ECOFISIOLOGIA: COSA STUDIA E APPLICAZIONI NEGLI ANIMALI E NELLE PIANTE - BIOLOGIA - 2025

L' ecofisiologia è la branca dell'ecologia che studia la risposta funzionale degli organismi per adattarsi 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 conosciuta come ecologia fisiologica o fisiologia ambientale e genera conoscenze di base e applicate. In questo modo è possibile conoscere la relazione tra la fisiologia di un organismo e le alterazioni ambientali.

Esperimenti ecofisiologici. Fonte: Rasbak

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 a condizioni ambientali estreme sono stati utili per il miglioramento genetico.

Allo stesso modo, studi ecofisiologici consentono di stabilire quali sono le condizioni ambientali più idonee per ottenere una maggiore produttività animale. Pertanto, è possibile stabilire intervalli di variazione dei fattori ambientali per fornire comfort agli animali nelle unità di produzione.

Cosa studia l'ecofisiologia?

L'ecofisiologia è una disciplina in cui convergono fisiologia ed ecologia. 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 che cambia e gli adattamenti del metabolismo vegetale o animale a questi cambiamenti.

- Sperimentazione ecologica

Per raggiungere il suo obiettivo, l'ecofisiologia applica sia la ricerca descrittiva che il metodo sperimentale. Per questo, individua i fattori fisico-chimici che agiscono nell'ambiente e ne determina l'effetto sull'organismo.

Questi fattori possono essere risorse che l'organismo utilizza per la sua sopravvivenza o condizioni che ne influenzano il funzionamento. Successivamente si stabilisce la risposta fisiologica dell'organismo vivente alle variazioni di detto fattore.

Sistemi metabolici coinvolti

È necessario identificare i sistemi organici e funzionali coinvolti nella risposta adattativa 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

L'ecofisiologia utilizza la progettazione di esperimenti per stabilire la risposta fisiologica dell'organismo ai cambiamenti di un fattore. Un esempio di ciò può essere il sottoporre individui di una specie vegetale a diverse concentrazioni di sale nel substrato.

- Tipi di cambiamenti ambientali

Una volta definiti i fattori da studiare, è necessario identificare i cambiamenti che avvengono nell'ambiente e la loro natura temporale, definendone tre tipologie:

Cambiamenti ciclici

Questi cambiamenti sono ricorrenti periodicamente, come l'alternanza delle stagioni climatiche o del giorno e della notte. Di fronte a questi, l'essere vivente ha sviluppato un funzionamento ciclico, seguendo il ritmo del cambiamento ambientale.

Ciclo giorno e notte. Fonte: Caliver

Ad esempio la caduta delle foglie nella stagione secca per ridurre la sudorazione dovuta alla mancanza d'acqua. Nel caso degli animali ci sono anche adattamenti a questi cambiamenti ciclici; ad esempio il cambio di piumaggio di alcuni uccelli.

La pernice bianca (Lagopus muta) della tundra ha l'omocromia stagionale e presenta piumaggio invernale bianco mentre in primavera cambia in toni scuri e variegati. Il loro mimetismo si adegua così al bianco uniforme della neve e quindi ai toni scuri dell'ambiente durante il resto dell'anno.

Un altro adattamento degli animali ai cambiamenti ciclici è il letargo degli orsi e di altre specie nel periodo invernale. Ciò comporta cambiamenti nel tasso metabolico che includono la diminuzione delle funzioni corporee, come la temperatura e la frequenza cardiaca.

Cambiamenti casuali

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

Questi tipi di cambiamenti rappresentano un rischio maggiore per la specie, perché avvengono drasticamente, in questi casi la risposta degli organismi dipende dalla plasticità nelle funzioni già esistenti.

Cambi di direzione

Sono cambiamenti nell'ambiente causati intenzionalmente dall'uomo per determinati scopi. Un caso di questo è il disboscamento di una foresta per stabilire un pascolo o l'intervento di una zona umida per coltivare il riso.

- Postulati generali

Partendo dall'accumulo di evidenze sperimentali e osservative nell'ambiente naturale, l'ecofisiologia cerca di definire postulati generali. Si tratta di principi generali che emergono dalla regolarità di alcune risposte fisiologiche ai cambiamenti ambientali.

Legge di Liebig del minimo

Sprengel (1828) postulò che il fattore determinante nella crescita di un organismo è quello più scarso nell'ambiente. Successivamente questo principio fu reso popolare da Liebig (1840) ed è noto come Legge del Minimo o Legge di Liebig.

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

Legge della tolleranza di Shelford

Nel 1913, Victor Shelford affermò che una certa specie esiste in un intervallo definito di variazione per ciascun fattore ambientale e le loro interazioni. Questo è noto come limiti di tolleranza, al di fuori dei quali la specie non sopravvive.

Legge della tolleranza di Shelford. Fonte: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Questo principio definisce che nell'ampiezza di variazione di un certo fattore ambientale ci sono tre possibili stati per l'organismo. Questi stati sono ottimali, stress fisiologico e intolleranza.

In questo senso, nell'intervallo ottimale del fattore, le popolazioni della specie saranno abbondanti. Allontanandosi dall'ottimo si entra in una zona di stress dove le popolazioni diminuiscono e, al di fuori del limite di tolleranza, la specie scompare.

- Tecnologia digitale ed ecofisiologia

Come in tutta la scienza, gli studi ecofisiologici sono stati potenziati dallo sviluppo di nuove tecnologie. Per la sua natura sperimentale, questa disciplina in particolare è stata favorita dallo sviluppo della tecnologia digitale.

Oggi esiste una varietà di dispositivi elettronici portatili che consentono di misurare i fattori ambientali sul campo. Tra questi ci sono misuratori di radiazione solare, temperatura, umidità relativa, area fogliare, tra gli altri.

Esempi di applicazioni negli animali

- Effetto della temperatura sulla produttività degli animali da allevamento

Un campo molto rilevante è l'ecofisiologia applicata alla produzione animale, che cerca di comprendere la risposta degli animali da riproduzione alla variazione dei fattori ambientali. Uno di questi fattori è la temperatura, tenendo conto dell'attuale tendenza all'aumento della temperatura media globale.

omeotermia

La stragrande maggioranza degli animali da riproduzione è omeotermica, cioè mantiene una temperatura interna stabile nonostante le variazioni ambientali. Ciò si ottiene mediante l'investimento di energia chimica per compensare gli aumenti o le diminuzioni della temperatura esterna.

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

Galline ovaiole

L'ora del giorno in cui viene nutrita una gallina ovaiola è stata ritenuta importante per la sua produttività. In questo caso ha a che fare con la capacità di assimilazione del cibo in funzione dello stress termico.

Galline ovaiole. Fonte: Peloy (Allan HM)

Se il mangime viene fornito nelle ore più calde della giornata, la gallina lo assimila di meno e la sua produzione diminuisce. Di conseguenza, l'aumento della temperatura ambientale implica una diminuzione della produttività delle galline ruspanti.

Bestiame

L'aumento della temperatura costringe gli animali ad attivare meccanismi fisiologici di termoregolazione. Ciò comporta un investimento di energia che viene sottratto dall'aumento di peso o dalla produzione di latte.

D'altra parte, all'aumentare della temperatura, gli animali variano le loro priorità di alimentazione. In questi casi aumenta l'assunzione di acqua e diminuisce il consumo di sostanza secca, con conseguente perdita di peso.

- Inquinamento e rane

Gli studi ecofisiologici consentono di mettere in relazione la fisiologia delle specie animali con il loro ambiente e di stabilire i possibili effetti negativi dell'inquinamento. Un esempio di ciò è l'attuale stato di minaccia a cui sono sottoposti rane e rospi.

Rana (Atelopus zeteki) sensibile all'inquinamento. Fonte: Brian Gratwicke

Circa la metà delle 6.500 specie conosciute di anfibi è minacciata di estinzione. Questi animali sono molto sensibili ai cambiamenti di temperatura, umidità o contaminanti ambientali.

La respirazione e la circolazione degli anfibi

La fisiologia della respirazione degli anfibi è molto peculiare, poiché respirano sia attraverso i 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.

urto

La forma della respirazione rende questi animali suscettibili all'assorbimento di sostanze inquinanti sia dall'aria che dall'acqua. D'altra parte, a causa della bassa concentrazione di ossigeno nell'acqua, si indeboliscono perché non lo assorbono adeguatamente.

In queste condizioni possono morire o indebolirsi ed essere suscettibili agli attacchi di funghi e batteri patogeni. Una delle maggiori minacce è il fungo patogeno Batrachochytrium dendrobatidis, che inibisce il flusso di elettroliti nella pelle.

Esempi di applicazioni negli impianti

- Ecofisiologia delle piante

Il riscaldamento globale comporterà la produzione di alcune colture in alcune aree a causa della legge della tolleranza. Cioè, fattori come la disponibilità di acqua andranno al di fuori dell'intervallo di tolleranza della specie.

Xerofite. Fonte: Tomas Castelazo

Tuttavia, le specie della zona arida hanno sviluppato strategie per adattarsi al deficit idrico. In questo senso, la ricerca nell'ecofisiologia delle piante della zona arida fornisce possibili strade per il miglioramento genetico delle piante.

osmoliti

Una di queste strategie è la modifica dell'espressione genica per produrre proteine ​​che aiutano a tollerare il deficit idrico. Tra queste proteine ​​ci sono gli osmoliti che aiutano le cellule a mantenere il loro turgore anche con poca acqua.

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

- Ecofisiologia delle piante alofile

Uno dei problemi che deve affrontare l'agricoltura è la salinità dei suoli dovuta alla concentrazione di sali aggiunti dalle acque di irrigazione. Man mano che più suoli diventano salinizzati, meno terreni coltivati ​​sono disponibili per la produzione alimentare.

Piante alofile

Tuttavia, esistono specie di piante adatte a sopravvivere in condizioni di alta concentrazione di sali nel suolo. Queste sono le cosiddette piante alofitiche (Halos = 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 alofitiche come cibo

La conoscenza dell'ecofisiologia di queste piante serve come base per lo sviluppo di sistemi agricoli e per il loro utilizzo come fonti di cibo. In questo modo, specie alofitiche coltivate su terreni agricoli salinizzati possono essere utilizzate come mangime per il bestiame.

Riferimenti

1. Ariasa, RA, Maderb, TL e Escobara, PC (2008). Fattori climatici che influenzano le prestazioni produttive dei bovini da carne e da latte. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB e Sousa, WP (1994). Declino degli anfibi: giudicare stabilità, persistenza e suscettibilità delle popolazioni alle estinzioni locali e globali. Biologia della conservazione.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). L'enciclopedia dell'ecologia e della gestione ambientale.
4. Hawkesford, MJ e De Kok, LJ (2007). Ecofisiologia vegetale (Vol. 6). Zolfo nelle piante. Una prospettiva ecologica.
5. Lüttge, U. e Scarano, FR (2004). Ecofisiologia. Rivista del Brasile. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. e Quiriban, A. (2014). Proteine ​​in tolleranza allo stress idrico nelle piante. SEMIÁRIDA, Journal of the Faculty of Agronomy UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH e Heller, HC (2001). Vita. La scienza della biologia.
8. Raven, P., Evert, RF e Eichhorn, SE (1999). Biologia delle piante.