生態生理学：それが研究するものと動植物における適用 - 生物学 - 2025

ecofisiologíaは、環境の変化に適応する生物の機能的応答を研究エコロジーのブランチです。すべての生き物は生き残るためにその環境に適応する必要があり、この適応は構造的かつ機能的です。

この分野は、生理学的生態学または環境生理学としても知られ、基本知識と応用知識の両方を生み出します。したがって、生物の生理機能と環境変化の関係を知ることができます。

生態生理学的実験。出典：Rasbak

同様に、生態生理学は、食物を生成するための植物や動物の生産の分野で情報を提供します。たとえば、極端な環境条件に耐性のある植物の生態生理学の研究は、遺伝子改良に役立ちました。

同様に、生態生理学的研究により、動物の生産性を高めるのに最適な環境条件を特定することができます。したがって、環境要因の変動の範囲を確立して、生産ユニットの動物に快適さを提供することができます。

生態生理学は何を研究していますか？

生態生理学は、生理学と生態学が融合する分野です。生理学は、生物の機能と生態学を研究する科学であり、生物とその環境との関係を扱います。

この意味で、生態生理学は、環境の変化とこれらの変化に対する植物または動物の代謝の適応との間の動的な関係を研究します。

-生態学的実験

その目的を達成するために、生態生理学は記述的研究と実験的方法の両方を適用します。このため、環境で作用する物理化学的要因を特定し、身体への影響を決定します。

これらの要因は、生物がその生存またはその機能に影響を与える条件のために使用するリソースである可能性があります。その後、前記因子の変動に対する生物の生理学的応答が確立される。

関与する代謝系

特定の要因の変化に対する生物の適応応答に関与する有機的および機能的なシステムを特定する必要があります。たとえば、温度が変化すると、個人の体温調節システムからの反応があります。

実験計画

生態生理学は、因子の変化に対する生物の生理学的応答を確立するために実験計画法を使用します。この例は、植物種の個体を基質中の異なる塩濃度にさらすことであり得る。

-環境変化の種類

調査する要素を定義したら、環境で発生する変化とその時間的性質を特定し、次の3つのタイプを定義する必要があります。

周期的な変化

これらの変化は、気候の季節や昼と夜の交代など、定期的に繰り返されます。これらに直面して、生物は環境の変化のリズムに従って周期的な機能を発達させてきました。

昼と夜のサイクル。出典：Caliver

たとえば、乾季に葉が落ちて水分不足による発汗が抑えられます。動物の場合、これらの周期的な変化への適応もあります。たとえば、特定の鳥の羽の変化。

ツンドラのライチョウ（Lagopus muta）は季節的な同色性を持ち、白い冬の羽毛を示しますが、春にはそれは暗く多彩な色調に変化します。このように、彼らのカモフラージュは一年中雪の均一な白に、そして環境の暗い色調に適応しています。

周期的な変化への別の動物の適応は、冬のクマや他の種の冬眠です。これには、体温や心拍数などの身体機能の低下を含む代謝率の変化が含まれます。

ランダムな変更

これらのタイプの変更は、確立された規則性なしにランダムに発生します。たとえば、山の斜面の地滑り、油流出、新しい捕食者や病原体の到着などです。

これらのタイプの変化は劇的に発生するため、種のリスクが高くなります。これらの場合、生物の応答は、既存の機能の可塑性に依存します。

方向転換

それらは、特定の目的のために人間によって意図的に引き起こされた環境の変化です。この例は、牧草地を確立するための森林の森林破壊または米を栽培するための湿地の介入です。

-一般的な仮定

自然環境における実験的および観察的証拠の蓄積から始まり、生態生理学は一般的な仮定を定義しようとします。これらは、環境の変化に対する特定の生理学的反応の規則性から生じる一般的な原則です。

リービッヒの最小法則

Sprengel（1828）は、生物の成長における決定要因は環境の中で最も希少なものであると仮定しました。後にこの原理はリービック（1840）によって普及し、最小法則またはリービックの法則として知られています。

Bartholomew（1958）はこの原理を種の分布に適用し、それが最も制限的な環境要因によって決定されることを指摘しました。

シェルフォードの寛容の法則

1913年に、ビクターシェルフォードは、特定の種は各環境要因とその相互作用について定義された変動範囲内に存在すると述べました。これは許容限界として知られており、それを超えると種は生き残りません。

シェルフォードの寛容の法則。出典：http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

この原理は、特定の環境要因の変動の振幅において、生物の3つの可能な状態があることを定義しています。これらの状態は、最適な生理学的ストレスと不耐性です。

この意味で、因子の最適範囲では、種の個体数は豊富になります。最適から離れると、個体数が減少するストレスゾーンに入り、許容限界の外では種が消えます。

-デジタル技術と生態生理学

すべての科学と同様に、生態生理学的研究は新技術の開発によって強化されてきました。その実験的な性質により、この分野は特にデジタル技術の発展に支持されてきました。

今日、現場での環境要因の測定を可能にするさまざまなポータブル電子デバイスがあります。これらの中には、日射計、温度、相対湿度、葉面積などがあります。

動物への応用例

-家畜の生産性に対する温度の影響

非常に関連する分野は、環境要因の変化に対する飼育動物の反応を理解しようとする動物生産に適用される生態生理学です。これらの要因の1つは温度であり、現在の世界平均気温の上昇傾向を考慮しています。

Homeothermy

繁殖動物の大部分は恒温動物です。つまり、環境の変動にもかかわらず、安定した内部温度を維持します。これは、外気温の上昇または下降を補うための化学エネルギーの投資を通じて達成されます。

この外部温度補償プロセスは、視床下部、呼吸器系、および皮膚を含む体温調節によって実現されます。

鶏を飼う

産卵鶏に給餌する時間は、その生産性にとって重要であることがわかっています。この場合、それは熱ストレスの関数としての食物の同化能力と関係があります。

鶏を飼う。出典：Peloy（Allan HM）

飼料がその日の最も暑い時間帯に供給された場合、鶏はそれをあまり同化せず、その生産は減少します。したがって、環境温度の上昇は放し飼いの雌鶏の生産性の低下を意味します。

牛

温度の上昇は、動物に体温調節の生理学的メカニズムを活性化させる。これには、体重増加または乳生産から差し引かれるエネルギーの投資が含まれます。

一方、温度が上昇すると、動物は摂食の優先順位を変化させます。これらの場合、水の摂取量が増加し、乾物の消費量が減少し、結果として体重が減少します。

-汚染とカエル

生態生理学的研究は、動物種の生理学を環境と関連付け、汚染の起こり得る悪影響を確立することを可能にします。この例は、カエルとヒキガエルがさらされている現在の脅威の状態です。

汚染に敏感なカエル（Atelopus zeteki）。ソース：ブライアングラトウィック

既知の両生類の6,500種の約半分が絶滅の危機に瀕しています。これらの動物は、温度、湿度、または環境汚染物質の変化に非常に敏感です。

両生類の呼吸と循環

両生類は肺と皮膚の両方から呼吸するため、両生類の呼吸の生理学は非常に独特です。彼らが水から出ているとき、彼らは彼らの肺を使い、水中で彼らは彼らの皮膚を通して呼吸します、そしてそれはO2、CO2と水に透過性です。

影響

呼吸の形態により、これらの動物は空気と水の両方から汚染物質を吸収しやすくなります。一方、水中の酸素濃度が低いため、適切に吸収されないために酸素が弱まります。

これらの条件下では、それらは死ぬか弱くなる可能性があり、病原菌や細菌による攻撃を受けやすくなります。最大の脅威の1つは、病原菌であるBatrachochytrium dendrobatidisで、皮膚内の電解質の流れを阻害します。

植物への応用例

-植物の生態生理学

地球温暖化により、耐性の法則により、特定の作物が一部の地域で生産されなくなります。つまり、水の利用可能性などの要因は、種の許容範囲外になります。

乾物。出典：Tomas Castelazo

しかし、乾燥地帯の種は水不足に適応するための戦略を開発しました。この意味で、乾燥地帯の植物の生態生理学における研究は、植物の遺伝的改善のための可能な道を提供します。

オスモライト

これらの戦略の1つは、水不足を許容するのに役立つタンパク質を生成するための遺伝子発現の変更です。これらのタンパク質の中には、少量の水でも細胞が膨圧を維持するのを助けるオスモライトがあります。

これらのタンパク質とそれらの代謝の知識は、作物を改良するために遺伝子工学によって使用することができます。

-好塩性植物の生態生理学

農業が直面している問題の1つは、灌漑用水によって加えられた塩の濃度による土壌の塩分です。より多くの土壌が塩類化するにつれ、食糧生産に利用できる耕作地は少なくなります。

好塩性植物

しかし、土壌中の塩濃度が高い状態で生き残るのに適した植物の種があります。これらは、いわゆる塩生植物です（Halos =塩、phyto =植物）。

これらの種は、塩の吸収を避けたり、固定化したり、排泄したりするためのメカニズムとして、一連の形態学的および生理学的適応を開発しました。

食物としての塩生植物

これらの植物の生態生理学の知識は、農業システムを開発し、それらを食料源として使用するための基礎として役立ちます。このようにして、塩害のある農業土壌で栽培された塩生植物種を家畜の飼料として使用することができます。

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