ECOFISIOLOGIA: QUÈ ESTUDIA I APLICACIONS EN ANIMALS I VEGETALS - BIOLOGIA - 2025

La ecofisiologia és la branca de l'ecologia que estudia la resposta funcional dels organismes en la seva adaptació als canvis ambientals. Tot ésser viu s'ha d'adaptar al seu ambient per poder sobreviure i aquesta adaptació és tant estructural com funcional.

Aquesta disciplina es coneix també com ecologia fisiològica o fisiologia ambiental, i genera coneixement tant bàsic com aplicat. Així, és possible conèixer la relació entre la fisiologia d'un organisme i les alteracions ambientals.

Experiments ecofisiològics. Font: Rasbak

Igualment, l'ecofisiologia brinda informació en el terreny de la producció vegetal i animal per generar aliments. Per exemple, estudis de l'ecofisiologia de plantes tolerants a condicions ambientals extremes han estat d'utilitat en la millora genètica.

Així mateix, els estudis ecofisiològics permeten establir quines són les condicions ambientals més adequades per aconseguir una major productivitat animal. Així, es poden establir rangs de variació de factors ambientals per brindar confort als animals en les unitats de producció.

Què estudia l'ecofisiologia?

La ecofisiologia és una disciplina on conflueixen la fisiologia i l'ecologia. La fisiologia la ciència que estudia el funcionament dels éssers vius i l'ecologia aborda les relacions entre els éssers vius i el seu entorn.

En aquest sentit, l'ecofisiologia estudia la relació dinàmica entre l'ambient canviant i les adaptacions de el metabolisme vegetal o animal davant aquests canvis.

- Experimentació ecològica

Per aconseguir el seu objectiu l'ecofisiologia s'aplica tant la investigació descriptiva com el mètode experimental. Per això, identifica els factors fisicoquímics que actuen en l'ambient i determina el seu efecte en l'organisme.

Aquests factors poden ser recursos que empra l'organisme per a la seva supervivència o condicions que afecten el seu funcionament. Posteriorment s'estableix la resposta fisiològica de l'organisme viu davant les variacions d'aquest factor.

Sistemes metabòlics involucrats

Cal identificar els sistemes orgànics i funcionals involucrats en la resposta adaptativa de l'organisme a l'canvi d'un factor determinat. Per exemple, quan hi ha canvis de temperatura hi ha una resposta de el sistema de termoregulació de l'individu.

disseny experimental

La ecofisiologia recorre a el disseny d'experiments per establir la resposta fisiològica de l'organisme davant de canvis d'un factor. Un exemple d'això pot ser sotmetre a individus d'una espècie vegetal a diferents concentracions salines en el substrat.

- Tipus de canvis ambientals

Un cop definit els factors a estudiar, cal identificar els canvis que ocorren en l'ambient i el seu caràcter temporal, definint tres tipus:

canvis cíclics

Aquests canvis són recurrents de forma periòdica, com l'alternança de les estacions climàtiques o de el dia i la nit. Davant aquests l'ésser viu ha desenvolupat un funcionament també cíclic seguint el ritme de l'canvi ambiental.

Cicle de dia i nit. Font: Caliver

Per exemple, la caiguda de les fulles en l'època seca per disminuir la transpiració davant el dèficit d'aigua. En el cas dels animals, també hi ha adaptacions a aquests canvis cíclics; ara el canvi de plomatge de certes aus.

La perdiu blanca (Lagopus muta) de la tundra posseeix homocromía estacional i presenta plomatge blanc hivernal mentre que a la primavera canvia a tonalitats fosques i variegadas. Així el seu camuflatge està adaptat a el blanc uniforme de la neu i després a les tonalitats fosques de l'entorn durant la resta de l'any.

Una altra adaptació animal a canvis cíclics és la hibernació dels óssos i altres espècies en l'època d'hivern. Això implica canvis en el ritme metabòlic que inclouen disminuir les funcions corporals, com la temperatura i el ritme cardíac.

canvis aleatoris

Aquest tipus de canvis ocorren a l'atzar, sense una regularitat establerta. Per exemple, el deslave d'un vessant muntanyosa, un vessament petrolier o l'arribada d'un nou depredador o patogen.

Aquest tipus de canvis representen un risc més gran per a les espècies, a causa que ocorren de forma dràstica En aquests casos, la resposta dels organismes depèn de la plasticitat en les funcions ja existents.

canvis direccionals

Són canvis en l'ambient provocats amb intencionalitat per l'ésser humà amb determinats fins. Un cas d'això és la desforestació d'un bosc per establir una pastura o la intervenció d'un aiguamoll per conrear arròs.

- Postulats generals

Partint de l'acumulació d'evidència experimental i observacional en l'àmbit natural, l'ecofisiologia tracta de definir postulats generals. Aquests són principis generals que es desprenen de la regularitat de certes respostes fisiològiques davant de canvis ambientals.

Llei de l'mínim de Liebig

Sprengel (1828) va postular que el factor determinant en el creixement d'un organisme és aquell més escàs en l'ambient. Posteriorment aquest principi va ser popularitzat per Liebig (1840), i es coneix com a Llei de l'Mínim o Llei de Liebig.

Bartholomew (1958) va aplicar aquest principi a la distribució de les espècies, assenyalant la mateixa està determinada pel factor ambiental més limitant.

Llei de la tolerància de Shelford

El 1913, Víctor Shelford va plantejar que una espècie determinada existeix en una amplitud de variació definida per a cada factor ambiental i les seves interaccions. És el que es coneix com a límits de tolerància, fora dels quals l'espècie no sobreviu.

Llei de Tolerància de Shelford. Font:

Aquest principi defineix que en l'amplitud de variació d'un determinat factor ambiental ha tres estats possibles per a l'organisme. Aquests estats són l'òptim, l'estrès fisiològic i la intolerància.

En aquest sentit, a la franja òptima de l'factor, les poblacions de l'espècie seran abundants. A l'allunyar-se de l'òptim, s'entra en una zona d'estrès on les poblacions disminueixen i fora de el límit de tolerància l'espècie desapareix.

- La tecnologia digital i l'ecofisiologia

Com en tota la ciència, els estudis ecofisiològics s'han vist potenciats pel desenvolupament de noves tecnologies. Pel seu caràcter experimental, aquesta disciplina en particular s'ha vist afavorida pel desenvolupament de la tecnologia digital.

Avui dia es compta amb diversitat d'aparells electrònics portàtils que permeten mesurar els factors ambientals en camp. Entre aquests es troben els mesuradors de radiació solar, de temperatura, humitat relativa, àrea foliar, entre d'altres.

Exemples d'aplicacions en animals

- Efecte de la temperatura en la productivitat d'animals de cria

Un camp molt rellevant és l'ecofisiologia aplicada a la producció animal que busca comprendre la resposta dels animals de cria a la variació de factors ambientals. Un d'aquests factors és la temperatura, tenint en compte la tendència actual a l'augment de la temperatura mitjana global.

homeotèrmia

Els animals de cria en la seva gran majoria són homeoterms, és a dir mantenen la seva temperatura interna estable malgrat les variacions ambientals. Això s'aconsegueix gràcies a la inversió d'energia química per compensar els augments o descensos de la temperatura exterior.

Aquest procés de compensació de la temperatura externa s'aconsegueix mitjançant la termoregulació, la qual involucra l'hipotàlem, sistema respiratori i la pell.

gallines ponedores

S'ha determinat que l'hora del dia en què s'alimenta a una gallina ponedora és important per a la seva productivitat. En aquest cas té a veure amb la capacitat d'assimilació de l'aliment en funció de l'estrès tèrmic.

Gallines ponedores. Font: Peloy (Allan HM)

Si es subministra l'aliment en les hores de més calor del dia, la gallina l'assimila menys i la seva producció disminueix. En conseqüència, l'augment de la temperatura ambiental implica una disminució en la productivitat de gallines de corral.

Bestiar boví

L'augment de la temperatura obliga els animals a activar mecanismes fisiològics de termoregulació. Això implica una inversió d'energia que és sostreta de l'augment de pes o de la producció de llet.

D'altra banda, a l'augmentar la temperatura els animals varien les seves prioritats d'alimentació. En aquests casos augmenta la ingesta d'aigua i disminueix el consum de matèria seca, amb la conseqüent pèrdua de pes.

- La contaminació i les granotes

Els estudis ecofisiològics permeten relacionar la fisiologia de les espècies animals amb el seu entorn i establir els possibles efectes negatius de la contaminació. Un exemple d'això és l'actual estat d'amenaça a què estan sotmeses granotes i gripaus.

Granota (atelopus zeteki) sensible a la contaminació. Font: Brian Gratwicke

Aproximadament la meitat de les 6.500 espècies conegudes d'amfibis estan amenaçades d'extinció. Aquests animals són molt sensibles a canvis en la temperatura, la humitat o contaminants ambientals.

La respiració i circulació dels amfibis

La fisiologia de la respiració dels amfibis és molt peculiar, ja que respiren tant mitjançant pulmons com a través de la pell. Quan estan fora de l'aigua fan servir els pulmons i en l'aigua respiren mitjançant la seva pell que és permeable a l'O2, CO2 i a l'aigua.

Impacte

La forma de respiració fa a aquests animals susceptibles a l'absorció d'elements contaminants tant de l'aire com de l'aigua. D'altra banda, davant la baixa concentració d'oxigen en l'aigua, es debiliten perquè no ho absorbeixen adequadament.

En aquestes condicions poden morir o afeblir-se i ser susceptibles a l'atac de fongs i bacteris patògens. Una de les majors amenaces és el fong patogen Batrachochytrium dendrobatidis, que inhibeix el flux d'electròlits a la pell.

Exemples d'aplicacions en plantes

- Ecofisiologia de plantes de

L'escalfament global portarà com a conseqüència que en algunes zones es deixi de produir certs cultius a causa de la llei de la tolerància. És a dir, factors com la disponibilitat d'aigua es sortiran de la franja de tolerància de l'espècies.

Xeròfites. Font: Tomas Castelazo

No obstant això, les espècies de zones àrides han desenvolupat estratègies per adaptar-se a el dèficit hídric. En aquest sentit, la recerca en l'ecofisiologia de plantes de zones àrides aporta possibles vies per al millorament genètic vegetal.

els osmolitos

Una d'aquestes estratègies és la modificació de l'expressió genètica per produir proteïnes que ajuden a tolerar el dèficit hídric. Entre aquestes proteïnes estan els osmolitos que contribueixen a que les cèl·lules mantinguin la seva turgència encara amb poca aigua.

El coneixement d'aquestes proteïnes i el seu metabolisme pot ser emprat per l'enginyeria genètica per millorar els cultius.

- Ecofisiologia de plantes halòfiles

Un dels problemes que enfronta l'agricultura és la salinitat dels sòls a causa de la concentració de sals que afegeixen les aigües de reg. En la mesura que es salinitzen més sòls, l'extensió de terres de cultiu disponibles per a la producció d'aliments és menor.

plantes halòfiles

No obstant això, hi ha espècies de plantes adaptades per sobreviure en condicions d'alta concentració de sals en el sòl. Aquestes són les anomenades plantes halòfites (Halos = sal; phyto = planta).

Aquestes espècies han desenvolupat una sèrie d'adaptacions morfològiques i fisiològiques com a mecanismes per eludir l'absorció de sal, immobilitzar-o excretar.

Plantes halòfites com a aliment

El coneixement de l'ecofisiologia d'aquestes plantes serveix de base per a desenvolupar sistemes agrícoles i utilitzar-les com a fonts d'aliment. D'aquesta manera, espècies halòfites conreades en els sòls agrícoles salinitzats, es poden emprar com a aliment per al bestiar

referències

1. Ariasa, RA, Maderb, TL, i Escobara, PC (2008). Factors climàtics que afecten l'execució productiu de el bestiar boví de carn i llet. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB and Sousa, WP (1994). Amphibian declines: judging stability, persistence, and Susceptibility of populations to local and global extinctions. Conservation Biology.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). The encyclopedia of ecology and environmental management.
4. Hawkesford, MJ and De Kok, LJ (2007). Plant Ecophysiology (Vol. 6). Sulfur in plants. An ecological perspective.
5. Lüttge, U. and Scarano, FR (2004). Ecophysiology. Revista Brasil. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. i Quiriban, A. (2014). Les proteïnes en la tolerància a l'estrès hídric en plantes. Semiàrida, Revista de la Facultat d'Agronomia UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH and Heller, HC (2001). Life. The science of biology.
8. Raven, P., Evert, RF and Eichhorn, ES (1999). Biology of plants.