EKOFIZIOLOGIJA: KAJ PREUČUJE IN UPORABLJA PRI ŽIVALIH IN RASTLINAH - BIOLOGIJA - 2026

Ecofisiología je veja ekologije, ki proučuje funkcionalne odziv organizmov, da se prilagodijo na spremembe v okolju. Vsako živo bitje se mora prilagoditi svojemu okolju, da lahko preživi, ​​ta prilagoditev pa je strukturna in funkcionalna.

Ta disciplina je znana tudi kot fiziološka ekologija ali fiziologija okolja in ustvarja tako osnovno kot uporabno znanje. Tako je mogoče poznati razmerje med fiziologijo organizma in spremembami v okolju.

Ekofiziološki poskusi. Vir: Rasbak

Prav tako ekofiziologija zagotavlja informacije na področju rastlinske in živalske proizvodnje za pridobivanje hrane. Študije ekofiziologije rastlin, ki so naklonjene ekstremnim okoljskim razmeram, so bile na primer koristne pri genetskem izboljšanju.

Prav tako ekofiziološke študije omogočajo, da se ugotovi, kateri so najprimernejši okoljski pogoji za doseganje večje produktivnosti živali. Tako je mogoče določiti različne nivoje okoljskih dejavnikov, da bi zagotovili udobje živalim v proizvodnih enotah.

Kaj preučuje ekofiziologija?

Ekofiziologija je disciplina, v kateri se fiziologija in ekologija zbližata. Fiziologija, znanost, ki proučuje delovanje živih bitij in ekologija, obravnava odnose med živimi bitji in njihovim okoljem.

V tem smislu ekofiziologija proučuje dinamični odnos med spreminjajočim se okoljem in prilagoditvami rastlinskega ali živalskega metabolizma na te spremembe.

- Ekološko eksperimentiranje

Da bi dosegla svoj cilj, ekofiziologija uporablja tako opisne raziskave kot eksperimentalno metodo. Za to prepozna fizikalno-kemijske dejavnike, ki delujejo v okolju, in določi njihov vpliv na telo.

Ti dejavniki so lahko viri, ki jih organizem uporablja za svoje preživetje ali pogoji, ki vplivajo na njegovo delovanje. Nato se vzpostavi fiziološki odziv živega organizma na spremembe omenjenega faktorja.

Vključeni presnovni sistemi

Treba je identificirati organske in funkcionalne sisteme, ki sodelujejo v prilagodljivem odzivu organizma na spremembo določenega dejavnika. Na primer, kadar pride do sprememb temperature, se pojavi posameznikov termoregulacijski sistem.

Eksperimentalno oblikovanje

Ekofiziologija uporablja zasnovo eksperimentov, da ugotovi fiziološki odziv organizma na spremembe dejavnika. Primer tega so lahko posamezniki rastlinske vrste izpostavljeni različnim koncentracijam soli v substratu.

- Vrste sprememb v okolju

Ko so opredeljeni dejavniki, ki jih je treba preučiti, je treba določiti spremembe, ki se dogajajo v okolju, in njihovo časovno naravo ter opredeliti tri vrste:

Ciklične spremembe

Te spremembe se občasno ponavljajo, na primer izmenjava podnebnih letnih časov ali dan in noč. Soočeno s tem je živo bitje razvilo ciklično delovanje, ki je sledilo ritmu sprememb okolja.

Dnevni in nočni cikel. Vir: Kaliver

Na primer, padec listov v sušnem obdobju, da se zmanjša potenje zaradi pomanjkanja vode. Pri živalih se prilagajajo tudi te ciklične spremembe; na primer sprememba kopanja nekaterih ptic.

Ptarmigan (Lagopus muta) tundre ima sezonsko homokromijo in predstavlja zimsko belo pervo, spomladi pa se spreminja v temne in pestre tone. Tako se njihova kamuflaža prilagodi enotni beli barvi snega in nato temnim tonom okolja v preostalem letu leta.

Druga prilagoditev živali cikličnim spremembam je prezimovanje medvedov in drugih vrst v zimskem času. To vključuje spremembe hitrosti presnove, ki vključujejo zmanjšanje telesnih funkcij, kot sta temperatura in srčni utrip.

Naključne spremembe

Te vrste sprememb se zgodijo naključno, brez ugotovljene pravilnosti. Na primer plaz gorskega pobočja, razlitje nafte ali prihod novega plenilca ali patogena.

Te vrste sprememb predstavljajo večje tveganje za vrste, saj se drastično pojavljajo, v teh primerih pa je odziv organizmov odvisen od plastičnosti že obstoječih funkcij.

Spremembe smeri

So spremembe v okolju, ki jih ljudje namerno povzročajo za določene namene. Primer tega je krčenje gozda za postavitev pašnika ali poseg mokrišča za gojenje riža.

- Splošni postulati

Začenši s kopičenjem eksperimentalnih in opazovalnih dokazov v naravnem okolju, poskuša ekofiziologija opredeliti splošne postulate. To so splošna načela, ki izhajajo iz pravilnosti nekaterih fizioloških odzivov na spremembe v okolju.

Liebigov zakon minimuma

Sprengel (1828) je izjavil, da je odločilni dejavnik rasti organizma najbolj malo v okolju. Kasneje je to načelo populariziral Liebig (1840), znan pa je kot zakon minimalne ali Liebigov zakon.

Bartolomej (1958) je to načelo uporabil pri razporeditvi vrst, pri čemer je opozoril, da ga določa najbolj omejujoč okoljski dejavnik.

Shelfordov zakon strpnosti

Leta 1913 je Victor Shelford izjavil, da za vsak okoljski dejavnik in njihove medsebojne vplive obstajajo določene vrste. To je znano kot meje tolerance, zunaj katere vrsta ne preživi.

Shelfordov zakon strpnosti. Vir: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

To načelo določa, da v amplitudi variacije določenega okoljskega dejavnika obstajajo tri možna stanja organizma. Ta stanja so optimalna, fiziološki stres in nestrpnost.

V tem smislu bo v optimalnem razponu faktorja populacija vrste obilna. Ko se oddaljujemo od optimalnega, človek vstopi v območje stresa, kjer se populacije zmanjšajo in vrsta zunaj meje tolerance izgine.

- Digitalna tehnologija in ekofiziologija

Kot v vsej znanosti so tudi z razvojem novih tehnologij tudi ekofiziološke študije izboljšali. Ta disciplina je zaradi svoje eksperimentalne narave naklonjena razvoju digitalne tehnologije.

Danes obstaja raznolikost prenosnih elektronskih naprav, ki omogočajo merjenje okoljskih dejavnikov na terenu. Med njimi so merilniki sončnega sevanja, temperatura, relativna vlažnost, območje listov.

Primeri uporabe pri živalih

- Vpliv temperature na produktivnost domačih živali

Zelo relevantno področje je ekofiziologija, ki se uporablja za živalsko proizvodnjo, ki želi razumeti odziv plemenskih živali na spreminjanje okoljskih dejavnikov. Eden od teh dejavnikov je temperatura, upoštevajoč trenutni trend naraščanja povprečne globalne temperature.

Homeotermija

Velika večina plemenskih živali je homeotermičnih, torej ohranjajo stabilno notranjo temperaturo kljub spremembam v okolju. To dosežemo z vlaganjem kemične energije za kompenzacijo povečanja ali znižanja zunanje temperature.

Ta postopek kompenzacije zunanje temperature se doseže s termoregulacijo, ki vključuje hipotalamus, dihala in kožo.

Kokoši nesnice

Ugotovljeno je, da je čas hranjenja kokoši nesnice pomemben za njeno produktivnost. V tem primeru je to povezano z asimilacijsko sposobnostjo živila kot posledico toplotnega stresa.

Kokoši nesnice. Vir: Peloy (Allan HM)

Če se krma dobavlja v najbolj vročih urah dneva, jo kokoš prisvoji manj, proizvodnja pa se zmanjša. Posledično povečanje temperature v okolju pomeni zmanjšanje produktivnosti kokoši na prostem.

Govedo

Povišanje temperature prisili živali, da aktivirajo fiziološke mehanizme termoregulacije. To vključuje naložbo energije, ki se odšteje od pridobivanja teže ali proizvodnje mleka.

Po drugi strani pa se z višanjem temperature živali spreminjajo glede na prioritete hranjenja. V teh primerih se vnos vode poveča in poraba suhe snovi zmanjša s posledično izgubo teže.

- Onesnaženje in žabe

Ekofiziološke študije omogočajo povezavo fiziologije živalskih vrst z njihovim okoljem in ugotavljanje možnih negativnih učinkov onesnaženja. Primer tega je trenutno stanje ogroženosti, ki so mu izpostavljene žabe in krastače.

Žaba (Atelopus zeteki) občutljiva na onesnaženje. Vir: Brian Gratwicke

Približno polovici od 6.500 znanih vrst dvoživk grozi izumrtje. Te živali so zelo občutljive na spremembe temperature, vlažnosti ali onesnaževal iz okolja.

Dihanje in kroženje dvoživk

Fiziologija dihanja dvoživk je zelo svojevrstna, saj dihajo tako skozi pljuča kot skozi kožo. Ko so zunaj vode, uporabljajo svoja pljuča in v vodi dihajo skozi kožo, ki je prepustna za O2, CO2 in vodo.

Učinek

Zaradi dihanja so te živali dovzetne za absorpcijo onesnaževal iz zraka in vode. Po drugi strani zaradi nizke koncentracije kisika v vodi oslabijo, ker ga ne absorbirajo pravilno.

V teh pogojih lahko umrejo ali postanejo šibki in so dovzetni za napad patogenih gliv in bakterij. Ena največjih groženj je patogena gliva Batrachochytrium dendrobatidis, ki zavira pretok elektrolitov v koži.

Primeri uporabe v rastlinah

- Ekofiziologija rastlin

Globalno segrevanje bo zaradi zakona tolerance povzročilo pridelavo določenih poljščin na nekaterih območjih. To pomeni, da bodo dejavniki, kot je razpoložljivost vode, zunaj tolerančnega območja vrste.

Kserofiti. Vir: Tomas Castelazo

Vendar pa so sušne vrste območij razvile strategije za prilagajanje pomanjkanju vode. V tem smislu so raziskave v ekofiziologiji rastlin v sušnih conah možne možnosti za gensko izboljšanje rastlin.

Osmoliti

Ena od teh strategij je sprememba izražanja genov za proizvodnjo beljakovin, ki pomagajo prenašati primanjkljaj vode. Med temi beljakovinami so osmoliti, ki celicam pomagajo ohranjati svoj turgor tudi z malo vode.

Poznavanje teh beljakovin in njihove presnove lahko uporabi gensko inženirstvo za izboljšanje pridelkov.

- Ekofiziologija halofilnih rastlin

Ena od težav, s katero se srečuje kmetijstvo, je slanost tal zaradi koncentracije soli, ki jo dodajo namakalne vode. Ko večja tla postanejo zasoljena, manj pridelanih površin je na voljo za pridelavo hrane.

Halofilne rastline

Vendar obstajajo vrste rastlin, prilagojenih za preživetje v pogojih visoke koncentracije soli v tleh. To so tako imenovane halofitne rastline (Halos = sol; phyto = rastlina).

Te vrste so razvile vrsto morfoloških in fizioloških prilagoditev kot mehanizmov za preprečevanje absorpcije soli, imobiliziranje ali izločanje.

Halofitne rastline kot hrana

Poznavanje ekofiziologije teh rastlin je osnova za razvoj kmetijskih sistemov in njihovo uporabo kot prehranske vire. Na ta način se lahko halofitne vrste, ki se gojijo na zasoljenih kmetijskih tleh, uporabljajo kot krma za živino.

Reference

1. Ariasa, RA, Maderb, TL in Escobara, PC (2008). Klimatski dejavniki, ki vplivajo na produktivnost govejega in mlečnega goveda. Nadškof med Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB in Sousa, WP (1994). Dvoživke upadajo: presojajo stabilnost, vztrajnost in dovzetnost prebivalstva za lokalne in svetovne izumrtje. Konzervacijska biologija.
3. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije in upravljanja z okoljem.
4. Hawkesford, MJ in De Kok, LJ (2007). Ekofiziologija rastlin (letnik 6). Žveplo v rastlinah. Ekološka perspektiva.
5. Lüttge, U. in Scarano, FR (2004). Ekofiziologija. Brazilski časopis. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. in Quiriban, A. (2014). Proteini v toleranci na vodni stres v rastlinah SEMIÁRIDA, vestnik Agronomske fakultete UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH in Heller, HC (2001). Življenje. Znanost o biologiji.
8. Raven, P., Evert, RF in Eichhorn, SE (1999). Biologija rastlin.