Biogeografia

Il corso fornisce le conoscenze teoriche e metodologiche necessarie per comprendere i processi che determinano la distribuzione geografica degli organismi, interpretarne l'origine e i cambiamenti nel tempo e applicare i principi della biogeografia allo studio e alla conservazione della biodiversità. Particolare attenzione sarà dedicata all'integrazione tra approcci ecologici, evolutivi, storici e molecolari.

1. Introduzione alla biogeografia e Storia della Biogeografia

- Definizione, obiettivi e ambiti di studio della biogeografia.
- La biogeografia come disciplina interdisciplinare: relazioni con ecologia, evoluzione, sistematica, geologia e climatologia.
- Principali approcci biogeografici: biogeografia ecologica, storica ed evoluzionistica.
- Evoluzione storica della disciplina e principali contributi allo sviluppo del pensiero biogeografico: Linneo, Buffon, Humboldt, Wallace, Darwin, Wegener e Croizat.
- Dalla biogeografia descrittiva alla biogeografia quantitativa e molecolare.

2. La distribuzione geografica delle specie: il concetto di areale

- Definizione di areale e principali caratteristiche della distribuzione geografica delle specie.
- Tipologie di areale: continuo e discontinuo, disgiunto e frammentato, cosmopolita.
- Areali ampi e ristretti; specie endemiche e concetto di endemismo.
- Paleoendemismi e neoendemismi.
- Areale primario e secondario.
- Modalità di rappresentazione degli areali: cartografia distributiva, mappe di presenza, poligoni e griglie geografiche.
- Principali indici per la descrizione degli areali: Extent of Occurrence (EOO) e Area of Occupancy (AOO).

3. I processi che determinano la distribuzione delle specie: dinamiche geografiche
- Dispersione: modalità, meccanismi e barriere alla dispersione.
- Vicarianza: frammentazione degli areali e isolamento geografico delle popolazioni.
- Dispersione e vicarianza a confronto: interpretazione delle discontinuità distributive.
- Espansione, contrazione e frammentazione degli areali.
- Speciazione ed estinzione come processi che modificano la distribuzione e la diversità geografica delle specie.
- Modelli di speciazione: allopatrica, simpatrica e parapatrica.
- Estinzioni locali e globali, estinzioni di massa e loro conseguenze biogeografiche.

4. I fattori ecologici che determinano e limitano gli areali
- Dinamica di popolazione e Nicchia ecologica fondamentale e realizzata.
- Fattori abiotici: temperatura, precipitazioni, umidità, luce, caratteristiche del suolo e disponibilità delle risorse.
- Fattori biotici: competizione, predazione, parassitismo, mutualismo e interazioni con altre specie.
- Fattori limitanti e barriere ecologiche alla distribuzione.

5. Comunità, biomi ed ecosistemi: la distribuzione su scala ecologica
- Distribuzione geografica delle comunità e organizzazione delle biocenosi.
- Concetti di bioma, ecosistema e regione biogeografica.
- Principali biomi terrestri e acquatici e fattori che ne determinano la distribuzione.

6. I fattori storici: storia della Terra e cambiamenti climatici

- Origine ed evoluzione della vita sulla Terra: principali tappe della storia biologica e geologica.
- Deriva dei continenti, tettonica a placche e formazione delle barriere geografiche.
- Eventi geologici e climatici e loro influenza sulla distribuzione degli organismi.
- Le principali estinzioni di massa e le successive fasi di diversificazione.
- Le glaciazioni del Quaternario e le loro conseguenze sulla distribuzione della biodiversità.
- Rifugi glaciali, espansioni post-glaciali e dinamiche di ricolonizzazione.

7. Biogeografia del Mediterraneo e dell'Italia

- Caratteristiche biogeografiche del bacino mediterraneo.
- Evoluzione geologica e paleogeografica del Mediterraneo: crisi di salinità del Messiniano, formazione e frammentazione delle terre emerse.
- Origine e diversificazione della flora e della fauna mediterranea.
- Ruolo delle glaciazioni quaternarie e dei rifugi mediterranei.
- Biogeografia della penisola italiana: ruolo della storia geologica, dei gradienti climatici e della complessità orografica.
- Biogeografia delle isole mediterranee e delle principali aree di endemismo.
- Endemismo, relitti biogeografici e fenomeni di speciazione.

8. Biogeografia insulare

- Origine e caratteristiche delle isole oceaniche e continentali.
- Colonizzazione, dispersione e isolamento delle popolazioni insulari.
- Teoria della biogeografia insulare di MacArthur e Wilson.
- Relazione tra superficie, isolamento e ricchezza specifica.
- Tassi di immigrazione ed estinzione e dinamiche di equilibrio.
- Radiazione adattativa, gigantismo e nanismo insulare.
- Endemismo insulare e vulnerabilità delle specie.

9. Le regioni biogeografiche del pianeta

- Definizione e criteri di delimitazione delle regioni biogeografiche.
- Origine storica e significato evolutivo delle principali regioni.
- Regione Neartica.
- Regione Paleartica.
- Regione Orientale.
- Regione Afrotropicale.
- Regione Malgascia.
- Regione Neotropicale.
- Regione Australiana e Oceaniana.
- Principali caratteristiche faunistiche e floristiche e relativi elementi di endemismo.
- Relazioni storiche e biogeografiche tra le regioni: connessioni, separazioni e scambi faunistici.

10. Ricostruire la storia geografica dei lineages: approcci molecolari ed evolutivi

- Principi di filogenesi molecolare e ricostruzione delle relazioni evolutive.
- Marcatori molecolari e loro applicazione agli studi biogeografici.
- Filogeografia: definizione, obiettivi e principali approcci metodologici.
- Riconoscimento di linee evolutive e popolazioni isolate.
- Divergenza genetica, isolamento geografico e processi di speciazione.
- Metodi di ricostruzione della storia demografica e biogeografica.
- Cenni ai principali approcci di biogeografia storica e molecolare: dispersione-vicarianza, ancestral area reconstruction e modelli di diffusione geografica.
- Casi di studio e applicazioni a gruppi animali e vegetali.

11. Biogeografia della conservazione

- Principi e obiettivi della biogeografia della conservazione.
- Distribuzione geografica della biodiversità e identificazione delle aree di maggiore valore conservazionistico.
- Hotspot di biodiversità, aree di endemismo e centri di diversità.
- Specie rare, endemiche e minacciate: distribuzione, vulnerabilità e rischio di estinzione.
- Frammentazione degli habitat, isolamento delle popolazioni e connettività ecologica.
- Cambiamenti climatici e previsione delle modificazioni future degli areali.
- Individuazione delle aree prioritarie per la conservazione.
- Applicazione degli strumenti biogeografici alla pianificazione e gestione delle aree protette.

Per affrontare adeguatamente gli argomenti del corso, è consigliabile (ma non indispensabile) possedere conoscenze di base di:

- Biologia generale, zoologia e botanica, con particolare riferimento alla diversità degli organismi e ai principali processi evolutivi.
- Ecologia, inclusi i concetti di habitat, nicchia ecologica, fattori biotici e abiotici e dinamiche delle popolazioni.
- Genetica e biologia evoluzionistica, con particolare riferimento ai concetti di variabilità genetica, speciazione, filogenesi e relazioni evolutive tra organismi.

Lomolino M.V., Riddle B.R. & Whittaker R.J., Biogeography. Biological Diversity across Space and Time. Sinauer, Sunderland, USA

Alcuni concetti saranno desumibili anche in: Zunino M. & Zullini A., Biogeografia. La dimensione spaziale dell’evoluzione. Ambrosiana, Milano.
Il docente fornirà letteratura specialistica ed altro materiale didattico.

Lomolino M.V., Riddle B.R. & Whittaker R.J., Biogeography. Biological Diversity across Space and Time. Sinauer, Sunderland, USA

L'insegnamento, pari a 6 CFU, prevede 50 ore di attività didattica in presenza, organizzate in lezioni frontali e due esercitazioni al computer guidate dalla docente.
Le lezioni sono supportate da presentazioni multimediali, materiale iconografico, mappe e casi di studio tratti dalla letteratura scientifica. L'attività didattica è finalizzata a fornire le conoscenze teoriche e gli strumenti metodologici necessari per comprendere e interpretare i principali modelli e processi biogeografici.
Accanto alla trattazione degli aspetti teorici, saranno proposti esempi applicativi relativi alla distribuzione geografica degli organismi, alla storia evolutiva delle faune e delle flore, alla biogeografia insulare e mediterranea e alla conservazione della biodiversità. Saranno inoltre discussi contributi scientifici e casi di studio utili a illustrare l'applicazione degli approcci molecolari e filogenetici alle problematiche biogeografiche.
Durante le lezioni gli studenti saranno stimolati a partecipare attivamente attraverso domande, discussioni e momenti di confronto sui temi affrontati, favorendo lo sviluppo della capacità di analisi critica e di collegamento tra i diversi argomenti.
L'insegnamento prevede quindi un approccio integrato, che combina lezioni teoriche, discussione di esempi scientifici e interpretazione di casi di studio, con particolare attenzione alle applicazioni della biogeografia allo studio e alla conservazione della biodiversità.

Il corso si svolgerà in presenza e la frequenza è fortemente consigliata

La valutazione dell'apprendimento avverrà attraverso un colloquio orale volto a verificare il livello di conoscenza e comprensione degli argomenti affrontati durante il corso, nonché la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite all'interpretazione di fenomeni e modelli biogeografici.
Durante l'esame saranno valutati in particolare:
• la conoscenza dei principali concetti, teorie e processi della biogeografia;
• la capacità di descrivere e interpretare i modelli di distribuzione geografica degli organismi, considerando i fattori ecologici, evolutivi e storici;
• la comprensione dei processi di dispersione, migrazione, vicarianza, speciazione ed estinzione;
• la capacità di interpretare casi di studio relativi alla biogeografia insulare, mediterranea e globale;
• la conoscenza dei principali approcci della biogeografia molecolare e storica e delle loro applicazioni;
• la capacità di collegare le conoscenze biogeografiche alle problematiche di conservazione della biodiversità e agli effetti dei cambiamenti climatici;
• la chiarezza espositiva, la proprietà di linguaggio scientifico e la capacità di argomentazione critica.