นิเวศวิทยา: สิ่งที่ศึกษาและประยุกต์ใช้ในสัตว์และพืช - ชีววิทยา - 2026

ecofisiologíaเป็นสาขาของระบบนิเวศซึ่งจากการศึกษาการตอบสนองการทำงานของสิ่งมีชีวิตปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเพื่อความอยู่รอดและการปรับตัวนี้มีทั้งโครงสร้างและหน้าที่

วินัยนี้เรียกอีกอย่างว่านิเวศวิทยาทางสรีรวิทยาหรือสรีรวิทยาสิ่งแวดล้อมและสร้างทั้งความรู้พื้นฐานและเชิงประยุกต์ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่างสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตและการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อม

การทดลองทางนิเวศวิทยา ที่มา: Rasbak

ในทำนองเดียวกันนิเวศวิทยาให้ข้อมูลในด้านการผลิตพืชและสัตว์เพื่อสร้างอาหาร ตัวอย่างเช่นการศึกษานิเวศวิทยาของพืชที่ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมีประโยชน์ในการปรับปรุงพันธุกรรม

ในทำนองเดียวกันการศึกษาทางนิเวศวิทยาทำให้สามารถระบุได้ว่าสภาพแวดล้อมใดเหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ผลผลิตจากสัตว์มากขึ้น ดังนั้นจึงสามารถกำหนดช่วงของการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยแวดล้อมเพื่อให้ความสะดวกสบายแก่สัตว์ในหน่วยการผลิต

นิเวศวิทยาศึกษาอะไร?

นิเวศวิทยาเป็นระเบียบวินัยที่สรีรวิทยาและนิเวศวิทยามาบรรจบกัน สรีรวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาการทำงานของสิ่งมีชีวิตและนิเวศวิทยากล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมของพวกมัน

ในแง่นี้ ecophysiology ศึกษาความสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงและการปรับตัวของการเผาผลาญของพืชหรือสัตว์ต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

- การทดลองทางนิเวศวิทยา

เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ ecophysiology ใช้ทั้งการวิจัยเชิงพรรณนาและวิธีการทดลอง สำหรับสิ่งนี้จะระบุถึงปัจจัยทางกายภาพและทางเคมีที่ทำหน้าที่ในสิ่งแวดล้อมและกำหนดผลกระทบต่อร่างกาย

ปัจจัยเหล่านี้อาจเป็นทรัพยากรที่สิ่งมีชีวิตใช้เพื่อความอยู่รอดหรือเงื่อนไขที่มีผลต่อการทำงานของมัน ต่อจากนั้นการตอบสนองทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยดังกล่าวจะถูกสร้างขึ้น

ระบบเผาผลาญที่เกี่ยวข้อง

จำเป็นต้องระบุระบบอินทรีย์และระบบการทำงานที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองแบบปรับตัวของสิ่งมีชีวิตต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยบางอย่าง ตัวอย่างเช่นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะมีการตอบสนองจากระบบควบคุมอุณหภูมิของแต่ละบุคคล

การออกแบบการทดลอง

นิเวศวิทยาใช้การออกแบบของการทดลองเพื่อสร้างการตอบสนองทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัย ตัวอย่างนี้อาจทำให้บุคคลในพันธุ์พืชได้รับความเข้มข้นของเกลือที่แตกต่างกันในสารตั้งต้น

- ประเภทของการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม

เมื่อกำหนดปัจจัยที่จะศึกษาแล้วจำเป็นต้องระบุการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมและลักษณะชั่วคราวโดยกำหนดสามประเภท:

การเปลี่ยนแปลงตามวัฏจักร

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นระยะ ๆ เช่นการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาลภูมิอากาศหรือกลางวันและกลางคืน ต้องเผชิญกับสิ่งเหล่านี้สิ่งมีชีวิตได้พัฒนาการทำงานเป็นวัฏจักรตามจังหวะการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม

รอบกลางวันและกลางคืน ที่มา: Caliver

ตัวอย่างเช่นการร่วงของใบไม้ในฤดูแล้งเพื่อลดเหงื่อเนื่องจากการขาดน้ำ ในกรณีของสัตว์ก็มีการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงตามวัฏจักรเหล่านี้เช่นกัน ตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนแปลงของขนนกบางชนิด

ptarmigan (Lagopus muta) ของทุนดรามี homochromia ตามฤดูกาลและมีขนนกสีขาวในฤดูหนาวในขณะที่ในฤดูใบไม้ผลิจะเปลี่ยนเป็นโทนสีเข้มและแตกต่างกัน ดังนั้นลายพรางของพวกเขาจึงถูกปรับให้เข้ากับชุดสีขาวของหิมะและจากนั้นให้เข้ากับโทนสีเข้มของสภาพแวดล้อมในช่วงที่เหลือของปี

การปรับตัวของสัตว์อีกชนิดหนึ่งต่อการเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรคือการจำศีลของหมีและสัตว์ชนิดอื่น ๆ ในช่วงฤดูหนาว สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของอัตราการเผาผลาญซึ่งรวมถึงการทำงานของร่างกายที่ลดลงเช่นอุณหภูมิและอัตราการเต้นของหัวใจ

การเปลี่ยนแปลงแบบสุ่ม

การเปลี่ยนแปลงประเภทนี้เกิดขึ้นแบบสุ่มโดยไม่มีความสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นการถล่มของเนินเขาการรั่วไหลของน้ำมันหรือการมาถึงของนักล่าหรือเชื้อโรคตัวใหม่

การเปลี่ยนแปลงประเภทนี้แสดงถึงความเสี่ยงที่มากขึ้นสำหรับสิ่งมีชีวิตชนิดนี้เนื่องจากเกิดขึ้นอย่างรุนแรงในกรณีเหล่านี้การตอบสนองของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับความเป็นพลาสติกในหน้าที่ที่มีอยู่แล้ว

การเปลี่ยนแปลงทิศทาง

เป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่เกิดจากมนุษย์โดยเจตนาเพื่อวัตถุประสงค์บางประการ กรณีนี้คือการตัดไม้ทำลายป่าเพื่อสร้างทุ่งหญ้าหรือการแทรกแซงพื้นที่ชุ่มน้ำเพื่อปลูกข้าว

- หลักการทั่วไป

เริ่มจากการสะสมหลักฐานการทดลองและการสังเกตในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาตินิเวศวิทยาพยายามที่จะกำหนดสมมติฐานทั่วไป นี่เป็นหลักการทั่วไปที่เกิดจากความสม่ำเสมอของการตอบสนองทางสรีรวิทยาบางประการต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม

กฎขั้นต่ำของ Liebig

Sprengel (1828) ตั้งสมมติฐานว่าปัจจัยที่กำหนดในการเติบโตของสิ่งมีชีวิตเป็นปัจจัยที่หายากที่สุดในสิ่งแวดล้อม ต่อมาหลักการนี้ได้รับความนิยมโดย Liebig (1840) และเป็นที่รู้จักกันในชื่อ Law of the Minimum หรือ Liebig's Law

บาร์โธโลมิว (2501) ใช้หลักการนี้ในการกระจายพันธุ์โดยชี้ให้เห็นว่าสิ่งนี้ถูกกำหนดโดยปัจจัยแวดล้อมที่ จำกัด ที่สุด

กฎแห่งความอดทนของ Shelford

ในปีพ. ศ. 2456 Victor Shelford กล่าวว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิดมีอยู่ในช่วงของการเปลี่ยนแปลงที่กำหนดไว้สำหรับปัจจัยแวดล้อมและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน สิ่งนี้เรียกว่าขีดจำกัดความอดทนนอกนั้นสายพันธุ์ไม่สามารถอยู่รอดได้

กฎแห่งความอดทนของ Shelford ที่มา: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

หลักการนี้กำหนดว่าในแอมพลิจูดของการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยแวดล้อมบางอย่างมีสามสถานะที่เป็นไปได้สำหรับสิ่งมีชีวิต สถานะเหล่านี้เหมาะสมที่สุดความเครียดทางสรีรวิทยาและการแพ้

ในแง่นี้ในช่วงที่เหมาะสมของปัจจัยประชากรของสิ่งมีชีวิตจะมีมากมาย เมื่อย้ายออกจากจุดที่เหมาะสมที่สุดจะเข้าสู่โซนความเครียดที่ประชากรลดลงและสปีชีส์จะหายไปนอกขีด จำกัด ที่ยอมรับได้

- เทคโนโลยีดิจิทัลและนิเวศวิทยา

เช่นเดียวกับในวิทยาศาสตร์ทั้งหมดการศึกษาทางนิเวศวิทยาได้รับการปรับปรุงโดยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เนื่องจากลักษณะการทดลองโดยเฉพาะอย่างยิ่งระเบียบวินัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากการพัฒนาเทคโนโลยีดิจิทัล

ปัจจุบันมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาที่หลากหลายซึ่งช่วยให้สามารถวัดปัจจัยแวดล้อมในสนามได้ ในจำนวนนี้ ได้แก่ เครื่องวัดรังสีดวงอาทิตย์อุณหภูมิความชื้นสัมพัทธ์พื้นที่ใบและอื่น ๆ

ตัวอย่างการใช้งานในสัตว์

- ผลกระทบของอุณหภูมิต่อผลผลิตของสัตว์เลี้ยงในฟาร์ม

สาขาที่เกี่ยวข้องมากคือนิเวศวิทยาที่ใช้กับการผลิตสัตว์ซึ่งพยายามที่จะเข้าใจการตอบสนองของสัตว์ผสมพันธุ์ต่อความแปรผันของปัจจัยแวดล้อม หนึ่งในปัจจัยเหล่านี้คืออุณหภูมิโดยคำนึงถึงแนวโน้มการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกในปัจจุบัน

Homeothermy

สัตว์ที่เพาะพันธุ์ส่วนใหญ่เป็นสัตว์ที่มีความร้อนในบ้านนั่นคือพวกมันรักษาอุณหภูมิภายในให้คงที่แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม สิ่งนี้ทำได้โดยการลงทุนพลังงานเคมีเพื่อชดเชยอุณหภูมิภายนอกที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง

กระบวนการชดเชยอุณหภูมิภายนอกนี้ทำได้โดยการควบคุมอุณหภูมิซึ่งเกี่ยวข้องกับไฮโปทาลามัสระบบทางเดินหายใจและผิวหนัง

ไก่ไข่

พบว่าช่วงเวลาของวันที่เลี้ยงไก่ไข่มีความสำคัญต่อผลผลิต ในกรณีนี้เกี่ยวข้องกับความสามารถในการดูดซึมของอาหารซึ่งเป็นหน้าที่ของความเครียดจากความร้อน

ไก่ไข่. ที่มา: Peloy (Allan HM)

หากป้อนอาหารในช่วงเวลาที่ร้อนที่สุดของวันแม่ไก่จะดูดซึมอาหารได้น้อยลงและการผลิตจะลดลง ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมจึงหมายถึงการลดลงของผลผลิตของไก่ไข่ระยะฟรี

ปศุสัตว์

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิบังคับให้สัตว์กระตุ้นกลไกทางสรีรวิทยาของการควบคุมอุณหภูมิ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการลงทุนพลังงานที่หักออกจากน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นหรือการผลิตน้ำนม

ในทางกลับกันเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสัตว์ต่างๆก็มีลำดับความสำคัญในการให้อาหารแตกต่างกันไป ในกรณีเหล่านี้การดื่มน้ำจะเพิ่มขึ้นและการบริโภควัตถุแห้งจะลดลงตามผลของน้ำหนักที่ลดลง

- มลพิษและกบ

การศึกษาทางนิเวศวิทยาทำให้สามารถเชื่อมโยงสรีรวิทยาของพันธุ์สัตว์กับสภาพแวดล้อมและสร้างผลเสียที่อาจเกิดขึ้นจากมลพิษ ตัวอย่างนี้คือสถานะปัจจุบันของภัยคุกคามที่กบและคางคกต้องเผชิญ

กบ (Atelopus zeteki) ไวต่อมลภาวะ ที่มา: Brian Gratwicke

ครึ่งหนึ่งของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกที่รู้จักประมาณ 6,500 ชนิดถูกคุกคามด้วยการสูญพันธุ์ สัตว์เหล่านี้มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิความชื้นหรือสิ่งปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม

การหายใจและการไหลเวียนของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ

สรีรวิทยาของการหายใจของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำนั้นแปลกมากเนื่องจากพวกมันหายใจทั้งทางปอดและทางผิวหนัง เมื่อพวกมันขึ้นจากน้ำพวกมันจะใช้ปอดและในน้ำพวกมันหายใจทางผิวหนังซึ่งสามารถซึมผ่าน O2, CO2 และน้ำได้

ส่งผลกระทบ

รูปแบบของการหายใจทำให้สัตว์เหล่านี้อ่อนแอต่อการดูดซับมลพิษจากทั้งอากาศและน้ำ ในทางกลับกันเนื่องจากออกซิเจนในน้ำมีความเข้มข้นต่ำจึงอ่อนตัวลงเนื่องจากไม่ดูดซับอย่างเหมาะสม

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้พวกมันสามารถตายหรืออ่อนแอและอ่อนแอต่อการถูกโจมตีโดยเชื้อราและแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค หนึ่งในภัยคุกคามที่ใหญ่ที่สุดคือเชื้อรา Batrachochytrium dendrobatidis ที่ทำให้เกิดโรคซึ่งขัดขวางการไหลของอิเล็กโทรไลต์ในผิวหนัง

ตัวอย่างการใช้งานในพืช

- นิเวศวิทยาของพืช

ภาวะโลกร้อนจะส่งผลให้มีการผลิตพืชบางชนิดในบางพื้นที่เนื่องจากกฎแห่งความอดทนอดกลั้น นั่นคือปัจจัยต่างๆเช่นความพร้อมของน้ำจะไปนอกช่วงความอดทนของสายพันธุ์

Xerophytes ที่มา: Tomas Castelazo

อย่างไรก็ตามสายพันธุ์ในเขตแห้งแล้งได้พัฒนากลยุทธ์เพื่อปรับให้เข้ากับการขาดน้ำ ในแง่นี้การวิจัยทางด้านนิเวศวิทยาของพืชในเขตแห้งแล้งทำให้เกิดแนวทางที่เป็นไปได้สำหรับการปรับปรุงพันธุกรรมพืช

Osmolytes

หนึ่งในกลยุทธ์เหล่านี้คือการปรับเปลี่ยนการแสดงออกของยีนเพื่อผลิตโปรตีนที่ช่วยทนต่อการขาดน้ำ ในบรรดาโปรตีนเหล่านี้คือออสโมไลต์ที่ช่วยให้เซลล์รักษา turgor ได้แม้จะมีน้ำเพียงเล็กน้อย

ความรู้เกี่ยวกับโปรตีนเหล่านี้และเมแทบอลิซึมสามารถใช้โดยพันธุวิศวกรรมเพื่อปรับปรุงพืชผล

- นิเวศวิทยาของพืชฮาโลฟิลิก

ปัญหาอย่างหนึ่งที่ต้องเผชิญกับการเกษตรคือความเค็มของดินเนื่องจากความเข้มข้นของเกลือที่เติมลงในน้ำชลประทาน เมื่อมีดินเค็มมากขึ้นพืชผลก็จะมีปริมาณน้อยลงสำหรับการผลิตอาหาร

พืช Halophilic

อย่างไรก็ตามมีพืชหลายชนิดที่ปรับตัวให้อยู่รอดได้ในสภาพที่มีเกลือเข้มข้นสูงในดิน สิ่งเหล่านี้เรียกว่าพืชฮาโลไฟติก (Halos = salt; phyto = plant)

สายพันธุ์เหล่านี้ได้พัฒนาชุดของการปรับตัวทางสัณฐานวิทยาและสรีรวิทยาเป็นกลไกในการหลีกเลี่ยงการดูดซึมเกลือทำให้เคลื่อนที่ไม่ได้หรือขับถ่ายออก

พืช Halophytic เป็นอาหาร

ความรู้เกี่ยวกับนิเวศวิทยาของพืชเหล่านี้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาระบบเกษตรกรรมและใช้เป็นแหล่งอาหาร ด้วยวิธีนี้สายพันธุ์ฮาโลไฟติกที่เพาะปลูกบนดินเกษตรที่มีน้ำเกลือสามารถใช้เป็นอาหารสำหรับปศุสัตว์ได้

อ้างอิง

1. Ariasa, RA, Maderb, TL และ Escobara, PC (2008) ปัจจัยด้านภูมิอากาศที่มีผลต่อประสิทธิภาพการผลิตของโคเนื้อและโคนม Arch. Med. สัตวแพทย์.
2. Blaustein, AR, Wake, DB และ Sousa, WP (1994) การลดลงของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก: การตัดสินความมั่นคงการคงอยู่และความอ่อนแอของประชากรต่อการสูญพันธุ์ในท้องถิ่นและระดับโลก ชีววิทยาการอนุรักษ์.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). สารานุกรมนิเวศวิทยาและการจัดการสิ่งแวดล้อม
4. Hawkesford, MJ และ De Kok, LJ (2007). นิเวศวิทยาของพืช (ฉบับที่ 6). กำมะถันในพืช มุมมองทางนิเวศวิทยา
5. Lüttge, U. และ Scarano, FR (2004). สรีรวิทยาระบบนิเวศ นิตยสารบราซิล Bot
6. Pereyra-Cardozo, M. และ Quiriban, A. (2014). โปรตีนทนต่อความเครียดของน้ำในพืช SEMIÁRIDAวารสารคณะพืชไร่ UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D. , Orians, GH และ Heller, HC (2001). ชีวิต. วิทยาศาสตร์ของชีววิทยา
8. Raven, P. , Evert, RF และ Eichhorn, SE (1999). ชีววิทยาของพืช.