EKOFYSIOLOGI: VAD DEN STUDERAR OCH APPLICERAR HOS DJUR OCH VÄXTER - BIOLOGI - 2025

Den ecofisiología är den gren av ekologin som studerar den funktionella responsen hos organismer för att anpassa sig till förändringar i miljön. Varje levande varelse måste anpassa sig till sin miljö för att överleva och denna anpassning är både strukturell och funktionell.

Denna disciplin är också känd som fysiologisk ekologi eller miljöfysiologi och genererar både grundläggande och tillämpad kunskap. Således är det möjligt att känna till förhållandet mellan fysiologin hos en organism och miljöförändringar.

Ekofysiologiska experiment. Källa: Rasbak

På samma sätt tillhandahåller ekofysiologi information inom växter och djurproduktion för att generera mat. Exempelvis har studier av ekofysiologi hos växter som är toleranta mot extrema miljöförhållanden varit användbara för genetisk förbättring.

På liknande sätt gör ekofysiologiska studier det möjligt att fastställa vilka som är de lämpligaste miljöförhållandena för att uppnå större djurproduktivitet. Således kan variationer av miljöfaktorer fastställas för att ge komforten till djuren i produktionsenheterna.

Vad studerar ekofysiologi?

Ekofysiologi är en disciplin där fysiologi och ekologi konvergerar. Fysiologi vetenskapen som studerar levande varelser och ekologi fungerar förhållandena mellan levande varelser och deras miljö.

I detta avseende studerar ekofysiologi det dynamiska förhållandet mellan den förändrade miljön och anpassningarna av växt- eller djurmetabolismen till dessa förändringar.

- Ekologisk experiment

För att uppnå sitt mål tillämpar ekofysiologi både beskrivande forskning och den experimentella metoden. För detta identifierar den de fysikalisk-kemiska faktorerna som verkar i miljön och bestämmer deras effekt på kroppen.

Dessa faktorer kan vara resurser som organismen använder för sin överlevnad eller förhållanden som påverkar dess funktion. Därefter fastställs den fysiologiska responsen hos den levande organismen på variationerna i nämnda faktor.

Metaboliska system inblandade

Det är nödvändigt att identifiera de organiska och funktionella system som är involverade i organismens adaptiva respons på förändringen av en viss faktor. När det till exempel sker temperaturförändringar finns det ett svar från individens termoregulatoriska system.

Experimentell design

Ekofysiologi använder designen av experiment för att fastställa organismernas fysiologiska respons på förändringar i en faktor. Ett exempel på detta kan vara att utsätta individer av en växtart för olika saltkoncentrationer i substratet.

- Typer av miljöförändringar

När faktorerna som ska studeras har definierats är det nödvändigt att identifiera de förändringar som sker i miljön och deras tidsmässiga natur, genom att definiera tre typer:

Cykliska förändringar

Dessa förändringar återkommer periodvis, till exempel växling av klimatsäsongerna eller dag och natt. Inför dessa har den levande varelsen utvecklat en cyklisk funktion efter miljöns förändring.

Dag och natt cykel. Källa: Caliver

Till exempel lövets fall under den torra säsongen för att minska svett på grund av bristen på vatten. När det gäller djur finns det också anpassningar till dessa cykliska förändringar; till exempel förändring av fjäderdräkt hos vissa fåglar.

Bergtunnan (Lagopus muta) i tundran har säsongsbetonad homokromi och presenterar vit vinterfidum medan den på våren förändras till mörka och brokiga toner. Således är deras kamouflage anpassad till snöens enhetliga vita och sedan till de mörka tonerna i miljön under resten av året.

En annan djuranpassning till cykliska förändringar är viloläge av björnar och andra arter på vintern. Detta innebär förändringar i metabolism som inkluderar minskande kroppsfunktioner, såsom temperatur och hjärtfrekvens.

Slumpmässiga förändringar

Dessa typer av förändringar inträffar slumpmässigt utan fastställd regelbundenhet. Till exempel skredet från en bergs sluttning, ett oljeutsläpp eller ankomsten av ett nytt rovdjur eller patogen.

Dessa typer av förändringar representerar en större risk för arten, eftersom de inträffar drastiskt.I dessa fall beror organismernas respons på plasticiteten i de redan befintliga funktionerna.

Riktningsändringar

Det är förändringar i miljön avsiktligt orsakad av människor för vissa ändamål. Ett fall av detta är avskogning av en skog för att etablera en betesmark eller ingripande av en våtmark för att odla ris.

- Allmänna postulat

Från ackumuleringen av experimentella och observativa bevis i den naturliga miljön försöker ekofysiologi att definiera allmänna postulater. Dessa är allmänna principer som följer av regelbundenheten i vissa fysiologiska svar på miljöförändringar.

Liebigs minimilag

Sprengel (1828) hävdade att den avgörande faktorn för tillväxten av en organisme är den mest knappa i miljön. Senare blev denna princip populariserad av Liebig (1840), och är känd som lagen om minimum eller Liebigs lag.

Bartholomew (1958) använde denna princip på artsfördelningen och påpekade att den bestäms av den mest begränsande miljöfaktorn.

Shelfords lag av tolerans

År 1913 uppgav Victor Shelford att en viss art finns inom ett definierat variation av variation för varje miljöfaktor och deras interaktioner. Detta kallas toleransgränser utanför vilken arten inte överlever.

Shelfords lag av tolerans. Källa: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Denna princip definierar att det finns tre möjliga tillstånd för organismen i variationen i variation av en viss miljöfaktor. Dessa tillstånd är optimal, fysiologisk stress och intolerans.

I detta avseende, i faktorns optimala intervall, kommer populationerna av arten att finnas rikligt. När man flyttar bort från det optimala kommer man in i en stresszon där populationerna minskar och, utanför toleransgränsen, försvinner arten.

- Digital teknik och ekofysiologi

Som i all vetenskap har ekofysiologiska studier förbättrats genom utvecklingen av ny teknik. På grund av sin experimentella karaktär har denna disciplin särskilt gynnats av utvecklingen av digital teknik.

Idag finns det en mängd bärbara elektroniska apparater som gör det möjligt att mäta miljöfaktorer i fältet. Bland dessa är solstrålningsmätare, temperatur, relativ luftfuktighet, bladarea, bland andra.

Exempel på applikationer hos djur

- Effekt av temperatur på produktiviteten hos husdjur

Ett mycket relevant område är ekofysiologi som används för djurproduktion, som försöker förstå avelsdjurens respons på variationen i miljöfaktorer. En av dessa faktorer är temperatur, med hänsyn till den nuvarande trenden med att öka den globala medeltemperaturen.

Homeothermy

De allra flesta avelsdjur är homotermiska, det vill säga de upprätthåller en stabil inre temperatur trots miljövariationer. Detta uppnås genom investering av kemisk energi för att kompensera för ökningar eller minskningar av utetemperaturen.

Denna externa temperaturkompensationsprocess uppnås genom termoregulering, som involverar hypotalamus, andningsorgan och hud.

Lägghöns

Den tid på dagen som en värphöns matas har visat sig vara viktig för dess produktivitet. I detta fall har det att göra med livsmedlets assimileringskapacitet som en funktion av värmestress.

Lägghöns. Källa: Peloy (Allan HM)

Om foder levereras under de hetaste timmarna på dagen, assimineras höna det mindre och dess produktion minskar. Följaktligen innebär ökningen av miljötemperaturen en minskning av produktiviteten hos frittgående höns.

Nötkreatur

Ökningen i temperatur tvingar djuren att aktivera fysiologiska mekanismer för termoregulering. Detta innebär en investering av energi som dras från viktökning eller mjölkproduktion.

Å andra sidan, när temperaturen ökar, varierar djuren sina utfodringsprioriteringar. I dessa fall ökar intaget av vatten och konsumtionen av torrsubstans minskar, med den följd av viktminskningen.

- Föroreningar och grodor

Ekofysiologiska studier gör det möjligt att förena djurartens fysiologi med deras miljö och fastställa eventuella negativa effekter av föroreningar. Ett exempel på detta är det nuvarande hotet som grodor och paddor utsätts för.

Groda (Atelopus zeteki) känslig för föroreningar. Källa: Brian Gratwicke

Cirka hälften av de 6 500 kända arter av amfibier hotas med utrotning. Dessa djur är mycket känsliga för förändringar i temperatur, luftfuktighet eller miljöföroreningar.

Amfibiernas andning och cirkulation

Amfibiernas andningsfysiologi är mycket speciell eftersom de andas både genom lungorna och genom huden. När de är ur vattnet använder de sina lungor och i vattnet andas de genom huden, vilket är genomträngligt för O2, CO2 och vatten.

Påverkan

Andningsformen gör dessa djur mottagliga för absorption av föroreningar från både luft och vatten. Å andra sidan, på grund av den låga koncentrationen av syre i vattnet, försvagas de eftersom de inte absorberar det ordentligt.

Under dessa förhållanden kan de dö eller bli svaga och vara mottagliga för attacker av patogena svampar och bakterier. Ett av de största hoten är den patogena svampen Batrachochytrium dendrobatidis, som hämmar flödet av elektrolyter i huden.

Exempel på applikationer i växter

- Ekofysiologi av växter

Global uppvärmning kommer att resultera i produktion av vissa grödor i vissa områden på grund av toleranslagen. Det vill säga faktorer som tillgången på vatten kommer att ligga utanför artens toleransområde.

Xerofila växter. Källa: Tomas Castelazo

Arta zonarter har dock utvecklat strategier för att anpassa sig till vattenunderskottet. I detta avseende ger forskning om ekofysiologi för växter i torra zoner möjliga vägar för växtgenetisk förbättring.

osmolyter

En av dessa strategier är modifieringen av genuttryck för att producera proteiner som hjälper till att tolerera vattenunderskott. Bland dessa proteiner finns osmolyter som hjälper celler att upprätthålla sin turgor även med lite vatten.

Kunskap om dessa proteiner och deras metabolism kan användas av genteknik för att förbättra grödorna.

- Ekofysiologi för halofila växter

Ett av problemen med jordbruket är jordens salthalt på grund av koncentrationen av salter som tillsätts av bevattningsvatten. När fler jordar saltas, desto mindre skörd är tillgängligt för livsmedelsproduktion.

Halofila växter

Men det finns arter av växter anpassade att överleva under förhållanden med hög koncentration av salter i jorden. Dessa är de så kallade halofytiska växterna (Halos = salt; fyto = växt).

Dessa arter har utvecklat en serie morfologiska och fysiologiska anpassningar som mekanismer för att undvika saltabsorption, immobilisera den eller utsöndra den.

Halofytiska växter som mat

Kunskap om ekofysiologin hos dessa växter fungerar som bas för att utveckla jordbrukssystem och använda dem som matkällor. På detta sätt kan halofytiska arter som odlas på saliniserad jordbruksjord användas som foder för boskap.

referenser

1. Ariasa, RA, Maderb, TL och Escobara, PC (2008). Klimafaktorer som påverkar produktiviteten hos nötkött och mjölkkor. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB och Sousa, WP (1994). Amfibier minskar: bedöma stabilitet, uthållighet och mottaglighet för befolkningen för lokala och globala utrotningar. Konserveringsbiologi.
3. Calow, P. (red.) (1998). Uppslagsverket för ekologi och miljöledning.
4. Hawkesford, MJ och De Kok, LJ (2007). Växtekofysiologi (vol. 6). Svavel i växter. Ett ekologiskt perspektiv.
5. Lüttge, U. och Scarano, FR (2004). Ekofysiologi. Brazil Magazine. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. och Quiriban, A. (2014). Proteiner i tolerans mot vattenspänning i växter. SEMIÁRIDA, tidskrift för fakulteten för agonomi UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH och Heller, HC (2001). Liv. Vetenskapen om biologi.
8. Raven, P., Evert, RF och Eichhorn, SE (1999). Växternas biologi.