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Introduzione alla Biodiversità Introduzione alla Biodiversità 

A cura di Clara Tattoni

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Che cos'è?Che cos'è?

1985  W.G. Rosen  Biological + Diversity

Biodiversità

diversità, varietà,  delle forme viventi sulla terra● Diversità  di una POPOLAZIONE  o genetica   (sub­α)

● Diversità delle SPECIE in un habitat  (α)

● Diversità degli HABITAT (β )● Diversità  tra habitat  o BIOGEOGRAFICA (γ)  

α∗β = γ

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Importanza per l'uomoImportanza per l'uomo

● risorse biologiche

– alimentazione, medicina, legname● servizi ecologici

– regolazione di clima, ciclo dell'acqua e dei nutrienti, tutela del suolo, riciclo dei rifiuti, assesto idrogeologico, ciclo CO2...

● valore  ricreativo

● valore culturale

–  valori estetici e spirituali

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Valore ricreativo e spiritualeValore ricreativo e spirituale

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Sono più di 1000 le piante della foresta tropicale che sono state usate dall'uomo, e diventate parte dell'alimentazione umana,innumerevoli quelle usate a scopi medicinali e terapeutici, pepe, ananas, avocado, banane...

molte altre centinaia o migliaia potremmo usarle o avremmo potuto usarle, dato che una buona parte si è estinta

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SpecieSpecie●   Una specie è rappresentata da quegli 

individui che incrociandosi tra loro generano potenzialmente una prole illimitatamente feconda.   Specie biologica  

● NOTA: questa definizione non è rigidamente applicabile in campo botanico. Molte forme vegetali, pur presentando evidenti diversità, tali da non poter essere considerate della medesima specie, si incrociano originando ibridi illimitatamente fertili. In questi  si ricorre a diverse classificazioni, basate sulle diversità somatiche e/o filogenetiche.

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specie viventi descrittespecie viventi descritte

45000

270000

70000

*1085000 Artropodi

80000 

*

*

25000

72000

4000

4000

1,7 milioni!

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...fino ad oggi...fino ad oggi

● anni `80: 460 nuove specie in fondo all'Atlantico

● fine anni 1980 in tutti i mari: picoplancton

● 1991: 130 nuove specie si scarafaggio in Guyana

● migliaia di nuovi batteri

● fine 1990 tre famiglie di piante da fiore in centroamerica

● 2005 nuovo carnivoro nel Borneo

● 2006 uccelli e mammiferi in nuova Guinea...

● 2007 nuovo leopardo nel Borneo

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..gli ultimi arrivati..gli ultimi arrivati

Repubblica 7/2/06

Repubblica 6/12/05

Repubblica 2004

Reuters 2007

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Ultimissime!Ultimissime!Un giovane scienziato italiano scopre nelle foreste della Tanzania una nuova specie di toporagno - elefante “gigante” .

Un gruppo di biologi coordinati da Francesco Rovero, ricercatore del Museo Tridentino di Scienze Naturali di Trento ha scoperto e descritto una nuova specie di toporagno - elefante “gigante” nelle foreste pluviali montane dei Monti Udzungwa, nella Tanzania centro-meridionale. L’ultima delle altre tre specie di toporagno - elefante “gigante” venne scoperta 126 anni fa. La nuova specie è sensibilmente più grande delle altre scoperte ed ha la distribuzione più ristretta. È stata chiamata “toporagno – elefante dalla testa grigia” con il nome scientifico di Rhynchocyon udzungwensis. La scoperta è stata pubblicata online sulla prestigiosa rivista scientifica Journal of Zoology il 31 gennaio 2008.

WWW.mtsn.it

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ma quanti sono?ma quanti sono?

forse 10 0000,  stime tra 5 e 50 milioni di specie

Le poche certezze:

● molte specie sono sconosciute

– diversità tra phylum, regioni etc ● la diversità segue delle regole biogeografiche che si 

possono studiare

● la questione della conservazione della diversità si può  risolvere comunque, anche senza una conoscenza esaustiva

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misurare la diversitàmisurare la diversità

● BIODIVERSITÀ non è solo il numero di specie● Diversità specifica

– Numero di specie– Distribuzione relativa 

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misurare la diversitàmisurare la diversità●  Indice di  diversità di Simpson >0

● Indice di Shannon e Weiner­Eterogeneità  varia tra 0  e lnS

● Uniformità (Eveness) H varia tra 0 e 1

i specie, K, S=numero di specie

probabilità di scegliere a caso la specie i

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EsempioEsempio● Habitat A  7 specie 14 ind.           Habitat B  7 specie 14 ind.

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esempioesempiospecie

Pi Pi^2 Pi Pi^2

1 2 0.14 0.02 −0.28 8 0.57 0.33 −0.322 2 0.14 0.02 −0.28 1 0.07 0.01 −0.193 2 0.14 0.02 −0.28 1 0.07 0.01 −0.194 2 0.14 0.02 −0.28 1 0.07 0.01 −0.195 2 0.14 0.02 −0.28 1 0.07 0.01 −0.196 2 0.14 0.02 −0.28 1 0.07 0.01 −0.197 2 0.14 0.02 −0.28 1 0.07 0.01 −0.19

Simpson 7 2.8

Shannon 1.95 1.45

1 0.75ln7=1.95S=7ind=14

individui comunità A individui comunità B

PilnPi PilnPi

Eveness

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Diversità e stabilitàDiversità e stabilità● Il 95% delle prove sperimentali avvalora l'ipotesi che la 

biodiversità sia positivamente correlata alle funzioni degli ecosistemi ed anche alla loro  stabilità (resistenza e resilienza)

● Effetto assicurazione: differenti specie possono avere successo in condizioni diverse. Maggiore il numero di specie maggiore la gamma di condizioni in cui qualche specie è avvantaggiata e tutela a comunità 

● Effetto competizione: se cambiano le condizioni alcune specie possono prevalere temporaneamente su altre e mantenere l'ecosistema

● Il dibattito è ancora aperto

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Diversità e stabilità?Diversità e stabilità?

Problema delle specie alloctone, (provenienti da altri ecosistemi) aumento temporaneo della ricchezza specifica ma distruzione dell'habitat o di altre specie

Alcuni esempi

● Italia: Robinia

● Italia: Trota iridea, pesce siluro, gambero della louisiana

● Italia: zanzara tigre

● UK: scoiattolo grigio

● Australia: coniglio, volpe, rospo, gatto

● ....

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Mancanza di diversità e instabilitàMancanza di diversità e instabilità● Crisi dell'Irlanda

– Coltivazione di un solo tipo di patata:  l'economia in ginocchio emigrazione di massa verso gli USA

● Monoculture nei paesi in via di sviluppo

– Periodiche crisi alimentari● Monoculture OGM negli USA

– Coltivazioni modificate contenenti tossine

– Coltivazioni resistenti ai pesticidi● Riduzione della biodiversità, scomparsa delle api e 

di altri impollinatori

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un equilibrio dinamicoun equilibrio dinamico

●  La Biodiversità è un processo dinamico dipendente da

– speciazione

– estinzione

– immigrazione

– emigrazione● Pattern di diversità

– latitudinale

– dimensioni delle isole

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Numero massimo di specieNumero massimo di specie

DUE APPROCCI

1) Tetto alla massima diversità possibile (n° di specie) che coincide con il n° di nicchie ecologiche potenziali

2) L’evoluzione crea nuove nicchie, pertanto il numero di specie può aumentare senza limite

Lo studio degli andamenti del passato sembra confermare entrambe le ipotesi

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Diversità e estinzioniDiversità e estinzioni

Ipotesi: specie marine viventi=200.000fossile più antico: 650 mil annidurata media specie: 5 mil anni(650/5) X 200.000/2 = 13.000.000specie marine vissute sino ad ora

Limite: capacità di discriminare le speciepaleontologi e neontologi

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teorie a confrontoteorie a confronto● Diversità illimitata

– Continuo aumento di diversità dopo la grande estinzione di massa del Permiano.

– Il numero di specie possibili non presenta un limite massimo perchè le nicchie occupate sono sempre meno di quelle ipotizzabili (nicchia dei “serpenti erbivori”)

● Diversità limitata

– Massima diversità=popolazioni piccolissime (P)

– Limite  sotto il quale le estinzioni sono maggiori delle speciazioni,

– esiste quindi anche un numero critico di specie (Sc) che rappresenta l’equilibrio.

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Storia della biodiversitàStoria della biodiversità● Estinzioni

– Le specie estinte costituiscono il 99.5% delle specie comparse sulla terra.

– Esiste quindi un turnover di specie

– Esse hanno un’esistenza variabile da 1 a pochi milioni di anni a seconda dei gruppi sistematici

● Studio dei resti fossili

– invertebrati marini 10 milioni di anni

– mammiferi 1­ 2 milioni di anni

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Longevità delle specie Longevità delle specie 

Taxonomy Source of EstimateAll Invertebrates 11Marine Invertebrates Valentine (1970) 5–10Marine Animals 4Marine Animals 5All Fossil Groups Simpson (1952) .5–5Mammals Martin (1993) 1

1–2Diatoms 8

137

10Echinoderms Durham (1970) 6

2Adapted from the book “extinction rates”, edited by Lawton, J, and May, R.

Species Average Lifespan years (MYA)

Raup (1978)

Raup (1991)Sepkoski (1992)

Cenozoic Mammals Raup and Stanley (1978)Van Valen

Dinoflagelates Van Valen (1973)Planktonic Foraminifera Van Valen (1973)Cenozoic Bivalves Raup and Stanley (1978)

Silurian Graptolites Rickards (1977)

Dallo studio dei fossili e dalla stima del numero attuale di specie,si può stimare un livello “naturale”di estinzione pari a

1 specie di uccello ogni 400 anni1 specie animale all’anno

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Tipi di estinzione Tipi di estinzione 

● Normali  Locali o Globali (turnover delle specie)

● Di massa (diversi taxa)

● Catastrofiche (diversi taxa in pochi milioni di anni)

In condizioni di equilibrio le specie che si avvicendano nel tempo sono vicarianti ecologici (cambiano le specie ma non i ruoli).

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EsempioEsempio

Normale turnover

● Con sostituzione: cambiano le specie ma non i ruoli ecologici

– Tilacino ­­> Dingo

– Dinosauri ­­> Mammiferi

● Senza sostituzione: 

– Ammoniti

– Trilobiti

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TurnoverTurnover

Più probabile per specie con:• areali piccoli e/o popolazioni ridotte• posizione elevata nelle catene trofiche• specializzazione elevata• ciclo biologico lungo• grandi dimensioni

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Estinzioni di massaEstinzioni di massa

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Ipotesi sulle estinzioni di massaIpotesi sulle estinzioni di massa

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Casualità ed estinzioniCasualità ed estinzioni

● Le estinzioni di massa sembrano soggiacere a leggi stocastiche

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Estinzione  in corso?Estinzione  in corso?

● Perdita di specie molto elevata 3 specie all'ora

● CAUSE

– riduzione dell'habitat● distruzione diretta● frammentazione

– introduzione di specie alloctone

– alterazione dell'habitat (inquinamento)

– sfruttamento o persecuzione di singole specie

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Spirale dell'estinzioneSpirale dell'estinzione

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Estinzioni pleistoceneEstinzioni pleistoceneEurasia (presenza antica dell’uomo): estinzioni in tempi lunghi (10 -40.000 anni)

Nordamerica (presenza dell’uomo recente): estinzioni in tempi brevi(10.000 anni)

Africa (presenza antica dell’uomo ma assenza di glaciazioni):assenza di estinzioni pleistoceniche

grande mammifero = peso > 40 kg

Eurasia estinti 11 su 43 (26%)Nordamerica estinti 38 su 54 (70%)Africa estinti 4 su 56 (7%)

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Estinzioni nel 2007Estinzioni nel 2007EX EW CR+EN+VU  %

70 4 74 1094 4863 1.52135 4 139 1217 9956 1.4

22 1 23 422 1385 1.6634 1 35 1808 5915 0.5980 13 93 1201 3119 2.98

341 23 364 5742 25238 1.44

7 1 8 460 553 1.4559 1 60 623 1255 4.78

289 13 302 978 2212 13.652 0 2 22 45 4.44

357 15 372 2083 4065 9.15

698 38 736 7850 29354 2.51

0 0 0 170 619 03 0 3 91 107 2.8

Monocotiledoni 2 2 4 778 1149 0.35Dicotiledoni 78 21 99 7121 9622 1.03TOTAL 83 23 106 8160 11497 0.92

Extinct Considered SpeciesVertebratesMammals

Birds

Reptiles

AnphibiaFishes

Subtotal

InvertebratesCrustaceans

Insects

MolluscsOthers

Subtotal

Total Animals

PlantsConifers

Mosses

1000 volte superiore al tasso naturale di estinzione! Fonte IUCN modificato

http://www.iucn.org

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?

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Gradiente latitudinaleGradiente latitudinale

…perchè è massima ai tropici?

● Tempo

● Eterogeneità spaziale

● Competizione

● Predazione

● Stabilità climatica

● Produzione

● Disturbo moderato

● Uguaglianza delle opportunità

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IpotesiIpotesi● Tempo: tutte le comunità tendono a diversificare nel 

corso del tempo (lago Bajkal)

● Eterogeneità spaziale: in relazione a fattori di macro e micro scala (massima nelle zone tropicali)

● Competizione: rende massima la diversità a differenza delle costrizioni fisiche

● Predazione: elevato numero di predatori (insieme ai parassiti) ai tropici che favorisce la diversità (pressioni ambientali)

● Stabilità climatica: Il clima tropicale garantisce costanza nelle risorse. Ciò causa principalmente eventi sincronici che fanno risultare le nicchie molto strette (coesistenza di molte specie)

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ipotesiipotesi● Produzione: A parità di condizioni la diversità è 

maggiore in relazione alla maggior produzione di biomassa

● Disturbo moderato: Condizioni stabili = poche specie con maggior fitness Stress eccessivi = poche specie adattabili

● Disturbi moderati = maggior diversità a causa delle condizioni volta per volta favorevoli a specie diverse e troppo poco limitanti per eliminare gruppi sistematici

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Biogeografia insulareBiogeografia insulare

● Teoria di MacArthur e Wilson 1967 la ricchezza specifica:

–  è maggiore sulle isole di grandi dimensioni rispetto a quelle piccole

● effetto ambiente e popolazione

– è maggiore sulle isole vicine al continente rispetto a quelle lontane

– dipende dal tasso di immigrazione e di estinzione● teoria dimostrata in molti casi (Krakatoa, isole Keys 

Florida)   

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42

43

conseguenzeconseguenze

● Aree naturali di habitat sono ormai ridotti a isole, sparsi in una estensione di coltivazioni, aree ubane etc...

● Instituzione di un'area protetta

– superficie

– forma

– distanza da altre aree protette

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Relazione specie/areaRelazione specie/area

● Vari casi di studio  hanno portato alla proposta della seguente relazione

S=C*A^z

S=numero di specie

A=area

C=costante

0.15  < z < 0.3  specie vagili   o sedentarie

riduzione area del 10% numero di specie si dimezza  

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Conservazione della diversitàConservazione della diversità

● Ex SITU

– Piante● banche genetiche

– giardini– crioconservasione di semi– conservazione in vitro 

– Animali● giardini zoologici (inbreeding)

● IN SITU

– Istituzione di aree protette e reti ecologiche

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Progettazione aree protetteProgettazione aree protette

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Progettazione aree protetteProgettazione aree protette

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organizzazione di un'area protettaorganizzazione di un'area protetta

Suggerimento UNESCO per una riserva della Biosfera

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organizzazione di un'area protettaorganizzazione di un'area protetta

Suggerimento UNESCO per una riserva della Biosfera

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Reti ecologicheReti ecologiche

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legislazionelegislazioneCONFERENZA DI RIO 1992“Scientific uncertainty should not delay measures to prevent irreversible damages”

DIRETTIVE CEE

92/43/CEE “Habitat”  Specie prioritarie

79/409/CEE “Uccelli”

Rete ecologica europea “Natura 2000”: 

“...la cui funzione è quella di garantire la sopravvivenza a lungo termine della biodiversità presente sul continente europeo.” 

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Una conservazione efficaceUna conservazione efficace

L'importanza della biodiversità è basata su dati e solidi metodi  scientifici 

Una conservazione efficace ha bisogno di trasferire questo concetto all'opinione pubblica, soprattutto a 

politici, economisti....

COMUNICAZIONE

Quantificazione del valore della biodiversità e delle funzioni degli ecosistemi

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ComunicazioneComunicazione

Alcune specie si prestano più di altre a diventare l'emblema di campagne di conservazione

● Specie chiave di volta (Keystone species) specie che più di altre sono importanti per l'ecosistema, la loro scomparsa potrebbe causare la scomparsa di tutto il sistema (stelle marine,volpe volante, insetti...)

● Specie Ombrello  (Umbrella species) specie con areale vasto, proteggendo le quali si proteggono molte altre che condividono lo stesso ambiente (Lontra marina, Allocco... )

● Specie Bandiera (Flagship species) specie carismatiche  si prestano più di altre a diventare l'emblema di campagne di conservazione, le persone possono simpatizzare con la cosidetta megafauna carismatica (Panda, Elefante, Balena azzurra...)

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EsempiEsempi● Keystone species

● Specie ombrello Allocco nordamericano, vive Foreste mature protezione di anche di alcuni, molluschi, anfibi e insetti anni 1970

● Specie Bandiera

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Valutazione economicaValutazione economica● Necessaria per far diventare la conservazione della 

natura un obiettivo politicamente e socialmente accettabile

● Difficoltà

– Molti usi della biodiversità sono ancora sconosciuti

– Strumenti economici lavorano a scale spaziali e temporali diverse da quelle ecologiche

– Valutare il valore direttamente come disposizione a pagare non funziona

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Industria USAIndustria USA

Legname 85 1­2%

120­200 2­5%Turismo 2000 4­5%

Industria anni 90 secondo Dobson

Budget annuale milioni di $

Crescita annuale

Farmaceutica legata alle piante

Fonte UN Food and Agriculture Organization

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EstrapolazioniEstrapolazioni

Industria Farmaceutica USA●Il 40% dei principi attivi usati in medicina deriva dalle piante. Conosciamo bene 1000 specie su 365000 descritte!

●1 pianta ogni 125 contiene principi attivi

●Ogni anno si estinguono circa 100 specie di piante

● Perdita potenziale di medicine tra 60 e 100 milioni di dollari all'anno

Ecoturismo Studio in Kenya sui turisti americani

●Un ettaro di savana visitato dai turisti rende 40$ anno contro gli 0.8$ se fosse coltivato

●Un leone vivo rende 20000$ anno, un elefante 610000$

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Ancora EstrapolazioniAncora Estrapolazioni● Nel 1997, un gruppo di economisti dell'ecologia della 

University of Maryland  USA,  Robert Costanza hanno calcolato che il valore dei servizi ecologici  di tutta la Terra resi all'umanità è compreso tra 16 e 54 trilioni di dollari 

● Paragonabile al Gross National Product (GNP) degli  USA di $18 trilioni) 

● Studio controverso ma indicativo 

● fonte http://www.nature.com/nature/journal/v387/n6630/abs/387253a0.html

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AgricolturaAgricoltura● 3000 specie conosciute sono commestibili

● Il 50% della produzione mondiale è basato su 3 specie (mais, riso, frumento)

● L'80%  della produzione mondiale si basa su 20 specie (patata 7%, orzo, manioca patata dolce, soia, canna da zucchero, banana 2%, pomodoro, uva, sorgo, arancia, avena, noce di cocco, mela 1%, segale )

● Mercato mondiale dei cereali 2005 circa 100.000 milioni di $

● PIL USA 2005 12.500.000 milioni di $

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Approfondimenti Approfondimenti ● The economic value of biodiversity 

Pearce  and Moran UICN. Pdf Scaricabile

– http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.22.2066&rep=rep1&type=pdf

● Economic Benefits of Biodiversity

–   http://www.cbd.int/financial/ecobenefit.shtml

● Scaling up ecosystem benefits

A contribution to The Economics of Ecosystems and Biodiversity (TEEB) study Report EEA pdf scaricabile 

– http://www.alternativasostenibile.it/archivio/2010/07/10/files/Scaling­up­ecosystem­benefits.pdf

● Il Festival Cinematografico Tutti nello stesso piatto organizzato da Mandacarù Onlus Scd

        temi  cibo, biodiversità,  sovranità alimentare, ambiente e  sviluppo sostenibile.

Giovedì | Cinema Astra Venerdì | Format ­ Cineteca Provinciale. 6  ­ 24 Novembre 2012

– http://www.tuttinellostessopiatto.it/

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Estinzioni nel 2004Estinzioni nel 2004