EKOFYSIOLOGIA: MITÄ SE TUTKII JA SOVELTAA ELÄIMISSÄ JA KASVEISSA - BIOLOGIA - 2026

Ecofisiología on haara ekologian jossa tutkitaan toiminnallisen vasteen organismien sopeutua ympäristön muutoksiin. Jokaisen elävän olennon on mukauduttava ympäristöönsä selviytyäkseen ja tämä mukautuminen on sekä rakenteellista että toiminnallista.

Tämä tiede tunnetaan myös nimellä fysiologinen ekologia tai ympäristöfysiologia, ja se tuottaa sekä perustiedot että sovelletun tiedon. Siten on mahdollista tietää suhde organismin fysiologiaan ja ympäristön muutoksiin.

Ekofysiologiset kokeet. Lähde: Rasbak

Samoin ekofysiologia tarjoaa tietoa kasvien ja eläinten tuotannosta ruoan tuottamiseksi. Esimerkiksi ääriolosuhteisiin sietävien kasvien ekofysiologiatutkimukset ovat olleet hyödyllisiä geneettisessä parantamisessa.

Samoin ekofysiologiset tutkimukset antavat mahdollisuuden selvittää, mitkä ovat sopivimmat ympäristöolosuhteet suuremman eläinten tuottavuuden saavuttamiseksi. Siten ympäristövaikutusten vaihteluvälit voidaan asettaa eläinten mukavuuden aikaansaamiseksi tuotantoyksiköissä.

Mitä ekofysiologia tutkii?

Ekofysiologia on tieteenala, jossa fysiologia ja ekologia lähentyvät toisiaan. Fysiologia elävien olentojen toimintaa ja ekologiaa tutkittava tiede käsittelee elävien olentojen ja niiden ympäristön suhteita.

Tässä mielessä ekofysiologia tutkii muuttuvan ympäristön ja kasvien tai eläinten aineenvaihdunnan mukautumisten dynaamista suhdetta näihin muutoksiin.

- Ekologinen kokeilu

Ekofysiologia soveltaa tavoitteensa saavuttamiseksi sekä kuvaavaa tutkimusta että kokeellista menetelmää. Tätä varten se tunnistaa ympäristössä vaikuttavat fysikaalis-kemialliset tekijät ja määrittelee niiden vaikutukset kehossa.

Nämä tekijät voivat olla resursseja, joita organismi käyttää selviytymiseen, tai olosuhteita, jotka vaikuttavat sen toimintaan. Myöhemmin määritetään elävän organismin fysiologinen vaste mainitun tekijän variaatioille.

Metaboliset järjestelmät mukana

On tarpeen tunnistaa orgaaniset ja toiminnalliset järjestelmät, jotka osallistuvat organismin mukautuvaan vasteeseen tietyn tekijän muutokseen. Esimerkiksi, kun lämpötilassa tapahtuu muutoksia, yksilön lämmön säätelyjärjestelmä reagoi siihen.

Kokeellinen suunnittelu

Ekofysiologia käyttää kokeiden suunnittelua organismin fysiologisen vasteen määrittämiseen tekijän muutoksille. Esimerkki tästä voi olla kasvilajien yksilöiden altistaminen substraatin erilaisille suolakonsentraatioille.

- Tyypit ympäristömuutoksista

Kun tutkittavat tekijät on määritelty, on tarpeen tunnistaa ympäristössä tapahtuvat muutokset ja niiden ajallinen luonne määrittelemällä kolme tyyppiä:

Sykliset muutokset

Nämä muutokset toistuvat ajoittain, kuten ilmasto-vuodenaikojen tai päivän ja yön vuorottelu. Näiden edessä elävä olento on kehittänyt syklisen toiminnan ympäristönmuutoksen rytmin seurauksena.

Päivä- ja yöjakso. Lähde: Caliver

Esimerkiksi lehtien putoaminen kuivana vuodenaikana veden puutteesta johtuvan hikoilun vähentämiseksi. Eläimissä on myös mukautuksia näihin suhdannevaihteluihin; esimerkiksi tiettyjen lintujen höyhenen muutos.

Tundran ptarmiganilla (Lagopus muta) on vuodenaikojen mukainen homokromia ja se esittelee valkoista talvihyöksyä, kun taas keväällä se muuttuu tummaksi ja kirjavaksi. Siksi heidän naamiointi mukautetaan lumen tasalaatuiseen ja sitten ympäristön tummiin sävyihin loppuvuoden aikana.

Toinen eläinten mukautuminen syklisiin muutoksiin on karhujen ja muiden lajien talvehtuminen talvella. Tähän sisältyy aineenvaihdunnan nopeuden muutoksia, joihin sisältyy kehon toimintojen, kuten lämpötilan ja sykkeen, lasku.

Satunnaiset muutokset

Tämäntyyppiset muutokset tapahtuvat satunnaisesti, ilman vakiintunutta säännöllisyyttä. Esimerkiksi vuoren rinteiden maanvyöry, öljyvuoto tai uuden petoeläimen tai patogeenin saapuminen.

Tämäntyyppiset muutokset edustavat lajeille suurempaa riskiä, ​​koska ne tapahtuvat rajusti, ja näissä tapauksissa organismien reaktio riippuu jo olemassa olevien toimintojen plastisuudesta.

Suuntamuutokset

Ne ovat ympäristön muutoksia, jotka ihmiset ovat tahallisesti aiheuttaneet tiettyihin tarkoituksiin. Tällainen tapaus on metsän hävittäminen laitumen perustamiseksi tai kosteikon puuttuminen riisin viljelyyn.

- Yleiset postulatit

Ekofysiologia pyrkii määrittelemään yleiset postulaatit kokeellisen ja havainnollisen näytön kerääntymisestä luontoon. Nämä ovat yleisiä periaatteita, jotka ilmenevät tiettyjen fysiologisten reaktioiden säännöllisyydestä ympäristön muutoksille.

Liebigin vähimmäislaki

Sprengel (1828) postuloi, että organismin kasvun määräävä tekijä on ympäristössä harvimpia. Myöhemmin Liebig (1840) popularisoi tätä periaatetta, ja sitä kutsutaan vähimmäislakiksi tai Liebigin lakiksi.

Bartholomew (1958) sovelsi tätä periaatetta lajien jakautumiseen huomauttaen, että sen määrittelee rajoittavain ympäristötekijä.

Shelfordin suvaitsevaisuuslaki

Vuonna 1913 Victor Shelford totesi, että tietyillä lajeilla on määritelty variaatioalue kullekin ympäristötekijälle ja niiden vuorovaikutuksille. Tätä kutsutaan toleranssirajoiksi, joiden ulkopuolella laji ei säily.

Shelfordin suvaitsevaisuuslaki. Lähde:

Tämä periaate määrittelee, että tietyn ympäristötekijän variaation amplitudissa organismilla on kolme mahdollista tilaa. Nämä tilat ovat optimaalisia, fysiologinen stressi ja suvaitsemattomuus.

Tässä mielessä tekijöiden optimaalisella alueella lajien populaatiot ovat runsaat. Kun siirrytään pois optimaalisesta, siirrytään stressivyöhykkeelle, jossa populaatiot vähenevät ja toleranssirajan ulkopuolella laji katoaa.

- Digitaalitekniikka ja ekofysiologia

Kuten kaikessa tieteessä, ekofysiologisia tutkimuksia on tehostettu kehittämällä uutta tekniikkaa. Erityisesti kokeellisen luonteensa vuoksi tätä tekniikkaa on suosittu digitaalitekniikan kehittämisessä.

Nykyään on olemassa monenlaisia ​​kannettavia elektronisia laitteita, jotka mahdollistavat ympäristötekijöiden mittaamisen kentällä. Näihin kuuluvat muun muassa aurinkosäteilymittarit, lämpötila, suhteellinen kosteus, lehtipinta-ala.

Esimerkkejä eläimistä

- Lämpötilan vaikutus tuotantoeläinten tuottavuuteen

Erittäin merkityksellinen ala on eläintuotannossa sovellettava ekofysiologia, jolla pyritään ymmärtämään jalostuseläinten reaktio ympäristötekijöiden vaihteluihin. Yksi näistä tekijöistä on lämpötila, kun otetaan huomioon nykyinen suuntaus nousta maailman keskilämpötila.

Homeothermy

Suurin osa siitoseläimistä on homeotermisiä, toisin sanoen ne ylläpitävät vakaata sisälämpötilaa ympäristövaihteluista huolimatta. Tämä saavutetaan investoimalla kemiallista energiaa ulkolämpötilan nousun tai laskun kompensoimiseksi.

Tämä ulkoinen lämpötilan kompensointiprosessi saavutetaan termoregulaation avulla, johon osallistuvat hypotalamus, hengityselimet ja iho.

Munivat kanat

Muna munivien kanajen ruokinta-ajan on todettu olevan tärkeä sen tuottavuudelle. Tässä tapauksessa se liittyy ruoan assimilaatiokapasiteettiin lämpörasituksen funktiona.

Munivat kanat. Lähde: Peloy (Allan HM)

Jos rehua toimitetaan päivisin kuumimpia tunteja, kana vastaa sitä vähemmän ja sen tuotanto vähenee. Sen seurauksena ympäristön lämpötilan nousu merkitsee vapaa-ajan kanojen tuottavuuden heikkenemistä.

karja

Lämpötilan nousu pakottaa eläimet aktivoimaan termoregulaation fysiologiset mekanismit. Tämä tarkoittaa investointia energiaan, joka vähennetään painonnoususta tai maidontuotannosta.

Toisaalta lämpötilan noustessa eläimet muuttavat ruokintaprioriteettiaan. Näissä tapauksissa veden saanti kasvaa ja kuiva-aineen kulutus vähenee, mistä seuraa painohäviö.

- Saastuminen ja sammakot

Ekofysiologiset tutkimukset antavat mahdollisuuden yhdistää eläinlajien fysiologia ympäristöönsä ja selvittää pilaantumisen mahdolliset kielteiset vaikutukset. Esimerkki tästä on sammakkojen ja rupikonnaan kohdistuvan uhan nykytila.

Saastumiselle herkkä sammakko (Atelopus zeteki). Lähde: Brian Gratwicke

Noin puolet 6500 tunnetuista sammakkoeläinlajeista uhkaa sukupuuttoon. Nämä eläimet ovat erittäin herkkiä lämpötilan, kosteuden tai ympäristösaasteiden muutoksille.

Sammakkoeläinten hengitys ja verenkierto

Sammakkoeläinten hengityksen fysiologia on hyvin erikoinen, koska ne hengittävät sekä keuhkojen että ihon läpi. Kun ne ovat vedestä, he käyttävät keuhkojaan ja vedessä hengittävät ihonsa läpi, joka on läpäisevä O2: lle, CO2: lle ja vedelle.

Vaikutus

Hengitysmuoto tekee näistä eläimistä alttiita saasteiden imeytymiselle sekä ilmasta että vedestä. Toisaalta veden pienen happipitoisuuden vuoksi ne heikentyvät, koska ne eivät ime sitä kunnolla.

Näissä olosuhteissa ne voivat kuolla tai heikentyä ja ovat alttiita patogeenisten sienten ja bakteerien hyökkäyksille. Yksi suurimmista uhista on patogeeninen sieni Batrachochytrium dendrobatidis, joka estää elektrolyyttien virtausta iholla.

Esimerkkejä sovelluksista kasveissa

- Kasvien ekofysiologia

Ilmaston lämpeneminen johtaa tiettyjen viljelykasvien tuotantoon joillakin alueilla suvaitsevaisuuslain takia. Toisin sanoen veden saatavuuden kaltaiset tekijät menevät lajien toleranssialueen ulkopuolelle.

Kuivakkokasvi. Lähde: Tomas Castelazo

Kuivilla vyöhykelajeilla on kuitenkin kehitetty strategioita sopeutua vesivajeeseen. Tässä mielessä kuivien vyöhykkeiden kasvien ekofysiologian tutkimus tarjoaa mahdollisia keinoja kasvien geneettiseen parantamiseen.

osmolyyttien

Yksi näistä strategioista on geeniekspression modifiointi proteiinien tuottamiseksi, jotka auttavat sietämään vesivajeita. Näiden proteiinien joukossa ovat osmolyytit, jotka auttavat soluja ylläpitämään turgoriaan jopa pienellä vedellä.

Geenitekniikka voi käyttää näitä proteiineja ja niiden aineenvaihduntaa koskevaa tietoa kasvien parantamiseksi.

- Halogeenisten kasvien ekofysiologia

Yksi maatalouden ongelmista on maaperän suolapitoisuus, joka johtuu kasteluvesien lisäämien suolojen pitoisuuksista. Mitä enemmän maaperää suolaistuu, sitä vähemmän viljelymaata on saatavana elintarvikkeiden tuotantoon.

Halofiiliset kasvit

On kuitenkin kasvilajeja, jotka ovat sopeutuneet selviytymään olosuhteissa, joissa maaperän suolapitoisuus on korkea. Nämä ovat niin kutsuttuja halogeenisia kasveja (Halos = suola; fyto = kasvi).

Nämä lajit ovat kehittäneet sarjan morfologisia ja fysiologisia mukautuksia mekanismeiksi suolan imeytymisen välttämiseksi, sen immobilisoimiseksi tai erittämiseksi.

Halofyyttiset kasvit ruuana

Tieto näiden kasvien ekofysiologiasta on perustana maatalouden järjestelmien kehittämiselle ja käytölle ravintolähteinä. Tällä tavoin suolaisessa maataloudessa viljeltyjä halfyyttilajeja voidaan käyttää karjan rehuna.

Viitteet

1. Ariasa, RA, Maderb, TL ja Escobara, PC (2008). Ilmastolliset tekijät, jotka vaikuttavat liha- ja lypsykarjan tuottavuuteen. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB ja Sousa, WP (1994). Sammakkoeläinten rappeutuminen: arvioitaessa väestön vakautta, pysyvyyttä ja alttiutta paikalliselle ja maailmanlaajuiselle sukupuuttoon. Suojelubiologia.
3. Calow, P. (toim.) (1998). Ekologian ja ympäristöjohtamisen tietosanakirja.
4. Hawkesford, MJ ja De Kok, LJ (2007). Kasvien ekofysiologia (osa 6). Rikki kasveissa. Ekologinen näkökulma.
5. Lüttge, U. ja Scarano, FR (2004). Ekofysiologia. Brazil-lehti. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. ja Quiriban, A. (2014). Kasvien vesistressiä sietävät proteiinit. SEMIÁRIDA, Maataloustieteellisen tiedekunnan lehti UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH ja Heller, HC (2001). Elämään. Biologian tiede.
8. Raven, P., Evert, RF ja Eichhorn, SE (1999). Kasvien biologia.