Adattamenti degli animali e applicazioni
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
Obiettivo dell'insegnamento è di introdurre lo studente allo studio dell'animale come sistema integrato in cui trovano espressione una serie di specifici adattamenti strutturali, funzionali e comportamentali che si prestano ad un'analisi approfondita e dettagliata, dal livello macroscala alla nanoscala, non solo in termini di panorama di biodiversità, ma anche in termini di potenziale utilizzo in svariati contesti applicativi umani (medicina, design, ingegneria, biomimetica,
allevamento, produzione alimentare). In particolare, verranno analizzati le condizioni e i percorsi evolutivi che hanno portato all'acquisizione di caratteri morfologici, fisiologici, biomeccanici e comportamentali molto specializzati che rappresentano soluzioni adattative particolarmente innovative e potenzialmente sfruttabili in una varietà di contesti e attività umane. L'insegnamento si propone di fornire conoscenze riferite tanto a principi generali di costruzione e funzionamento dell'organismo animale, quanto a specifiche tematiche selezionate per la loro rilevanza in campo applicativo, con particolare riferimento a: schemi costruttivi e basi biomeccaniche; proprietà dei
materiali biologici e loro impieghi strutturali e funzionali; problemi di sostegno e movimento e modalità di locomozione nei diversi ambienti; molecole bioattive usate per offesa e difesa; strategie comportamentali.
allevamento, produzione alimentare). In particolare, verranno analizzati le condizioni e i percorsi evolutivi che hanno portato all'acquisizione di caratteri morfologici, fisiologici, biomeccanici e comportamentali molto specializzati che rappresentano soluzioni adattative particolarmente innovative e potenzialmente sfruttabili in una varietà di contesti e attività umane. L'insegnamento si propone di fornire conoscenze riferite tanto a principi generali di costruzione e funzionamento dell'organismo animale, quanto a specifiche tematiche selezionate per la loro rilevanza in campo applicativo, con particolare riferimento a: schemi costruttivi e basi biomeccaniche; proprietà dei
materiali biologici e loro impieghi strutturali e funzionali; problemi di sostegno e movimento e modalità di locomozione nei diversi ambienti; molecole bioattive usate per offesa e difesa; strategie comportamentali.
Risultati apprendimento attesi
L'insegnamento si propone di sviluppare nello studente: a) competenze culturali nell'ambito della morfologia funzionale, fisiologia ed etologia comparata degli animali non fornite da altri insegnamenti; b) competenze metodologiche interdisciplinari riferite tanto all'approccio evolutivo integrato quanto a quello tecnico-scientifico applicato; c) capacità di trasferire e sfruttare le competenze acquisite in diversi campi applicativi.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Parte 1. Biomimetica
In questa parte dell'insegnamento, ci si focalizzerà sulla biomimetica ovvero come gli adattamenti morfologici, fisiologici, biomeccanici degli animali possano essere fonte di ispirazione o di materiali per usi applicativi nei campi dell'architettura, design, ingegneria, medicina. Introduzione alla biomimetica e all'approccio multidisciplinare: dalla biomeccanica, alla morfologia animale, verso l'architettura, il design e l'ingegneria. Cenni storici ed evoluzione della biomimetica. Morfologia costruzionale e funzionale degli animali. Livello di organizzazione del modello: molecole, tessuti, strutture, individuo, popolazione. 1) Molecole strutturali. La chitina e la seta, diversità, caratteristiche, proprietà e funzioni, (bio)materiali per applicazioni mediche e design. Molecole adesive. Il bisso, composizione e funzionamento, le super-colle. 2)Il tegumento nei vertebrati: caratteristiche, funzionalità. I costumi idrodinamici; i sistemi di adesione; i tessuti connettivi mutabili (MCT) degli echinodermi; dispositivi MCT-ispirati (microelettrodi cerebrali) e biomateriali MCT-derivati. 3) Sostegno e sistemi scheletrici; funzioni e problemi dello scheletro e tipi di scheletri; i materiali da costruzione: proprietà e caratteristiche; la conchiglia dei molluschi, lo stereoma degli echinodermi, lo scheletro dei vertebrati; applicazioni nel design, architettura e nell'ingegneria. 4) Locomozione: biomeccanica, principi del movimento e tipi di locomozione in relazione all'ambiente; adattamenti per migliorare il movimento; applicazioni robotiche e ingegneristiche. 5) Comportamento e costruzioni animali; architettura bio-ispirata.
Parte 2. Uso diretto.
In questa parte dell'insegnamento, ci si focalizzerà sull'evoluzione di aspetti fisiologici, comportamentali, ecologici e biochimici in diversi gruppi di animali, e di come tali adattamenti possano essere sfruttati direttamente dall'uomo in importanti applicazioni produttive e biomediche. In particolare si analizzerà l'evoluzione e le applicazioni di 1) veleni e tossine di invertebrati (applicazioni biomediche), 2) specializzazione trofica (impollinazione e applicazioni in campo agricolo), 3) specializzazione nell'uso degli ospiti da parte di parassiti e parassitoidi (controllo biologico e applicazioni in campo agricolo), 4) composizione e profili nutrizionale di insetti (entomofagia e diete del futuro), 5) cure parentali e comportamenti sociali di vertebrati (domesticazione), 6) batteri simbionti e loro prodotti in insetti (applicazioni biomediche).
L'insegnamento prevede inoltre una giornata finale in cui gli studenti presenteranno brevemente un approfondimento a loro scelta sugli argomenti trattati a lezione, basato su articoli scientifici.
In questa parte dell'insegnamento, ci si focalizzerà sulla biomimetica ovvero come gli adattamenti morfologici, fisiologici, biomeccanici degli animali possano essere fonte di ispirazione o di materiali per usi applicativi nei campi dell'architettura, design, ingegneria, medicina. Introduzione alla biomimetica e all'approccio multidisciplinare: dalla biomeccanica, alla morfologia animale, verso l'architettura, il design e l'ingegneria. Cenni storici ed evoluzione della biomimetica. Morfologia costruzionale e funzionale degli animali. Livello di organizzazione del modello: molecole, tessuti, strutture, individuo, popolazione. 1) Molecole strutturali. La chitina e la seta, diversità, caratteristiche, proprietà e funzioni, (bio)materiali per applicazioni mediche e design. Molecole adesive. Il bisso, composizione e funzionamento, le super-colle. 2)Il tegumento nei vertebrati: caratteristiche, funzionalità. I costumi idrodinamici; i sistemi di adesione; i tessuti connettivi mutabili (MCT) degli echinodermi; dispositivi MCT-ispirati (microelettrodi cerebrali) e biomateriali MCT-derivati. 3) Sostegno e sistemi scheletrici; funzioni e problemi dello scheletro e tipi di scheletri; i materiali da costruzione: proprietà e caratteristiche; la conchiglia dei molluschi, lo stereoma degli echinodermi, lo scheletro dei vertebrati; applicazioni nel design, architettura e nell'ingegneria. 4) Locomozione: biomeccanica, principi del movimento e tipi di locomozione in relazione all'ambiente; adattamenti per migliorare il movimento; applicazioni robotiche e ingegneristiche. 5) Comportamento e costruzioni animali; architettura bio-ispirata.
Parte 2. Uso diretto.
In questa parte dell'insegnamento, ci si focalizzerà sull'evoluzione di aspetti fisiologici, comportamentali, ecologici e biochimici in diversi gruppi di animali, e di come tali adattamenti possano essere sfruttati direttamente dall'uomo in importanti applicazioni produttive e biomediche. In particolare si analizzerà l'evoluzione e le applicazioni di 1) veleni e tossine di invertebrati (applicazioni biomediche), 2) specializzazione trofica (impollinazione e applicazioni in campo agricolo), 3) specializzazione nell'uso degli ospiti da parte di parassiti e parassitoidi (controllo biologico e applicazioni in campo agricolo), 4) composizione e profili nutrizionale di insetti (entomofagia e diete del futuro), 5) cure parentali e comportamenti sociali di vertebrati (domesticazione), 6) batteri simbionti e loro prodotti in insetti (applicazioni biomediche).
L'insegnamento prevede inoltre una giornata finale in cui gli studenti presenteranno brevemente un approfondimento a loro scelta sugli argomenti trattati a lezione, basato su articoli scientifici.
Prerequisiti
Lo studente deve avere solide basi di: citologia e istologia, anatomia comparata, zoologia, evoluzione
Metodi didattici
Modalità di erogazione del corso basata su lezioni frontali supportate da materiale proiettato.
Materiale di riferimento
Il materiale comprende le slides, i video proiettati durante il corso e gli articoli scientifici che verranno distribuiti dai docenti. Le slides del corso non costituiscono materiale sufficiente per la preparazione dell'esame, è necessario pertanto associarle ad appunti presi durante le lezioni. Il corso prevede una possibile integrazione con seminari di tipo specialistico e la lettura di articoli scientifici pertinenti. Nel corso delle lezioni vengono segnalati siti, testi e articoli da consultare.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova orale con domande inerenti entrambe le parti del programma. Le domande verteranno sugli argomenti descritti durante il corso e intendono valutare sia la conoscenza teorica che la capacità dello studente di ragionare sugli argomenti trattati. La valutazione finale comprenderà sia l'esito dell'esame orale che la qualità, chiarezza espositiva e precisione mostrate nella presentazione dell'argomento a scelta durante la giornata di fine insegnamento.
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento, presso il mio studio.
Torre A, piano terra, Via Celoria 26, 20133 Milano
Ricevimento:
mercoledì 14.30-15.30
Via Celoria 26, piano terra, torre A