Ecofisiologia Quali studi e applicazioni in animali e verdure

IL Ecofisiologia È il ramo dell'ecologia che studia la risposta funzionale degli organismi nel loro adattamento ai cambiamenti ambientali. Ogni essere vivente deve adattarsi al suo ambiente per sopravvivere e questo adattamento è sia strutturale che funzionale.

Questa disciplina è anche nota come ecologia fisiologica o fisiologia ambientale e genera conoscenze sia di base che applicata. Pertanto, è possibile conoscere la relazione tra la fisiologia di un organismo e le alterazioni ambientali.

Esperimenti ecofisiologici. Fonte: Rasbak [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/]]

Allo stesso modo, l'ecofisiologia fornisce informazioni nel campo della produzione vegetale e animale per generare cibo. Ad esempio, gli studi sull'ecofisiologia delle piante tolleranti alle condizioni ambientali estreme sono stati utili nel miglioramento genetico.

Allo stesso modo, gli studi ecofisiologici consentono di stabilire quali sono le condizioni ambientali più appropriate per raggiungere una maggiore produttività animale. Pertanto, possono essere stabiliti intervalli di variazione dei fattori ambientali per fornire conforto agli animali nelle unità di produzione.

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Cosa studi l'ecofisiologia?

L'ecofisiologia è una disciplina in cui la fisiologia ed ecologia converge. Fisiologia La scienza che studia il funzionamento degli esseri viventi e l'ecologia affronta le relazioni tra gli esseri viventi e il loro ambiente.

In questo senso, l'ecofisiologia studia la relazione dinamica tra l'ambiente e gli adattamenti del metabolismo delle piante o degli animali prima di questi cambiamenti.

- Sperimentazione ecologica

Per raggiungere il suo obiettivo, l'ecofisiologia applica sia la ricerca descrittiva che il metodo sperimentale. Per questo, identificare i fattori fisici-chimici che agiscono sull'ambiente e ne determinano l'effetto sul corpo.

Questi fattori possono essere risorse utilizzate dall'organismo per sopravvivenza o condizioni che influiscono sul suo funzionamento. Successivamente, la risposta fisiologica dell'organismo vivente è stabilita prima delle variazioni di detto fattore.

Sistemi metabolici coinvolti

È necessario identificare i sistemi organici e funzionali coinvolti nella risposta adattiva dell'organismo al cambiamento di un determinato fattore. Ad esempio, quando ci sono cambiamenti di temperatura c'è una risposta dal sistema di termoregolazione dell'individuo.

Design sperimentale

Ecofisiologia ricorre alla progettazione di esperimenti per stabilire la risposta fisiologica dell'organismo ai cambiamenti in un fattore. Un esempio di ciò può essere soggetto a individui da una specie vegetale a diverse concentrazioni di sale nel substrato.

- Tipi di cambiamenti ambientali

Una volta che i fattori da studiare, è necessario identificare i cambiamenti che si verificano nell'ambiente e il loro carattere temporale, definendo tre tipi:

Cambiamenti ciclici

Questi cambiamenti sono periodicamente ricorrenti, come l'alternanza di stazioni climatiche o diurne e notturne. Prima di questi l'essere vivente ha anche sviluppato funzionamento ciclico in seguito al ritmo del cambiamento ambientale.

Ciclo diurno e notturno. Fonte: Caliver [CC0]

Ad esempio, la caduta delle foglie nella stagione secca per ridurre il sudore prima del deficit idrico. Nel caso degli animali, ci sono anche adattamenti a questi cambiamenti ciclici; Ad esempio il cambiamento di piumaggio di alcuni uccelli.

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Il Nival Perdiz (Lagopus muta) della tundra ha l'omochromia stagionale e presenta piumaggio bianco invernale mentre in primavera si trasforma in toni scuri e variegati. Così il suo camuffamento è adattato all'uniforme Biancaneve e poi ai toni scuri dell'ambiente durante il resto dell'anno.

Un altro adattamento animale ai cambiamenti ciclici è l'ibernazione di orsi e altre specie nei tempi invernali. Ciò implica cambiamenti nel ritmo metabolico che includono la riduzione delle funzioni del corpo, come la temperatura e la frequenza cardiaca.

Cambiamenti casuali

Questi tipi di cambiamenti si verificano in modo casuale, senza regolarità. Ad esempio, la frana di un pendio montuoso, una fuoriuscita di petrolio o l'arrivo di un nuovo predatore o patogeno.

Questi tipi di cambiamenti rappresentano un rischio maggiore per le specie, poiché si verificano drasticamente in questi casi, la risposta degli organismi dipende dalla plasticità nelle funzioni esistenti.

Cambiamenti direzionali

Sono cambiamenti nell'ambiente causato intenzionalmente dall'essere umano con alcuni scopi. Un caso di ciò è la deforestazione di una foresta per stabilire un pascolo o l'intervento di una zona umida per coltivare il riso.

- Postulati generali

A partire dall'accumulo di prove sperimentali e osservative nel campo naturale, l'ecofisiologia cerca di definire postulati generali. Questi sono principi generali che emergono dalla regolarità di alcune risposte fisiologiche ai cambiamenti ambientali.

Legge minima di Liebig

Sprengel (1828) ha ipotizzato che il fattore determinante nella crescita di un organismo sia il più scarso nell'ambiente. Successivamente, questo principio è stato reso popolare da Liebig (1840) ed è noto come la legge del minimo o della legge di Liebig.

Bartolomeo (1958) ha applicato questo principio alla distribuzione delle specie, sottolineando che è determinato dal fattore ambientale più limitante.

Legge sulla tolleranza di Shelford

Nel 1913, Víctor Shelford dichiarò che esiste una determinata specie in un'ampiezza di variazione definita per ciascun fattore ambientale e le sue interazioni. È ciò che è noto come limiti di tolleranza, al di fuori dei quali la specie non sopravvive.

Shelford Tollerance Law. Fonte: http: // ecologia ambientale.Wikispaces.com/ [cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Questo principio definisce che nell'ampiezza della variazione di un determinato fattore ambientale ci sono tre possibili stati per il corpo. Questi stati sono stress e intolleranza ottimali e fisiologici.

In questo senso, nella striscia ottimale del fattore, le popolazioni della specie saranno abbondanti. Quando si allontana da quello ottimale, viene inserita un'area di stress in cui le popolazioni diminuiscono e al di fuori della tolleranza limitano la specie scompare.

- Tecnologia digitale ed ecofisiologia

Come nella scienza, gli studi ecofisiologici sono stati migliorati dallo sviluppo di nuove tecnologie. A causa della sua natura sperimentale, questa particolare disciplina è stata favorita dallo sviluppo della tecnologia digitale.

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Oggi ci sono diversità di dispositivi elettronici portatili che consentono di misurare i fattori ambientali nel campo. Tra questi ci sono contatori di radiazioni solari, temperatura, umidità relativa, area fogliare, tra gli altri.

Esempi di applicazioni negli animali

- Effetto di temperatura sugli animali riproduttive

Un campo molto rilevante è l'ecofisiologia applicata alla produzione animale che cerca di comprendere la risposta degli animali riproduttori alla variazione di fattori ambientali. Uno di questi fattori è la temperatura, tenendo conto dell'attuale tendenza per aumentare la temperatura media globale.

Omeotermia

Gli animali da riproduzione sono principalmente omeotermie, cioè mantengono la loro temperatura interna stabile nonostante le variazioni ambientali. Ciò si ottiene grazie all'investimento energetico chimico per compensare gli aumenti o le diminuzioni della temperatura esterna.

Questo processo di compensazione della temperatura esterna si ottiene attraverso la termoregolazione, che comporta ipotalamo, sistema respiratorio e pelle.

Posa di polli

È stato stabilito che l'ora del giorno in cui si nutre di un pollo messo è importante per la produttività. In questo caso ha a che fare con la capacità di assimilare il cibo in base allo stress termico.

Posa di polli. Fonte: Pely (Allan H.M.) [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Se il cibo viene fornito nelle ore più calde del giorno, il pollo assimila di meno e la sua produzione diminuisce. Di conseguenza, l'aumento della temperatura ambiente implica una diminuzione della produttività dei polli da recinto.

Bestiame

L'aumento delle temperature costringe gli animali ad attivare i meccanismi fisiologici della termoregolazione. Ciò implica un investimento energetico che viene rubato dall'aumento di peso o dalla produzione di latte.

D'altra parte, aumentando la temperatura, gli animali variano le priorità alimentari. In questi casi, l'assunzione di acqua aumenta e riduce il consumo di materia secca, con la conseguente perdita di peso.

- Inquinamento e rane

Gli studi ecofisiologici consentono alla fisiologia delle specie animali di relazionarsi con il loro ambiente e stabilire i possibili effetti negativi dell'inquinamento. Un esempio di ciò è lo stato attuale di minaccia a cui sono sottoposte alle rane e ai rospi.

Inquinamento da rana (atelopus zeteki). Fonte: Brian Gratwicke [CC di 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)]

Circa la metà dei 6.500 specie conosciute di anfibi sono minacciate di estinzione. Questi animali sono molto sensibili ai cambiamenti di temperatura, umidità o inquinanti ambientali.

La respirazione e la circolazione degli anfibi

La fisiologia del respiro degli anfibi è molto peculiare, poiché respirano sia dai polmoni che attraverso la pelle. Quando sono fuori dall'acqua usano i polmoni e nell'acqua respirano attraverso la pelle che è permeabile a O2, CO2 e acqua.

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Impatto

La forma di respirazione rende questi animali suscettibili all'assorbimento di elementi inquinanti di aria e acqua. D'altra parte, data la bassa concentrazione di ossigeno nell'acqua, si indeboliscono perché non lo assorbono correttamente.

In queste condizioni possono morire o indebolirsi ed essere suscettibili all'attacco di funghi e batteri patogeni. Una delle più grandi minacce è il fungo patogeno Batrachochytrium Dendrobatidis, Ciò inibisce il flusso di elettroliti nella pelle.

Esempi di applicazioni nelle piante

- Ecofisiologia delle piante di zone aride

Il riscaldamento globale comporterà alcune aree per produrre determinate colture a causa della legge di tolleranza. Cioè, fattori come la disponibilità di acqua saranno fuori dalla gamma di tolleranza alle specie.

Xerofite. Fonte: Tomas Castelazo [CC BY-SA 2.5 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/2.5)]

Tuttavia, le specie di zone aride hanno sviluppato strategie per adattarsi al deficit idrico. In questo senso, la ricerca sull'ecofisiologia delle piante nelle aree aride fornisce possibili modi per il miglioramento genetico delle piante.

Osmoliti

Una di queste strategie è la modifica dell'espressione genetica per produrre proteine ​​che aiutano a tollerare il deficit idrico. Tra queste proteine ​​ci sono gli osmoliti che contribuiscono alle cellule mantenendo la loro turgidità anche con poca acqua.

La conoscenza di queste proteine ​​e del loro metabolismo può essere utilizzata dall'ingegneria genetica per migliorare le colture.

- Piante alofili Ecofisiologia

Uno dei problemi che affrontano l'agricoltura è la salinità dei terreni a causa della concentrazione di sali che aggiungono acque di irrigazione. Nella misura in cui sono salinati più terreni, l'estensione dei terreni agricoli disponibili per la produzione alimentare è inferiore.

Piante alofili

Tuttavia, ci sono specie di piante adattate per sopravvivere in condizioni ad alta concentrazione di sali nel suolo. Queste sono le piante di alofita così scambiate (Aloni= sale; Fito= pianta).

Queste specie hanno sviluppato una serie di adattamenti morfologici e fisiologici come meccanismi per evitare l'assorbimento del sale, immobilizzarlo o espellerlo.

Piante alofite piace il cibo

La conoscenza dell'ecofisiologia di queste piante funge da base per lo sviluppo di sistemi agricoli e utilizzarli come fonti alimentari. In questo modo, le specie di alofita coltivate in terreni agricoli salinizzati possono essere usate come cibo per il bestiame

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