ØKOFYSIOLOGI: HVAD DEN STUDERER OG ANVENDER HOS DYR OG PLANTER - BIOLOGI - 2025

Den ecofisiología er den gren af økologien som studerer den funktionelle respons af organismer til at tilpasse sig miljøændringer. Ethvert levende væsen skal tilpasse sig sit miljø for at overleve, og denne tilpasning er både strukturel og funktionel.

Denne disciplin er også kendt som fysiologisk økologi eller miljøfysiologi og genererer både grundlæggende og anvendt viden. Det er således muligt at kende forholdet mellem fysiologien i en organisme og miljømæssige ændringer.

Økofysiologiske eksperimenter. Kilde: Rasbak

Ligeledes giver økofysiologi information inden for plante- og dyreproduktion for at generere mad. For eksempel har undersøgelser af økofysiologien hos planter, der er tolerante over for ekstreme miljøbetingelser, været nyttige til genetisk forbedring.

På samme måde tillader økofysiologiske undersøgelser, hvilke er de mest passende miljøbetingelser for at opnå større dyreproduktivitet. Således kan variationer af miljømæssige faktorer etableres for at give dyrene komfort i produktionsenhederne.

Hvad undersøger økofysiologi?

Økofysiologi er en disciplin, hvor fysiologi og økologi konvergerer. Fysiologi videnskaben, der studerer levende væseners funktion og økologi, adresserer forholdet mellem levende væsener og deres miljø.

I denne forstand studerer økofysiologi det dynamiske forhold mellem det skiftende miljø og tilpasningen af ​​plante- eller dyremetabolisme til disse ændringer.

- Økologisk eksperimentering

For at nå sit mål anvender økofysiologi både beskrivende forskning og den eksperimentelle metode. Til dette identificerer den de fysisk-kemiske faktorer, der virker i miljøet og bestemmer deres virkning på kroppen.

Disse faktorer kan være ressourcer, som organismen bruger til dens overlevelse eller forhold, der påvirker dens funktion. Derefter etableres den fysiologiske respons fra den levende organisme på variationerne i nævnte faktor.

Metaboliske systemer involveret

Det er nødvendigt at identificere de organiske og funktionelle systemer, der er involveret i den adaptive respons fra organismen til ændringen af ​​en bestemt faktor. For eksempel, når der er ændringer i temperatur, er der et svar fra den enkeltes termoregulerende system.

Eksperimentelt design

Økofysiologi bruger design af eksperimenter til at fastlægge den fysiologiske respons fra organismen på ændringer i en faktor. Et eksempel på dette kan være at udsætte individer af en planteart for forskellige saltkoncentrationer i underlaget.

- Typer af miljøændringer

Når de faktorer, der skal undersøges, er defineret, er det nødvendigt at identificere de ændringer, der forekommer i miljøet og deres tidsmæssige karakter, idet der defineres tre typer:

Konjunkturændringer

Disse ændringer gentages med jævne mellemrum, så som skiftning af de klimatiske sæsoner eller dag og nat. Overfor disse har det levende væsen udviklet en cyklisk funktion efter rytmen i miljøændringer.

Dag og nat cyklus. Kilde: Caliver

For eksempel falder bladene i den tørre sæson for at reducere sved på grund af manglen på vand. For dyr er der også tilpasninger til disse cykliske ændringer; for eksempel ændring af fjerdragt for visse fugle.

Sliphesten (Lagopus muta) i tundraen har sæsonbestemt homokromi og præsenterer hvidt vinterfjerdragt, mens det i foråret skifter til mørke og spraglete toner. Derfor er deres camouflage tilpasset til den ensartede hvide af sneen og derefter til de mørke farver i miljøet i resten af ​​året.

En anden dyretilpasning til cykliske ændringer er dvaletilstand af bjørne og andre arter om vinteren. Dette involverer ændringer i metabolisk hastighed, der inkluderer faldende kropsfunktioner, såsom temperatur og hjerterytme.

Tilfældige ændringer

Disse typer ændringer forekommer tilfældigt uden en fastlagt regelmæssighed. For eksempel skredet af en bjergskråning, et oliespild eller ankomsten af ​​et nyt rovdyr eller patogen.

Disse typer ændringer udgør en større risiko for arten, fordi de forekommer drastisk.I disse tilfælde afhænger organismenes respons af plasticiteten i de allerede eksisterende funktioner.

Retningsændringer

Det er ændringer i miljøet, der med vilje er forårsaget af mennesker til bestemte formål. Et tilfælde af dette er afskovning af en skov til etablering af en græsning eller indblanding af et vådområde til at dyrke ris.

- Generelle postulater

Fra akkumulering af eksperimentelle og observationsbevis i det naturlige miljø forsøger økofysiologi at definere generelle postulater. Dette er generelle principper, der fremgår af regelmæssigheden af ​​visse fysiologiske reaktioner på miljøændringer.

Liebigs minimumslov

Sprengel (1828) hævdede, at den afgørende faktor i væksten af ​​en organisme er den mest knappe i miljøet. Senere blev dette princip populariseret af Liebig (1840) og er kendt som minimumsloven eller Liebigs lov.

Bartholomew (1958) anvendte dette princip på fordeling af arter og påpegede, at det bestemmes af den mest begrænsende miljøfaktor.

Shelfords lov om tolerance

I 1913 sagde Victor Shelford, at en bestemt art findes i et defineret variation af variationer for hver miljøfaktor og deres interaktion. Dette er kendt som tolerancegrænser, uden for hvilke arten ikke overlever.

Shelfords lov om tolerance. Kilde:

Dette princip definerer, at der i variationen i amplitude af en bestemt miljøfaktor er tre mulige tilstande for organismen. Disse tilstande er optimal, fysiologisk stress og intolerance.

I denne forstand, i det optimale interval af faktoren, vil populationerne af arten være rigelige. Når man bevæger sig væk fra det optimale, kommer man ind i en stresszone, hvor bestande falder, og uden for tolerancegrænsen, forsvinder arten.

- Digital teknologi og økofysiologi

Som i al videnskab er økofysiologiske undersøgelser blevet forbedret ved udviklingen af ​​nye teknologier. På grund af sin eksperimentelle karakter er denne disciplin især blevet favoriseret af udviklingen af ​​digital teknologi.

I dag er der en række forskellige bærbare elektroniske enheder, der tillader måling af miljøfaktorer i marken. Blandt disse er solstrålingsmålere, temperatur, relativ fugtighed, bladområde, blandt andre.

Eksempler på anvendelser hos dyr

- Effekt af temperatur på produktiviteten af ​​husdyr

Et meget relevant felt er økofysiologi anvendt til dyreproduktion, som søger at forstå avlsdyrs reaktion på variationen i miljøfaktorer. En af disse faktorer er temperatur under hensyntagen til den aktuelle tendens med stigende global gennemsnitstemperatur.

Homeothermy

Langt størstedelen af ​​avlsdyrene er homotermiske, dvs. de opretholder en stabil indre temperatur på trods af miljømæssige variationer. Dette opnås gennem investering af kemisk energi for at kompensere for stigninger eller fald i udetemperatur.

Denne ydre temperaturkompensationsproces opnås gennem termoregulering, som involverer hypothalamus, åndedrætssystem og hud.

Æglæggende høner

Det tidspunkt, hvor en æglæggende høne bliver fodret, har vist sig at være vigtigt for dens produktivitet. I dette tilfælde har det at gøre med fødevarens assimilationskapacitet som en funktion af varmestress.

Æglæggende høner. Kilde: Peloy (Allan HM)

Hvis der leveres foder i de varmeste timer om dagen, assimerer hønen det mindre, og produktionen falder. Som følge heraf indebærer stigningen i omgivelsestemperatur et fald i produktiviteten af ​​frie områder høns.

Kvæg

Stigningen i temperatur tvinger dyrene til at aktivere fysiologiske mekanismer til termoregulering. Dette involverer en investering af energi, der trækkes fra vægtøgning eller mælkeproduktion.

På den anden side, når temperaturen stiger, varierer dyrene deres fodringsprioriteter. I disse tilfælde stiger indtagelsen af ​​vand, og forbruget af tørstof falder med det deraf følgende vægttab.

- Forurening og frøer

Økofysiologiske undersøgelser gør det muligt at forbinde dyrearternes fysiologi med deres miljø og bestemme de mulige negative virkninger af forurening. Et eksempel på dette er den aktuelle trusselstilstand, som frøer og padder udsættes for.

Frog (Atelopus zeteki) følsom over for forurening. Kilde: Brian Gratwicke

Cirka halvdelen af ​​de 6500 kendte amfibiearter trues med udryddelse. Disse dyr er meget følsomme over for ændringer i temperatur, fugtighed eller miljøforurenende stoffer.

Amfibiernes åndedræt og cirkulation

Amfibiernes åndedrætsfysiologi er meget ejendommelig, da de indånder både gennem lungerne og gennem huden. Når de er ude af vandet, bruger de deres lunger, og i vandet indånder de gennem deres hud, hvilket er gennemtrængeligt for O2, CO2 og vand.

Indvirkning

Formen af ​​åndedræt gør disse dyr modtagelige for absorption af forurenende stoffer fra både luft og vand. På den anden side på grund af den lave koncentration af ilt i vandet, svækkes de, fordi de ikke absorberer det ordentligt.

Under disse forhold kan de dø eller blive svage og være modtagelige for angreb fra patogene svampe og bakterier. En af de største trusler er den patogene svamp Batrachochytrium dendrobatidis, som hæmmer strømmen af ​​elektrolytter i huden.

Eksempler på anvendelser i planter

- Økofysiologi af planter

Global opvarmning vil resultere i produktion af visse afgrøder i nogle områder på grund af lovgivningen om tolerance. Det vil sige, faktorer som tilgængeligheden af ​​vand vil gå uden for artenes toleranceområde.

Xerofyt. Kilde: Tomas Castelazo

Imidlertid har arter i tør zoner udviklet strategier til at tilpasse sig vandunderskuddet. I denne forstand giver forskning i økofysiologi af planter i tørre zoner mulige veje til plantegenetisk forbedring.

osmolytter

En af disse strategier er modifikation af genekspression til produktion af proteiner, der hjælper med at tolerere vandunderskud. Blandt disse proteiner er osmolytter, der hjælper celler med at opretholde deres turgor, selv med lidt vand.

Kendskab til disse proteiner og deres metabolisme kan bruges af genteknologi til at forbedre afgrøder.

- Økofysiologi af halofile planter

Et af de problemer, landbruget står overfor, er jordens saltholdighed på grund af koncentrationen af ​​salte tilsat vandingsvand. Efterhånden som flere jordarter saltes, desto mindre afgrøde er tilgængelig til fødevareproduktion.

Halofile planter

Der er dog arter af planter, der er tilpasset til at overleve under betingelser med høj koncentration af salte i jorden. Dette er de såkaldte halofytiske planter (Haloer = salt; phyto = plante).

Disse arter har udviklet en række morfologiske og fysiologiske tilpasninger som mekanismer til at undgå saltabsorption, immobilisere den eller udskille den.

Halofytiske planter som mad

Viden om disse planters økofysiologi tjener som grundlag for at udvikle landbrugssystemer og bruge dem som fødekilder. På denne måde kan halofytiske arter, der dyrkes på saltet landbrugsjord, bruges som foder til husdyr.

Referencer

1. Ariasa, RA, Maderb, TL og Escobara, PC (2008). Klimafaktorer, der påvirker produktionen af ​​oksekød og malkekvæg. Ark. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB og Sousa, WP (1994). Amfibier falder: bedømmer stabilitet, udholdenhed og følsomhed af befolkningerne for lokale og globale udryddelser. Bevaringsbiologi.
3. Calow, P. (red.) (1998). Leksikonet for økologi og miljøstyring.
4. Hawkesford, MJ og De Kok, LJ (2007). Planteøkofysiologi (bind 6). Svovl i planter. Et økologisk perspektiv.
5. Lüttge, U. og Scarano, FR (2004). Økofysiologi. Brazil Magazine. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. og Quiriban, A. (2014). Proteiner i tolerance over for vandspænding i planter. SEMIÁRIDA, Tidsskrift for Fakultet for Agronomi UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH og Heller, HC (2001). Liv. Videnskaben om biologi.
8. Raven, P., Evert, RF og Eichhorn, SE (1999). Planternes biologi.