EKOFISIOLOGI: APA YANG DIKAJI DAN DIAPLIKASIKAN PADA HAIWAN DAN TUMBUHAN - BIOLOGI - 2026

The ecofisiología merupakan cabang ekologi yang mengkaji tindak balas fungsi organisma untuk menyesuaikan diri dengan perubahan persekitaran. Setiap makhluk hidup mesti menyesuaikan diri dengan persekitarannya agar dapat bertahan dan penyesuaian ini bersifat struktur dan fungsional.

Disiplin ini juga dikenali sebagai ekologi fisiologi atau fisiologi persekitaran, dan menghasilkan pengetahuan asas dan gunaan. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengetahui hubungan antara fisiologi organisma dan perubahan persekitaran.

Eksperimen ekofisiologi. Sumber: Rasbak

Begitu juga, ekofisiologi memberikan maklumat dalam bidang pengeluaran tumbuhan dan haiwan untuk menghasilkan makanan. Sebagai contoh, kajian ekofisiologi tumbuhan yang bertoleransi terhadap keadaan persekitaran yang ekstrem telah berguna dalam peningkatan genetik.

Begitu juga, kajian ekofisiologi memungkinkan untuk menentukan keadaan persekitaran yang paling sesuai untuk mencapai produktiviti haiwan yang lebih besar. Oleh itu, berbagai variasi faktor persekitaran dapat ditentukan untuk memberikan keselesaan kepada haiwan di unit pengeluaran.

Apa yang dikaji oleh ekofisiologi?

Ekofisiologi adalah disiplin di mana fisiologi dan ekologi bertemu. Fisiologi sains yang mengkaji fungsi makhluk hidup dan ekologi menangani hubungan antara makhluk hidup dan persekitarannya.

Dalam pengertian ini, ekofisiologi mengkaji hubungan dinamik antara perubahan persekitaran dan penyesuaian metabolisme tumbuhan atau haiwan terhadap perubahan ini.

- Eksperimen ekologi

Untuk mencapai objektifnya, ekofisiologi menggunakan penyelidikan deskriptif dan kaedah eksperimen. Untuk ini, ia mengenal pasti faktor fizikal-kimia yang bertindak di persekitaran dan menentukan kesannya terhadap tubuh.

Faktor-faktor ini boleh menjadi sumber yang digunakan oleh organisma untuk kelangsungan hidupnya atau keadaan yang mempengaruhi fungsinya. Selepas itu, tindak balas fisiologi organisma hidup terhadap variasi faktor tersebut ditetapkan.

Sistem metabolik yang terlibat

Adalah perlu untuk mengenal pasti sistem organik dan fungsional yang terlibat dalam tindak balas adaptif organisma terhadap perubahan faktor tertentu. Sebagai contoh, apabila terdapat perubahan suhu terdapat tindak balas dari sistem termoregulasi individu.

Reka bentuk eksperimen

Ekofisiologi menggunakan reka bentuk eksperimen untuk menentukan tindak balas fisiologi organisma terhadap perubahan faktor. Contohnya boleh menyebabkan individu spesies tumbuhan mengalami kepekatan garam yang berbeza dalam substrat.

- Jenis perubahan persekitaran

Setelah faktor-faktor yang akan dikaji telah ditentukan, adalah perlu untuk mengenal pasti perubahan yang berlaku di persekitaran dan sifat temporalnya, yang menentukan tiga jenis:

Perubahan kitaran

Perubahan ini berulang secara berkala, seperti pergantian musim iklim atau siang dan malam. Menghadapi hal ini, makhluk hidup telah mengembangkan fungsi siklik, mengikuti irama perubahan persekitaran.

Kitaran siang dan malam. Sumber: Caliver

Contohnya, jatuhnya daun pada musim kemarau untuk mengurangkan peluh kerana kekurangan air. Dalam kes haiwan, terdapat juga penyesuaian terhadap perubahan kitaran ini; contohnya perubahan bulu burung tertentu.

Ptarmigan (Lagopus muta) dari tundra mempunyai homochromia bermusim dan menyajikan bulu musim sejuk putih sementara pada musim bunga ia berubah menjadi nada gelap dan bervariasi. Oleh itu, penyamaran mereka disesuaikan dengan warna putih salji yang seragam dan kemudian dengan warna persekitaran yang gelap pada sepanjang tahun ini.

Penyesuaian haiwan lain terhadap perubahan kitaran adalah hibernasi beruang dan spesies lain pada waktu musim sejuk. Ini melibatkan perubahan dalam kadar metabolisme yang meliputi penurunan fungsi tubuh, seperti suhu dan denyut jantung.

Perubahan secara rawak

Jenis perubahan ini berlaku secara rawak, tanpa keteraturan yang ditetapkan. Contohnya, tanah runtuh di lereng gunung, tumpahan minyak atau kedatangan pemangsa atau patogen baru.

Jenis perubahan ini merupakan risiko yang lebih besar bagi spesies ini, kerana ia berlaku secara drastik. Dalam kes ini, tindak balas organisma bergantung pada keplastikan fungsi yang sudah ada.

Perubahan arah

Mereka adalah perubahan persekitaran yang sengaja disebabkan oleh manusia untuk tujuan tertentu. Contohnya adalah penebangan hutan untuk mendirikan padang rumput atau campur tangan tanah basah untuk mengusahakan padi.

- Postulat umum

Bermula dari pengumpulan bukti eksperimen dan pemerhatian di persekitaran semula jadi, ekofisiologi cuba menentukan postulat umum. Ini adalah prinsip umum yang muncul dari keteraturan tindak balas fisiologi tertentu terhadap perubahan persekitaran.

Hukum Minimum Liebig

Sprengel (1828) mendalilkan bahawa faktor penentu pertumbuhan organisma adalah yang paling langka di persekitaran. Kemudian prinsip ini dipopulerkan oleh Liebig (1840), dan dikenal sebagai Hukum Minimum atau Hukum Liebig.

Bartholomew (1958) menerapkan prinsip ini pada pengedaran spesies, menunjukkan bahawa ia ditentukan oleh faktor persekitaran yang paling terhad.

Hukum Toleransi Shelford

Pada tahun 1913, Victor Shelford menyatakan bahawa spesies tertentu wujud dalam rentang variasi yang ditentukan untuk setiap faktor persekitaran dan interaksinya. Ini dikenali sebagai had toleransi, di mana spesies tersebut tidak dapat bertahan.

Hukum Toleransi Shelford. Sumber: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

Prinsip ini mendefinisikan bahawa dalam amplitud variasi faktor persekitaran tertentu terdapat tiga kemungkinan keadaan untuk organisma. Keadaan ini adalah optimum, tekanan fisiologi dan intoleransi.

Dalam pengertian ini, dalam julat faktor yang optimum, populasi spesies akan banyak. Ketika menjauh dari yang optimum, seseorang memasuki zon tekanan di mana populasi menurun dan, di luar had toleransi, spesies tersebut hilang.

- Teknologi digital dan ekofisiologi

Seperti dalam semua sains, kajian ekofisiologi telah ditingkatkan dengan pengembangan teknologi baru. Oleh kerana sifat eksperimentalnya, disiplin ini khususnya disukai oleh pengembangan teknologi digital.

Hari ini terdapat kepelbagaian alat elektronik mudah alih yang memungkinkan mengukur faktor persekitaran di lapangan. Antaranya ialah meter radiasi matahari, suhu, kelembapan relatif, kawasan daun, antara lain.

Contoh aplikasi pada haiwan

- Kesan suhu terhadap produktiviti haiwan ternakan

Bidang yang sangat relevan adalah ekofisiologi yang diterapkan pada pengeluaran haiwan, yang bertujuan untuk memahami tindak balas pembiakan haiwan terhadap variasi faktor persekitaran. Salah satu faktor ini adalah suhu, dengan mengambil kira trend semasa peningkatan suhu purata global.

Homeothermy

Sebilangan besar haiwan pembiakan adalah homeotermik, iaitu, mereka mengekalkan suhu dalaman yang stabil walaupun terdapat perubahan persekitaran. Ini dicapai melalui pelaburan tenaga kimia untuk mengimbangi kenaikan atau penurunan suhu luar.

Proses pampasan suhu luaran ini dicapai melalui termoregulasi, yang melibatkan hipotalamus, sistem pernafasan, dan kulit.

Ayam bertelur

Waktu di mana ayam betina diberi makan dianggap penting untuk produktiviti. Dalam kes ini, ia berkaitan dengan kapasiti asimilasi makanan sebagai fungsi tekanan panas.

Ayam bertelur. Sumber: Peloy (Allan HM)

Sekiranya makanan dibekalkan pada waktu paling panas dalam sehari, ayam akan mengasimilasikannya lebih sedikit dan pengeluarannya menurun. Akibatnya, kenaikan suhu persekitaran menunjukkan penurunan produktiviti ayam jarak bebas.

Lembu

Peningkatan suhu memaksa haiwan untuk mengaktifkan mekanisme fisiologi termoregulasi. Ini melibatkan pelaburan tenaga yang dikurangkan dari kenaikan berat badan atau pengeluaran susu.

Sebaliknya, ketika suhu meningkat, haiwan mengubah keutamaan makanan mereka. Dalam kes-kes ini, pengambilan air meningkat dan penggunaan bahan kering menurun, dengan penurunan berat badan.

- Pencemaran dan katak

Kajian ekofisiologi memungkinkan untuk mengaitkan fisiologi spesies haiwan dengan persekitarannya dan menentukan kemungkinan kesan negatif pencemaran. Contohnya ialah keadaan ancaman semasa katak dan kodok.

Katak (Atelopus zeteki) sensitif terhadap pencemaran. Sumber: Brian Gratwicke

Kira-kira separuh daripada 6,500 spesies amfibia yang terkenal terancam kepupusan. Haiwan ini sangat sensitif terhadap perubahan suhu, kelembapan atau pencemaran persekitaran.

Pernafasan dan peredaran amfibia

Fisiologi pernafasan amfibi sangat pelik, kerana mereka bernafas melalui paru-paru dan melalui kulit. Apabila mereka berada di luar air, mereka menggunakan paru-paru mereka dan di dalam air mereka bernafas melalui kulit mereka, yang dapat meresap ke O2, CO2 dan air.

Kesan

Bentuk pernafasan menjadikan haiwan ini rentan terhadap penyerapan bahan pencemar dari udara dan air. Sebaliknya, kerana kepekatan oksigen yang rendah di dalam air, mereka lemah kerana tidak menyerapnya dengan betul.

Dalam keadaan ini mereka boleh mati atau menjadi lemah dan mudah diserang oleh kulat dan bakteria patogen. Salah satu ancaman terbesar adalah kulat patogen Batrachochytrium dendrobatidis, yang menghalang aliran elektrolit pada kulit.

Contoh aplikasi pada tanaman

- Ekofisiologi tumbuhan

Pemanasan global akan menghasilkan pengeluaran tanaman tertentu di beberapa kawasan kerana undang-undang toleransi. Artinya, faktor seperti ketersediaan air akan berada di luar jangkauan toleransi spesies.

Xerofit. Sumber: Tomas Castelazo

Walau bagaimanapun, spesies zon gersang telah mengembangkan strategi untuk menyesuaikan diri dengan kekurangan air. Dalam pengertian ini, penyelidikan dalam ekofisiologi tanaman zon kering menyediakan kemungkinan jalan untuk peningkatan genetik tumbuhan.

Osmolit

Salah satu strategi ini adalah pengubahsuaian ekspresi gen untuk menghasilkan protein yang membantu mentolerir kekurangan air. Antara protein ini adalah osmolit yang membantu sel mengekalkan turgornya walaupun dengan sedikit air.

Pengetahuan mengenai protein dan metabolisme ini dapat digunakan oleh teknik genetik untuk memperbaiki tanaman.

- Ekofisiologi tumbuhan halofilik

Salah satu masalah yang dihadapi pertanian adalah kemasinan tanah kerana kepekatan garam yang ditambahkan oleh perairan pengairan. Oleh kerana semakin banyak tanah menjadi masin, semakin banyak tanah tanaman yang tersedia untuk pengeluaran makanan.

Tumbuhan halofilik

Walau bagaimanapun, terdapat spesies tumbuhan yang disesuaikan untuk bertahan hidup dalam keadaan garam berkepekatan tinggi. Ini adalah apa yang disebut tumbuhan halofit (Halos = garam; phyto = tumbuhan).

Spesies ini telah mengembangkan satu siri penyesuaian morfologi dan fisiologi sebagai mekanisme untuk mengelakkan penyerapan garam, melumpuhkannya atau mengeluarkannya.

Tumbuhan halofit sebagai makanan

Pengetahuan mengenai ekofisiologi tumbuhan ini menjadi asas untuk mengembangkan sistem pertanian dan menggunakannya sebagai sumber makanan. Dengan cara ini, spesies halofit yang ditanam di tanah pertanian yang diasinkan dapat dijadikan makanan ternakan.

Rujukan

1. Ariasa, RA, Maderb, TL, dan Escobara, PC (2008). Faktor iklim yang mempengaruhi prestasi produktif daging lembu dan lembu tenusu. Arch. Med. Vet.
2. Blaustein, AR, Wake, DB dan Sousa, WP (1994). Amphibian merosot: menilai kestabilan, kegigihan, dan kerentanan penduduk terhadap kepupusan tempatan dan global. Biologi Pemuliharaan.
3. Calow, P. (Ed.) (1998). Ensiklopedia ekologi dan pengurusan persekitaran.
4. Hawkesford, MJ dan De Kok, LJ (2007). Ekofisiologi Tumbuhan (Jilid 6). Belerang dalam tumbuh-tumbuhan. Perspektif ekologi.
5. Lüttge, U. dan Scarano, FR (2004). Ekofisiologi. Majalah Brazil. Bot.
6. Pereyra-Cardozo, M. dan Quiriban, A. (2014). Protein bertolak ansur dengan tekanan air pada tanaman. SEMIÁRIDA, Jurnal Fakulti Agronomi UNLPam.
7. Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH and Heller, HC (2001). Kehidupan. Ilmu biologi.
8. Raven, P., Evert, RF dan Eichhorn, SE (1999). Biologi tumbuhan.