ECOFIZIOLOGIE: CE STUDIAZĂ ȘI APLICĂ LA ANIMALE ȘI PLANTE - BIOLOGIE - 2025

Ecofisiología este ramura ecologiei care studiază răspunsul funcțional al organismelor de a se adapta la schimbările de mediu. Fiecare ființă vie trebuie să se adapteze mediului său pentru a supraviețui, iar această adaptare este atât structurală cât și funcțională.

Această disciplină este cunoscută și sub denumirea de ecologie fiziologică sau fiziologie a mediului și generează atât cunoștințe de bază, cât și aplicate. Astfel, este posibil să cunoaștem relația dintre fiziologia unui organism și modificările mediului.

Experimente ecofiziologice. Sursa: Rasbak

De asemenea, ecofiziologia oferă informații în domeniul producției de plante și animale pentru a genera hrană. De exemplu, studiile ecofiziologiei plantelor tolerante la condițiile extreme de mediu au fost utile în îmbunătățirea genetică.

De asemenea, studiile ecofiziologice permit stabilirea care sunt cele mai potrivite condiții de mediu pentru a obține o productivitate animală mai mare. Astfel, variații de factori de mediu pot fi stabilite pentru a oferi confort animalelor din unitățile de producție.

Ce studiază ecofiziologia?

Ecofiziologia este o disciplină în care converge fiziologia și ecologia. Fiziologia știința care studiază funcționarea ființelor vii și ecologia abordează relațiile dintre ființele vii și mediul lor.

În acest sens, ecofiziologia studiază relația dinamică dintre mediul în schimbare și adaptările metabolismului plantelor sau animalelor la aceste modificări.

- Experimentare ecologică

Pentru a-și atinge obiectivul, ecofiziologia aplică atât cercetarea descriptivă, cât și metoda experimentală. Pentru aceasta, identifică factorii fizico-chimici care acționează în mediu și determină efectul lor asupra organismului.

Acești factori pot fi resurse pe care organismul le folosește pentru supraviețuirea sa sau condițiile care afectează funcționarea sa. Ulterior, se stabilește răspunsul fiziologic al organismului viu la variațiile factorului menționat.

Sisteme metabolice implicate

Este necesar să se identifice sistemele organice și funcționale implicate în răspunsul adaptativ al organismului la schimbarea unui anumit factor. De exemplu, atunci când există schimbări de temperatură, există un răspuns din partea sistemului de termoreglare a individului.

Proiectare experimentală

Ecofiziologia folosește proiectarea experimentelor pentru a stabili răspunsul fiziologic al organismului la modificările unui factor. Un exemplu în acest sens poate fi supunerea indivizilor unei specii de plante la diferite concentrații de sare din substrat.

- Tipuri de schimbări de mediu

După ce factorii care trebuie studiați au fost definiți, este necesar să se identifice schimbările care apar în mediu și natura lor temporală, definind trei tipuri:

Modificări ciclice

Aceste modificări sunt recurente periodic, cum ar fi alternarea anotimpurilor climatice sau a zilei și a nopții. Față de acestea, ființa vie a dezvoltat o funcționare ciclică, urmând ritmul schimbărilor de mediu.

Ciclul de zi și de noapte. Sursa: Caliver

De exemplu, căderea frunzelor în sezonul uscat pentru a reduce transpirația din cauza lipsei de apă. În cazul animalelor, există și adaptări la aceste modificări ciclice; de exemplu, schimbarea penajului anumitor păsări.

Ptarmiganul (Lagopus muta) al tundrei are homochromie sezonieră și prezintă penajul alb de iarnă, în timp ce în primăvară se schimbă la tonuri întunecate și variegate. Astfel, camuflarea lor este adaptată albului uniform al zăpezii și apoi tonurilor întunecate ale mediului în timpul restului anului.

O altă adaptare a animalelor la schimbările ciclice este hibernarea urșilor și a altor specii în perioada de iarnă. Aceasta implică modificări ale ritmului metabolic care includ scăderea funcțiilor corporale, cum ar fi temperatura și ritmul cardiac.

Modificări aleatorii

Aceste tipuri de modificări apar la întâmplare, fără o regularitate stabilită. De exemplu, alunecarea de teren a unei versanți de munte, o deversare de petrol sau sosirea unui nou prădător sau agent patogen.

Aceste tipuri de modificări reprezintă un risc mai mare pentru specii, deoarece apar drastic.În aceste cazuri, răspunsul organismelor depinde de plasticitatea funcțiilor existente.

Schimbări de direcție

Ele sunt schimbări ale mediului cauzate în mod intenționat de oameni în anumite scopuri. Un caz în acest sens este defrișarea unei păduri pentru a stabili o pășune sau intervenția unei zone umede pentru cultivarea orezului.

- Postulate generale

Pornind de la acumularea de dovezi experimentale și observaționale în mediul natural, ecofiziologia încearcă să definească postulatele generale. Acestea sunt principii generale care decurg din regularitatea anumitor răspunsuri fiziologice la schimbările de mediu.

Legea minimă a lui Liebig

Sprengel (1828) a postulat că factorul determinant în creșterea unui organism este cel mai rar în mediu. Ulterior acest principiu a fost popularizat de Liebig (1840) și este cunoscut sub numele de Legea Minimului sau Legea lui Liebig.

Bartholomew (1958) a aplicat acest principiu distribuției speciilor, subliniind că acesta este determinat de factorul de mediu cel mai limitativ.

Legea toleranței lui Shelford

În 1913, Victor Shelford a declarat că o anumită specie există într-o gamă de variații definită pentru fiecare factor de mediu și pentru interacțiunile lor. Aceasta este cunoscută sub denumirea de limite de toleranță, în afara cărora specia nu supraviețuiește.

Legea toleranței lui Shelford. Sursa: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Acest principiu definește faptul că în amplitudinea de variație a unui anumit factor de mediu există trei stări posibile pentru organism. Aceste stări sunt optime, stres fiziologic și intoleranță.

În acest sens, în intervalul optim al factorului, populațiile speciilor vor fi abundente. Atunci când te îndepărtezi de optim, se intră într-o zonă de stres în care populațiile scad și, în afara limitei de toleranță, specia dispare.

- Tehnologie digitală și ecofiziologie

Ca în toate științele, studiile ecofiziologice au fost îmbunătățite prin dezvoltarea de noi tehnologii. Datorită naturii sale experimentale, această disciplină a fost favorizată în special de dezvoltarea tehnologiei digitale.

Astăzi există o diversitate de dispozitive electronice portabile care permit măsurarea factorilor de mediu în domeniu. Printre acestea se numără contoarele de radiații solare, temperatura, umiditatea relativă, zona frunzelor, printre altele.

Exemple de aplicații la animale

- Efectul temperaturii asupra productivității animalelor de fermă

Un domeniu foarte relevant este ecofiziologia aplicată producției de animale, care urmărește să înțeleagă răspunsul animalelor de reproducție la variația factorilor de mediu. Unul dintre acești factori este temperatura, ținând cont de tendința actuală de creștere a temperaturii medii globale.

Homeothermy

Marea majoritate a animalelor de reproducție sunt homeotermice, adică mențin o temperatură internă stabilă, în ciuda variațiilor de mediu. Acest lucru se realizează prin investiția de energie chimică pentru a compensa creșterea sau scăderea temperaturii exterioare.

Acest proces de compensare a temperaturii externe se realizează prin termoreglare, care implică hipotalamusul, sistemul respirator și pielea.

Găini depunătoare

S-a constatat că timpul zilei în care este hrănită o găină ouătoare este important pentru productivitatea sa. În acest caz, aceasta are legătură cu capacitatea de asimilare a alimentului în funcție de stresul termic.

Găini depunătoare. Sursa: Peloy (Allan HM)

Dacă hrana este furnizată în cele mai calde ore ale zilei, găina o asimilează mai puțin și producția sa scade. Prin urmare, creșterea temperaturii mediului implică o scădere a productivității găinilor cu rază liberă.

Bovine

Creșterea temperaturii obligă animalele să activeze mecanisme fiziologice de termoreglare. Aceasta implică o investiție de energie care se scade din creșterea în greutate sau din producția de lapte.

Pe de altă parte, pe măsură ce temperatura crește, animalele își modifică prioritățile de hrănire. În aceste cazuri, aportul de apă crește și consumul de materie uscată scade, cu pierderea în greutate în consecință.

- Poluare și broaște

Studiile ecofiziologice fac posibilă relaționarea fiziologiei speciilor de animale cu mediul lor și stabilirea posibilelor efecte negative ale poluării. Un exemplu în acest sens este starea actuală de amenințare la care sunt supuse broaște și broaște.

Broasca (Atelopus zeteki) sensibilă la poluare. Sursa: Brian Gratwicke

Aproximativ jumătate din cele 6.500 de specii de amfibieni cunoscuți sunt amenințate cu dispariția. Aceste animale sunt foarte sensibile la schimbările de temperatură, umiditate sau contaminanți ai mediului.

Respirația și circulația amfibienilor

Fiziologia respirației amfibienilor este foarte particulară, deoarece respiră atât prin plămâni, cât și prin piele. Atunci când sunt în afara apei, ei își folosesc plămânii și în apa respiră prin pielea lor, care este permeabilă la O2, CO2 și apă.

efect

Forma de respirație face ca aceste animale să fie sensibile la absorbția poluanților atât din aer cât și din apă. Pe de altă parte, datorită concentrației scăzute de oxigen din apă, acestea slăbesc, deoarece nu o absorb corect.

În aceste condiții pot muri sau pot deveni slabi și pot fi atacate de ciuperci și bacterii patogene. Una dintre cele mai mari amenințări este ciuperca patogenă Batrachochytrium dendrobatidis, care inhibă fluxul de electroliți în piele.

Exemple de aplicații în plante

- Ecofiziologia plantelor

Încălzirea globală va duce la producerea anumitor culturi în unele zone, datorită legii toleranței. Adică, factori precum disponibilitatea apei vor ieși în afara domeniului de toleranță al speciilor.

Xerofite. Sursa: Tomas Castelazo

Cu toate acestea, speciile de zone aride au dezvoltat strategii de adaptare la deficitul de apă. În acest sens, cercetările în ecofiziologia plantelor din zonele aride oferă posibile căi de ameliorare genetică a plantelor.

osmolitici

Una dintre aceste strategii este modificarea expresiei genice pentru a produce proteine ​​care ajută la tolerarea deficitului de apă. Printre aceste proteine ​​se numără osmoliți care ajută celulele să își mențină turgorul chiar și cu puțină apă.

Cunoștințele despre aceste proteine ​​și metabolismul lor pot fi folosite de inginerie genetică pentru îmbunătățirea culturilor.

- Ecofiziologia plantelor halofile

Una dintre problemele cu care se confruntă agricultura este salinitatea solurilor datorită concentrației de săruri adăugate de apele de irigație. Pe măsură ce mai multe soluri devin salinizate, cu atât mai puține terenuri de cultură sunt disponibile pentru producția de alimente.

Plante halofile

Cu toate acestea, există specii de plante adaptate pentru a supraviețui în condiții de concentrație mare de săruri în sol. Acestea sunt așa-numitele plante halofite (Halos = sare; fito = plantă).

Aceste specii au dezvoltat o serie de adaptări morfologice și fiziologice ca mecanisme pentru a evita absorbția sării, a o imobiliza sau a o excreta.

Plantele halofite ca hrană

Cunoașterea ecofiziologiei acestor plante servește ca bază pentru dezvoltarea sistemelor agricole și utilizarea lor ca surse alimentare. În acest fel, speciile halofite cultivate pe soluri agricole salinizate pot fi folosite ca hrană pentru animale.

Referințe

1. Ariasa, RA, Maderb, TL și Escobara, PC (2008). Factorii climatici care afectează performanța productivă a bovinelor și a bovinelor lactate. Arh. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB și Sousa, WP (1994). Amfibien scade: evaluarea stabilității, persistenței și susceptibilității populațiilor la dispariții locale și globale Biologie de conservare.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). Enciclopedia ecologiei și a managementului mediului.
4. Hawkesford, MJ și De Kok, LJ (2007). Ecofiziologia plantelor (vol. 6). Sulful în plante. O perspectivă ecologică.
5. Lüttge, U. și Scarano, FR (2004). Ecophysiology. Revista Brazilia Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. și Quiriban, A. (2014). Proteine ​​în toleranță la stresul apei din plante. SEMIÁRIDA, Jurnalul Facultății de Agronomie UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH and Heller, HC (2001). Viaţă. Știința biologiei.
8. Raven, P., Evert, RF și Eichhorn, SE (1999). Biologia plantelor.