ÖKOFIZIOLÓGIA: MIT TANULMÁNYOZ ÉS ALKALMAZ AZ ÁLLATOKBAN ÉS NÖVÉNYEKBEN - BIOLÓGIA - 2026

Az ökofisiológia az ökológia ága, amely megvizsgálja az organizmusok funkcionális reakcióját a környezeti változásokhoz való alkalmazkodáshoz. Minden élő lénynek alkalmazkodnia kell a környezetéhez ahhoz, hogy túlélje, és ez az alkalmazkodás strukturális és funkcionális is.

Ez a tudományág fiziológiás ökológia vagy környezeti fiziológia néven is ismert, és alap- és alkalmazott ismereteket generál. Így megismerhető a kapcsolat a szervezet élettana és a környezeti változások között.

Ökofiziológiai kísérletek. Forrás: Rasbak

Hasonlóképpen, az ökofiziológia információt nyújt a növényi és állati termékek előállítása terén az élelmiszerek előállításához. Például a szélsőséges környezeti viszonyoknak toleráns növények ökofiziológiájának vizsgálata hasznos volt a genetikai javításban.

Hasonlóképpen, az ökofiziológiai vizsgálatok lehetővé teszik annak megállapítását, amelyek a legmegfelelőbb környezeti feltételek a nagyobb állati termelékenység eléréséhez. Így a környezeti tényezők változékonysági tartománya meghatározható, hogy kényelmesebbé tegyék az állatokat a termelőegységekben.

Mit tanulmányoz az ökofiziológia?

Az ökofiziológia olyan tudományág, ahol a fiziológia és az ökológia összefonódik. Élettani tudomány, amely az élőlények működését és az ökológiát vizsgálja, az élőlények és a környezetük közötti kapcsolatokat vizsgálja.

Ebben az értelemben az ökofiziológia a változó környezet és a növényi vagy állati anyagcsere ezen változásokhoz való alkalmazkodása közötti dinamikus kapcsolatot vizsgálja.

- Ökológiai kísérletek

Céljának elérése érdekében az ökofiziológia leíró kutatást és kísérleti módszert is alkalmaz. Ehhez meghatározza a környezetben működő fizikai-kémiai tényezőket, és meghatározza a testre gyakorolt ​​hatásaikat.

Ezek a tényezők lehetnek erőforrások, amelyeket a szervezet a túléléshez használ, vagy olyan körülmények, amelyek befolyásolják a működését. Ezt követően meghatározzuk az élő szervezet fiziológiai válaszát az említett faktor változásaira.

Metabolikus rendszerek részt vesznek

Meg kell határozni azokat a szerves és funkcionális rendszereket, amelyek részt vesznek a test adaptív válaszában egy bizonyos tényező változására. Például, ha változnak a hőmérséklet, akkor az válasz az egyén hőszabályozó rendszeréből származik.

Kísérleti terv

Az ökofiziológia a kísérletek megtervezésével határozza meg a szervezet fiziológiai válaszát egy tényező változásaira. Ennek egyik példája lehet egy növényfaj egyedének különböző sókoncentrációknak való alávetése a szubsztrátumban.

- A környezeti változások típusai

A vizsgált tényezők meghatározása után meg kell határozni a környezetben bekövetkező változásokat és azok időbeli természetét, meghatározva három fajtát:

Ciklikus változások

Ezek a változások időszakonként megismétlődnek, például a klíma évszakok vagy a nappali és az éjszakai váltakozások. Ezzel szemben az élőlény ciklikus működést fejlesztett ki, a környezeti változás ritmusát követve.

Nappali és éjszakai ciklus. Forrás: Caliver

Például a levelek esése a száraz évszakban a vízhiány miatt az izzadás csökkentése érdekében. Az állatok esetében ezek a ciklikus változások is alkalmazkodnak; például egyes madarak tollazatának megváltozása.

Az tundra ptarmiganja (Lagopus muta) szezonális homokrómával rendelkezik, és fehér téli tollazatot mutat, míg tavasszal sötét és tarka hangokra vált. Tehát álcázásukat hozzáigazítják a hó egységes fehérfehérjéhez, majd az év hátralévő részén a környezet sötét tónusához.

Egy másik állat, amely a ciklikus változásokhoz alkalmazkodik, a medvék és más fajok téli időbeni hibernációja. Ez magában foglalja az anyagcsere-sebesség változásait, amelyek magában foglalják a testi funkciók csökkenését, például a hőmérsékletet és a pulzusszámot.

Véletlen változások

Az ilyen típusú változások véletlenszerűen, meghatározott szabályszerűség nélkül fordulnak elő. Például a hegy lejtőjének földcsuszamlása, olajfolt vagy új ragadozó vagy kórokozó érkezése.

Az ilyen típusú változások nagyobb kockázatot jelentenek a fajokra, mert drasztikusan fordulnak elő, ezekben az esetekben a szervezetek reakciója a már meglévő funkciók plaszticitásától függ.

Irányított változások

Ezek a környezet olyan változásai, amelyeket az emberek meghatározott célokra okoznak. Ennek egyik példája az erdő erdőirtása legelő létrehozása céljából, vagy egy vizes intervenció a rizs termesztése céljából.

- Általános posztulációk

A kísérleti és megfigyelési bizonyítékoknak a természetes környezetben történő felhalmozódásától kezdve az ökofiziológia megpróbálja meghatározni az általános posztulátumokat. Ezek általános alapelvek, amelyek a környezeti változásokra adott egyes élettani reakciók szabályszerűségéből fakadnak.

A minimál Liebig-törvény

Sprengel (1828) posztulálta, hogy a szervezet szaporodásának a meghatározó tényezője a legszűkebb a környezetben. Később Liebig (1840) népszerűsítette ezt az alapelvet, és a Minimum törvénynek vagy Liebig törvénynek nevezik.

Bartholomew (1958) ezt az alapelvet alkalmazta a fajok eloszlására, rámutatva, hogy azt a legkorlátozóbb környezeti tényező határozza meg.

Shelford tolerancia törvénye

1913-ban Victor Shelford kijelentette, hogy egy adott faj az egyes környezeti tényezők és kölcsönhatásuk meghatározott variációs tartományában létezik. Ezt tolerancia határnak nevezik, amelyen kívül a faj nem marad fenn.

Shelford tolerancia törvénye. Forrás:

Ez az elv meghatározza, hogy egy adott környezeti tényező variabilitásának amplitúdójában a szervezetnek három lehetséges állapot lehet. Ezek az állapotok optimálisak, élettani stressz és intolerancia.

Ebben az értelemben a tényező optimális tartományában a faj populációi gazdagok lesznek. Az optimálttól való távolodáskor egy stresszzónába lép, ahol a populációk csökkennek, és a faj eltűnik a toleranciahatáron kívül.

- Digitális technológia és ökofiziológia

Mint az összes tudományban, az ökofiziológiai vizsgálatokat új technológiák fejlesztése is javította. Kísérleti jellegének köszönhetően ezt a tudományágot különösen a digitális technológia fejlesztése támogatta.

Manapság sokféle hordozható elektronikus eszköz van, amely lehetővé teszi a környezeti tényezők mérését a terepen. Ezek között szerepel többek között a napsugárzásmérők, a hőmérséklet, a relatív páratartalom, a levél területe.

Példák állatokban történő alkalmazásra

- A hőmérséklet hatása a haszonállatok termelékenységére

Nagyon releváns terület az állattenyésztéshez alkalmazott ökofiziológia, amelynek célja a tenyészállatok reagálása a környezeti tényezők változására. Ezen tényezők egyike a hőmérséklet, figyelembe véve a globális átlaghőmérséklet emelkedésének jelenlegi tendenciáját.

homeotermia

A tenyészállatok túlnyomó része homeoterm, azaz stabil környezeti hőmérsékletet tartanak fenn a környezeti eltérések ellenére. Ezt a kémiai energia beruházásával érik el, amely kompenzálja a külső hőmérséklet növekedését vagy csökkenését.

Ez a külső hőmérséklet-kompenzációs folyamat hőszabályozással érhető el, amely magában foglalja a hipotalamust, a légzőrendszert és a bőrt.

Tojótyúkok

A tojótyúk etetésének napját fontosnak találták a termelékenység szempontjából. Ebben az esetben az étel asszimilációs képességével függ össze a hőstressz függvényében.

Tojótyúkok. Forrás: Peloy (Allan HM)

Ha a takarmányt a nap legforróbb óráin szállítják, akkor a tyúk kevésbé asszimilálja azt, és termelése csökken. Következésképpen a környezeti hőmérséklet növekedése a szabadon tartott tyúkok termelékenységének csökkenését vonja maga után.

Marha

A hőmérséklet növekedése arra készteti az állatokat, hogy aktiválják a hőszabályozás fiziológiai mechanizmusait. Ez magában foglalja az energiabefektetést, amelyet levonnak a súlygyarapodásból vagy a tejtermelésből.

Másrészt, a hőmérséklet emelkedésével az állatok megváltoztatják táplálkozási prioritásaikat. Ezekben az esetekben a vízbevitel növekszik, és a szárazanyag-fogyasztás csökken, és ennek következtében a tömeg csökken.

- Szennyezés és békák

Az ökofiziológiai vizsgálatok lehetővé teszik az állatfajok fiziológiájának összekapcsolását a környezetükkel, és megállapítják a szennyezés lehetséges negatív hatásait. Erre példa a békák és varangyok jelenlegi veszélyhelyzete.

A szennyezésre érzékeny béka (Atelopus zeteki). Forrás: Brian Gratwicke

A 6500 ismert kétéltű fajnak körülbelül a felét kihalás fenyegeti. Ezek az állatok nagyon érzékenyek a hőmérséklet, páratartalom vagy a környezetszennyeződés változására.

A kétéltűek légzése és keringése

A kétéltűek légzésének fiziológiája nagyon sajátos, mivel mind a tüdőn, mind a bőrön keresztül lélegeznek. A vízből való kilépéskor a tüdőt használják, és a vízben a bőrükön keresztül lélegeznek, amely az O2, a CO2 és a víz számára átjárható.

Hatás

A légzés formája teszi ezeket az állatokat érzékenynek a szennyező anyagok abszorpciójára mind a levegőből, mind a vízből. Másrészt a víz alacsony oxigénkoncentrációja miatt gyengülnek, mivel nem szívják fel megfelelően.

Ilyen körülmények között meghalhatnak vagy gyenge lehet, és hajlamosak a patogén gombák és baktériumok támadására. Az egyik legnagyobb veszély a Batrachochytrium dendrobatidis kórokozó gomba, amely gátolja az elektrolitok áramlását a bőrben.

Példák növényekben történő alkalmazásra

- A növények ökofiziológiája

A globális felmelegedés bizonyos toleranciák miatt bizonyos területeken bizonyos növényeket termeszt. Vagyis az olyan tényezők, mint például a víz rendelkezésre állása, túlmutatnak a fajok tűréshatárán.

Xerophytes. Forrás: Tomas Castelazo

A száraz zónák fajai azonban stratégiákat dolgoztak ki a vízhiányhoz való alkalmazkodáshoz. Ebben az értelemben a száraz zónák növények ökofiziológiájával kapcsolatos kutatások a növény genetikai javításának lehetséges lehetőségeit kínálják.

ozmolitek

Ezen stratégiák egyike a gén expressziójának módosítása olyan fehérjék előállítása céljából, amelyek elősegítik a vízhiányt. Ezek között a fehérjék között vannak az ozmoliták, amelyek még kevés víz mellett is segítik a sejteket megőrizni turisztorukat.

Ezen fehérjék és metabolizmusuk ismerete felhasználható a géntechnológiával a növények javításához.

- Halofil növények ökofiziológiája

A mezőgazdaság egyik problémája a talaj sótartalma az öntözővizek által hozzáadott sók koncentrációja miatt. Minél több talaj sósodik, annál kevesebb a termőföld az élelmiszer-előállításhoz.

Halofil növények

Vannak olyan növényfajok, amelyek képesek túlélni a talajban magas sókoncentráció esetén. Ezek az úgynevezett halophytic növények (Halos = só; phyto = növény).

Ezek a fajok morfológiai és fiziológiás alkalmazkodás sorozatát fejlesztették ki olyan mechanizmusként, amely elkerüli a só felszívódását, rögzítését vagy ürítését.

Halofit növények étkezésként

Ezen növények ökofiziológiájának ismerete szolgál a mezőgazdasági rendszerek fejlesztésének és táplálékként történő felhasználásának alapjául. Ilyen módon a sózott mezőgazdasági talajokon termelt halogénező fajok felhasználhatók állatok takarmányozására.

Irodalom

1. Ariasa, RA, Maderb, TL és Escobara, PC (2008). Az éghajlati tényezők, amelyek befolyásolják a marha- és tejelő szarvasmarhák termelési teljesítményét. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB és Sousa, WP (1994). A kétéltűek csökkenése: megítélve a populációk stabilitását, perzisztenciáját és hajlandóságát a helyi és globális kihalásokra. Megőrzési biológia.
3. Calow, P. (Szerkesztés) (1998). Az ökológia és a környezetgazdálkodás enciklopédia.
4. Hawkesford, MJ és De Kok, LJ (2007). Növényi ökofiziológia (6. kötet). Kén a növényekben. Ökológiai szempont.
5. Lüttge, U. és Scarano, FR (2004). Ökofiziológiai. Brazil Magazine. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. és Quiriban, A. (2014). A növények vízstresszére toleráló fehérjék. SEMIÁRIDA, Agronómiai Kar UNLPam lapja.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH és Heller, HC (2001). Élet. A biológia tudománya.
8. Raven, P., Evert, RF és Eichhorn, SE (1999). A növények biológiája.