will be provided regarding the application of biomolecular technologies, such as genomics, proteomics, and metabolomics, to ancient biological remains. This approach allows for detailed information about past environments. For example, these technologies enable us to discover the anthropogenic impact on ecosystems or reconstruct how humans adapted (or failed to adapt) to climate changes. A typical example is the study of extinct species through the analysis of genetic material from paleoanthropological or archaeozoological remains, such as in the famous case of Neanderthals, made well-known by the work of Nobel Prize laureate Prof. Svante Pääbo.
These advanced technologies not only enhance our understanding of past ecology but also provide valuable tools for the conservation of natural and cultural heritage, offering a historical framework that can guide future conservation and environmental management strategies.


The main objective of this course is to provide students with the conceptual and critical tools as well as the laboratory and analytical skills for the correct application of these technologies to ancient samples of biological origin. The module focuses on the methodological aspects of the discipline; as such it is aimed at students who wish to pursue a career in the field of environmental biology applied to the cultural heritage as well as those wishing to continue their studies at doctoral level.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Al termine dell'insegnamento gli studenti avranno acquisito competenze di tipo pratico e teorico che permetteranno loro di pianificare e/o condurre indagini scientifiche su reperti di origine biologica archeologici, antropologici e paleontologici provenienti da collezioni museali e da scavi, per esempio resti animali e umani; oggetti in materia dura di origine animale; residui organici su contenitori in ceramica. 

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

  • Conoscere le principali metodiche di preparazione dei campioni e le tecnologie volte alla caratterizzazione delle principali classi di biomolecole (DNA, proteine, lipidi, carboidrati) in campioni antichi
  • Comprendere i principali meccanismi di conservazione e degradazione delle stesse in substrati archeologici e/o paleontologici

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

  • Riconoscere i principali ambiti di applicazione delle metodologie di analisi paleomolecolare (es. paleoecologia, paleoantropologia, archeozoologia).
  • Individuare le metodologie adeguate per lo studio di reperti archeologici e paleontologici per investigare aspetti di sussistenza, mobilità/migrazione, salute/malattia, cambiamenti ambientali e loro impatto sulle popolazioni umane/animali nel passato.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

  • Comprendere ed esaminare criticamente la letteratura scientifica disciplinare (in inglese)
  • Valutare il ruolo delle ricerche sulle analisi paleomolecolari per lo studio degli ecosistemi e delle interazioni esseri umani-ambiente nel passato

ABILITÀ COMUNICATIVE

  • Esporre in maniera accurata e sintetica i risultati di articoli scientifici, anche tramite presentazioni power-point.
  • Contestualizzare i risultati di studi specifici all'interno del panorama attuale di ricerca dei sistemi naturali ed antropici nel passato.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Il modulo fornirà solide fondamenta metodologiche per affrontare lo studio e la valorizzazione di reperti di origine biologica in musei, collezioni, scavi archeologici e paleontologici.

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • To be able to apply the main sample preparation methods and analytical techniques aimed at characterising the main classes of biomolecules (DNA, proteins, lipids, carbohydrates) in ancient samples
  • To understand the main mechanisms of conservation and degradation of biomolecules in archaeological and/or paleontological substrates

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • To be familiar with the main fields of application of palaeomolecular analyses (e.g. paleoecology, paleoanthropology, archaeozoology).
  • To be able to identify the most appropriate methodologies for the study of archaeological and paleontological finds to investigate aspects of subsistence, mobility/migration, health/disease, environmental changes, and their impact on human/animal populations in the past.

INDEPENDENT JUDGEMENT

  • To understand and critically evaluate discipline-specific scientific literature.
  • To evaluate the role of research on ancient biomolecules for studying ecosystems and clarifying the dynamics of human-environment interactions in the past.

COMMUNICATION SKILLS
To summarise and present to an audience the key points from a range of scientific papers, also with the aid of powerpoint presentations.

  • To be able to place the findings of selected studies in the wider context of cutting-edge research on natural and anthropic systems in the past.

LEARNING SKILLS
Il modulo fornirà solide fondamenta metodologiche per affrontare lo studio e la valorizzazione di reperti di origine biologica in musei, collezioni, scavi archeologici e paleontologici.

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Programma

Durante la prima parte del programma, attraverso lezioni frontali, la lettura critica di articoli scientifici e un ampio coinvolgimento esperienziale in laboratorio, verranno trattati i seguenti argomenti:

  1. Le principali categorie di molecole "fossili" (DNA, proteine, lipidi, carboidrati), la loro conservazione in vari ambienti e substrati (resti umani/animali, vegetali, sedimenti).
  2. Paleoproteomica: 
    • Identificare le specie animali basandosi su resti frammentari e oggetti ossei lavorati (ZooMS - zooarchaeology by mass spectrometry)
    • microbiomi orali antichi conservati nel tartaro dentale (shotfun palaeoproteomics)
  3. Organic Residues Analysis: ricostruire la dieta nel passato tramite l'analisi di residui di alimenti e bevande in contenitori ceramici. 

Le esperienze in laboratorio consentiranno di acquisire competenze nella preparazione dei campioni antichi per le analisi biomolecolari, seguite dall'applicazione di tecniche analitiche e dall'interpretazione critica dei dati ottenuti, inclusi elementi di bioinformatica. In particolare, gli studenti guadagneranno esperienza pratica nella preparazione di campioni antichi per le analisi di proteine e lipidi, nonché nell'interpretazione dei dati generati tramite tecniche analitiche come MALDI-TOF, LC-MS/MS e GC-MS.

During the initial phase of the program, students will engage in frontal lectures, critical reading of scientific articles, and extensive hands-on learning in the laboratory, focusing on the following topics:

 
  1. The main categories of "fossil" molecules (DNA, proteins, lipids, carbohydrates) and their preservation in various environments and substrates (human/animal remains, plants, sediments). 
  2. Paleoproteomics:
    • identifying animal species based on fragmentary remains and worked osseous objects (ZooMS - zooarchaeology by mass spectrometry)
    • ancient oral microbiomes entombed in dental calculus (shotgun palaeoproteomics)
  3. Organic Residues Analysis: reconstructing diets from the past through the analysis of food and beverage residues in ceramic containers.

Laboratory experiences will involve learning protocols for preparing ancient samples for biomolecular analyses, followed by applying analytical techniques and critically interpreting resulting data, including basics of bioinformatics. Specifically, students will gain practical experience in sample preparation for protein and lipid analyses, and in interpreting data generated through analytical techniques such as MALDI-TOF, LC-MS/MS, and GC-MS.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento è strutturato in 72 ore di attività (24 di lezioni frontali e seminari, e 48 di esercitazioni in laboratorio). La didattica frontale si costituisce di lezioni teoriche inframmezzate a seminari durante i quali gli studenti, in gruppo, analizzeranno articoli scientifici in inglese e ne esporranno i contenuti tramite presentazioni power-point. Gli articoli verranno forniti dalla docente. Le esercitazioni prevedono attività di tipo pratico-applicativo (svolgimento di progetti di ricerca).

Per l'AA 2024/25, un Visiting Professor erogherà 12 ore di lezione in inglese sul tema "Organic Residues Analysis".

La frequenza delle lezioni è caldamente consigliata, ed è obbligatoria per le esercitazioni. 

Su Moodle saranno messe a disposizione le slides delle lezioni e materiali di approfondimento. Si consiglia l'iscrizione tempestiva alla pagina, in quanto le comunicazioni relative all'insegnamento verranno effettuate preferenzialmente tramite questo canale.

The course is structured with 72 hours of activities (24 hours of frontal lectures and seminars, and 48 hours of laboratory exercises). Frontal teaching consists of theoretical lectures interspersed with seminars during which students, in groups, will analyze scientific articles in English and present their findings using PowerPoint presentations. Articles will be provided by the instructor. The laboratory exercises involve practical and applied activities (conducting research projects).

For the 2024/25 academic year, a Visiting Professor will teach 12 hours of the course, on the topic "Organic Residues Analysis".

Attendance at lectures is strongly recommended and compulsory for practicals. Lecture slides and supplementary materials will be available on Moodle. Early enrollment on the platform is advised, as communications regarding the course will primarily be conducted through this channel.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

La valutazione dell'apprendimento comprende la redazione di una breve proposta di progetto (1500 parole) per una ricerca ipotetica su un argomento scelto dallo studente, basato sui temi trattati nel corso. La discussione del documento sarà seguita da un esame orale (15-20 minuti) che coprirà l'intero programma. Entrambi gli esami mirano a valutare la comprensione concettuale, l'accuratezza linguistica (compreso l'uso della terminologia tecnica) e le capacità critiche dello studente. La proposta di progetto sarà valutata su una scala da 0 a 26 punti, con la possibilità di aggiungere fino a 6 punti per l'esame orale.


The assessment of learning includes the drafting of a brief project proposal (1500 words) for a hypothetical research topic chosen by the student based on the course content. The discussion of the written proposal will be followed by an oral exam (15-20 minutes) covering the entire program. Both assessments aim to evaluate the student's conceptual mastery, language proficiency (including the use of technical terminology), and critical thinking skills. The project proposal will be graded on a scale from 0 to 26 points, with up to 6 additional points available for the oral exam.

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Attività di supporto

Non previste, ma la docente è a disposizione degli studenti che richiedano chiarimenti nel corso delle lezioni.


No formal support activities are scheduled, but the teacher is available to students who request clarification during classes.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Handbook of archaeological sciences
Anno pubblicazione:  
2023
Editore:  
Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons
Autore:  
Pollard, A. M., Armitage, R. A., & Makarewicz, C. A.
ISBN  
Permalink:  
Capitoli:  
Capitoli 23-24-26-28 (sezione 4) obbligatori
Note testo:  
Si consiglia la lettura dell'intero testo
Obbligatorio:  
Si


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Amino acids and proteins in fossil biominerals.
Anno pubblicazione:  
2020
Editore:  
Wiley & Sons
Autore:  
Demarchi, Beatrice
ISBN  
Capitoli:  
1, 2, 3 , 5 (4 facoltativo)
Obbligatorio:  
Si


Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 05/07/2024 12:16
Location: https://lmbiologia.campusnet.unito.it/robots.html
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