EKOFIZYOLOJI: HAYVANLARDA VE BITKILERDE NEYI INCELEDIĞI VE UYGULADIĞI - BIYOLOJI - 2025

Ecofisiología çevresel değişikliklere uyum organizmaların fonksiyonel yanıtı çalışmalar ekoloji dalıdır. Her canlının hayatta kalabilmek için çevresine uyum sağlaması gerekir ve bu uyum hem yapısal hem de işlevseldir.

Bu disiplin aynı zamanda fizyolojik ekoloji veya çevresel fizyoloji olarak da bilinir ve hem temel hem de uygulamalı bilgi üretir. Böylece, bir organizmanın fizyolojisi ile çevresel değişiklikler arasındaki ilişkiyi bilmek mümkündür.

Ekofizyolojik deneyler. Kaynak: Rasbak

Aynı şekilde ekofizyoloji, gıda üretmek için bitki ve hayvan üretimi alanında bilgi sağlar. Örneğin, ekstrem çevre koşullarına toleranslı bitkilerin ekofizyolojisi çalışmaları, genetik iyileştirmede yararlı olmuştur.

Benzer şekilde, ekofizyolojik çalışmalar, daha fazla hayvan üretkenliği elde etmek için en uygun çevre koşullarının hangileri olduğunu belirlemeyi mümkün kılar. Böylece, üretim birimlerindeki hayvanlara rahatlık sağlamak için çevresel faktörlerin çeşitlilik aralıkları oluşturulabilir.

Ekofizyoloji neyi inceler?

Ekofizyoloji, fizyoloji ve ekolojinin birleştiği bir disiplindir. Fizyoloji, canlıların işleyişini ve ekolojiyi inceleyen bilim dalı, canlılar ve çevreleri arasındaki ilişkileri ele alır.

Bu anlamda ekofizyoloji, değişen çevre ile bitki veya hayvan metabolizmasının bu değişikliklere adaptasyonları arasındaki dinamik ilişkiyi inceler.

- Ekolojik deneyler

Ekofizyoloji, amacına ulaşmak için hem tanımlayıcı araştırmayı hem de deneysel yöntemi uygular. Bunun için çevrede hareket eden fiziksel-kimyasal faktörleri tespit eder ve bunların vücut üzerindeki etkilerini belirler.

Bu faktörler, organizmanın hayatta kalmak için kullandığı kaynaklar veya işleyişini etkileyen koşullar olabilir. Ardından, canlı organizmanın söz konusu faktörün varyasyonlarına fizyolojik tepkisi oluşturulur.

İlgili metabolik sistemler

Organizmanın belirli bir faktörün değişimine adaptif tepkisinde yer alan organik ve fonksiyonel sistemleri tanımlamak gerekir. Örneğin, sıcaklıkta değişiklikler olduğunda, bireyin termoregülasyon sisteminden bir yanıt vardır.

Deneysel tasarım

Ekofizyoloji, organizmanın bir faktördeki değişikliklere fizyolojik tepkisini oluşturmak için deneylerin tasarımını kullanır. Bunun bir örneği, bir bitki türünün bireylerini substratta farklı tuz konsantrasyonlarına maruz bırakmak olabilir.

- Çevresel değişiklik türleri

İncelenecek faktörler tanımlandıktan sonra, çevrede meydana gelen değişiklikleri ve zamansal yapılarını, üç türü tanımlayarak belirlemek gerekir:

Döngüsel değişiklikler

Bu değişiklikler, iklim mevsimlerinin değişimi veya gündüz ve gece gibi periyodik olarak tekrarlanır. Bunlarla karşılaşan canlı, çevresel değişimin ritmini takip ederek döngüsel bir işleyiş geliştirmiştir.

Gündüz ve gece döngüsü. Kaynak: Caliver

Örneğin kuru mevsimde yaprakların dökülmesi, susuzluktan dolayı terlemeyi azaltmak için. Hayvanlar söz konusu olduğunda, bu döngüsel değişikliklere de uyarlamalar vardır; örneğin bazı kuşların tüylerinin değişmesi.

Tundranın ptarmigan (Lagopus muta) mevsimsel homokromiye sahiptir ve beyaz kış tüyleri gösterirken, ilkbaharda koyu ve alacalı tonlara dönüşür. Böylece kamuflajları, karın tekdüze beyazına ve ardından yılın geri kalanında ortamın koyu tonlarına uyarlanır.

Döngüsel değişikliklere bir başka hayvan adaptasyonu, kış aylarında ayıların ve diğer türlerin kış uykusuna yatmasıdır. Bu, sıcaklık ve kalp atış hızı gibi vücut fonksiyonlarının azalmasını içeren metabolik hızdaki değişiklikleri içerir.

Rastgele değişiklikler

Bu tür değişiklikler, belirli bir düzenlilik olmaksızın rastgele gerçekleşir. Örneğin, bir dağ yamacındaki toprak kayması, bir petrol sızıntısı veya yeni bir avcı veya patojenin gelişi.

Bu tür değişiklikler, şiddetli bir şekilde meydana geldiği için türler için daha büyük bir riski temsil eder.Bu durumlarda, organizmaların tepkisi halihazırda var olan işlevlerdeki plastisiteye bağlıdır.

Yön değişiklikleri

Çevrede kasıtlı olarak insanların belirli amaçlarla neden olduğu değişikliklerdir. Bunun bir örneği, bir mera kurmak için ormanın yok edilmesi veya pirinç yetiştirmek için sulak alanın müdahalesi.

- Genel postülatlar

Ekofizyoloji, doğal ortamda deneysel ve gözlemsel kanıtların birikiminden başlayarak, genel varsayımları tanımlamaya çalışır. Bunlar, çevresel değişikliklere verilen belirli fizyolojik tepkilerin düzenliliğinden ortaya çıkan genel ilkelerdir.

Liebig'in Minimum Yasası

Sprengel (1828), bir organizmanın büyümesindeki belirleyici faktörün çevredeki en kıt faktör olduğunu varsaydı. Daha sonra bu ilke Liebig (1840) tarafından popüler hale getirildi ve Asgari Yasası veya Liebig Yasası olarak bilinir.

Bartholomew (1958), bu ilkeyi türlerin dağılımına uyguladı ve bunun en sınırlayıcı çevresel faktör tarafından belirlendiğine işaret etti.

Shelford'un Hoşgörü Yasası

1913'te Victor Shelford, belirli bir türün her çevresel faktör ve etkileşimleri için tanımlanmış bir varyasyon aralığında var olduğunu belirtti. Bu tolerans sınırları olarak bilinir ve bu sınırların dışında türler hayatta kalamaz.

Shelford'un Hoşgörü Yasası. Kaynak: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Bu ilke, belirli bir çevresel faktörün varyasyon genliğinde organizma için üç olası durum olduğunu tanımlar. Bu durumlar optimal, fizyolojik stres ve hoşgörüsüzlüktür.

Bu anlamda, faktörün optimal aralığında, türlerin popülasyonları bol olacaktır. Optimumdan uzaklaşıldığında, popülasyonların azaldığı ve tolerans sınırının dışında türlerin kaybolduğu bir stres bölgesine girilir.

- Dijital teknoloji ve ekofizyoloji

Tüm bilimlerde olduğu gibi, ekofizyolojik çalışmalar yeni teknolojilerin geliştirilmesiyle zenginleştirilmiştir. Deneysel doğası nedeniyle, bu disiplin özellikle dijital teknolojinin gelişmesiyle tercih edilmiştir.

Günümüzde sahada çevresel faktörlerin ölçülmesine izin veren çok çeşitli taşınabilir elektronik cihazlar bulunmaktadır. Bunlar arasında güneş radyasyonu ölçerler, sıcaklık, bağıl nem, yaprak alanı ve diğerleri bulunur.

Hayvanlarda uygulama örnekleri

- Sıcaklığın çiftlik hayvanlarının verimliliğine etkisi

Çok ilgili bir alan, üreyen hayvanların çevresel faktörlerin çeşitliliğine tepkisini anlamaya çalışan hayvansal üretime uygulanan ekofizyolojidir. Bu faktörlerden biri, küresel ortalama sıcaklık artışının mevcut eğilimini hesaba katan sıcaklıktır.

Homeothermy

Damızlık hayvanların büyük çoğunluğu homeotermiktir, yani çevresel değişikliklere rağmen sabit bir iç sıcaklığı korurlar. Bu, dış sıcaklıktaki artışları veya azalmaları telafi etmek için kimyasal enerji yatırımı yoluyla elde edilir.

Bu harici sıcaklık dengeleme süreci, hipotalamusu, solunum sistemini ve cildi içeren termoregülasyon yoluyla elde edilir.

Yumurtlayan tavuklar

Yumurtacı bir tavuğun beslendiği günün zamanının verimliliği açısından önemli olduğu bulunmuştur. Bu durumda, ısı stresinin bir fonksiyonu olarak gıdanın asimilasyon kapasitesi ile ilgilidir.

Yumurtlayan tavuklar. Kaynak: Peloy (Allan HM)

Günün en sıcak saatlerinde yem verilirse tavuk daha az özümser ve üretimi azalır. Sonuç olarak, çevre sıcaklığındaki artış, serbest dolaşan tavukların üretkenliğinde bir düşüş anlamına gelir.

Sığırlar

Sıcaklıktaki artış, hayvanları termoregülasyonun fizyolojik mekanizmalarını harekete geçirmeye zorlar. Bu, kilo alımından veya süt üretiminden çıkarılan bir enerji yatırımını içerir.

Öte yandan sıcaklık arttıkça hayvanların beslenme öncelikleri de değişir. Bu durumlarda su alımı artar ve kuru madde tüketimi azalır ve bunun sonucunda kilo kaybı olur.

- Kirlilik ve kurbağalar

Ekofizyolojik çalışmalar, hayvan türlerinin fizyolojisini çevreleriyle ilişkilendirmeyi ve kirliliğin olası olumsuz etkilerini tespit etmeyi mümkün kılar. Buna bir örnek kurbağa ve kara kurbağalarının maruz kaldığı mevcut tehdit durumudur.

Kurbağa (Atelopus zeteki) kirliliğe duyarlıdır. Kaynak: Brian Gratwicke

Bilinen 6.500 amfibi türünün yaklaşık yarısı nesli tükenme tehdidi altındadır. Bu hayvanlar sıcaklık, nem veya çevresel kirleticilerdeki değişikliklere karşı çok hassastır.

Amfibilerin solunumu ve dolaşımı

Amfibilerin solunum fizyolojisi çok tuhaftır çünkü hem ciğerlerden hem de deriden nefes alırlar. Sudan çıktıklarında ciğerlerini kullanırlar ve suda O2, CO2 ve su geçirgen olan derilerinden solurlar.

Etki

Solunum şekli, bu hayvanları hem havadan hem de sudan kirletici maddelerin emilimine duyarlı hale getirir. Öte yandan, sudaki oksijen konsantrasyonunun düşük olmasından dolayı, onu uygun şekilde emmedikleri için zayıflarlar.

Bu koşullar altında ölebilir veya zayıflayabilir ve patojenik mantarlar ve bakteriler tarafından saldırıya açık olabilirler. En büyük tehditlerden biri, ciltteki elektrolit akışını engelleyen patojenik mantar Batrachochytrium dendrobatidis'tir.

Bitkilerdeki uygulama örnekleri

- Bitkilerin ekofizyolojisi

Küresel ısınma, tolerans yasası nedeniyle bazı bölgelerde belirli mahsullerin üretilmesine neden olacaktır. Yani su mevcudiyeti gibi faktörler türlerin tolerans aralığının dışına çıkacaktır.

Xerophytes. Kaynak: Tomas Castelazo

Bununla birlikte, kurak bölge türleri su açığına uyum sağlamak için stratejiler geliştirmiştir. Bu anlamda, kurak bölge bitkilerinin ekofizyolojisindeki araştırmalar, bitki genetik gelişimi için olası yollar sağlar.

osmoliteler

Bu stratejilerden biri, su açığını tolere etmeye yardımcı olan proteinler üretmek için gen ifadesinin değiştirilmesidir. Bu proteinler arasında, hücrelerin çok az suyla bile turgorlarını korumalarına yardımcı olan osmolitler vardır.

Bu proteinlerin ve metabolizmalarının bilgisi, genetik mühendisliği tarafından mahsulleri iyileştirmek için kullanılabilir.

- Halofilik bitkilerin ekofizyolojisi

Tarımın karşı karşıya olduğu sorunlardan biri, sulama sularının kattığı tuzların konsantrasyonundan kaynaklanan toprakların tuzluluğudur. Daha fazla toprak tuzlu hale geldikçe, gıda üretimi için daha az ekili alan mevcuttur.

Halofilik bitkiler

Bununla birlikte, toprakta yüksek tuz konsantrasyonunun bulunduğu koşullarda hayatta kalmaya adapte olmuş bitki türleri vardır. Bunlar, sözde halofitik bitkilerdir (Halos = tuz; fito = bitki).

Bu türler, tuz emiliminden kaçınmak, onu hareketsiz hale getirmek veya salgılamak için mekanizmalar olarak bir dizi morfolojik ve fizyolojik adaptasyon geliştirmiştir.

Gıda olarak halofitik bitkiler

Bu bitkilerin ekofizyolojisinin bilgisi, tarımsal sistemlerin geliştirilmesi ve bunların gıda kaynağı olarak kullanılması için temel teşkil eder. Böylelikle tuzlanmış tarımsal topraklarda yetiştirilen halofitik türler hayvancılık için yem olarak kullanılabilir.

Referanslar

1. Ariasa, RA, Maderb, TL ve Escobara, PC (2008). Sığır eti ve süt sığırlarının üretken performansını etkileyen iklimsel faktörler. Arch Med Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB ve Sousa, WP (1994). Amfibi düşüşleri: nüfusların yerel ve küresel yok oluşlara karşı istikrar, kalıcılık ve duyarlılıklarını değerlendirmek. Koruma Biyolojisi.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). Ekoloji ve çevre yönetimi ansiklopedisi.
4. Hawkesford, MJ ve De Kok, LJ (2007). Plant Ecophysiology (Cilt 6). Bitkilerde kükürt. Ekolojik bir bakış açısı.
5. Lüttge, U. ve Scarano, FR (2004). Ekofizyolojisi. Brezilya Dergisi. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. ve Quiriban, A. (2014). Bitkilerde su stresine toleranslı proteinler. SEMIÁRIDA, Journal of the Faculty of Agronomy UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH ve Heller, HC (2001). Hayat. Biyoloji bilimi.
8. Raven, P., Evert, RF ve Eichhorn, SE (1999). Bitkilerin biyolojisi.