Ecofisiología

¿Qué es la ecofisiología?

La ecofisiología es la rama de la biología que estudia la respuesta funcional de los organismos en su adaptación a los cambios ambientales. Todo ser vivo debe adaptarse a su ambiente para sobrevivir y esta adaptación es estructural y funcional.

Esta disciplina se conoce también como ecología fisiológica o fisiología ambiental, y genera conocimiento tanto básico como aplicado. Así, es posible conocer la relación entre la fisiología de un organismo y las alteraciones ambientales.

Igualmente, la ecofisiología brinda información en el terreno de la producción vegetal y animal para generar alimentos. Por ejemplo, estudios de la ecofisiología de plantas tolerantes a condiciones ambientales extremas han sido útiles en el mejoramiento genético.

Asimismo, los estudios ecofisiológicos permiten establecer cuáles son las condiciones ambientales más adecuadas para lograr una mayor productividad animal. Así, se pueden establecer rangos de variación de factores ambientales para brindar comodidad a los animales en las unidades de producción.

¿Qué estudia la ecofisiología?

La ecofisiología es una disciplina donde confluyen la fisiología y la ecología. La fisiología es la ciencia que estudia el funcionamiento de los seres vivos, y la ecología aborda las relaciones entre los seres vivos y su entorno.

En este sentido, la ecofisiología estudia la relación dinámica entre el ambiente cambiante y las adaptaciones del metabolismo vegetal o animal ante dichos cambios.

• Experimentación ecológica. La ecofisiología aplica tanto la investigación descriptiva como el método experimental. Para esto, identifica los factores físico-químicos que actúan en el ambiente y determina su efecto en el organismo. Estos factores pueden ser recursos que emplea el organismo para su supervivencia o condiciones que afectan su funcionamiento. Posteriormente se establece la respuesta fisiológica del organismo vivo ante las variaciones de dicho factor.
  • Sistemas metabólicos involucrados. Es necesario identificar los sistemas orgánicos y funcionales involucrados en la respuesta adaptativa del organismo al cambio de un factor determinado. Por ejemplo, cuando hay cambios de temperatura, hay una respuesta del sistema de termorregulación del individuo.
  • Diseño experimental. La ecofisiología recurre al diseño de experimentos para establecer la respuesta fisiológica del organismo ante cambios de un factor. Un ejemplo puede ser someter a individuos de una especie vegetal a distintas concentraciones salinas en el sustrato.
• Tipos de cambios ambientales. Una vez definidos los factores a estudiar, es necesario identificar los cambios que ocurren en el ambiente y su carácter temporal, definiéndose tres tipos:
  • Cambios cíclicos. Son recurrentes de forma periódica, como la alternancia de las estaciones climáticas o el día y la noche. Ante estos, el ser vivo ha desarrollado un funcionamiento también cíclico siguiendo el ritmo del cambio ambiental. Por ejemplo, la caída de las hojas en la época seca para disminuir la transpiración ante el déficit de agua. En el caso de los animales, también hay adaptaciones a estos cambios cíclicos: por ejemplo, el cambio de plumaje de ciertas aves. La perdiz nival (Lagopus muta) de la tundra posee homocromía estacional y presenta plumaje blanco invernal, mientras que en primavera cambia a tonalidades oscuras y variegadas. Así, su camuflaje está adaptado al blanco uniforme de la nieve y luego a las tonalidades oscuras del entorno durante el resto del año. Otra adaptación animal a cambios cíclicos es la hibernación de los osos y otras especies en invierno. Esto implica cambios en el ritmo metabólico que incluyen disminuir las funciones corporales, como la temperatura y el ritmo cardiaco.
  • Cambios aleatorios. Este tipo de cambios ocurren al azar, sin regularidad establecida. Por ejemplo, el deslave de una ladera montañosa, un derrame petrolero o la llegada de un nuevo depredador o patógeno. Este tipo de cambios representan un riesgo mayor para las especies, debido a que ocurren de forma drástica. En estos casos, la respuesta de los organismos depende de la plasticidad en las funciones ya existentes.
  • Cambios direccionales. Son cambios en el ambiente provocados con intencionalidad por el ser humano con determinados fines. Un ejemplo es la deforestación de un bosque para establecer un pastizal, o la intervención de un humedal para cultivar arroz.
• Postulados generales. Partiendo de la acumulación de evidencia experimental y observacional en el ámbito natural, la ecofisiología trata de definir postulados generales. Son principios generales que se desprenden de la regularidad de ciertas respuestas fisiológicas ante cambios ambientales.
  • Ley del mínimo de Liebig. Señala que un organismo o la distribución de las especies están determinados por el factor ambiental más limitante.
  • Ley de la tolerancia de Shelford. En 1913, Víctor Shelford planteó que una especie determinada existe en una amplitud de variación definida para cada factor ambiental y sus interacciones. Es lo que se conoce como límites de tolerancia, fuera de los cuales la especie no sobrevive. Este principio define que en la amplitud de variación de un determinado factor ambiental existen tres estados posibles para el organismo: el óptimo, el estrés fisiológico y la intolerancia. En este sentido, en la franja óptima del factor, las poblaciones de la especie serán abundantes. Al alejarse del óptimo, se entra en una zona de estrés donde las poblaciones disminuyen, y fuera del límite de tolerancia, la especie desaparece.

• La tecnología digital y la ecofisiología. Como en toda la ciencia, los estudios ecofisiológicos se han visto potenciados por el desarrollo de nuevas tecnologías. Por su carácter experimental, esta disciplina en particular se ha visto favorecida por el desarrollo de la tecnología digital. Hoy en día se cuenta con diversidad de aparatos electrónicos portátiles que permiten medir factores ambientales en campo. Entre estos están los medidores de radiación solar, de temperatura, humedad relativa, área foliar, etc.

Ejemplos de aplicaciones de ecofisiología en animales

• Efecto de la temperatura en la productividad de animales de cría. Un campo relevante es la ecofisiología aplicada a la producción animal, que busca comprender la respuesta de los animales de cría a la variación de factores ambientales. Uno de estos factores es la temperatura, tomando en cuenta la tendencia actual al aumento de la temperatura promedio global.
  • Homeotermia. Los animales de cría en su gran mayoría son homeotermos, es decir, mantienen su temperatura interna estable pese a las variaciones ambientales. Esto se logra gracias a la inversión de energía química para compensar los aumentos o descensos de la temperatura exterior. Este proceso de compensación de la temperatura externa se logra mediante la termorregulación, que involucra al hipotálamo, sistema respiratorio y la piel.
  • Gallinas ponedoras. Se ha determinado que la hora del día en que se alimenta a una gallina ponedora es importante para su productividad. En este caso, tiene que ver con la capacidad de asimilación del alimento en función del estrés térmico. Si se suministra el alimento en las horas más calientes, la gallina lo asimila menos y su producción disminuye. En consecuencia, el aumento de la temperatura ambiental implica una disminución en la productividad de gallinas de corral.

• • Ganado bovino. El aumento de la temperatura obliga a los animales a activar mecanismos fisiológicos de termorregulación. Esto implica una inversión de energía que es sustraída del aumento de peso o de la producción de leche. Por otra parte, al aumentar la temperatura, los animales varían sus prioridades de alimentación. En estos casos, aumenta la ingesta de agua y disminuye el consumo de materia seca, con la consecuente pérdida de peso.
• La contaminación y las ranas. Los estudios ecofisiológicos permiten relacionar la fisiología de las especies animales con su entorno y establecer los posibles efectos negativos de la contaminación. Un ejemplo es el actual estado de amenaza al que están sometidas ranas y sapos. Aproximadamente la mitad de las 6.500 especies conocidas de anfibios están amenazadas de extinción. Estos animales son muy sensibles a cambios en la temperatura, la humedad o a contaminantes ambientales.

• • Respiración y circulación de los anfibios. La fisiología de la respiración de los anfibios es muy peculiar, ya que respiran tanto mediante pulmones como a través de la piel. Cuando están fuera del agua emplean los pulmones, y en el agua, respiran mediante su piel. permeable al O2, CO2 y al agua.
  • Impacto. La forma de respiración hace a estos animales susceptibles a la absorción de elementos contaminantes del aire y del agua. Por otra parte, ante la baja concentración de oxígeno en el agua, se debilitan porque no lo absorben adecuadamente. En estas condiciones, pueden morir o debilitarse y ser susceptibles al ataque de hongos y bacterias patógenas. Una de las mayores amenazas es el hongo patógeno Batrachochytrium dendrobatidis, que inhibe el flujo de electrolitos en la piel.

Ejemplos de aplicaciones de ecofisiología en plantas

• Ecofisiología de plantas de zonas áridas. El calentamiento global traerá como consecuencia que en algunas zonas se deje de producir ciertos cultivos debido a la ley de la tolerancia. Es decir, factores como la disponibilidad de agua se saldrán del rango de tolerancia de las especies. Sin embargo, las especies de zonas áridas han desarrollado estrategias para adaptarse al déficit hídrico. En este sentido, la investigación en la ecofisiología de plantas de zonas áridas aporta posibles vías para el mejoramiento genético vegetal.

• • Los osmolitos. Una de esas estrategias es la modificación de la expresión genética para producir proteínas que ayudan a tolerar el déficit hídrico. Entre estas proteínas están los osmolitos, que contribuyen a que las células mantengan su turgencia aún con poca agua. El conocimiento de estas proteínas y su metabolismo puede emplearse en ingeniería genética para mejorar los cultivos.
• Ecofisiología de plantas halófilas. Uno de los problemas que enfrenta la agricultura es la salinidad de los suelos debido a la concentración de sales que agregan las aguas de riego. En la medida en que se salinizan más suelos, la extensión de tierras de cultivo disponibles para la producción de alimentos es menor.
  • Plantas halófilas. Sin embargo, existen especies de plantas adaptadas para sobrevivir en condiciones de alta concentración de sales en el suelo. Son las denominadas plantas halófitas (Halos= sal; phyto= planta). Estas especies han desarrollado adaptaciones morfológicas y fisiológicas como mecanismos para eludir la absorción de sal, inmovilizarla o excretarla.
  • Plantas halófitas como alimento. El conocimiento de la ecofisiología de estas plantas sirve de base para desarrollar sistemas agrícolas y utilizarlas como fuentes de alimento. De esta forma, especies halófitas cultivadas en los suelos agrícolas salinizados, se pueden emplear como alimento para el ganado

Referencias

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2. Calow, P. The encyclopedia of ecology and environmental management.
3. Hawkesford, M.J., De Kok, L.J. Plant Ecophysiology (Vol. 6). Sulfur in plants. An ecological perspective.
4. Lüttge, U., Scarano, F.R. Ecophysiology. Revista Brasil. Bot.
5. Raven, P., Evert, R.F., Eichhorn, S.E. Biology of plants.