ЭКОФИЗИОЛОГИЯ: ЧТО ОНА ИЗУЧАЕТ И ПРИМЕНЯЕТ У ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЙ - БИОЛОГИЯ - 2025

Ecofisiología является филиалом экологии , которая изучает функциональную реакцию организмов адаптироваться к изменениям окружающей среды. Каждое живое существо должно адаптироваться к окружающей среде, чтобы выжить, и эта адаптация носит структурный и функциональный характер.

Эта дисциплина, также известная как физиологическая экология или физиология окружающей среды, генерирует как базовые, так и прикладные знания. Таким образом, можно узнать взаимосвязь между физиологией организма и изменениями окружающей среды.

Экофизиологические эксперименты. Источник: Расбак

Точно так же экофизиология предоставляет информацию в области растениеводства и животноводства для производства продуктов питания. Например, исследования экофизиологии растений, устойчивых к экстремальным условиям окружающей среды, были полезны для генетического улучшения.

Точно так же экофизиологические исследования позволяют установить, какие условия окружающей среды являются наиболее подходящими для повышения продуктивности животных. Таким образом, можно установить диапазоны изменения факторов окружающей среды, чтобы обеспечить комфорт животным в производственных помещениях.

Что изучает экофизиология?

Экофизиология - это дисциплина, в которой сходятся физиология и экология. Физиология - наука, изучающая функционирование живых существ и экологию, изучающая отношения между живыми существами и окружающей их средой.

В этом смысле экофизиология изучает динамическую связь между изменяющейся окружающей средой и адаптацией метаболизма растений или животных к этим изменениям.

- Экологические эксперименты

Для достижения своей цели экофизиология применяет как описательные исследования, так и экспериментальные методы. Для этого он определяет физико-химические факторы, действующие в окружающей среде, и определяет их влияние на организм.

Эти факторы могут быть ресурсами, которые организм использует для своего выживания, или условиями, влияющими на его функционирование. Впоследствии устанавливается физиологический ответ живого организма на изменения указанного фактора.

Вовлеченные метаболические системы

Необходимо выявить органические и функциональные системы, участвующие в адаптационной реакции организма на изменение определенного фактора. Например, при изменении температуры есть реакция системы терморегуляции человека.

Экспериментальная дизайн

Экофизиология использует план экспериментов для установления физиологической реакции организма на изменения фактора. Примером этого может быть воздействие на особей одного вида растений различных концентраций соли в субстрате.

- Типы изменений окружающей среды

После определения факторов, которые необходимо изучить, необходимо определить изменения, происходящие в окружающей среде, и их временную природу, выделив три типа:

Циклические изменения

Эти изменения периодически повторяются, например, смена климатических сезонов или дня и ночи. Столкнувшись с ними, живое существо развило циклическое функционирование, следуя ритму изменения окружающей среды.

Дневной и ночной цикл. Источник: Caliver

Например, опадание листьев в засушливый сезон для уменьшения потоотделения из-за нехватки воды. В случае животных также есть адаптации к этим циклическим изменениям; например, изменение оперения некоторых птиц.

Белая куропатка (Lagopus muta) тундры имеет сезонную гомохромию и белое зимнее оперение, а весной оно меняется на темные и пестрые. Таким образом, их камуфляж адаптирован к однородному белому снегу, а затем к темным тонам окружающей среды в остальное время года.

Еще одна адаптация животных к циклическим изменениям - это зимняя спячка медведей и других видов животных. Это включает изменения скорости метаболизма, которые включают снижение функций организма, таких как температура и частота сердечных сокращений.

Случайные изменения

Эти изменения происходят случайно, без установленной закономерности. Например, обвал горного склона, разлив нефти или появление нового хищника или патогена.

Эти типы изменений представляют больший риск для вида, потому что они происходят резко. В этих случаях реакция организмов зависит от пластичности уже существующих функций.

Направленные изменения

Это изменения в окружающей среде, преднамеренно вызванные людьми для определенных целей. Примером этого является вырубка леса для создания пастбища или вмешательство в заболоченные земли для выращивания риса.

- Общие постулаты

Начиная с накопления экспериментальных данных и данных наблюдений в природной среде, экофизиология пытается определить общие постулаты. Это общие принципы, которые вытекают из регулярности определенных физиологических реакций на изменения окружающей среды.

Закон минимума Либиха

Шпренгель (1828) постулировал, что определяющим фактором роста организма является самый дефицитный фактор в окружающей среде. Позже этот принцип был популяризирован Либихом (1840 г.) и известен как Закон минимума или Закон Либиха.

Бартоломью (1958) применил этот принцип к распределению видов, указав, что оно определяется наиболее ограничивающим фактором окружающей среды.

Закон толерантности Шелфорда

В 1913 году Виктор Шелфорд заявил, что определенный вид существует в определенном диапазоне вариаций для каждого фактора окружающей среды и их взаимодействия. Это известно как пределы толерантности, за пределами которых вид не выживает.

Закон толерантности Шелфорда. Источник: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Этот принцип определяет, что по амплитуде изменения того или иного фактора окружающей среды у организма есть три возможных состояния. Это состояния оптимальные, физиологические нагрузки и непереносимость.

В этом смысле в оптимальном диапазоне фактора популяции вида будут многочисленными. При отклонении от оптимума попадаешь в зону стресса, где популяции сокращаются, а за пределами допуска вид исчезает.

- Цифровые технологии и экофизиология

Как и во всей науке, экофизиологические исследования были усилены развитием новых технологий. Из-за своего экспериментального характера эта дисциплина, в частности, получила признание благодаря развитию цифровых технологий.

Сегодня существует множество портативных электронных устройств, которые позволяют измерять факторы окружающей среды в полевых условиях. Среди них, среди прочего, измерители солнечной радиации, температуры, относительной влажности, площади листьев.

Примеры применения у животных

- Влияние температуры на продуктивность сельскохозяйственных животных

Очень актуальной областью является экофизиология, применяемая к животноводству, которая стремится понять реакцию племенных животных на изменение факторов окружающей среды. Одним из этих факторов является температура, учитывая текущую тенденцию к повышению средней глобальной температуры.

Homeothermy

Подавляющее большинство племенных животных гомеотермны, то есть они поддерживают стабильную внутреннюю температуру, несмотря на колебания окружающей среды. Это достигается за счет вложения химической энергии для компенсации повышения или понижения наружной температуры.

Этот процесс компенсации внешней температуры достигается за счет терморегуляции, которая затрагивает гипоталамус, дыхательную систему и кожу.

Куры-несушки

Было обнаружено, что время суток, в которое кормят курицу-несушку, играет важную роль в ее продуктивности. В данном случае это связано с ассимиляционной способностью пищи в зависимости от теплового стресса.

Куры-несушки. Источник: Пелой (Аллан Х.М.)

Если корм подается в самые жаркие часы дня, курица меньше его усваивает, и его продуктивность снижается. Следовательно, повышение температуры окружающей среды означает снижение продуктивности кур на свободном выгуле.

крупный рогатый скот

Повышение температуры заставляет животных активировать физиологические механизмы терморегуляции. Это включает в себя вложение энергии, которое вычитается из набора веса или производства молока.

С другой стороны, с повышением температуры животные меняют приоритеты кормления. В этих случаях потребление воды увеличивается, а потребление сухого вещества уменьшается, что приводит к потере веса.

- Загрязнение и лягушки

Экофизиологические исследования позволяют связать физиологию видов животных с окружающей средой и установить возможные негативные последствия загрязнения. Примером этого является нынешнее состояние угрозы, которому подвергаются лягушки и жабы.

Лягушка (Atelopus zeteki) чувствительна к загрязнениям. Источник: Брайан Грэтвик

Примерно половине из 6 500 известных видов амфибий угрожает исчезновение. Эти животные очень чувствительны к изменениям температуры, влажности или загрязнению окружающей среды.

Дыхание и кровообращение амфибий

Физиология дыхания земноводных очень своеобразна, так как они дышат как легкими, так и через кожу. Когда они выходят из воды, они используют свои легкие, а в воде они дышат через кожу, которая проницаема для O2, CO2 и воды.

Влияние

Форма дыхания делает этих животных восприимчивыми к поглощению загрязняющих веществ как из воздуха, так и из воды. С другой стороны, из-за низкой концентрации кислорода в воде они ослабевают, потому что не поглощают его должным образом.

В этих условиях они могут умереть или стать слабыми и стать уязвимыми для патогенных грибов и бактерий. Одна из самых больших угроз - патогенный гриб Batrachochytrium dendrobatidis, который препятствует току электролитов в коже.

Примеры применения на заводах

- Экофизиология растений

Глобальное потепление приведет к появлению определенных культур в некоторых областях из-за закона терпимости. То есть такие факторы, как доступность воды, выходят за пределы допустимого для данного вида диапазона.

Ксерофиты. Источник: Томас Кастеласо

Однако виды в засушливой зоне разработали стратегии адаптации к дефициту воды. В этом смысле исследования в области экофизиологии растений засушливых зон предоставляют возможные пути для генетического улучшения растений.

осмолиты

Одна из этих стратегий - модификация экспрессии генов для производства белков, которые помогают переносить дефицит воды. Среди этих белков есть осмолиты, которые помогают клеткам поддерживать свой тургор даже при небольшом количестве воды.

Знания об этих белках и их метаболизме могут быть использованы генной инженерией для улучшения сельскохозяйственных культур.

- Экофизиология галофильных растений

Одной из проблем, стоящих перед сельским хозяйством, является засоление почв из-за концентрации солей, добавляемых оросительной водой. Чем больше почвы засолены, тем меньше пахотных земель доступно для производства продуктов питания.

Галофильные растения

Однако есть виды растений, приспособленные к выживанию в условиях высокой концентрации солей в почве. Это так называемые галофитные растения (Halos = соль; phyto = растение).

Эти виды разработали ряд морфологических и физиологических адаптаций в качестве механизмов, позволяющих избегать поглощения соли, иммобилизовать ее или выводить из организма.

Галофитные растения в пищу

Знание экофизиологии этих растений служит основой для развития сельскохозяйственных систем и использования их в качестве источников пищи. Таким образом, галофиты, выращиваемые на засоленных сельскохозяйственных почвах, могут использоваться в качестве корма для скота.

Ссылки

1. Ариаса, Р.А., Мадерб, Т.Л., и Эскобара, ПК (2008). Климатические факторы, влияющие на продуктивность мясного и молочного скота. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB и Sousa, WP (1994). Вымирание земноводных: оценка стабильности, устойчивости и восприимчивости популяций к местным и глобальным исчезновениям. Биология сохранения.
3. Калоу, П. (ред.) (1998). Энциклопедия экологии и природопользования.
4. Хоуксфорд, MJ и Де Кок, LJ (2007). Экофизиология растений (Том 6). Сера в растениях. Экологическая перспектива.
5. Люттге, У. и Скарано, ФР (2004). Экофизиология. Журнал Бразилии. Bot.
6. Перейра-Кардозо, М. и Кирибан, А. (2014). Белки устойчивы к водному стрессу у растений. СЕМИАРИДА, журнал факультета агрономии UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH и Heller, HC (2001). Жизнь. Наука биология.
8. Рэйвен, П., Эверт, Р.Ф. и Эйххорн, С.Е. (1999). Биология растений.