ØKOFYSIOLOGI: HVA DEN STUDERER OG ANVENDELSER HOS DYR OG PLANTER - BIOLOGI - 2025

Den ecofisiología er den gren av økologien som studerer funksjonell respons av organismer for å tilpasse seg endringer i miljøet. Ethvert levende vesen må tilpasse seg sitt miljø for å overleve, og denne tilpasningen er både strukturell og funksjonell.

Denne disiplinen er også kjent som fysiologisk økologi eller miljøfysiologi, og genererer både grunnleggende og anvendt kunnskap. Dermed er det mulig å kjenne til forholdet mellom fysiologien til en organisme og miljøendringer.

Økofysiologiske eksperimenter. Kilde: Rasbak

På samme måte gir økofysiologi informasjon innen plante- og dyreproduksjon for å generere mat. For eksempel har studier av økofysiologien til planter som er tolerante mot ekstreme miljøforhold vært nyttige i genetisk forbedring.

På samme måte gjør økofysiologiske studier det mulig å fastslå hvilke som er de mest passende miljøforholdene for å oppnå større dyreproduktivitet. Dermed kan variasjonsområder av miljøfaktorer etableres for å gi komforten til dyrene i produksjonsenhetene.

Hva studerer økofysiologi?

Økofysiologi er en disiplin der fysiologi og økologi konvergerer. Fysiologien vitenskapen som studerer funksjonen til levende vesener og økologi, adresserer forholdene mellom levende vesener og deres miljø.

På denne måten studerer økofysiologi det dynamiske forholdet mellom det skiftende miljøet og tilpasningen av plante- eller dyremetabolismen til disse endringene.

- Økologisk eksperimentering

For å oppnå sitt mål, bruker økofysiologi både beskrivende forskning og den eksperimentelle metoden. For dette identifiserer den de fysisk-kjemiske faktorene som virker i miljøet og bestemmer deres effekt på kroppen.

Disse faktorene kan være ressurser som organismen bruker for å overleve eller forhold som påvirker dens funksjon. Deretter etableres den fysiologiske responsen til den levende organismen på variasjonene av nevnte faktor.

Metabolske systemer involvert

Det er nødvendig å identifisere de organiske og funksjonelle systemene som er involvert i den adaptive responsen fra organismen til endring av en viss faktor. For eksempel, når det er endringer i temperatur, er det en respons fra individets termoreguleringssystem.

Eksperimentelt design

Økofysiologi bruker utformingen av eksperimenter for å etablere den fysiologiske responsen til organismen på endringer i en faktor. Et eksempel på dette kan være å utsette individer av en planteart for forskjellige saltkonsentrasjoner i underlaget.

- Typer miljøendringer

Når faktorene som skal studeres har blitt definert, er det nødvendig å identifisere endringene som skjer i miljøet og deres tidsmessige natur, ved å definere tre typer:

Sykliske endringer

Disse endringene gjentas med jevne mellomrom, for eksempel veksling av klimasesongene eller dag og natt. Overfor disse har det levende vesen utviklet en syklisk funksjon, etter rytmen i miljøendring.

Dag og natt syklus. Kilde: Caliver

For eksempel fallet av bladene i den tørre årstiden for å redusere svette på grunn av mangel på vann. Når det gjelder dyr, er det også tilpasninger til disse sykliske endringene; for eksempel skifte av fjærdrakt hos visse fugler.

Topptunnelen (Lagopus muta) til tundraen har sesongens homokromi og presenterer hvit vinterdrakt mens den om våren skifter til mørke og spraglete toner. Dermed er kamuflasjen deres tilpasset den ensartede hvite av snøen og deretter til de mørke tonene i miljøet i løpet av resten av året.

En annen dyretilpasning til sykliske forandringer er dvalen av bjørner og andre arter på vinteren. Dette innebærer endringer i metabolsk rate som inkluderer synkende kroppsfunksjoner, som temperatur og hjerterytme.

Tilfeldige endringer

Disse typer endringer skjer tilfeldig, uten en fastlagt regelmessighet. For eksempel skredet fra en fjellskråning, et oljesøl eller ankomsten av et nytt rovdyr eller patogen.

Disse endringene representerer en større risiko for arten, fordi de forekommer drastisk.I disse tilfellene avhenger organismenes respons av plastisiteten i de allerede eksisterende funksjonene.

Retningsendringer

De er endringer i miljøet som med vilje er forårsaket av mennesker for visse formål. Et tilfelle av dette er avskoging av en skog for å etablere et beite eller inngrep fra et våtmark for å dyrke ris.

- Generelle postulater

Fra akkumulering av eksperimentelle og observasjonsbevis i det naturlige miljøet, prøver økofysiologi å definere generelle postulater. Dette er generelle prinsipper som kommer ut fra regelmessigheten til visse fysiologiske reaksjoner på miljøendringer.

Liebigs lov om minimum

Sprengel (1828) postulerte at den avgjørende faktoren for vekst av en organisme er den som er mest knapp i miljøet. Senere ble dette prinsippet popularisert av Liebig (1840), og er kjent som minimumsloven eller Liebigs lov.

Bartholomew (1958) anvendte dette prinsippet på fordeling av arter, og påpekte at det bestemmes av den mest begrensende miljøfaktoren.

Shelfords lov om toleranse

I 1913 uttalte Victor Shelford at en viss art eksisterer i et definert variasjonsområde for hver miljøfaktor og deres interaksjoner. Dette er kjent som toleransegrenser, utenom arten ikke overlever.

Shelfords lov om toleranse. Kilde: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Dette prinsippet definerer at det er tre mulige tilstander for organismen i variasjonsampliten til en viss miljøfaktor. Disse tilstandene er optimale, fysiologiske stress og intoleranse.

I denne forstand, i det optimale rekkevidden av faktoren, vil bestandene av arten være rikelig. Når man beveger seg bort fra det optimale, kommer man inn i en stressone der bestander avtar og utenfor toleransegrensen forsvinner arten.

- Digital teknologi og økofysiologi

Som i all vitenskap har økofysiologiske studier blitt forbedret ved utvikling av nye teknologier. På grunn av sin eksperimentelle karakter, har denne disiplinen særlig blitt foretrukket av utviklingen av digital teknologi.

I dag er det et mangfold av bærbare elektroniske enheter som gjør det mulig å måle miljøfaktorer i feltet. Blant disse er solstrålingsmålere, temperatur, relativ luftfuktighet, bladområdet, blant andre.

Eksempler på anvendelser hos dyr

- Effekt av temperatur på produktiviteten til husdyr

Et veldig relevant felt er økofysiologi brukt til dyreproduksjon, som søker å forstå avlsdyrenes respons på variasjonen av miljøfaktorer. En av disse faktorene er temperatur, tatt i betraktning den nåværende trenden med økende global gjennomsnittstemperatur.

Homeothermy

De aller fleste avlsdyr er hjemmekjønne, det vil si at de holder en stabil indre temperatur til tross for miljøvariasjoner. Dette oppnås gjennom investering av kjemisk energi for å kompensere for økninger eller reduksjoner i utetemperatur.

Denne ytre temperaturkompensasjonsprosessen oppnås gjennom termoregulering, som involverer hypothalamus, luftveiene og huden.

Verpehøns

Tiden på dagen en høne blir matet har vist seg å være viktig for produktiviteten. I dette tilfellet har det å gjøre med matens assimilasjonskapasitet som en funksjon av varmestress.

Verpehøns. Kilde: Peloy (Allan HM)

Hvis fôr tilføres på de varmeste timene av dagen, assimerer høna det mindre og produksjonen minker. Følgelig innebærer økningen i omgivelsestemperatur en nedgang i produktiviteten til frittgående høner.

Kveg

Økningen i temperatur tvinger dyrene til å aktivere fysiologiske mekanismer for termoregulering. Dette innebærer en investering av energi som trekkes fra vektøkning eller melkeproduksjon.

På den annen side, når temperaturen øker, varierer dyrene sine fôringsprioriteringer. I disse tilfellene øker inntaket av vann og forbruket av tørrstoff minsker, med det følgende vekttapet.

- Forurensning og frosker

Økofysiologiske studier gjør det mulig å relatere fysiologien til dyrearter med omgivelsene og etablere mulige negative effekter av forurensning. Et eksempel på dette er den nåværende trusselstilstand som frosker og padder blir utsatt for.

Frosk (Atelopus zeteki) følsom for forurensning. Kilde: Brian Gratwicke

Omtrent halvparten av de 6500 kjente amfibiene-artene er utrydningstruet. Disse dyrene er veldig følsomme for endringer i temperatur, fuktighet eller miljøforurensninger.

Respirasjon og sirkulasjon av padder

Fysiologien for respirasjon av amfibier er veldig særegen, siden de puster både gjennom lungene og gjennom huden. Når de er ute av vannet bruker de lungene og i vannet puster de gjennom huden deres, som er gjennomtrengelig for O2, CO2 og vann.

innvirkning

Formen av åndedrett gjør disse dyrene mottagelige for absorpsjon av miljøgifter fra både luft og vann. På den annen side, på grunn av den lave konsentrasjonen av oksygen i vannet, svekkes de fordi de ikke absorberer det ordentlig.

Under disse forholdene kan de dø eller bli svake og være utsatt for angrep av sykdomsfremkallende sopp og bakterier. En av de største truslene er den sykdomsfremkallende soppen Batrachochytrium dendrobatidis, som hemmer strømmen av elektrolytter i huden.

Eksempler på bruksområder i planter

- Økofysiologi av planter

Global oppvarming vil føre til produksjon av visse avlinger i noen områder på grunn av toleranseloven. Det vil si at faktorer som tilgjengeligheten av vann vil gå utenfor tåleområdet for arten.

Xerophytes. Kilde: Tomas Castelazo

Imidlertid har artsonearter utviklet strategier for å tilpasse seg vannunderskuddet. I denne forstand gir forskning i økofysiologien til planter i tørre sone mulige veier for plantegenetisk forbedring.

Osmolytes

En av disse strategiene er modifisering av genuttrykk for å produsere proteiner som hjelper til med å tolerere vannunderskudd. Blant disse proteinene er osmolytter som hjelper celler med å opprettholde turgoren selv med lite vann.

Kunnskap om disse proteinene og deres metabolisme kan brukes av genteknologi for å forbedre avlingene.

- Økofysiologi av halofile planter

Et av problemene som landbruket står overfor, er saltholdigheten av jordsmonn på grunn av konsentrasjonen av salter tilsatt av vanningsvann. Etter hvert som flere jordsmonn blir saltet, desto mindre avlingsland er tilgjengelig for matproduksjon.

Halofile planter

Imidlertid er det arter av planter som er tilpasset for å overleve under forhold med høy konsentrasjon av salter i jorden. Dette er de såkalte halofytiske planter (Halos = salt; fyto = plante).

Disse artene har utviklet en serie morfologiske og fysiologiske tilpasninger som mekanismer for å unngå saltabsorpsjon, immobilisere den eller utskille den.

Halofytiske planter som mat

Kunnskap om økofysiologien til disse plantene fungerer som grunnlag for å utvikle landbrukssystemer og bruke dem som matkilder. På denne måten kan halofytiske arter som dyrkes på saltet jordbruksjord brukes som fôr til husdyr.

referanser

1. Ariasa, RA, Maderb, TL og Escobara, PC (2008). Klimafaktorer som påvirker den produktive ytelsen til storfekjøtt og melkekveg. Arch. Med. Veterinær.
2. Blaustein, AR, Wake, DB og Sousa, WP (1994). Amfibier avtar: å bedømme stabilitet, utholdenhet og mottakelighet for befolkningen for lokale og globale utryddelser. Bevaringsbiologi.
3. Calow, P. (Red.) (1998). Oppslagsverket for økologi og miljøledelse.
4. Hawkesford, MJ og De Kok, LJ (2007). Planteøkofysiologi (bind 6). Svovel 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 toleranse for vannspenning hos planter. SEMIÁRIDA, Tidsskrift for fakultetet for agronomi UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH og Heller, HC (2001). Liv. Vitenskapen om biologi.
8. Raven, P., Evert, RF og Eichhorn, SE (1999). Biologi av planter.