Ecofisiología
Ecofisiología (del grec οἶκος, oikos, "casa"; φύσις, physis, "naturalea, orige"; i -λογία, -logia), fisiologia ambiental o ecologia fisiològica és una disciplina biològica que estudia l'adaptació de la fisiologia d'un organisme a les condicions ambientals. Està estretament relacionat en la fisiologia comparada i la fisiologia evolutiva. El terme bionomía d'Ernst Haeckel s'ampra a voltes com a sinònim.[1]
Plantes
La ecofisiología de les plantes s'ocupa principalment de dos temes: els mecanismes (cóm les plantes perceben i responen al canvi ambiental) i l'escala o integració (cóm es coordinen les respostes a condicions altament variables, per eixemple, els gradient de llum solar total a 95% d'ombra dins de les copes dels arbres entre sí), i cóm el seu efecte colectiu sobre el creiximent de les plantes i l'intercanvi de gasos pot entendre's sobre esta base.
En molts casos, els animals poden escapar de factors ambientals desfavorables i canviants, com la calor, la fredor, la sequia o les inundacions, mentres que les plantes no poden alluntar-se i, per lo tant, deuen soportar les condicions adverses o perir (els animals van a llocs, les plantes creixen). Per lo tant, les plantes són fenotípicamente plàstiques i tenen una impressionant varietat de gens que ajuden a adaptar-se a les condicions canviants. Es planteja l'hipòtesis de que este gran número de gens pot explicar-se en part per la necessitat de les espècies de plantes d'adaptar-se a una gama més àmplia de condicions.
Aliment
- Artícul principal → Fotomorfogénesis.
Com en la majoria dels factors abióticos, l'intensitat de la llum (irradiancia) pot ser tant òptima com a excessiva. L'intensitat de la llum també és un component important per a determinar la temperatura dels òrguens de la planta (presupost d'energia). La curva de resposta a la llum de la fotosíntesis neta (curva PI) és particularment útil per a caracterisar la tolerància d'una planta a diferents intensitat de llum.
La llum subóptima (ombra) generalment es produïx en la base de la coberta d'una planta o en un entorn de sotobosque. Les plantes tolerants a l'ombra tenen una varietat d'adaptacions per a ajudar-les a sobreviure a la cantitat i calitat alterades de la llum típica dels ambients d'ombra.
L'excés de llum es produïx en la part superior de les veles i en terreny obert quan la coberta de núvols és baixa i l'àngul cenital del sol és baix, per lo general açò ocorre en els tròpics i en grans altituts. L'excés de llum que incidix en un full pot resultar en fotoinhibición i fotodestrucción. Les plantes adaptades a ambients de llum alta tenen una gama d'adaptacions per a evitar o dissipar l'excés d'energia lumínica, aixina com mecanismes que reduïxen la cantitat de lesions causades.
Temperatura
En resposta a temperatures extremes, les plantes poden produir vàries proteïnes. Estos els protegixen dels efectes amoladors de la formació de gèl i de la caiguda de la catálisis enzimàtica a baixes temperatures, i de la desnaturalisació de les enzimes i l'aument de la fotorrespiración a altes temperatures. Com les temperatures cauen, la producció de proteïnes anticongelants i deshidrinas aumenta. A mida que aumenta la temperatura, aumenta la producció de proteïnes de choc tèrmic. Els desequilibris metabòlics associats en temperatures extremes resulten en l'acumulació d'espècies reactives d'oxigen, que poden ser contrarrestades per sistemes antioxidants. Les membranes celulars també es veuen afectades pels canvis en la temperatura i poden fer que la membrana perga les seues propietats de decorreguts i es convertixca en un gel en condicions fredes o es convertixca en una fuga en condicions càlides. Açò pot afectar el moviment de composts per mig de la membrana. Per a evitar estos canvis, les plantes poden canviar la composició de les seues membranes. En condicions de fret, es coloquen més àcit grassos insaturados en la membrana i en condicions de calor s'inserten més àcits grassos saturats .
Les plantes poden evitar el sobrecalfament en minimisar la cantitat de llum solar absorbida i en aumentar els efectes de refredat del vent i la transpiració. Les plantes poden reduir l'absorció de llum usant pèls de fulls reflectantes, escates i ceres. Estes característiques són tan comunes en les regions càlides i seques que es pot vore que estos hàbitats formen un "paisage platejat" a mida que la llum es dispersa de les veles.[2] Algunes espècies, com Macroptilium purpureum, poden moure les seues fulles a lo llarc del dia per a que sempre estiguen orientades a evitar el sol (paraheliotropisme).[3] El coneiximent d'estos mecanismes ha segut clau per a millorar la tolerància al estrés per calor en les plantes agrícoles.
Les plantes poden evitar l'impacte total de la baixa temperatura alterant la seua microclima. Per eixemple, es diu que les plantes de Raoulia que es troben en les terres altes de Nova Zelanda s'assemblen a les "ovelles vegetals", ya que formen grups compactes en forma de coixí per a aïllar les parts més vulnerables de les plantes i protegir-les dels vents frets. El mateix principi s'ha aplicat en l'agricultura per mig de l'us d'acolchado de plàstic per a aïllar els punts de creiximent dels cultius en climes frets per a estimular el creiximent de les plantes.[4]
Aigua
Massa o molt poca aigua pot danyar les plantes. Si hi ha molt poca aigua, els teixits es deshidratarán i la planta morirà. Si el sol s'ompli d'aigua, el sol es tornarà anóxico (baix en oxigen), lo que pot matar les raïls de la planta.
La capacitat de les plantes per a accedir a l'aigua depén de l'estructura de les seues raïls i del potencial hídric de les cèlules de la raïl. Quan el contingut d'aigua del sol és baix, les plantes poden alterar el seu potencial hídric per a mantindre un fluix d'aigua cap a les raïls i fins als fulls (continu de l'atmòsfera de la planta del sol). Este extraordinari mecanisme permet a les plantes elevar l'aigua fins a 120 m aprofitant el gradient creat per la transpiració dels fulls.[5]
En sols molt secs, les plantes tanquen les seues estomes per a reduir la transpiració i evitar la pèrdua d'aigua. El tancament de les estomes a sovint està mediat per senyals químiques de la raïl (és dir, àcit abscísico). En els camps irrigados, el fet de que les plantes tanquen les seues estomes en resposta al secat de les raïls pot aprofitar-se per a "enganyar" a les plantes per a que utilisen menys aigua sense reduir els rendiments (vore secat parcial de la zona radicular). L'us d'esta tècnica va ser desenrollat en gran mida pel Dr. Peter Dry i els seus colegues en Austràlia (vore determinisme nominatiu).[6][7]
Si la sequia continua, els teixits de la planta es deshidratarán, lo que resultarà en una pèrdua de la pressió de la turgencia que és visible com pansiment. Ademés de tancar les seues estomes, la majoria de les plantes també poden respondre a la sequia alterant el seu potencial hídric (ajust osmótico) i aumentant el creiximent de les raïls. Les plantes que s'adapten a ambients secs (Xerófites) tenen una gama de mecanismes més especialisats per a mantindre l'aigua i / o protegir els teixits quan es produïx la dessecació.
El anegamiento reduïx el suministrament d'oxigen a les raïls i pot matar una planta en qüestió de dies. Les plantes no poden evitar l'inundació, pero moltes espècies superen la falta d'oxigen en el sol en transportar oxigen a la raïl des dels teixits que no estan sumergits. Les espècies que toleren la saturació d'aigua desenrollen raïls especialisades prop de la superfície del sol i l'aerénquima per a permetre la difusió d'oxigen des del brot fins a la raïl. Les raïls que no es maten de forma directa també poden canviar a formes de respiració celular en menys oxigen.[8] Les espècies que estan freqüentment sumergides han desenrollat mecanismes més elaborats que mantenen els nivells d'oxigen de la raïl, tal volta les més notables són les espectaculars raïls aérees observades en els boscs de manglars.
No obstant, per a moltes plantes d'interior en excés d'aigua, els síntomes inicials de anegamiento poden semblar-se als de la sequia. Açò és particularment cert per a les plantes sensibles a les inundacions que mostren la caiguda dels seus fulls per l'epinastia (en lloc de marchitarse).
Concentració de CO2
CO2 és vital per al creiximent de les plantes, ya que és el substrat per a la fotosíntesis. Les plantes absorbixen CO2 través dels poros estomáticos en els seus fulls. Al mateix temps que el CO2 entra en les estomes, la humitat s'escapa. Esta compensació entre el guany de CO2 i la pèrdua d'aigua és fonamental per a la productivitat de la planta. La compensació és encara més crítica, ya que rubisco, l'enzima utilisada per a capturar el CO2, és eficient solament quan hi ha una alta concentració de CO2 en el full. Algunes plantes superen esta dificultat en concentrar CO2 dins dels seus fulls utilisant la fixació de carbono C o el metabolisme àcit de les crasulàcees. No obstant, la majoria de les espècies utilisen la fixació de carbono C i deuen obrir les seues estomes per a absorbir CO2 cada volta que es realisa la fotosíntesis. Archiu:Plant Productivity in a Warming World.ogv
La concentració de CO2 en l'atmòsfera està aumentant per la deforestació i la combustió de combustibles fòssils. S'esperaria que açò aumentara l'eficiència de la fotosíntesis i possiblement aumentara la taxa general de creiximent de les plantes. Esta possibilitat ha despertat un gran interés en els últims anys, ya que una major taxa de creiximent de les plantes podria absorbir part de l'excés de CO2 i reduir la taxa de calfament global. Els experiments extensius que cultiven plantes en CO2 elevat utilisant enriquiment per concentració en aire lliure han demostrat que l'eficàcia fotosintética sí aumenta. Les taxes de creiximent de les plantes també aumenten, en un promig del 17% per al teixit per damunt del sol i del 30% per al teixit per baix del sol.[9][10] No obstant, els impactes perjudicials del calfament global, com l'aument dels casos de calor i estrés per sequia, signifiquen que és provable que l'efecte global siga una reducció en la productivitat de la planta.[11][12][13] S'espera que la reducció de la productivitat de la planta accelere la taxa de calfament global. En general, estes observacions apunten a l'importància d'evitar majors auments en el CO2 atmosfèric en lloc de córrer el risc d'un canvi climàtic fòra de control .
Vent
El vent té tres efectes molt diferents en les plantes.[14]
- Afecta els intercanvis de massa (evaporament d'aigua, CO2) i d'energia (calor) entre la planta i l'atmòsfera en renovar l'aire al contacte en els fulls (convecció).
- Es percep com una senyal que conduïx a un síndrome d'aclimatació al vent per la planta coneguda com tigmomorfogénesis, que conduïx a un creiximent i desenroll modificats i, eventualment, a la resistència al vent.
- El seu força d'arrastre pot danyar la planta (abrasió del full, trencaments del vent en les branques i brots i en les rencs del vent i la caiguda dels arbres i l'estage en els cultius).[15]
Intercanvi de massa i energia
El vent influïx en la forma en que els fulls regulen la humitat, la calor i el diòxit de carbono. Quan no hi ha vent, una capa d'aire en calma s'acumula al voltant de cada full. Açò es coneix com la capa llímit i, en efecte, aïlla el full de l'ambient, proporcionant una atmòsfera rica en humitat i menys propensa al calfament o refredat per convecció. A mida que aumenta la velocitat del vent, l'entorn del full es vincula més estretament en l'entorn circumdant. Pot ser difícil per a la planta retindre la humitat en expondre's a l'aire sec. Per un atre costat, un vent moderadament alt permet que la planta gele les seues fulles en major facilitat quan s'expon a la llum solar total. Les plantes no són del tot passives en la seua interacció en el vent. Les plantes poden fer que les seues fulles siguen menys vulnerables als canvis en la velocitat del vent, cobrint les seues fulles en pèls fins (tricomes) per a trencar el fluix d'aire i aumentar la capa llímit. De fet, les dimensions del full i del dosel a sovint es controlen finamente per a manipular la capa llímit en funció de les condicions ambientals prevalecientes.[16]
Aclimatació
Les plantes poden sentir el vent per mig de la deformació dels seus teixits. Esta senyal conduïx a inhibir l'allargament i estimula l'expansió radial dels seus brots, a l'hora que aumenta el desenroll del seu sistema radicular. Este síndrome de respostes conegut com tigmomorfogénesis dona com resultat plantes més curtes i robustes en brots enfortits, aixina com un anclaje millorat.[17] Una volta es va creure que açò ocorria principalment en àrees molt ventoses. Pero s'ha trobat que ocorre inclús en àrees en vents moderats, per lo que es va trobar que la senyal induïda pel vent és un factor ecològic important.[14][18]
Els arbres tenen una capacitat especialment desenrollada per a reforçar els seus troncs quan estan exposts al vent. Des del seu tamany, esta realisació va impulsar als arboriculturalistas en el Regne Unit en la década de 1960 a alluntar-se de la pràctica d'apostar arbres jóvens de servicis per a oferir respal artificial.[19]
Dany del vent
El vent pot danyar la majoria dels òrguens de les plantes. L'abrasió del full (pel contacte dels fulls i branques o a l'efecte de partícules transportades per l'aire, com l'arena) i el trencament del full són fenomens prou comuns, que les plantes tenen que adaptar-se. En els casos més extrems, les plantes poden ser danyades mortalment o desarraïlades pel vent. Esta ha segut una important pressió selectiva que actua sobre les plantes terrestres.[20] Hui en dia, és una de les principals amenaces per a l'agricultura i la silvicultura, inclús en zones templades.[14] És pijor per a l'agricultura en regions propenses a huracans, com les Illes de Barlovent en el Carib que cultiven bananos.[21]
Quan este tipo de destorbament ocorre en sistemes naturals, l'única solució és assegurar que hi haja un estoc adequat de llavors o plántulas per a reemplaçar ràpidament les plantes madures que s'han perdut, encara que en molts casos una etapa de successió és necessari ans que l'ecosistema puga ser restaurat al seu estat anterior.
Animals
Humans
El mig ambient pot tindre importants influències en la fisiologia humana. Els efectes ambientals sobre la fisiologia humana són numerosos; un dels efectes més cuidadosadament estudiats són les alteracions en la termorregulación en el cos per les tensions externes. Açò és necessari perque per a que les enzimes funcionen, la sanc fluïxca i per a que funcionen els diversos òrguens del cos, la temperatura deu permanéixer en nivells constants i equilibrats.
Termorregulación
El cos altera tres coses principals per a conseguir una temperatura corporal constant i normal:
- Transferència de calor a l'epidermis.
- La taxa d'evaporament.
- La taxa de producció de calor.
L'hipotàlem juga un paper important en la termorregulación. Es conecta als receptors tèrmics en la dermis i detecta canvis en la sanc circumdant per a prendre decisions sobre si es deu estimular la producció de calor interna o l'evaporament.
Hi ha dos tipos principals d'estrés que poden experimentar-se per les temperatures ambientals extremes: l'estrés per calor i l'estrés per fret.
L'estrés per calor es combat fisiológicamente de quatre maneres: radiació, conducció, convecció i evaporament. L'estrés per fredor es combat fisiológicamente en les ariçonada, l'acumulació de greix corporal, les adaptacions circulatòries (que proporcionen una transferència eficient de calor a la epidermis) i l'aument del fluix sanguíneu a les extremitats.
Hi ha una part del cos completament equipada per a bregar en l'estrés per fret. El sistema respiratori es protegix a sí mateixa contra els danys en calfar l'aire entrante a 80-90 graus Fahrenheit ans que aplegue als bronquis. Açò significa que ni tan sols les temperatures més fredes poden danyar el tracto respiratori.
En abdós tipos d'estrés relacionats en la temperatura, és important mantindre's ben hidratat. L'hidratació reduïx la tensió cardiovascular, aumenta la capacitat dels processos energètics i reduïx els sentiments d'agotament.
Altitut
Les temperatures extremes no són els únics obstàculs que enfronten els humans. Les grans altituts també plantegen sérios desafius fisiològics en el cos. Alguns d'estos efectes són la reducció de la pressió arterial, , el reequilibrio del contingut àcit-base en els decorreguts corporals, aument de l'hemoglobina, aument de la síntesis de RBC, aument de la circulació i aument dels nivells del subproducte de la glucólisis 2,3 difosfoglicerato, que promou la descàrrega d'O2 per l'hemoglobina en els teixits hipóxicos.
Els factors ambientals poden jugar un paper molt important en la lluita del cos humà per l'homeostasis. No obstant, els humans han trobat formes d'adaptar-se, tant fisiològica com tangiblement.
Referències
- ↑ Ernst Haeckel, The Wonders of Life : "Fa molt temps vaig propondre cridar a esta part especial de la biologia: la ciència (la ciència de les relacions en la llar) o bionomía". "
- ↑ David Llig (3 de setembre de 2010). Nature's Palette: The Science of Plant Color, University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-47105-1.
- ↑ (24 May 2005) Plant Ecology, Springer. ISBN 978-3-540-20833-4.
- ↑ (2011).«Yield and quality of forage maize grown under marginal climatic conditions in Northern Ireland».Grass and Forage Science.66(2)
- 214.doi:10.1111/j.1365-2494.2010.00778.x.
- ↑ «Sinauer Associates, Inc., Publishers». www.sinauer.com. Consultat el 10 de juliol de 2020.
- ↑ (2000).«Hormonal changes induced by partial rootzone drying of irrigated grapevine».Journal of Experimental Botany.51(350)
- 1627–1634.doi:10.1093/jexbot/51.350.1627.
- ↑ «Austràlia Innovates - Powerhouse Museum». archive.maas.museum. Consultat el 10 de juliol de 2020.
- ↑ «L'impacte de l'estrés per inundació en plantes i cultius». Archivat des d'el original, el 3 de maig de 2013. Consultat el 17 de febrer de 2019.
- ↑ Efectes de l'aument de les concentracions atmosfèriques de diòxit de carbono en les plantes
- ↑ (2004).«What have we learned from 15 years of free-air CO2 enrichment (FACE)? A meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopy properties and plant production to rising CO2».New Phytologist.165(2)
- 351–371.doi:10.1111/j.1469-8137.2004.01224.x.
- ↑ Martin Lewis Parry (2007). Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability : Working Group II Contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, pp. 214–. ISBN 978-0-521-88010-7.
- ↑ (2010).«More than taking the heat: Crops and global change».Current Opinion in Plant Biology.13(3)
- 241-8.doi:10.1016/j.pbi.2010.04.008.
- ↑ (2011).«Climate Trends and Global Crop Production Since 1980».Science.333(6042)
- 616–620.doi:10.1126/science.1204531.
- ↑ 14,0 14,1 14,2 (2016).«Review: Wind impacts on plant growth, mechanics and damage».Plant Science.245
- 94–118.doi:10.1016/j.plantsci.2016.01.006.
- ↑ «Wind effects on juvenile trees: a review with special reference to toppling of radiata pine growing in New Zealand».Forestry.81(3)
- 377–387.ISSN 0015-752X.doi:10.1093/forestry/cpn023.
- ↑ (2009).«Leaves in the lowest and highest winds: Temperature, force and shape».New Phytologist.183(1)
- 13–26.doi:10.1111/j.1469-8137.2009.02854.x.
- ↑ «Thigmomorphogenesis: The response of plant growth and development to mechanical stimulation».Planta.114(2)
- 143–157.ISSN 0032-0935.doi:10.1007/bf00387472.
- ↑ (1997).«Wind as an ecological factor».Trends in Ecology & Evolution.12(3)
- 108–111.doi:10.1016/s0169-5347(96)10066-5.
- ↑ (1988).«3. Plant response to wind».Agriculture, Ecosystems & Environment.22–23
- 71–88.doi:10.1016/0167-8809(88)90008-4.
- ↑ «Plant growth forms: an ecological and evolutionary perspective».New Phytologist.166(1)
- 61–72.ISSN 1469-8137.doi:10.1111/j.1469-8137.2004.01309.x.
- ↑ «We mustn't abandon the Windward Islands' farmers | Renwick Rose and Nick Mathiason» (en en). the Guardian.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Ecofisiología» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.