ecofisiología adalah cabang ekologi yang mempelajari respon fungsional organisme untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan. Setiap makhluk hidup harus beradaptasi dengan lingkungannya untuk bertahan hidup, dan adaptasi ini bersifat struktural dan fungsional.
Disiplin ini juga dikenal sebagai ekologi fisiologis atau fisiologi lingkungan, dan menghasilkan pengetahuan dasar dan terapan. Dengan demikian, dimungkinkan untuk mengetahui hubungan antara fisiologi suatu organisme dan perubahan lingkungan.
Eksperimen ekofisiologi. Sumber: Rasbak [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Demikian juga, ekofisiologi memberikan informasi di bidang produksi tumbuhan dan hewan untuk menghasilkan makanan. Sebagai contoh, studi tentang ekofisiologi tanaman yang toleran terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim telah berguna dalam perbaikan genetik.
Demikian pula, studi ekofisiologi memungkinkan untuk menetapkan kondisi lingkungan mana yang paling cocok untuk mencapai produktivitas hewan yang lebih besar. Dengan demikian, rentang variasi faktor lingkungan dapat ditetapkan untuk memberikan kenyamanan bagi hewan di unit produksi.
Indeks artikel
Apa yang dipelajari ekofisiologi?
Ekofisiologi adalah disiplin ilmu di mana fisiologi dan ekologi bertemu. Fisiologi ilmu yang mempelajari fungsi makhluk hidup dan ekologi berkaitan dengan hubungan antara makhluk hidup dan lingkungannya.
Dalam pengertian ini, ekofisiologi mempelajari hubungan dinamis antara perubahan lingkungan dan adaptasi metabolisme tumbuhan atau hewan terhadap perubahan ini.
– Eksperimen ekologis
Untuk mencapai tujuannya, ekofisiologi menerapkan penelitian deskriptif dan metode eksperimental. Untuk ini, ia mengidentifikasi faktor fisik-kimiawi yang bekerja di lingkungan dan menentukan efeknya pada tubuh.
Faktor-faktor ini dapat berupa sumber daya yang digunakan organisme untuk kelangsungan hidupnya atau kondisi yang mempengaruhi fungsinya. Selanjutnya, respons fisiologis organisme hidup terhadap variasi faktor tersebut ditetapkan.
Sistem metabolisme yang terlibat
Penting untuk mengidentifikasi sistem organik dan fungsional yang terlibat dalam respons adaptif organisme terhadap perubahan faktor tertentu. Misalnya, ketika ada perubahan suhu ada respons dari sistem termoregulasi individu.
Desain eksperimental
Ekofisiologi menggunakan desain eksperimen untuk menetapkan respons fisiologis tubuh terhadap perubahan suatu faktor. Contoh dari hal ini dapat menjadikan individu dari spesies tanaman pada konsentrasi garam yang berbeda dalam substrat.
– Jenis perubahan lingkungan
Setelah faktor-faktor yang akan dipelajari telah ditentukan, perlu untuk mengidentifikasi perubahan yang terjadi di lingkungan dan sifat temporalnya, dengan mendefinisikan tiga jenis:
Perubahan siklis
Perubahan-perubahan ini berulang secara berkala, seperti pergantian musim iklim atau siang dan malam. Menghadapi ini, makhluk hidup juga telah mengembangkan fungsi siklus, mengikuti ritme perubahan lingkungan.
Siklus siang dan malam. Sumber: Kaliver [CC0]
Misalnya gugurnya daun di musim kemarau untuk mengurangi keringat akibat kekurangan air. Dalam kasus hewan, ada juga adaptasi terhadap perubahan siklus ini; misalnya perubahan bulu burung tertentu.
Ptarmigan ( Lagopus muta ) dari tundra memiliki homochromia musiman dan menyajikan bulu putih musim dingin sementara di musim semi berubah menjadi nada gelap dan beraneka ragam. Dengan demikian, kamuflase mereka disesuaikan dengan warna putih salju yang seragam dan kemudian dengan warna gelap lingkungan selama sisa tahun ini.
Adaptasi hewan lain terhadap perubahan siklus adalah hibernasi beruang dan spesies lain di musim dingin. Ini melibatkan perubahan tingkat metabolisme yang mencakup penurunan fungsi tubuh, seperti suhu dan detak jantung.
Perubahan acak
Jenis perubahan ini terjadi secara acak, tanpa keteraturan yang pasti. Misalnya, longsornya lereng gunung, tumpahan minyak atau datangnya predator atau patogen baru.
Jenis perubahan ini merupakan risiko yang lebih besar bagi spesies, karena terjadi secara drastis.Dalam kasus ini, respons organisme tergantung pada plastisitas fungsi yang sudah ada.
Perubahan arah
Yaitu perubahan lingkungan yang disengaja oleh manusia untuk tujuan tertentu. Contohnya adalah penggundulan hutan untuk membangun padang rumput atau intervensi lahan basah untuk menanam padi.
– Postulat umum
Mulai dari akumulasi bukti eksperimental dan observasional di lingkungan alam, ekofisiologi mencoba mendefinisikan postulat umum. Ini adalah prinsip umum yang muncul dari keteraturan respons fisiologis tertentu terhadap perubahan lingkungan.
Hukum Minimum Liebig
Sprengel (1828) mendalilkan bahwa faktor penentu dalam pertumbuhan suatu organisme adalah yang paling langka di lingkungan. Kemudian asas ini dipopulerkan oleh Liebig (1840), dan dikenal sebagai Hukum Minimum atau Liebig’s Law.
Bartholomew (1958) menerapkan prinsip ini pada distribusi spesies, menunjukkan bahwa itu ditentukan oleh faktor lingkungan yang paling membatasi.
Hukum Toleransi Shelford
Pada tahun 1913, Victor Shelford menyatakan bahwa spesies tertentu ada dalam kisaran variasi yang ditentukan untuk setiap faktor lingkungan dan interaksinya. Ini dikenal sebagai batas toleransi, di luar itu spesies tidak dapat bertahan hidup.
Hukum Toleransi Shelford. Sumber: http://ecologiaambiental.wikispaces.com/ [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Prinsip ini mendefinisikan bahwa dalam amplitudo variasi faktor lingkungan tertentu ada tiga kemungkinan keadaan organisme. Keadaan ini optimal, stres fisiologis dan intoleransi.
Dalam pengertian ini, dalam kisaran faktor yang optimal, populasi spesies akan melimpah. Ketika bergerak menjauh dari optimal, seseorang memasuki zona stres di mana populasi menurun dan, di luar batas toleransi, spesies menghilang.
– Teknologi digital dan ekofisiologi
Seperti dalam semua ilmu pengetahuan, studi ekofisiologi telah ditingkatkan dengan pengembangan teknologi baru. Karena sifatnya yang eksperimental, disiplin khusus ini disukai oleh perkembangan teknologi digital.
Saat ini terdapat keragaman perangkat elektronik portabel yang memungkinkan pengukuran faktor lingkungan di lapangan. Di antaranya adalah meter radiasi matahari, suhu, kelembaban relatif, luas daun, dan lain-lain.
Contoh aplikasi pada hewan
– Pengaruh suhu terhadap produktivitas hewan ternak
Bidang yang sangat relevan adalah ekofisiologi yang diterapkan pada produksi hewan, yang berupaya memahami respons hewan pemuliaan terhadap variasi faktor lingkungan. Salah satu faktor tersebut adalah suhu, dengan mempertimbangkan tren peningkatan suhu rata-rata global saat ini.
Homeotermi
Sebagian besar hewan berkembang biak adalah homeotermik, yaitu, mereka mempertahankan suhu internal yang stabil meskipun ada variasi lingkungan. Hal ini dicapai melalui investasi energi kimia untuk mengkompensasi kenaikan atau penurunan suhu luar.
Proses kompensasi suhu eksternal ini dicapai melalui termoregulasi, yang melibatkan hipotalamus, sistem pernapasan, dan kulit.
Ayam petelur
Waktu dalam sehari ayam petelur diberi makan ternyata penting untuk produktivitasnya. Dalam hal ini ada hubungannya dengan kapasitas asimilasi makanan sebagai fungsi dari cekaman panas.
Ayam petelur. Sumber: Peloy (Allan HM) [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]
Jika makanan diberikan pada jam-jam terpanas dalam sehari, ayam mengasimilasinya lebih sedikit dan produksinya menurun. Akibatnya, peningkatan suhu lingkungan berarti penurunan produktivitas ayam buras.
Ternak
Peningkatan suhu memaksa hewan untuk mengaktifkan mekanisme fisiologis termoregulasi. Ini melibatkan investasi energi yang dikurangi dari penambahan berat badan atau produksi susu.
Di sisi lain, dengan meningkatnya suhu, hewan memvariasikan prioritas makan mereka. Dalam kasus ini, asupan air meningkat dan konsumsi kering peduli menurun , dengan konsekuensi kehilangan berat badan.
– Polusi dan katak
Studi ekofisiologi memungkinkan untuk menghubungkan fisiologi spesies hewan dengan lingkungan mereka dan menetapkan kemungkinan efek negatif polusi. Contohnya adalah keadaan ancaman saat ini yang menjadi sasaran katak dan kodok.
Katak (Atelopus zeteki) sensitif terhadap kontaminasi. Sumber: Brian Gratwicke [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]
Sekitar setengah dari 6.500 spesies amfibi yang diketahui terancam punah. Hewan ini sangat sensitif terhadap perubahan suhu, kelembaban atau polutan lingkungan.
Respirasi dan peredaran amfibi
Fisiologi pernapasan amfibi sangat aneh, karena mereka bernapas melalui paru-paru dan melalui kulit. Ketika mereka keluar dari air mereka menggunakan paru-paru mereka dan di dalam air mereka bernapas melalui kulit mereka yang permeabel terhadap O2, CO2 dan air.
Dampak
Bentuk respirasinya membuat hewan ini rentan terhadap penyerapan polutan baik dari udara maupun air. Di sisi lain, karena konsentrasi oksigen yang rendah di dalam air, mereka melemah karena tidak menyerapnya dengan baik.
Dalam kondisi ini mereka bisa mati atau menjadi lemah dan rentan terhadap serangan jamur dan bakteri patogen. Salah satu ancaman terbesar adalah jamur patogen Batrachochytrium dendrobatidis , yang menghambat aliran elektrolit di kulit.
Contoh aplikasi pada tumbuhan
– Ekofisiologi tumbuhan zona kering
pemanasan global akan mengakibatkan beberapa daerah berhenti memproduksi tanaman tertentu karena hukum toleransi. Artinya, faktor-faktor seperti ketersediaan air akan berada di luar kisaran toleransi spesies.
Xerofit. Sumber: Tomas Castelazo [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)]
Namun, spesies zona kering telah mengembangkan strategi untuk beradaptasi dengan defisit air. Dalam pengertian ini, penelitian dalam ekofisiologi tanaman zona kering memberikan kemungkinan jalan untuk perbaikan genetik tanaman.
Osmolit
Salah satu strategi ini adalah modifikasi ekspresi gen untuk menghasilkan protein yang membantu menoleransi defisit air. Di antara protein ini adalah osmolit yang membantu sel mempertahankan turgornya bahkan dengan sedikit air.
Pengetahuan tentang protein ini dan metabolismenya dapat digunakan oleh rekayasa genetika untuk memperbaiki tanaman.
– Ekofisiologi tumbuhan halofilik
Salah satu masalah yang dihadapi pertanian adalah salinitas tanah karena konsentrasi garam yang ditambahkan oleh air irigasi. Semakin banyak tanah yang tersalinisasi, semakin sedikit lahan pertanian yang tersedia untuk produksi pangan.
Tumbuhan halofilik
Namun, ada spesies tanaman yang beradaptasi untuk bertahan hidup dalam kondisi konsentrasi garam yang tinggi di dalam tanah. Inilah yang disebut tumbuhan halofitik ( Halos = garam ; phyto = tumbuhan).
Spesies ini telah mengembangkan serangkaian adaptasi morfologi dan fisiologis sebagai mekanisme untuk menghindari penyerapan garam, melumpuhkan atau mengeluarkannya.
Tumbuhan halophytic sebagai makanan
Pengetahuan tentang ekofisiologi tanaman ini menjadi dasar untuk mengembangkan sistem pertanian dan menggunakannya sebagai sumber makanan. Dengan cara ini, spesies halofit yang dibudidayakan di tanah pertanian salin dapat digunakan sebagai pakan ternak.
Referensi
- Ariasa, RA, Maderb, TL, dan Escobara, PC (2008). Faktor iklim yang mempengaruhi kinerja produktif sapi potong dan sapi perah. Arch. Med. Vet.
- Blaustein, AR, Bangun, DB dan Sousa, WP (1994). Penurunan amfibi: menilai stabilitas, kegigihan, dan kerentanan populasi terhadap kepunahan lokal dan global. Biologi Konservasi.
- Calow, P. (Ed.) (1998). Ensiklopedia ekologi dan manajemen lingkungan.
- Hawkesford, MJ dan De Kok, LJ (2007). Ekofisiologi Tumbuhan (Vol. 6). Sulfur pada tumbuhan. Sebuah perspektif ekologi.
- Lüttge, U. dan Scarano, FR (2004). Ekofisiologi. Majalah Brasil. Bot.
- Pereyra-Cardozo, M. dan Quiriban, A. (2014). Protein dalam toleransi cekaman air pada tanaman. SEMIÁRIDA, Jurnal Fakultas Agronomi UNLPam.
- Purves, WK, Sadava, D., Orians, GH dan Heller, HC (2001). Kehidupan. Ilmu biologi.
- Raven, P., Evert, RF dan Eichhorn, SE (1999). Biologi tumbuhan.
