ECOFISIOLOGIA: O QUE ESTUDA E APLICAÇÕES EM ANIMAIS E PLANTAS - BIOLOGIA - 2025

A ecofisiología é o ramo da ecologia que estuda a resposta funcional dos organismos para se adaptar às mudanças ambientais. Todo ser vivo deve se adaptar ao seu ambiente para sobreviver e essa adaptação é tanto estrutural quanto funcional.

Esta disciplina também é conhecida como ecologia fisiológica ou fisiologia ambiental e gera conhecimentos básicos e aplicados. Assim, é possível conhecer a relação entre a fisiologia de um organismo e as alterações ambientais.

Experimentos ecofisiológicos. Fonte: Rasbak

Da mesma forma, a ecofisiologia fornece informações no campo da produção vegetal e animal para a geração de alimentos. Por exemplo, estudos de ecofisiologia de plantas tolerantes a condições ambientais extremas têm sido úteis no melhoramento genético.

Da mesma forma, estudos ecofisiológicos permitem estabelecer quais são as condições ambientais mais adequadas para alcançar uma maior produtividade animal. Assim, faixas de variação dos fatores ambientais podem ser estabelecidas para proporcionar conforto aos animais nas unidades de produção.

O que a ecofisiologia estuda?

Ecofisiologia é uma disciplina onde a fisiologia e a ecologia convergem. Fisiologia, a ciência que estuda o funcionamento dos seres vivos e a ecologia, trata das relações entre os seres vivos e seu ambiente.

Nesse sentido, a ecofisiologia estuda a relação dinâmica entre o ambiente em mudança e as adaptações do metabolismo vegetal ou animal a essas mudanças.

- Experimentação ecológica

Para atingir seu objetivo, a ecofisiologia aplica tanto a pesquisa descritiva quanto o método experimental. Para isso, identifica os fatores físico-químicos que atuam no meio ambiente e determina seus efeitos no organismo.

Esses fatores podem ser recursos que o organismo utiliza para sua sobrevivência ou condições que afetam seu funcionamento. Posteriormente, é estabelecida a resposta fisiológica do organismo vivo às variações desse fator.

Sistemas metabólicos envolvidos

É necessário identificar os sistemas orgânicos e funcionais envolvidos na resposta adaptativa do organismo à mudança de um determinado fator. Por exemplo, quando há mudanças de temperatura, há uma resposta do sistema termorregulador do indivíduo.

Design experimental

A ecofisiologia usa o planejamento de experimentos para estabelecer a resposta fisiológica do organismo às mudanças em um fator. Um exemplo disso pode ser submeter indivíduos de uma espécie de planta a diferentes concentrações de sal no substrato.

- Tipos de mudanças ambientais

Uma vez definidos os fatores a serem estudados, é necessário identificar as mudanças que ocorrem no ambiente e sua natureza temporal, definindo três tipos:

Mudanças cíclicas

Essas mudanças são recorrentes periodicamente, como a alternância das estações climáticas ou dia e noite. Diante disso, o vivente desenvolveu um funcionamento cíclico, acompanhando o ritmo das mudanças ambientais.

Ciclo diurno e noturno. Fonte: Caliver

Por exemplo, a queda das folhas na época da seca para reduzir a transpiração devido à falta de água. No caso dos animais, também há adaptações a essas mudanças cíclicas; por exemplo, a mudança de plumagem de certas aves.

O ptármiga (Lagopus muta) da tundra tem homocromia sazonal e apresenta plumagem branca de inverno, enquanto na primavera muda para tons escuros e variegados. Assim, sua camuflagem é adaptada ao branco uniforme da neve e depois aos tons escuros do ambiente durante o resto do ano.

Outra adaptação animal às mudanças cíclicas é a hibernação de ursos e outras espécies no inverno. Isso envolve mudanças na taxa metabólica que incluem a diminuição das funções corporais, como temperatura e frequência cardíaca.

Mudanças aleatórias

Esses tipos de mudanças ocorrem de forma aleatória, sem uma regularidade estabelecida. Por exemplo, o deslizamento de uma encosta de montanha, um derramamento de óleo ou a chegada de um novo predador ou patógeno.

Esses tipos de mudanças representam um risco maior para a espécie, pois ocorrem de forma drástica, nesses casos a resposta dos organismos depende da plasticidade nas funções já existentes.

Mudanças direcionais

São mudanças no ambiente causadas intencionalmente pelos humanos para determinados fins. Um caso disso é o desmatamento de uma floresta para estabelecer uma pastagem ou a intervenção de uma área úmida para o cultivo de arroz.

- Postulados gerais

A partir do acúmulo de evidências experimentais e observacionais no ambiente natural, a ecofisiologia tenta definir postulados gerais. Esses são princípios gerais que emergem da regularidade de certas respostas fisiológicas às mudanças ambientais.

Lei do Mínimo de Liebig

Sprengel (1828) postulou que o fator determinante no crescimento de um organismo é o mais escasso no meio ambiente. Posteriormente, esse princípio foi popularizado por Liebig (1840), sendo conhecido como Lei do Mínimo ou Lei de Liebig.

Bartholomew (1958) aplicou esse princípio à distribuição das espécies, apontando que ela é determinada pelo fator ambiental mais limitante.

Lei da Tolerância de Shelford

Em 1913, Victor Shelford afirmou que determinada espécie existe em uma faixa definida de variação para cada fator ambiental e suas interações. Isso é conhecido como limites de tolerância, fora dos quais a espécie não sobrevive.

Lei da Tolerância de Shelford. Fonte:

Este princípio define que na amplitude de variação de um determinado fator ambiental existem três estados possíveis para o organismo. Esses estados são ideais, estresse fisiológico e intolerância.

Nesse sentido, na faixa ótima do fator, as populações da espécie serão abundantes. Ao se afastar do ótimo, entra-se em uma zona de estresse onde as populações diminuem e as espécies desaparecem fora do limite de tolerância.

- Tecnologia digital e ecofisiologia

Como em todas as ciências, os estudos ecofisiológicos têm sido aprimorados com o desenvolvimento de novas tecnologias. Devido à sua natureza experimental, esta disciplina em particular tem sido favorecida pelo desenvolvimento da tecnologia digital.

Hoje existe uma diversidade de dispositivos eletrônicos portáteis que permitem mensurar fatores ambientais em campo. Entre eles estão medidores de radiação solar, temperatura, umidade relativa, área foliar, entre outros.

Exemplos de aplicações em animais

- Efeito da temperatura na produtividade dos animais de fazenda

Um campo muito relevante é a ecofisiologia aplicada à produção animal, que busca entender a resposta dos animais reprodutores à variação dos fatores ambientais. Um desses fatores é a temperatura, levando em consideração a tendência atual de aumento da temperatura média global.

Homeotermia

A grande maioria dos reprodutores é homeotérmica, ou seja, mantém a temperatura interna estável apesar das variações ambientais. Isso é obtido por meio do investimento de energia química para compensar aumentos ou diminuições na temperatura externa.

Esse processo de compensação da temperatura externa é obtido por meio da termorregulação, que envolve o hipotálamo, o sistema respiratório e a pele.

Galinhas poedeiras

A hora do dia em que uma galinha poedeira é alimentada é importante para sua produtividade. Nesse caso, tem a ver com a capacidade de assimilação do alimento em função do estresse calórico.

Galinhas poedeiras. Fonte: Peloy (Allan HM)

Se a ração for fornecida nas horas mais quentes do dia, a galinha assimila menos e sua produção diminui. Conseqüentemente, o aumento da temperatura ambiente implica na diminuição da produtividade das galinhas caipiras.

Gado

O aumento da temperatura força os animais a ativar mecanismos fisiológicos de termorregulação. Isso envolve um investimento de energia que é subtraído do ganho de peso ou da produção de leite.

Por outro lado, com o aumento da temperatura, os animais variam suas prioridades alimentares. Nestes casos, o consumo de água aumenta e o consumo de matéria seca diminui, com a conseqüente perda de peso.

- Poluição e sapos

Os estudos ecofisiológicos permitem relacionar a fisiologia das espécies animais com o seu ambiente e estabelecer os possíveis efeitos negativos da poluição. Um exemplo disso é o atual estado de ameaça a que as rãs e sapos estão sujeitos.

Rã (Atelopus zeteki) sensível à poluição. Fonte: Brian Gratwicke

Cerca de metade das 6.500 espécies conhecidas de anfíbios estão ameaçadas de extinção. Esses animais são muito sensíveis às mudanças de temperatura, umidade ou contaminantes ambientais.

A respiração e a circulação dos anfíbios

A fisiologia da respiração dos anfíbios é muito peculiar, visto que respiram tanto pelos pulmões quanto pela pele. Quando estão fora da água, usam os pulmões e na água respiram pela pele, que é permeável ao O2, CO2 e água.

Impacto

A forma de respiração torna esses animais suscetíveis à absorção de poluentes do ar e da água. Por outro lado, devido à baixa concentração de oxigênio na água, eles enfraquecem porque não o absorvem adequadamente.

Nessas condições, eles podem morrer ou ficar fracos e ser suscetíveis ao ataque de fungos e bactérias patogênicos. Uma das maiores ameaças é o fungo patogênico Batrachochytrium dendrobatidis, que inibe o fluxo de eletrólitos na pele.

Exemplos de aplicações em plantas

- Ecofisiologia de plantas

O aquecimento global resultará na produção de certas safras em algumas áreas devido à lei da tolerância. Ou seja, fatores como a disponibilidade de água ficarão fora da faixa de tolerância da espécie.

Xerófitas. Fonte: Tomas Castelazo

No entanto, espécies de zonas áridas desenvolveram estratégias para se adaptar ao déficit hídrico. Nesse sentido, a pesquisa em ecofisiologia de plantas da zona árida oferece possíveis caminhos para o melhoramento genético vegetal.

Osmólitos

Uma dessas estratégias é a modificação da expressão gênica para produzir proteínas que ajudam a tolerar o déficit hídrico. Entre essas proteínas estão osmólitos que ajudam as células a manter seu turgor mesmo com pouca água.

O conhecimento dessas proteínas e de seu metabolismo pode ser usado pela engenharia genética para melhorar as safras.

- Ecofisiologia de plantas halofílicas

Um dos problemas da agricultura é a salinidade dos solos devido à concentração de sais adicionados pelas águas de irrigação. À medida que mais solos se tornam salinizados, menos terras cultiváveis ​​ficam disponíveis para a produção de alimentos.

Plantas halofílicas

Porém, existem espécies de plantas adaptadas para sobreviver em condições de alta concentração de sais no solo. Estas são as chamadas plantas halofíticas (Halos = sal; fito = planta).

Essas espécies desenvolveram uma série de adaptações morfológicas e fisiológicas como mecanismos para evitar a absorção do sal, imobilizá-lo ou excretá-lo.

Plantas halófitas como alimento

O conhecimento da ecofisiologia dessas plantas serve de base para o desenvolvimento de sistemas agrícolas e sua utilização como fonte de alimento. Desta forma, as espécies halofíticas cultivadas em solos agrícolas salinizados podem ser utilizadas como alimento para o gado.

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