ЕКОФІЗІОЛОГІЯ: ЩО ВИВЧАЄ ТА ЗАСТОСУВАННЯ У ТВАРИН І РОСЛИН - БІОЛОГІЯ - 2025

Ecofisiología є філією екології , яка вивчає функціональну реакцію організмів адаптуватися до змін навколишнього середовища. Кожна жива істота повинна адаптуватися до свого оточення, щоб вижити, і ця адаптація є як структурною, так і функціональною.

Ця дисципліна також відома як фізіологічна екологія або фізіологія навколишнього середовища і породжує як базові, так і прикладні знання. Таким чином, можна знати взаємозв'язок між фізіологією організму та змінами навколишнього середовища.

Екофізіологічні експерименти. Джерело: Расбак

Так само екофізіологія надає інформацію в галузі рослинництва та тваринництва для отримання продуктів харчування. Наприклад, дослідження екофізіології рослин, терпимих до екстремальних умов навколишнього середовища, були корисними для генетичного вдосконалення.

Так само екофізіологічні дослідження дозволяють встановити, які є найбільш підходящі умови навколишнього середовища для досягнення більшої продуктивності тварин. Таким чином, діапазони зміни факторів навколишнього середовища можуть бути встановлені для забезпечення комфорту тварин у виробничих підрозділах.

Що вивчає екофізіологія?

Екофізіологія - це дисципліна, в якій фізіологія та екологія сходяться. Фізіологія - наука, яка вивчає функціонування живих істот та екологія, стосується взаємовідносин між живими істотами та їх довкіллям.

У цьому сенсі екофізіологія вивчає динамічний зв’язок між мінливим середовищем та адаптацією рослинного чи тваринного обміну до цих змін.

- Екологічні експерименти

Для досягнення своєї мети екофізіологія застосовує як описові дослідження, так і експериментальний метод. Для цього він визначає фізико-хімічні фактори, що діють у навколишньому середовищі, та визначає їх вплив на організм.

Ці фактори можуть бути ресурсами, які організм використовує для свого виживання, або умовами, які впливають на його функціонування. Згодом встановлюється фізіологічна реакція живого організму на зміни зазначеного фактора.

Залучені метаболічні системи

Необхідно виявити органічні та функціональні системи, що беруть участь у адаптаційній реакції організму на зміну певного чинника. Наприклад, коли є зміна температури, є реакція з боку терморегуляторної системи людини.

Експериментальний дизайн

Екофізіологія використовує дизайн експериментів для встановлення фізіологічної реакції організму на зміни фактору. Прикладом цього може бути схильність особин виду рослин до різних концентрацій солей у субстраті.

- Види змін довкілля

Після того, як фактори, що вивчаються, будуть визначені, необхідно визначити зміни, що відбуваються в навколишньому середовищі, та їх тимчасову природу, визначивши три типи:

Циклічні зміни

Ці зміни періодично повторюються, наприклад, чергування кліматичних сезонів або день і ніч. Зіткнувшись з цим, жива істота виробило циклічне функціонування, слідуючи ритму змін довкілля.

Денний і нічний цикл. Джерело: Caliver

Наприклад, опадання листя в посушливий сезон знижує потовиділення через брак води. У випадку з тваринами також є адаптації до цих циклічних змін; наприклад, зміна оперення певних птахів.

Пташиник (Lagopus muta) тундри має сезонну гомохромію і представляє біле зимове оперення, а навесні змінюється на темні та строкаті тони. Таким чином, їх камуфляж пристосований до рівномірного білого снігу, а потім до темних тонів навколишнього середовища протягом решти року.

Ще одна адаптація тварин до циклічних змін - сплячка ведмедів та інших видів у зимовий час. Це пов'язано зі зміною швидкості метаболізму, що включає зниження тілесних функцій, таких як температура та частота серцевих скорочень.

Випадкові зміни

Ці типи змін відбуваються випадковим чином, без встановленої закономірності. Наприклад, зсув гірського схилу, розлив нафти або прибуття нового хижака чи збудника хвороби.

Ці типи змін становлять більший ризик для виду, оскільки вони відбуваються різко. У цих випадках реакція організмів залежить від пластичності в уже існуючих функціях.

Зміни спрямованості

Вони - зміни навколишнього середовища, навмисно спричинені людиною для певних цілей. Причиною цього є вирубка лісу для створення пасовища або втручання водно-болотних угідь для вирощування рису.

- Загальні постулати

Починаючи з накопичення експериментальних та спостережливих доказів у природному середовищі, екофізіологія намагається визначити загальні постулати. Це загальні принципи, які випливають із закономірності певних фізіологічних реакцій на зміни навколишнього середовища.

Закон мінімуму Лібіга

Шпренгель (1828) постулює, що визначальним фактором росту організму є найменш дефіцитне середовище. Пізніше цей принцип був популяризований Лібігом (1840) і відомий як Закон про мінімум чи Закон Лібіга.

Варфоломій (1958) застосував цей принцип до поширення видів, вказавши, що він визначається найбільш обмежуючим фактором навколишнього середовища.

Закон толерантності Шелфорда

У 1913 році Віктор Шелфорд заявив, що певний вид існує в певному діапазоні змін для кожного фактору навколишнього середовища та їх взаємодії. Це відомо як межі толерантності, за межами яких вид не виживає.

Закон толерантності Шелфорда. Джерело: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Цей принцип визначає, що за амплітудою зміни певного фактору навколишнього середовища існують три можливі стани для організму. Ці стани оптимальні, фізіологічний стрес і непереносимість.

У цьому сенсі в оптимальному діапазоні чинника популяції виду будуть в достатку. Відходячи від оптимального, людина потрапляє у зону стресу, де популяція зменшується, і поза межами граничної толерантності вид зникає.

- Цифрові технології та екофізіологія

Як і у всій науці, екофізіологічні дослідження були розширені розвитком нових технологій. Завдяки своєму експериментальному характеру, ця дисципліна, зокрема, сприяла розвитку цифрових технологій.

Сьогодні існує різноманітність портативних електронних пристроїв, які дозволяють вимірювати фактори навколишнього середовища у цій галузі. Серед них - вимірювачі сонячної радіації, температура, відносна вологість повітря, площа листя, серед інших.

Приклади застосування у тварин

- Вплив температури на продуктивність сільськогосподарських тварин

Дуже актуальною сферою є екофізіологія, застосовувана до тваринництва, яка прагне зрозуміти реакцію племінних тварин на зміну факторів навколишнього середовища. Одним із таких факторів є температура, враховуючи сучасну тенденцію зростання середньої глобальної температури.

Гомеотермія

Переважна більшість племінних тварин є гомеотермічними, тобто вони підтримують стабільну внутрішню температуру, незважаючи на зміни навколишнього середовища. Це досягається за рахунок вкладення хімічної енергії для компенсації збільшення або зниження зовнішньої температури.

Цей процес компенсації зовнішньої температури досягається за рахунок терморегуляції, яка включає гіпоталамус, дихальну систему та шкіру.

Курей-несучок

Час дня годування куркою-несучкою було визнано важливим для її продуктивності. У цьому випадку це стосується асиміляційної здатності їжі як функції теплового стресу.

Курей-несучок. Джерело: Peloy (Allan HM)

Якщо корм поставляється в найспекотніші години дня, курка засвоює його менше, а його виробництво зменшується. Отже, підвищення температури навколишнього середовища передбачає зниження продуктивності курей вільного вигулу.

ВРХ

Підвищення температури змушує тварин активувати фізіологічні механізми терморегуляції. Це передбачає вкладення енергії, яка віднімається від збільшення ваги або виробництва молока.

З іншого боку, у міру підвищення температури тварини змінюють свої пріоритети годування. У цих випадках збільшується споживання води, а споживання сухої речовини зменшується з наслідком втрати ваги.

- Забруднення і жаби

Екофізіологічні дослідження дають можливість співвідносити фізіологію видів тварин із їх довкіллям та встановити можливі негативні наслідки забруднення. Прикладом цього є сучасний стан загрози, якому піддаються жаби та жаби.

Жаба (Atelopus zeteki) чутлива до забруднення. Джерело: Брайан Гратвіке

Близько половини з 6500 відомих видів земноводних загрожує вимиранням. Ці тварини дуже чутливі до змін температури, вологості або забруднення навколишнього середовища.

Дихання та кровообіг земноводних

Фізіологія дихання земноводних дуже своєрідна, оскільки вони дихають як через легені, так і через шкіру. Коли вони виходять з води, вони використовують легені, а у воді вони дихають своєю шкірою, яка проникна для O2, CO2 та води.

Вплив

Форма дихання робить цих тварин сприйнятливими до поглинання забруднюючих речовин як повітря, так і води. З іншого боку, через низьку концентрацію кисню у воді вони слабшають, оскільки не засвоюють її належним чином.

За цих умов вони можуть загинути або стати слабкими і бути сприйнятливими до нападу патогенними грибами та бактеріями. Однією з найбільших загроз є патогенний грибок Batrachochytrium dendrobatidis, який гальмує надходження електролітів у шкіру.

Приклади застосування в рослинах

- Екофізіологія рослин

Глобальне потепління призведе до виробництва певних культур у деяких районах завдяки закону толерантності. Тобто такі фактори, як наявність води, будуть виходити за межі діапазону допуску виду.

Ксерофіти. Джерело: Томаш Кастелацо

Однак засушливі види зони розробили стратегії адаптації до дефіциту води. У цьому сенсі дослідження екофізіології рослин посушливих зон дають можливі шляхи для генетичного вдосконалення рослин.

Осмоліти

Однією з таких стратегій є модифікація експресії генів для отримання білків, які допомагають переносити дефіцит води. Серед цих білків є осмоліти, які допомагають клітинам підтримувати тургор навіть з малою кількістю води.

Знання цих білків та їх метаболізму може використовуватися генною інженерією для покращення врожаю.

- Екофізіологія галофільних рослин

Однією з проблем, з якими стикається сільське господарство, є солоність ґрунтів через концентрацію солей, доданих в зрошувальні води. Чим більше ґрунтів засолюється, тим менше сільськогосподарських культур є для виробництва продуктів харчування.

Галофільні рослини

Однак є види рослин, пристосованих для виживання в умовах високої концентрації солей у ґрунті. Це так звані галофітні рослини (Halos = сіль; phyto = рослина).

Ці види розробили низку морфологічних та фізіологічних адаптацій як механізмів уникнення поглинання солі, знерухомлення або виведення її з організму.

Галофітні рослини як їжа

Знання про екофізіологію цих рослин слугують основою для розвитку сільськогосподарських систем та використання їх як джерел харчування. Таким чином, галофітні види, які культивуються на засолених сільськогосподарських ґрунтах, можуть використовуватися як корм для худоби.

Список літератури

1. Ariasa, RA, Maderb, TL та Escobara, PC (2008). Кліматичні фактори, які впливають на продуктивні показники яловичини та молочної худоби. Арх Мед.
2. Blaustein, AR, Wake, DB та Sousa, WP (1994). Амфібія знижується: судячи з стабільності, стійкості та сприйнятливості населення до місцевих та глобальних вимирань. Біологія збереження.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). Енциклопедія екології та екологічного менеджменту.
4. Хоуксфорд, Міссісі та Де Кок, LJ (2007). Екофізіологія рослин (т. 6). Сірка в рослинах. Екологічна перспектива.
5. Lüttge, U. та Scarano, FR (2004). Екофізіологія. Журнал Бразилія Бот.
6. Перейра-Кардозо, М. та Квірібан, А. (2014). Білки при толерантності до водяного стресу в рослинах. SEMIÁRIDA, журнал факультету агрономії UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH та Heller, HC (2001). Життя. Наука про біологію.
8. Ворон, П., Еверт, РФ та Ейхорн, SE (1999). Біологія рослин.