ECOPHYSIOLOGY: NHỮNG GÌ NÓ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN ĐỘNG VẬT VÀ THỰC VẬT - SINH HỌC

Các ecofisiología là một nhánh của hệ sinh thái mà nghiên cứu các phản ứng chức năng của sinh vật để thích nghi với thay đổi môi trường. Mọi sinh vật đều phải thích nghi với môi trường để tồn tại và sự thích nghi này vừa có cấu trúc vừa có chức năng.

Ngành này còn được gọi là sinh thái học hoặc sinh lý môi trường, bao gồm cả kiến thức cơ bản và ứng dụng. Như vậy, có thể biết được mối quan hệ giữa sinh lý của sinh vật và sự biến đổi của môi trường.

Thí nghiệm sinh lý học. Nguồn: Rasbak

Tương tự như vậy, sinh lý học cung cấp thông tin trong lĩnh vực sản xuất động thực vật để tạo ra thức ăn. Ví dụ, các nghiên cứu về sinh lý học của thực vật chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt đã rất hữu ích trong việc cải thiện di truyền.

Tương tự như vậy, các nghiên cứu sinh lý học cho phép thiết lập những điều kiện môi trường thích hợp nhất để đạt được năng suất vật nuôi cao hơn. Do đó, các phạm vi thay đổi của các yếu tố môi trường có thể được thiết lập để tạo sự thoải mái cho động vật trong các đơn vị sản xuất.

Sinh lý học nghiên cứu những gì?

Ecophysiology là một ngành học mà sinh lý học và sinh thái học hội tụ. Sinh lý học là khoa học nghiên cứu hoạt động của các sinh vật và sinh thái học giải quyết các mối quan hệ giữa sinh vật sống và môi trường của chúng.

Theo nghĩa này, sinh lý học nghiên cứu mối quan hệ năng động giữa sự thay đổi của môi trường và sự thích nghi của quá trình trao đổi chất của thực vật hoặc động vật đối với những thay đổi này.

- Thí nghiệm sinh thái

Để đạt được mục tiêu của nó, sinh lý học áp dụng cả nghiên cứu mô tả và phương pháp thực nghiệm. Đối với điều này, nó xác định các yếu tố vật lý - hóa học hoạt động trong môi trường và xác định ảnh hưởng của chúng đối với cơ thể.

Những yếu tố này có thể là tài nguyên mà sinh vật sử dụng để tồn tại hoặc các điều kiện ảnh hưởng đến hoạt động của nó. Sau đó, phản ứng sinh lý của cơ thể sống đối với các biến thể của yếu tố nói trên được thiết lập.

Hệ thống trao đổi chất liên quan

Cần xác định các hệ thống hữu cơ và chức năng tham gia vào phản ứng thích nghi của sinh vật trước sự thay đổi của một yếu tố nào đó. Ví dụ, khi có những thay đổi về nhiệt độ, hệ thống điều hòa nhiệt của cá nhân sẽ có phản ứng.

Thiết kế thử nghiệm

Ecophysiology sử dụng thiết kế các thí nghiệm để thiết lập phản ứng sinh lý của sinh vật đối với những thay đổi của một yếu tố. Một ví dụ về điều này có thể là cho các cá thể của một loài thực vật tiếp xúc với các nồng độ muối khác nhau trong chất nền.

- Các dạng thay đổi môi trường

Khi các yếu tố cần nghiên cứu đã được xác định, cần phải xác định những thay đổi xảy ra trong môi trường và bản chất thời gian của chúng, xác định ba loại:

Thay đổi theo chu kỳ

Những thay đổi này lặp lại theo chu kỳ, chẳng hạn như sự luân phiên của các mùa khí hậu hoặc ngày và đêm. Đối mặt với những điều này, sinh vật đã phát triển hoạt động theo chu kỳ, theo nhịp thay đổi của môi trường.

Chu kỳ ngày và đêm. Nguồn: Caliver

Ví dụ như sự rụng lá vào mùa khô để giảm bớt mồ hôi do thiếu nước. Trong trường hợp của động vật, cũng có những thích nghi với những thay đổi theo chu kỳ này; ví dụ sự thay đổi bộ lông của một số loài chim nhất định.

Loài ptarmigan (Lagopus muta) của lãnh nguyên có sắc độ đồng màu theo mùa và có bộ lông màu trắng vào mùa đông trong khi vào mùa xuân, nó chuyển sang tông màu tối và loang lổ. Do đó, lớp ngụy trang của chúng thích nghi với màu trắng đồng nhất của tuyết và sau đó là tông màu tối của môi trường trong suốt thời gian còn lại của năm.

Một động vật khác thích nghi với những thay đổi theo chu kỳ là thời gian ngủ đông của gấu và các loài khác vào thời gian mùa đông. Điều này liên quan đến những thay đổi trong tỷ lệ trao đổi chất bao gồm giảm các chức năng cơ thể, chẳng hạn như nhiệt độ và nhịp tim.

Thay đổi ngẫu nhiên

Những loại thay đổi này xảy ra một cách ngẫu nhiên, không có tính quy luật được thiết lập. Ví dụ, sạt lở sườn núi, tràn dầu hoặc sự xuất hiện của động vật ăn thịt hoặc mầm bệnh mới.

Những loại thay đổi này có nguy cơ lớn hơn đối với các loài, bởi vì chúng xảy ra rất mạnh.

Thay đổi hướng

Chúng là những thay đổi của môi trường do con người cố ý gây ra với những mục đích nhất định. Trường hợp này là phá rừng để làm đồng cỏ hoặc can thiệp vào đất ngập nước để trồng lúa.

- Định đề chung

Bắt đầu từ việc tích lũy bằng chứng thực nghiệm và quan sát trong môi trường tự nhiên, sinh lý học cố gắng xác định các định đề chung. Đây là những nguyên tắc chung xuất hiện từ sự đều đặn của các phản ứng sinh lý nhất định đối với những thay đổi của môi trường.

Định luật tối thiểu của Liebig

Sprengel (1828) công nhận rằng yếu tố quyết định sự phát triển của sinh vật là yếu tố khan hiếm nhất trong môi trường. Sau đó, nguyên tắc này được phổ biến bởi Liebig (1840), và được gọi là Định luật Tối thiểu hoặc Định luật Liebig.

Bartholomew (1958) đã áp dụng nguyên tắc này vào sự phân bố của các loài, chỉ ra rằng nó được xác định bởi yếu tố môi trường hạn chế nhất.

Luật khoan dung của Shelford

Năm 1913, Victor Shelford tuyên bố rằng một loài nhất định tồn tại trong một phạm vi biến động xác định đối với từng yếu tố môi trường và các tương tác của chúng. Đây được gọi là giới hạn chịu đựng, nằm ngoài giới hạn mà loài không tồn tại được.

Luật khoan dung của Shelford. Nguồn: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Nguyên tắc này xác định rằng trong biên độ biến thiên của một nhân tố môi trường nhất định có ba trạng thái có thể xảy ra đối với sinh vật. Những trạng thái này là tối ưu, căng thẳng sinh lý và không dung nạp.

Theo nghĩa này, trong phạm vi tối ưu của yếu tố, các quần thể của loài sẽ phong phú. Khi di chuyển khỏi mức tối ưu, con người đi vào vùng căng thẳng, nơi quần thể giảm và ngoài giới hạn chịu đựng, loài biến mất.

- Công nghệ kỹ thuật số và sinh lý học

Như trong tất cả các ngành khoa học, các nghiên cứu sinh lý học đã được nâng cao nhờ sự phát triển của các công nghệ mới. Do tính chất thử nghiệm của nó, ngành học này đặc biệt được ưa chuộng bởi sự phát triển của công nghệ kỹ thuật số.

Ngày nay có sự đa dạng của các thiết bị điện tử cầm tay cho phép đo các yếu tố môi trường tại hiện trường. Trong số này có máy đo bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm tương đối, diện tích lá, trong số những máy khác.

Ví dụ về ứng dụng trên động vật

- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất của vật nuôi

Một lĩnh vực rất liên quan là sinh lý học áp dụng cho chăn nuôi, nhằm tìm hiểu phản ứng của động vật giống đối với sự biến đổi của các yếu tố môi trường. Một trong những yếu tố này là nhiệt độ, có tính đến xu hướng tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu hiện nay.

Homeothermy

Phần lớn các động vật sinh sản có nhiệt độ nội nhiệt, tức là chúng duy trì nhiệt độ bên trong ổn định bất chấp các biến đổi của môi trường. Điều này đạt được thông qua việc đầu tư năng lượng hóa học để bù đắp cho sự tăng hoặc giảm nhiệt độ bên ngoài.

Quá trình bù nhiệt độ bên ngoài này được thực hiện thông qua quá trình điều nhiệt, liên quan đến vùng dưới đồi, hệ hô hấp và da.

Gà mái đẻ

Thời gian cho ăn trong ngày của một con gà mái đẻ có vai trò quan trọng đối với năng suất của nó. Trong trường hợp này, nó liên quan đến khả năng đồng hóa của thực phẩm như một hàm của ứng suất nhiệt.

Gà mái đẻ. Nguồn: Peloy (Allan HM)

Nếu thức ăn được cung cấp vào những giờ nóng nhất trong ngày, gà mái hấp thụ thức ăn ít hơn và sản lượng của nó giảm. Do đó, nhiệt độ môi trường tăng lên đồng nghĩa với việc giảm năng suất của gà mái thả rông.

Gia súc

Sự gia tăng nhiệt độ buộc động vật phải kích hoạt các cơ chế sinh lý của quá trình điều nhiệt. Điều này liên quan đến việc đầu tư năng lượng được trừ vào việc tăng cân hoặc sản xuất sữa.

Mặt khác, khi nhiệt độ tăng lên, các loài động vật sẽ thay đổi mức độ ưu tiên cho ăn của chúng. Trong những trường hợp này, lượng nước uống vào tăng lên và tiêu thụ chất khô giảm, dẫn đến giảm cân.

- Ô nhiễm và ếch nhái

Các nghiên cứu sinh lý học giúp chúng ta có thể liên hệ sinh lý của các loài động vật với môi trường của chúng và thiết lập các tác động tiêu cực có thể có của ô nhiễm. Một ví dụ về điều này là tình trạng đe dọa hiện tại mà ếch và cóc phải đối mặt.

Ếch (Atelopus zeteki) nhạy cảm với ô nhiễm. Nguồn: Brian Gratwicke

Khoảng một nửa trong số 6.500 loài lưỡng cư đã biết đang bị đe dọa tuyệt chủng. Những loài động vật này rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm hoặc các chất gây ô nhiễm môi trường.

Hô hấp và tuần hoàn của lưỡng cư

Cơ chế hô hấp của động vật lưỡng cư rất đặc biệt, vì chúng hô hấp bằng cả phổi và qua da. Khi ở ngoài nước, chúng sử dụng phổi và trong nước chúng thở qua da, có thể thấm được O2, CO2 và nước.

Sự va chạm

Hình thức hô hấp khiến những động vật này dễ bị hấp thụ các chất ô nhiễm từ cả không khí và nước. Mặt khác, do nồng độ oxy trong nước thấp, chúng yếu đi vì không hấp thụ đúng cách.

Trong điều kiện này, chúng có thể chết hoặc trở nên yếu ớt và dễ bị nấm và vi khuẩn gây bệnh tấn công. Một trong những mối đe dọa lớn nhất là vi nấm gây bệnh Batrachochytrium dendrobatidis, ức chế dòng chảy của các chất điện giải trong da.

Ví dụ về các ứng dụng trong thực vật

- Sinh lý học thực vật

Trái đất nóng lên sẽ dẫn đến sản xuất một số loại cây trồng ở một số khu vực do quy luật chịu đựng. Nghĩa là, các yếu tố như nguồn nước sẵn có sẽ nằm ngoài phạm vi chịu đựng của loài.

Xerophytes. Nguồn: Tomas Castelazo

Tuy nhiên, các loài ở vùng khô hạn đã phát triển các chiến lược để thích ứng với tình trạng thiếu nước. Theo nghĩa này, nghiên cứu sinh thái học của thực vật vùng khô hạn cung cấp những con đường khả thi để cải thiện di truyền thực vật.

Osmolytes

Một trong những chiến lược này là sửa đổi biểu hiện gen để tạo ra các protein giúp chịu được sự thiếu hụt nước. Trong số các protein này có các chất thẩm thấu giúp tế bào duy trì trạng thái hoạt động ngay cả khi có ít nước.

Kiến thức về các protein này và sự trao đổi chất của chúng có thể được sử dụng bằng kỹ thuật di truyền để cải thiện cây trồng.

- Sinh lý học của thực vật ưa chảy

Một trong những vấn đề nông nghiệp phải đối mặt là độ mặn của đất do nồng độ muối được bổ sung bởi nước tưới. Khi càng nhiều đất bị nhiễm mặn, càng ít đất trồng trọt để sản xuất lương thực.

Cây ưa bóng

Tuy nhiên, có những loài thực vật thích nghi để tồn tại trong điều kiện nồng độ muối cao trong đất. Đây là những thực vật được gọi là halophytic (Halos = muối; phyto = thực vật).

Những loài này đã phát triển một loạt các thích nghi về hình thái và sinh lý như các cơ chế để tránh hấp thụ muối, cố định muối hoặc bài tiết muối.

Thực vật Halophytic làm thực phẩm

Kiến thức về sinh thái học của những loài thực vật này là cơ sở để phát triển các hệ thống nông nghiệp và sử dụng chúng làm nguồn thực phẩm. Bằng cách này, các loài cỏ dại được trồng trên đất nông nghiệp bị nhiễm mặn có thể được sử dụng làm thức ăn cho gia súc.

Người giới thiệu

Ariasa, RA, Maderb, TL và Escobara, PC (2008). Các yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến năng suất sản xuất của bò thịt và bò sữa. Arch. Med. Bác sĩ thú y.
Blaustein, AR, Wake, DB và Sousa, WP (1994). Sự suy giảm của động vật lưỡng cư: đánh giá sự ổn định, bền bỉ và tính nhạy cảm của quần thể đối với sự tuyệt chủng cục bộ và toàn cầu. Sinh học Bảo tồn.
Calow, P. (Ed.) (1998). Bộ bách khoa toàn thư về sinh thái và quản lý môi trường.
Hawkesford, MJ và De Kok, LJ (2007). Sinh lý học thực vật (Tập 6). Lưu huỳnh trong thực vật. Một quan điểm sinh thái.
Lüttge, U. và Scarano, FR (2004). Sinh lý học. Tạp chí Brazil. Người máy.
Pereyra-Cardozo, M. và Quiriban, A. (2014). Protein trong khả năng chịu stress của cây trồng. SEMIÁRIDA, Tạp chí UNLPam Khoa Nông học.
Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH và Heller, HC (2001). Đời sống. Khoa học sinh học.
Raven, P., Evert, RF và Eichhorn, SE (1999). Sinh học của thực vật.

ECOPHYSIOLOGY: NHỮNG GÌ NÓ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN ĐỘNG VẬT VÀ THỰC VẬT - SINH HỌC - 2026