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Oggetto:

Ecologia animale e introduzione alla statistica ambientale

Oggetto:

Animal ecology and introduction to environmental statistics

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
SVB0242
Docenti
Prof. Antonio Rolando
Dott. Daniel Edward Chamberlain
Alex Laini
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.

 

b) STATISTICA AMBIENTALE 

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. 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. MODELLI DEMOGRAFICI Popolazioni chiuse ed aperte. Metodi per stimare i parametri demografici chiavi degli animali. Cattura-marcatura-ricattura. Metodi di Petersen, Schnabel, Jolly-Seber. Mortalità, sopravvivenza. Previsioni dell’andamento della popolazione usando parametri demografici. Analisi di sensibilità. Minimum Viable Populations (MVP). 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. ANALISI DI FREQUEZA. Test chi-quadrato di bontà di adattamento. Test chi-quadrato di indipendenza. POPULATION VIABILITY ANALYSIS. Stima della minima popolazione vitale in Excel e R. 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.

b) QUANTITATIVE 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. MONITORING POPULATIONS Principals of ecological sampling. Census methods (line transects, point counts, mapping). Detectability. Relative population change. Capture and marking. DEMOGRAPHIC MODELLING. Closed and open populations. Estimating population size from capture-mark-recapture data. The methods of Petersen, Schnabel, Jolly-Seber. Mortality, survival and permanent emigration. Prediction using demographic parameters. Sensitivity analysis. Density-dependence. Minimum Viable Populations (MVP). 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. ANALYSIS OF FREQUENCIES. The chi-squared test for for goodness-of-fit and contingency tables. POPULTION VIABILITY ANALYSIS. Estimating minimum viable population size in Excel and R. 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 e a distanza sulla piattaforma Webex. 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. 

MISURE PER L'EMERGENZA COVID-19

Nel caso in cui l’insegnamento in presenza non sia possibile a causa delle misure di contenimento per il Covid-19, l’insegnamento (includendo lezioni e attività e-learning) si terrà esclusivamente a distanza. Tutte le lezioni si terranno su Webex, e saranno registrate. Le registrazioni saranno rese disponibili su Moodle.

A total of 96 hours (12 CFU) of lectures  and 8 hours of field-based exercises (census methods). The teaching method includes face-to-face lectures with live streaming on the WebEx platform. 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.

 

MEASURES FOR COVID

If teaching in presence is not possible due to restrictins due to Covid, all teaching activities will take place exclusively online using Webex, and they will be recorded. Recordings will then be made available on Moodle.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Due terzi del voto finale sarà determinato sulla base di un esame teorico scritto sull’ecologia animale e conservazione, e l’altro terzo sarà determinato sulla base di una valutazione di un’esercitazione. Il massimo voto complessivo sarà 30 punti, più 3 lodi per l’esame scritto.

Esame scritto (su piattaforma Moodle) della durata  di 20 minuti. Si tratta di rispondere a 12 domande a risposta multipla (1 punto ognuno), 4 domande aperte (2 punti ognuno) per un totale di 20 punti. Ci sarà anche 1 domanda opzionale per la lode (o di bonus; 3 punti). L'esame si terrà in aula computer.

Nella esercitazione, che durerà due ore, ogni studente dovrà analizzare un dataset per testare un’ipotesi statistica usando il software R.  La valutazione (10 punti al massimo) riguarderà la presentazione dei risultati dell’analisi. L’esercitazione valuterà la capacità di analizzare dati e di interpretare i risultati in un modo indipendente.

MISURE PER L'EMERGENZA COVID-19

In caso di impossibilità di fare l'esame in presenza legate alla pandemia, l'esame si terrà a distanza su Moodle in ambiente Webex.

Two-thirds of the final mark will be from a written exam on theoretical aspects of animal ecology, and one-third of the final mark will be from an evaluation based on statistical analysis.

The written exam (on the Moodle platform) will be of 20 minutes’ duration. The exam will consist of 12 multiple choice questions (1.5 points each), 4 open questions (3 points each) for a total of 30 points. There will also be an optional 'bonus' question (3 points). The exam will take place in presence in a computer classroom.

The evaluation will last 2 hours. Each student will analyse a data set in order to test a statistical hypothesis using R software. The evaluation (a maximum of 10 points) will be based on the presentation of the results of the analysis. The exercise will evaluate the students’ capacity to analyse data and interpret results independently.

MEASURES FOR COVID

If it is not possible to carry out the exam in presence due to the pandemic, it will be carried out electronically on Moodle in the Webex environment.

Testi consigliati e bibliografia

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    Ultimo aggiornamento: 25/06/2022 15:59