EKOFIZIOLOGIJA: ŠTO PROUČAVA I PRIMJENA U ŽIVOTINJAMA I BILJKAMA - BIOLOGIJA - 2025

Ecofisiología je grana ekologija koja proučava funkcionalnu odgovor organizma da se prilagodi promjenama u okolini. Svako živo biće mora se prilagoditi svom okruženju kako bi preživjelo i ta prilagodba je i strukturna i funkcionalna.

Ova disciplina je poznata i kao fiziološka ekologija ili fiziologija okoliša, a stvara i osnovno i primijenjeno znanje. Stoga je moguće znati odnos fiziologije organizma i promjena okoliša.

Ekofiziološki eksperimenti. Izvor: Rasbak

Isto tako, ekofiziologija pruža informacije u području biljne i životinjske proizvodnje radi stvaranja hrane. Na primjer, studije ekofiziologije biljaka tolerantnih na ekstremne uvjete okoliša bile su korisne u genetskom poboljšanju.

Isto tako, ekofiziološke studije omogućuju utvrđivanje koji su najprikladniji okolišni uvjeti za postizanje veće produktivnosti životinja. Na taj se način mogu utvrditi rasponi različitih faktora okoliša koji će životinjama pružiti udobnost u proizvodnim jedinicama.

Što proučava ekofiziologija?

Ekofiziologija je disciplina u kojoj se fiziologija i ekologija zbližavaju. Fiziologija znanost koja proučava funkcioniranje živih bića i ekologija bavi se odnosima živih bića i njihove okoline.

U tom smislu, ekofiziologija proučava dinamički odnos između mijenjajućeg okoliša i prilagodbe biljnog ili životinjskog metabolizma na te promjene.

- Ekološko eksperimentiranje

Da bi se postigao svoj cilj, ekofiziologija primjenjuje i opisna istraživanja i eksperimentalnu metodu. Za to identificira fizikalno-kemijske čimbenike koji djeluju u okolišu i određuje njihov utjecaj na tijelo.

Ti čimbenici mogu biti resursi koje organizam koristi za svoj opstanak ili uvjeti koji utječu na njegovo funkcioniranje. Naknadno se uspostavlja fiziološki odgovor živog organizma na varijacije navedenog faktora.

Uključeni su metabolički sustavi

Potrebno je identificirati organske i funkcionalne sustave koji su uključeni u adaptivni odgovor organizma na promjenu određenog čimbenika. Na primjer, kad dođe do promjena temperature, postoji reakcija pojedinog termoregulacijskog sustava.

Eksperimentalni dizajn

Ekofiziologija koristi dizajn eksperimenata za utvrđivanje fiziološkog odgovora organizma na promjene čimbenika. Primjer za to može biti podvrgavanje pojedinaca biljne vrste različitim koncentracijama soli u supstratu.

- Vrste promjena u okolišu

Nakon što se utvrde čimbenici koji će se proučavati, potrebno je utvrditi promjene koje se događaju u okolišu i njihovu vremensku prirodu, definirajući tri vrste:

Cikličke promjene

Te se promjene povremeno ponavljaju, poput izmjene klimatskih doba ili dana i noći. Suočeno s tim, živo biće je razvilo ciklično funkcioniranje, slijedeći ritam promjene okoliša.

Dnevni i noćni ciklus. Izvor: Kaliver

Na primjer, pad lišća u sušnoj sezoni kako bi se smanjilo znojenje zbog nedostatka vode. U slučaju životinja, postoje također prilagodbe tim cikličkim promjenama; na primjer promjena olovaka pojedinih ptica.

Ptarmigan (Lagopus muta) tundre ima sezonsku homohromiju i predstavlja bijelu zimsku oradu, dok se u proljeće mijenja u tamne i raznolike tonove. Stoga se njihova kamuflaža prilagođava ujednačenom bijelom snijegu, a potom i tamnim tonovima okoliša tijekom ostatka godine.

Druga prilagodba životinja cikličkim promjenama je hibernacija medvjeda i drugih vrsta u zimsko doba. To uključuje promjene u metaboličkoj brzini koje uključuju smanjenje tjelesnih funkcija, poput temperature i otkucaja srca.

Nasumične promjene

Ove se vrste promjena događaju nasumično, bez utvrđene pravilnosti. Na primjer, klizište planinske padine, izlijevanje nafte ili dolazak novog grabežljivca ili patogena.

Ove vrste promjena predstavljaju veći rizik za vrste, jer se događaju drastično, au tim slučajevima odgovor organizama ovisi o plastičnosti u već postojećim funkcijama.

Promjene smjera

Oni su promjene u okolini koje namjerno uzrokuju ljudi u određene svrhe. Slučaj je krčenje šume radi uspostave pašnjaka ili intervencija močvarnog područja na uzgoju riže.

- Opći postulati

Polazeći od gomilanja eksperimentalnih i promatračkih dokaza u prirodnom okruženju, ekofiziologija pokušava definirati opće postulate. To su opća načela koja proizlaze iz pravilnosti određenih fizioloških reakcija na promjene u okolini.

Liebigov zakon minimuma

Sprengel (1828) postulirao je da je najvažniji faktor rasta organizma jedan od najmanjih oskudica u okolišu. Kasnije je ovaj princip popularizirao Liebig (1840.), a poznat je i kao Zakon minimuma ili Liebigov zakon.

Bartolomej (1958.) primijenio je ovo načelo u rasprostranjenosti vrsta, ističući da ga određuje najograničniji čimbenik okoliša.

Shelfordov zakon tolerancije

1913. Victor Shelford izjavio je da određena vrsta postoji u definiranom rasponu varijacija za svaki čimbenik okoliša i njihove interakcije. To je poznato kao granice tolerancije, izvan kojih vrsta ne preživljava.

Shelfordov zakon tolerancije. Izvor:

Ovo načelo definira da u amplitudi varijacije određenog čimbenika okoliša postoje tri moguća stanja organizma. Ova stanja su optimalna, fiziološki stres i netolerancija.

U tom smislu, u optimalnom rasponu faktora, populacije vrste će biti u izobilju. Kada se odmičete od optimalnog, čovjek ulazi u zonu stresa gdje se populacije smanjuju, a vrste nestaju izvan granice tolerancije.

- Digitalna tehnologija i ekofiziologija

Kao i u svim znanosti, i ekofiziološke studije su poboljšane razvojem novih tehnologija. Zbog svoje eksperimentalne prirode, ovoj disciplini pogodovao je razvoj digitalne tehnologije.

Danas postoji mnoštvo prijenosnih elektroničkih uređaja koji omogućuju mjerenje okolišnih čimbenika na terenu. Među njima su brojila sunčevog zračenja, temperatura, relativna vlaga, područje lišća.

Primjeri primjene na životinjama

- Utjecaj temperature na produktivnost domaćih životinja

Vrlo relevantno područje je ekofiziologija primjenjena na stočarsku proizvodnju kojom se želi razumjeti odgovor uzgojnih životinja na varijacije okolišnih čimbenika. Jedan od tih čimbenika je temperatura, uzimajući u obzir trenutni trend povećanja globalne prosječne temperature.

Homeothermy

Ogromna većina uzgajajućih životinja su homeotermične, odnosno održavaju stabilnu unutarnju temperaturu unatoč varijacijama okoline. To se postiže ulaganjem kemijske energije za kompenzaciju povećanja ili smanjenja vanjske temperature.

Taj postupak kompenzacije vanjske temperature postiže se termoregulacijom koja uključuje hipotalamus, dišni sustav i kožu.

Kokoši nesnice

Pokazalo se da je doba dana u kojem se hrani kokoš nesilica važno za njegovu produktivnost. U ovom slučaju to se odnosi na sposobnost asimilacije hrane kao funkciju toplinskog stresa.

Kokoši nesnice. Izvor: Peloy (Allan HM)

Ako se hrana hrani u najtoplijim satima dana, kokoš ga manje asimilira i proizvodnja se smanjuje. Slijedom toga, porast temperature u okolišu podrazumijeva smanjenje produktivnosti kokoši na otvorenom.

stoka

Povećanje temperature prisiljava životinje na aktiviranje fizioloških mehanizama termoregulacije. To uključuje ulaganje energije koja se oduzima od debljanja ili proizvodnje mlijeka.

S druge strane, kako temperatura raste, životinje mijenjaju svoje prioritete u hranidbi. U tim se slučajevima povećava unos vode, a potrošnja suhe tvari smanjuje, s posljedičnim gubitkom težine.

- Zagađenje i žabe

Ekofiziološke studije omogućavaju povezivanje fiziologije životinjskih vrsta sa njihovim okolišem i utvrđivanje mogućih negativnih učinaka onečišćenja. Primjer za to je trenutačno stanje prijetnje kojem su izložene žabe i žabe.

Žaba (Atelopus zeteki) osjetljiva na onečišćenje. Izvor: Brian Gratwicke

Otprilike polovici od 6.500 poznatih vrsta vodozemaca prijeti izumiranje. Ove su životinje vrlo osjetljive na promjene temperature, vlage ili onečišćenja okoliša.

Disanje i cirkulacija vodozemaca

Fiziologija disanja vodozemaca je vrlo osebujna, jer oni dišu i kroz pluća i kroz kožu. Kad su izvan vode, koriste svoja pluća, a u vodi dišu kožom koja je propusna za O2, CO2 i vodu.

Udarac

Oblik disanja čini ove životinje osjetljivim na apsorpciju zagađivača iz zraka i vode. S druge strane, zbog niske koncentracije kisika u vodi, oni slabe jer ga ne apsorbiraju pravilno.

U tim uvjetima oni mogu umrijeti ili postati slabi i podložni napadu patogenih gljivica i bakterija. Jedna od najvećih prijetnji je patogena gljiva Batrachochytrium dendrobatidis, koja inhibira protok elektrolita u koži.

Primjeri primjene u biljkama

- Ekofiziologija biljaka

Globalno zagrijavanje rezultirat će proizvodnjom određenih kultura u nekim područjima zbog zakona tolerancije. Odnosno, čimbenici poput dostupnosti vode ići će izvan raspona tolerancije vrsta.

Xerophytes. Izvor: Tomas Castelazo

Međutim, sušne zone su razvile strategije za prilagodbu deficitu vode. U tom smislu, istraživanja u ekofiziologiji biljaka iz sušnih zona pružaju moguće načine za genetsko poboljšanje biljaka.

Osmolytes

Jedna od tih strategija je izmjena ekspresije gena za proizvodnju proteina koji pomažu u toleriranju deficita vode. Među tim proteinima su osmoliti koji pomažu stanicama da održavaju svoj turgor čak i s malo vode.

Poznavanje ovih proteina i njihovog metabolizma može se upotrijebiti genetskim inženjeringom za poboljšanje usjeva.

- Ekofiziologija halofilnih biljaka

Jedan od problema s kojim se suočava poljoprivreda je slanost tla uslijed koncentracije soli dodane vodom za navodnjavanje. Što se više tla zaslađuje, to je manje nasada za proizvodnju hrane.

Halofilne biljke

Međutim, postoje vrste biljaka prilagođene za preživljavanje u uvjetima velike koncentracije soli u tlu. To su takozvane halofitne biljke (Halos = sol; phyto = biljka).

Ove su vrste razvile niz morfoloških i fizioloških prilagodbi kao mehanizama za izbjegavanje apsorpcije soli, imobiliziranje ili izlučivanje.

Halofitne biljke kao hrana

Poznavanje ekofiziologije ovih biljaka služi kao osnova za razvoj poljoprivrednih sustava i njihovu upotrebu kao izvora hrane. Na taj način halofitne vrste koje se uzgajaju na zasoljenim poljoprivrednim tlima mogu se koristiti kao hrana za stoku.

Reference

1. Ariasa, RA, Maderb, TL i Escobara, PC (2008). Klimatski čimbenici koji utječu na produktivne učinke govedine i mliječnih goveda. Arh. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB i Sousa, WP (1994). Amfibija opada: sudeći o stabilnosti, upornosti i podložnosti stanovništva lokalnim i globalnim izumiranjima. Konzervatorska biologija.
3. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije i upravljanja okolišem.
4. Hawkesford, MJ i De Kok, LJ (2007). Ekofiziologija biljaka (svezak 6). Sumpor u biljkama. Ekološka perspektiva.
5. Lüttge, U. i Scarano, FR (2004). Ecophysiology. Brazil magazin. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. i Quiriban, A. (2014). Proteini u toleranciji na vodeni stres u biljkama. SEMIÁRIDA, časopis Agronomskog fakulteta UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH i Heller, HC (2001). Život. Nauka o biologiji.
8. Raven, P., Evert, RF i Eichhorn, SE (1999). Biologija biljaka.