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Oggetto:
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Ecologia animale e introduzione alla statistica ambientale

Oggetto:

Animal ecology and introduction to environmental statistics

Oggetto:

Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
SVB0242
Docenti
Antonio Rolando
Daniel Edward Chamberlain
Corso di studio
[f008-c508] LM in Biologia dell'Ambiente (Classe LM-06)
Anno
1° anno
Periodo
I semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD attività didattica
BIO/07 - ecologia
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano/English
Frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia esame
Scritto
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

I principali obiettivi formativi sono: (i) acquisire capacità nel campo dell'ecologia avanzata, con particolare riferimento ai metodi analitici e di monitoraggio, e nella prevenzione dei fattori di rischio per la biodiversità. (ii) essere in grado di applicare l'esperienza acquisita nel contesto della tutela della biodiversità animale, in modo da avere una competenza sufficiente a portare avanti, nei settori accademici e professionali, ricerche di ecologia avanzata, tra cui il monitoraggio della biodiversità, il monitoraggio ambientale, l’analisi statistica di base e la consulenza in campo ecologico.

The principal learning objectives are: (i) To acquire expertise in advanced ecology, including analytical and monitoring methods, and in the prevention of threats to biodiversity; (ii) To be able to apply this expertise in the context of conservation of animal biodiversity and so be in a position of sufficient competence to carry out advanced ecological research in either academic or professional sectors, including biodiversity monitoring, environmental monitoring and ecological consultancy.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Al termine del corso, lo studente dovrebbe possedere le seguenti conoscenze e capacità:

CONOSCENZA E CAPACITA’ DI COMPRENSIONE

  • Conoscenza approfondita dei processi fondamentali che determinano la struttura delle comunità, la dimensione e l'andamento delle popolazioni, incluse le influenze antropogeniche
  • Conoscenza approfondita dei processi evolutivi e di come l'adattamento e la speciazione vengono influenzati dalle interazioni tra specie
  • Conoscenza approfondita dei processi demografici, acquisizione di nozioni sui modelli meccanicistici di popolazione, e abilità nell'analisi di dati per stimare i parametri demografici
  • Comprensione della classificazione delle specie minacciate a livello regionale, nazionale e globale e del ruolo delle aree protette nella salvaguardia delle specie
  • Una solida conoscenza generale di come i dati del monitoraggio delle popolazioni hanno contribuito alla conservazione delle specie minacciate
  • Capacità di descrivere matematicamente e/o graficamente una serie di processi ecologici, e di misurare e analizzare la diversità biologica usando analisi statistica di base

CAPACITA’ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

  • Capacità di pianificare ed attuare programmi di cattura e marcatura, indagini di abbondanza e distribuzione, e analisi ed interpretazione dei dati raccolti per vari gruppi animali
  • Capacità di valutare criticamente una gamma di tecniche di monitoraggio della biodiversità animale utilizzate in letteratura scientifica
  • Capacità di pianificare ed eseguire autonomamente analisi statistiche di base in R per una serie di tecniche analitiche

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

  • Capacità di raccogliere e interpretare i dati ritenuti utili a determinare giudizi autonomi nell'ambito dell’ecologia animale
  • Capacità di analisi critica, valutazione e sintesi di idee ecologiche nuove e complesse

ABILITA’ COMMUNICATIVE

  • Capacità di presentare i dati derivati dai metodi di censimento delle popolazioni di animali
  • Capacità di presentare i metodi statistici di base e le analisi statistiche utilizzate, nonché l’interpretazione dei risultati

CAPACITA’ DI APPRENDERE

  • Capacità di apprendimento che consentano agli studenti di continuare a studiare i concetti e metodi ecologici per lo più in modo auto-diretto o autonomo 
  • Capacità di promuovere, in contesti accademici e professionali, gli avanzamenti nel campo ecologico nella società basata sulla conoscenza

At the end of the course, the student should possess the following knowledge and skills:

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • An in-depth knowledge of the fundamental processes that dictate community structure, population size and trajectory, including anthropogenic influences
  • A thorough understanding of evolutionary processes, and how adaptation and speciation are influenced by species interactions
  • A broad knowledge of demographic processes, an appreciation of mechanistic population models, and an ability to analyse data in order to estimate demographic parameters
  • An understanding of the classification of globally, nationally and regionally threatened species and the role of protected areas in species conservation
  • A sound general knowledge of the how population monitoring data has contributed to the conservation of threatened species.
  • An ability to describe mathematically and/or graphically a range of ecological processes, and to measure and analyse biological diversity

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • An ability to plan and carry out trapping and marking programmes, and surveys of abundance and distribution, for a range of animals
  • An ability to critically evaluate a range of animal biodiversity monitoring techniques using the scientific literature
  • An ability to plan and follow autonomously basic statistical analyses in R using a series of analytical techniques

MAKING JUDGEMENTS

  • An ability to collect and interpret data in the context of animal ecology that are considered relevant to making independent judgements
  • An ability to critically analyse, evaluate and synthesize new and complex ideas in the field of animal ecology

COMMUNICATION

  • An ability to describe data derived from censuses of animal population
  • An ability to communicate basic statistical methods and results

LEARNING SKILLS

  • The development of learning skills that facilitate self-directed or autonomous continuing studies in animal ecology
  • The ability to promote, in academic and professional contexts, ecological and methodological advancements in the knowledge-based society
Oggetto:

Programma

a) ECOLOGIA ANIMALE

INTRODUZIONE. La dinamica ecosistemica e le sue ricadute ai vari livelli dell'organizzazione ecologica. Le successioni ecologiche autotrofe ed eterotrofe. Esempi di studio. L'ECOLOGIA EVOLUTIVA.   L'adattamento. The making of the fittest di Sean B. Carrol. Pesci senza sangue. I geni della visione e quelli dell'odorato. I geni della colorazione della pelle e quelli della falcemia. I geni fossili. La logica del processo selettivo. La convergenza adattativa. Passeriformi del genere Ammodramus, mimidi, picidi, trochilidi. Ornitofauna europea vs. ornitofauna americana. Mammiferi placentati e marsupiali. La convergenza a livello di comunità. Alcidi del nord Europa-nord America. Mammiferi sotterranei. Uccelli delle praterie americane e della macchia mediterranea. Uccelli di torbiera. Convergenza ecologico-funzionale: bivalvi e tunicati.  La coevoluzione. La sistematica filogenetica: nematodi e primati. RELAZIONI PREDA-PREDATORE. I mesonichidi americani. Pesci pulitori: Labroides e Aspidontus. Automimetismo in Haplocromis burtoni. Parassitismo di cova. Mimetismo mulleriano e batesiano. Imenotteri e orchidee.  Ecologia della speciazione. Speciazione adattativa ed ecologica. Radiazione adattativa nei ciclidi africani. speciazione ecologica nello spinarello. ECOLOGIA COMPORTMENTALE. La teoria dell'optimal foraging. Il teorema del valore marginale. Ottimizzazione riproduttiva in organismi marini. Selezione sessuale e mating types. Ecologia antiossidativa: cenni.  Equazioni di crescita logistica ed esponenziale. Cenni di demografia. PVA Population Viability Analysis, Vortex. Tecniche e metodi dell'indagine radiotelemetrica. Esempi di studio. Ecologia di metapopolazione. Modellistica: modelli a due sottopopolazioni, modello di Levins e modelli spazialmente espliciti. Dinamica di popolazione e interazioni tra specie. La struttura spaziale delle popolazioni. Presenza delle specie e disponibilità degli habitat. Rete di patches. Habitat loss e habitat fragmentation. I casi dello Strix occidentalis caurina e della Melitea cinxia.  ECOLOGIA DI COMUNITÀ. La teoria della nicchia ecologica: cenni storici. Gli esperimenti di Gause e la formulazione del principio di esclusione competitiva. Le equazioni di Lotka-Volterra. La nicchia multidimensionale di Hutchinson. La nicchia competitiva di Levins e MacArthur. Ampiezza e sovrapposizione di nicchia. Identità formale tra l'indice di ampiezza e quello di diversità di Shannon. Scoiattolo grigio e scoiattolo rosso. La coesistenza interspecifica. Segregazione da habitat e da nicchia: cince, crostacei cirripedi, TyphaLa predazione: selettività, omeostasi e controllo della diversità. Equazioni Lotka-Volterra. Esperimenti di Huffaker e Paine. Alci e lupi nella Royal Isle. Curve di Holling. Le reazioni difensive delle prede: fuga, mobbing, risposte evasive, movimenti erratici, fronteggiare il predatore, costo della predazione. Caratteri aposematici e segnali di avvertimento. ANALISI DELLA DIVERSITÀ. Specie comuni e specie rare: curve di distribuzione (modelli statistici e biologici). Indici di diversità. Diversità tassonomica, funzionale, genetica. Diversità e valutazione ambientale. Misure di beta diversità. Combinazione additiva della diversità. Misure di Diversità ed Entropia. CENNI DI ECOLOGIA FUNZIONALE.  

b) INTRODUZIONE ALLA CONSERVAZIONE ANIMALE

CONSERVAZIONE DELLA BIODIVERSITÀ. Convention on Biological Diversity e Aichi Targets. Sviluppo sostenibile. Convenzioni e direttive internazionali.  IUCN e le categorie di minaccia. Distruzione e degradazione di habitat. Sovrasfruttamento – impatti della pesca e della caccia sulle popolazioni animali. Le liste rosse. Ecologia dell'estinzione. MONITORAGGIO DI POPOLAZIONI. Principi di campionamento ecologico. Mappaggio dei territori, transetti lineari e punti di ascolto. Curve di contattabilità.  Cambiamento relativo della popolazione. Catture e marcature. STUDI DEMOGRAFICI Popolazioni chiuse ed aperte. Metodi per stimare i parametri demografici chiavi degli animali. Cattura-marcatura-ricattura. Mortalità, sopravvivenza. Dipendenza dalla densità. Previsioni dell’andamento della popolazione usando parametri demografici.

 

c) STATISTICA AMBIENTALE

INTRODUZIONE ALLE FUNZIONI DI BASE DI R. Installazione di R, R Studio. Libraries e packages. Ingresso dei dati. Funzioni di base. Gestione di programmi di R. DESCRIZIONE DEI DATI. Media, mediana, moda. Istogramma di frequenza e la distribuzione normale. Scatterplot e boxplot. Varianza, errore standard, deviazione standard. Trasformazioni. DIFFERENZE TRA MEDIA Il concetto dei test parametrici. T-test a due campioni. T-test a due campioni appaiati. ANOVA a una via, ANOVA a due via. RELAZIONE TRA DUE VARIABILI CONTINUE. Correlazione di Pearson. Regressione lineare. TEST NON-PARAMETRICI. Test di Wilcoxon, Mann-Whitney, Kruskal-Wallis. Correlazione di Spearman. MODELLI LINEARI. Introduzione alla funzione lm. Regressione non-lineare.

a) ANIMAL ECOLOGY

INTRODUCTION. The theory of the ecological niche: historical background. EVOLUTIONARY ECOLOGY. Adaptation. The making of the fittest OF Sean B. Carrol. Bloodless fish. The role of interspecific competition in the evolutionary process. Genes for vision, olfaction, colouration, sickle.cell anaemia. Adaptive convergence. Ammodramus sparrows, mockingbirds, woodpeckers, hummingbirds. European vs. American avifauna. Placental mammals and marsupial mammals. Convergence at the community level. Alcidae of Northern Europe and America. Subterranean mammals. Marsh birds. Birds of the American prairies and their coevolution. Birds of the meditteranean maquis.  Ecological-functional convergence: bivales and tunicates. Phylogenetics: nematodes and primates.  PREDATOR-PREY RELATIONSHIPS: American mesonychids. Cleaner fish: Labroides and Aspidontus. Automimicry in Haplocromis burtoni. Brood parasitism. Mullerian and Batesian mimicry. Hymenoptera and orchids. Predation: selectivity, homeostasis and control of biodiversity. The experiments of Huffaker and Paine. Moose and wolves on Isle Royal. Holling's curve. Defensive reactions: hiding, mobbing, evasion, erratic movements, confronting predators, costs of predation. Aposematism and distraction signals. BEHAVIOURAL ECOLOGY. Optimal foraging theory. The Marginal Value Theorem. Reproductive optimisation in marine organisms. Sexual selection and mating types. POPULATION ECOLOGY. Logistic and exponential growth curves. Demography, Population Viability Analysis.  Vortex software. Meta population ecology. Ecological modelling: models of two subpopulations, Levins' model, spatially explicit models. Population dynamics and species interactions. Spatial structure of populations. Species presence and habitat availability. Patch networks. Habitat loss and fragmentation. The case of Strix occidentalis caurina and Melitea cinxia. COMMUNITY ECOLOGY  The ecological niche. The experiments of Gause and the formulation of the principle of competitive exclusion. The equations of Lotka-Volterra. Hutchinson's multidimensional niche. Levins and MacArthur's competitive niche. Niche breadth and overlap. Differences between index of breadth and index of Shannon diversity. Interspecific coexistence. Red and grey squirrels. Habitat and niche segregation: tits, barnacles, Typha. MEASURING ANIMAL DIVERSITY. Common and rare species: distribution curves (statistical and biological models). Diversity indices. Taxonomic, functional and genetic diversity. Diversity and environmental assessment. Measures of beta diversity. Additive combinations and diversity. Measures of diversity and entropy.  FUNCTIONAL ECOLOGY: hints. 

b) ANIMAL CONSERVATION

THE CONSERVATION OF BIODIVERSITY. Convention on Biological Diversity and Aichi Targets. Sustainable Development. International conventions and directives. IUCN threat categories. Habitat destruction and degradation. Over-exploitation of animal species – overfishing and population impacts of hunting. The Red List. Ecology of extinctions. MONITORING POPULATIONS Principals of ecological sampling. Census methods (line transects, point counts, mapping). Detectability. Relative population change. Capture and marking. DEMOGRAPHIC STUDIES. Closed and open populations. Estimating population size from capture-mark-recapture data. Mortality, survival and permanent emigration. Prediction using demographic parameters. Density-dependence.

c) ENVIRONMENTAL STATISTICS

INTRODUCTION TO R PROGRAMMING. Installation, libraries and packages. Data input. Basic R functions. Managing R programs. DATA DESCRIPTION. Mean, mode and median. Frequency histograms and the normal distribution. Scatterplots and boxplots. Variance, standar error, standard deviation. Data transformations. DIFFERENCES BETWEEN MEANS. The concept of parametric tests. Two-sample t-tests. Paired sample t-tests. One-way ANOVA. Two-way ANOVA. RELATIONSHIPS BETWEEN CONTINUOUS VARIABLES. Pearson’s correlation. Linear regression. NON-PARAMETRIC TESTS. Wilcoxon, Mann-Whitney and Kruskal-Wallis tests. Spearman’s correlations. LINEAR MODELLING. Inroduction to the lm command. Quadratic regression.

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Modalità di insegnamento

Lezioni per un totale di 96 ore (12 CFU) e 8 ore di esercitazioni in campo (metodi di censimento). La modalità di erogazione dell'insegnamento prevede lezioni frontali in presenza. Il materiale didattico verrà reso disponibile tramite la piattaforma Moodle attraverso la pagina E-Learning. Le istruzioni per l’utilizzo della piattaforma sono disponibili ed accessibili sul sito Unito.it. 

 

A total of 96 hours (12 CFU) of lectures  and 8 hours of field-based exercises (census methods). The teaching method will be face-to-face lectures. The lectures will be integrated with teaching material provided through the Moodle platform through the E-Learning site. The instructions for using the platform are available and accessible on the UNITO.IT website.

 

 

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consisterà in due prove scritte: una relativa al programma di Ecologia e conservazione animale (2/3 del punteggio massimo) e una al programma di Statistica ambientale (1/3 del punteggio massimo).

La prova di Ecologia e conservazione animale consiste in un test su piattaforma Moodle, della durata massima, contingentata, di 20 minuti. Si tratta di rispondere a 14 domande a risposta multipla e 4 domande aperte. La prova di Statistica ambientale consiste in un esercizio di analisi di un dataset finalizzato a testare un’ipotesi statistica usando il software R, della durata massima di 90 minuti. 

L’esito finale della valutazione dell’apprendimento verrà ottenuto sommando i punteggi ottenuti nelle due prove.  La lode verrà riconosciuta in tutti i casi in cui il punteggio ottenuto risulti superiore a 30. 

 

The exam will consist of two written tests: one relating to the Animal Ecology and Conservation program (2/3 of the maximum score) and one to the Environmental Statistics program (1/3 of the maximum score).

The Animal Ecology and Conservation test consists of a test on the Moodle platform, with a maximum limited duration of 20 minutes. It involves answering 14 multiple choice questions and 4 open questions. The Environmental Statistics test consists of a dataset analysis exercise aimed at testing a statistical hypothesis using the R software, lasting up to 90 minutes.

The final outcome of the learning assessment will be obtained by adding the scores obtained in the two tests. Praise will be given in all cases where the score obtained is higher than 30.

 

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Getting Started with R
Anno pubblicazione:  
2017
Editore:  
Oxford University Press
Autore:  
Beckerman, A. P., Childs, D.Z. & Petchey, O.L.
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
A Beginner's Guide to R
Anno pubblicazione:  
2009
Editore:  
Springer
Autore:  
Zuur, A.F., Ieno, E.N. & Meesters, E.H.W.G.
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Statistics for Ornithology
Anno pubblicazione:  
1995
Editore:  
BTO
Autore:  
Jim Fowler & Louis Cohen
ISBN  
Obbligatorio:  
No


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    Ultimo aggiornamento: 10/10/2023 13:22
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