EKOFIZIOLOĢIJA: TO PĒTĪJUMI UN PIELIETOJUMS DZĪVNIEKIEM UN AUGIEM - BIOLOĢIJA - 2025

Ecofisiología ir filiāle ekoloģijas, kas pēta funkcionālo atbildes organismu, lai pielāgotos vides pārmaiņām. Katrai dzīvai būtnei ir jāpielāgojas savai videi, lai izdzīvotu, un šī adaptācija ir gan strukturāla, gan funkcionāla.

Šī disciplīna ir pazīstama arī kā fizioloģiskā ekoloģija vai vides fizioloģija, un tā rada gan pamatzināšanas, gan lietišķās zināšanas. Tādējādi ir iespējams uzzināt saistību starp organisma fizioloģiju un vides izmaiņām.

Ekofizioloģiskie eksperimenti. Avots: Rasbaks

Tāpat ekofizioloģija sniedz informāciju augu un dzīvnieku audzēšanas jomā, lai iegūtu pārtiku. Piemēram, ģenētiskajā uzlabošanā lieti noderēja to augu ekofizioloģijas pētījumi, kas ir izturīgi pret ārkārtējiem vides apstākļiem.

Tāpat ekofizioloģiskie pētījumi ļauj noteikt, kuri ir vispiemērotākie vides apstākļi, lai sasniegtu lielāku dzīvnieku produktivitāti. Tādējādi, lai nodrošinātu komfortu dzīvniekiem ražošanas vienībās, var noteikt dažādu vides faktoru variācijas.

Ko pēta ekofizioloģija?

Ekofizioloģija ir disciplīna, kurā fizioloģija un ekoloģija saplūst. Fizioloģija ir zinātne, kas pēta dzīvo būtņu darbību un ekoloģiju, pievēršas attiecībām starp dzīvām būtnēm un viņu vidi.

Šajā ziņā ekofizioloģija pēta dinamiskās attiecības starp mainīgo vidi un augu vai dzīvnieku metabolisma pielāgošanos šīm izmaiņām.

- Ekoloģiskie eksperimenti

Lai sasniegtu savu mērķi, ekofizioloģija izmanto gan aprakstošus pētījumus, gan eksperimentālo metodi. Šajā nolūkā tas identificē fizikāli ķīmiskos faktorus, kas darbojas vidē, un nosaka to ietekmi uz ķermeni.

Šie faktori var būt resursi, kurus organisms izmanto savai izdzīvošanai, vai apstākļi, kas ietekmē tā darbību. Pēc tam tiek noteikta dzīvā organisma fizioloģiskā reakcija uz minētā faktora izmaiņām.

Iesaistītās metabolisma sistēmas

Jāidentificē organiskās un funkcionālās sistēmas, kas iesaistītas organisma adaptīvajā reakcijā uz noteikta faktora izmaiņām. Piemēram, ja mainās temperatūra, indivīda termoregulācijas sistēma reaģē uz to.

Eksperimentālais dizains

Ekofizioloģijā tiek izmantots eksperimentu plāns, lai noteiktu organisma fizioloģisko reakciju uz faktora izmaiņām. Tā piemērs var būt augu sugas indivīdu pakļaušana atšķirīgai sāls koncentrācijai substrātā.

- Vides izmaiņu veidi

Kad ir definēti pētāmie faktori, jāidentificē vidē notiekošās izmaiņas un to laicīgums, nosakot trīs veidus:

Cikliskās izmaiņas

Šīs izmaiņas periodiski atkārtojas, piemēram, klimatisko gadalaiku maiņa vai diena un nakts. Saskaroties ar tiem, dzīvā būtne ir attīstījusi ciklisku darbību, ievērojot vides pārmaiņu ritmu.

Dienas un nakts cikls. Avots: Caliver

Piemēram, lapu krišana sausajā sezonā, lai samazinātu svīšanu ūdens trūkuma dēļ. Dzīvniekiem ir arī pielāgošanās šīm cikliskajām izmaiņām; piemēram, dažu putnu apspalvojuma maiņa.

Tundras ptarmigānam (Lagopus muta) ir sezonāla homohromija un balta ziemas apspalvojums, savukārt pavasarī tas mainās uz tumšiem un raibiem toņiem. Tādējādi viņu maskēšanās tiek pielāgota vienveidīgam sniega baltumam un pēc tam pārējā gada laikā tumšajiem vides toņiem.

Vēl viena dzīvnieku pielāgošanās cikliskām izmaiņām ir lāču un citu sugu pārziemošana ziemas laikā. Tas ietver izmaiņas vielmaiņas ātrumā, kas ietver ķermeņa funkciju samazināšanos, piemēram, temperatūru un sirdsdarbības ātrumu.

Nejaušas izmaiņas

Šāda veida izmaiņas notiek nejauši, bez noteiktas regularitātes. Piemēram, kalnu nogāzes nogruvums, naftas noplūde vai jauna plēsoņa vai patogēna ierašanās.

Šie izmaiņu veidi rada lielāku risku sugām, jo ​​tie notiek krasi.Šajos gadījumos organismu reakcija ir atkarīga no jau esošo funkciju plastiskuma.

Virziena izmaiņas

Tās ir izmaiņas vidē, kuras apzināti izraisa cilvēki noteiktiem mērķiem. Šajā gadījumā tas ir meža atmežošana, lai izveidotu ganības, vai mitrāja iejaukšanās rīsu audzēšanai.

- vispārīgi postulāti

Sākot no eksperimentālo un novērojumu pierādījumu uzkrāšanas dabiskajā vidē, ekofizioloģija mēģina definēt vispārīgus postulātus. Šie ir vispārīgi principi, kas izriet no noteiktu fizioloģisko reakciju uz apkārtējās vides izmaiņām regularitātes.

Lībigas minimālais likums

Sprengels (1828) postulēja, ka noteicošais faktors organisma augšanā ir tas, kas vidē ir vistrūcīgākais. Vēlāk šo principu popularizēja Liebig (1840), un to sauc par Minimālo likumu vai Liebig likumu.

Bārtuļa (1958) šo principu piemēroja sugu izplatībai, norādot, ka to nosaka visierobežojošākais vides faktors.

Šelforda tolerances likums

1913. gadā Viktors Šelfords paziņoja, ka noteiktas sugas pastāv noteiktā variācijas diapazonā katram vides faktoram un to mijiedarbībai. To sauc par tolerances ierobežojumiem, ārpus kuriem suga neizdzīvo.

Šelforda tolerances likums. Avots: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Šis princips nosaka, ka noteikta vides faktora variācijas amplitūdā organismam ir trīs iespējamie stāvokļi. Šie stāvokļi ir optimāli, fizioloģiskais stress un neiecietība.

Šajā ziņā optimālā koeficienta diapazonā sugu populācijas būs bagātīgas. Atkāpjoties no optimālā, cilvēks nonāk stresa zonā, kur populācijas samazinās, un ārpus pieļaujamās robežas suga pazūd.

- digitālā tehnoloģija un ekofizioloģija

Tāpat kā visā zinātnē, ekofizioloģiskos pētījumus ir uzlabojuši jaunu tehnoloģiju izstrāde. Eksperimentālā rakstura dēļ šo disciplīnu īpaši atbalsta digitālās tehnoloģijas attīstība.

Mūsdienās ir daudzveidīgas pārnēsājamās elektroniskās ierīces, kas ļauj izmērīt vides faktorus šajā jomā. Starp tiem ir saules starojuma mērītāji, temperatūra, relatīvais mitrums, lapu platība.

Lietošanas piemēri dzīvniekiem

- Temperatūras ietekme uz lauksaimniecības dzīvnieku produktivitāti

Ļoti būtiska joma ir dzīvnieku audzēšanā izmantotā ekofizioloģija, kuras mērķis ir izprast vaislas dzīvnieku reakciju uz vides faktoru izmaiņām. Viens no šiem faktoriem ir temperatūra, ņemot vērā pašreizējo tendenci paaugstināt globālo vidējo temperatūru.

Homeotermija

Lielākajai daļai vaislas dzīvnieku ir homeotermiska nozīme, tas ir, tie uztur stabilu iekšējo temperatūru, neskatoties uz vides atšķirībām. To panāk, ieguldot ķīmiskajā enerģijā, lai kompensētu ārējās temperatūras paaugstināšanos vai pazemināšanos.

Šis ārējās temperatūras kompensācijas process tiek panākts ar termoregulācijas palīdzību, kas ietver hipotalāmu, elpošanas sistēmu un ādu.

Dējējvistas

Ir atzīts, ka dienas laiks dējējvistas barošanai ir svarīgs tās produktivitātei. Šajā gadījumā tam ir sakars ar pārtikas asimilācijas spēju kā siltuma stresa funkciju.

Dējējvistas. Avots: Peloja (Allan HM)

Ja barību piegādā diennakts karstākajās stundās, vista to asimilē mazāk, un tās produkcija samazinās. Līdz ar to vides temperatūras paaugstināšanās nozīmē brīvi turētu vistu produktivitātes samazināšanos.

Liellopi

Temperatūras paaugstināšanās liek dzīvniekiem aktivizēt termoregulācijas fizioloģiskos mehānismus. Tas nozīmē ieguldījumus enerģijā, kas tiek atņemta no svara pieauguma vai piena ražošanas.

No otras puses, paaugstinoties temperatūrai, dzīvnieki maina savas barošanas prioritātes. Šajos gadījumos palielinās ūdens uzņemšana un samazinās sausnas patēriņš, līdz ar to zaudējot svaru.

- Piesārņojums un vardes

Ekofizioloģiskie pētījumi ļauj saistīt dzīvnieku sugu fizioloģiju ar apkārtējo vidi un noteikt piesārņojuma iespējamo negatīvo ietekmi. Tā piemērs ir pašreizējais draudu stāvoklis, kas ir pakļauts vardēm un krupjiem.

Varde (Atelopus zeteki), kas jutīga pret piesārņojumu. Avots: Brian Gratwicke

Apmēram pusei no 6500 zināmajām abinieku sugām draud izmiršana. Šie dzīvnieki ir ļoti jutīgi pret temperatūras, mitruma vai vides piesārņotāju izmaiņām.

Abinieku elpošana un cirkulācija

Abinieku elpošanas fizioloģija ir ļoti savdabīga, jo tie elpo gan caur plaušām, gan caur ādu. Atrodoties ārpus ūdens, viņi izmanto savas plaušas, un ūdenī viņi elpo caur ādu, kas ir caurlaidīga O2, CO2 un ūdenim.

Ietekme

Elpošanas forma padara šos dzīvniekus uzņēmīgus pret piesārņotāju absorbciju gan no gaisa, gan ūdens. No otras puses, zemas skābekļa koncentrācijas dēļ ūdenī tie vājina, jo tie to neuzsūc pareizi.

Šādos apstākļos viņi var nomirt vai kļūt vāji, un ir pakļauti patogēno sēņu un baktēriju uzbrukumiem. Viens no lielākajiem draudiem ir patogēns sēnīte Batrachochytrium dendrobatidis, kas kavē elektrolītu plūsmu ādā.

Lietošanas piemēri augos

- Augu ekofizioloģija

Globālās sasilšanas dēļ dažos apgabalos dažu kultūru audzēšana notiks tolerances likuma dēļ. Tas ir, tādi faktori kā ūdens pieejamība būs ārpus sugu pieļaujamās robežas.

Kserofīti. Avots: Tomas Castelazo

Tomēr sausās zonas sugas ir izstrādājušas stratēģijas, lai pielāgotos ūdens deficītam. Šajā ziņā pētījumi sauso zonu augu ekofizioloģijā nodrošina iespējamos augu ģenētiskās uzlabošanas ceļus.

Osmolīti

Viena no šīm stratēģijām ir gēnu ekspresijas modifikācija, lai iegūtu olbaltumvielas, kas palīdz paciest ūdens deficītu. Starp šiem proteīniem ir osmolīti, kas palīdz šūnām uzturēt savu turgoru pat ar nelielu ūdens daudzumu.

Zināšanas par šīm olbaltumvielām un to metabolismu var izmantot gēnu inženierijā, lai uzlabotu kultūraugus.

- Halofilu augu ekofizioloģija

Viena no problēmām, ar ko saskaras lauksaimniecība, ir augsnes sāļums, pateicoties koncentrācijai sāļos, ko pievieno apūdeņošanas ūdeņi. Jo vairāk augsnes kļūst sāļākas, jo mazāk aramzemes ir pieejama pārtikas ražošanai.

Halofīlie augi

Tomēr ir augu sugas, kas pielāgotas, lai izdzīvotu apstākļos, kad augsnē ir augsta sāļu koncentrācija. Tie ir tā sauktie halophytic augi (Halos = sāls; phyto = augs).

Šīs sugas ir izstrādājušas virkni morfoloģisko un fizioloģisko pielāgojumu kā mehānismus, lai izvairītos no sāls absorbcijas, imobilizētu to vai izdalītu to.

Halofītiski augi kā pārtika

Zināšanas par šo augu ekofizioloģiju kalpo par pamatu lauksaimniecības sistēmu veidošanai un izmantošanai par pārtikas avotiem. Tādā veidā halofītiskās sugas, kuras kultivē sāļās lauksaimniecības augsnēs, var izmantot kā barību mājlopiem.

Atsauces

1. Ariasa, RA, Maderb, TL un Escobara, PC (2008). Klimatiskie faktori, kas ietekmē liellopu un piena liellopu produktīvo darbību. Arhīvs Med. Veter.
2. Blaustein, AR, Wake, DB un Sousa, WP (1994). Abinieku skaita samazināšanās: spriežot par iedzīvotāju stabilitāti, noturību un uzņēmību pret vietēju un globālu izmiršanu. Saglabāšanas bioloģija.
3. Calow, P. (Red.) (1998). Ekoloģijas un vides pārvaldības enciklopēdija.
4. Hawkesford, MJ un De Kok, LJ (2007). Augu ekofizioloģija (6. sēj.). Sērs augos. Ekoloģiskā perspektīva.
5. Lüttge, U. un Scarano, FR (2004). Ekofizioloģija. Brazīlijas žurnāls. Bot.
6. Perejara-Kardozo, M. un Quiriban, A. (2014). Olbaltumvielas, kas izturīgas pret ūdens stresu augos. SEMIÁRIDA, Agronomijas fakultātes žurnāls UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH un Heller, HC (2001). Dzīve. Bioloģijas zinātne.
8. Raven, P., Evert, RF un Eichhorn, SE (1999). Augu bioloģija.