생태생리학

Ecophysiology

Ecophysiology (from Greek οἶκος, oikos, "house(hold)"; φύσις, physis, "nature, origin"; and -λογία, -logia), environmental physiology or physiological ecology is a biological discipline that studies the response of an organism's physiology to environmental conditions.그것은 비교 생리학 및 진화 생리학에 밀접하게 관련되어 있다.에른스트 헤켈의 바이오노미는 때때로 [1]동의어로 사용된다.

식물

상세정보 : 식물지각(생리학) 및 식물응력측정

발전소 생태생리학은 크게 두 가지 주제와 관련이 있다. 메커니즘(식물이 환경 변화를 감지하고 대응하는 방법)과 스케일링 또는 통합(예를 들어, 완전한 햇빛에서 나무 카노피 내의 95% 그늘에 이르는 매우 가변적인 조건에 대한 반응이 서로 어떻게 조정되는가) 그리고 계획에 대한 집단적 영향이다.t 성장과 가스 교환은 이를 기반으로 이해할 수 있다.

많은 경우에, 동물들은 열, 추위, 가뭄 또는 홍수와 같은 불리하고 변화하는 환경 요소에서 벗어날 수 있는 반면, 식물들은 멀리 움직일 수 없기 때문에 불리한 조건이나 죽음을 견뎌야 한다.그러므로 식물은 표현형적으로 플라스틱이고 변화하는 조건에 적응하는 데 도움을 주는 인상적인 유전자 배열을 가지고 있다.이 많은 유전자가 식물종이 더 넓은 환경에서 살아야 하는 필요성에 의해 부분적으로 설명될 수 있다는 가설이 있다.

빛

다음 항목도 참조하십시오.광형성과 광연산성

빛은 식물의 음식, 즉 식물이 스스로 만들고 번식하기 위해 사용하는 에너지의 형태이다.식물의 빛을 모으는 기관은 잎이고 빛이 바이오매스로 변환되는 과정은 광합성이다.빛에 대한 광합성의 반응은 순 광합성의 빛 반응 곡선이라고 불립니다.모양은 일반적으로 직사각형이 아닌 쌍곡선으로 설명됩니다.빛의 강도에 대한 발전소의 반응을 특징짓는 데 세 가지 양의 빛 반응 곡선이 특히 유용하다.기울어진 점근선은 빛 사용의 효율성을 나타내는 양의 기울기를 가지고 있고, 양자 효율이라고 불립니다; x 절편은 생화학적 동화 (총 동화)가 잎의 순 CO2 교환이 0이 되도록 잎 호흡을 균형 있게 하는 빛의 강도입니다, 빛 보상점; 그리고 수평 점근선;최대 동화율을 나타냅니다.광억제라고 하는 프로세스를 통칭하면 최대 동화에 도달한 후 감소하는 경우가 있습니다.

대부분의 비생물학적 요인과 마찬가지로 빛의 강도(조도)는 차선일 수 있고 과도할 수 있다.차선의 빛(차광막)은 일반적으로 발전소 캐노피의 밑부분이나 층 아래 환경에서 발생한다.그늘에 내성이 있는 식물은 그늘 환경에서 전형적으로 변화하는 빛의 양과 품질을 견딜 수 있도록 다양한 적응을 한다.

과도한 빛은 구름 덮개가 낮고 태양의 천정각이 낮을 때 카노피 상단과 탁 트인 땅에서 발생한다. 이는 일반적으로 열대 지방과 높은 고도에서 발생한다.잎에 과도한 빛이 입사하면 광억제 및 광파괴가 발생할 수 있습니다.고광도 환경에 적응한 발전소는 과도한 빛 에너지를 피하거나 소멸시키기 위한 적응 범위뿐만 아니라 발생하는 부상의 양을 줄이는 메커니즘도 있다.

광도는 또한 식물 기관의 온도 결정에 중요한 요소이다(에너지 예산).

온도

참고 항목: 산불에 대한 식물 적응

극단적인 온도에 반응하여 식물은 다양한 단백질을 생산할 수 있다.이것들은 낮은 온도에서 얼음 형성 및 효소 촉매 작용의 감소의 해로운 영향과 높은 온도에서 효소 변성과 광호흡의 증가로부터 그들을 보호합니다.온도가 떨어지면 부동액 단백질과 탈수소의 생산량이 증가한다.온도가 상승함에 따라, 열충격 단백질의 생산량이 증가한다.극단적인 온도와 관련된 대사 불균형은 항산화 시스템으로 대항할 수 있는 활성 산소 종의 축적을 초래합니다.세포막은 또한 온도 변화에 영향을 받아 막이 액체 특성을 잃고 추운 조건에서 겔이 되거나 뜨거운 조건에서 누출될 수 있습니다.이것은 막을 가로지르는 화합물의 움직임에 영향을 줄 수 있다.이러한 변화를 막기 위해 식물은 세포막의 구성을 바꿀 수 있다.추운 환경에서는 불포화 지방산이 막에 더 많이 들어가고 뜨거운 환경에서는 포화 지방산이 더 많이 삽입됩니다.

잎을 시원하게 유지하는데 증산의 중요성을 보여주는 적외선 이미지.

식물은 흡수되는 햇빛의 양을 최소화하고 바람과 증산의 냉각 효과를 향상시킴으로써 과열을 피할 수 있다.식물은 반사성 잎털, 비늘, 왁스를 사용하여 빛의 흡수를 줄일 수 있다.이러한 특징들은 따뜻하고 건조한 지역에서 매우 흔해서 이러한 서식지는 빛이 카노피에서 [2]흩어지면서 '은빛 풍경'을 형성하는 것을 볼 수 있다.마크로프틸륨 퍼퓨럼과 같은 몇몇 종들은 그들의 잎을 하루 종일 움직일 수 있기 때문에 그들은 항상 태양을 피하도록 방향을 잡을 수 있습니다.[3]이러한 메커니즘에 대한 지식은 농업용 식물에서 열 스트레스 내성을 위한 육종에 핵심이었다.

식물은 미세기후를 변화시킴으로써 저온의 완전한 영향을 피할 수 있다.예를 들어, 뉴질랜드의 고지대에서 발견되는 라울리아 식물은 가장 취약한 식물 부분을 단열하고 차가운 바람으로부터 보호하기 위해 쿠션처럼 단단한 덩어리를 형성하기 때문에 '채식성 양'을 닮았다고 한다.같은 원리가 농업에서도 식물 성장을 [4]촉진하기 위해 플라스틱 멀치를 사용하여 서늘한 기후에서 작물의 생장점을 단열하는 방식으로 적용되어 왔다.

물.

다음 항목도 참조하십시오.수분 스트레스

물이 너무 많거나 적으면 식물에 피해를 줄 수 있다.물이 너무 적으면 조직이 탈수되어 식물이 죽을 수도 있다.만약 토양이 물에 잠기면, 토양이 산소 부족이 되어 식물의 뿌리를 죽일 수 있습니다.

식물이 물에 접근할 수 있는 능력은 뿌리의 구조와 뿌리 세포의 물 잠재력에 따라 달라집니다.토양 수분 함량이 낮을 때, 식물은 뿌리로, 그리고 잎까지 물의 흐름을 유지하기 위해 물 잠재력을 바꿀 수 있습니다(토양 식물 대기 연속체).이 놀라운 메커니즘은 식물들이 [5]잎에서 증산에 의해 만들어진 경사도를 이용하여 물을 120미터까지 끌어올릴 수 있게 해준다.

매우 건조한 토양에서 식물은 증산을 줄이고 수분 손실을 막기 위해 기공을 닫는다.기공 폐쇄는 종종 뿌리에서 나오는 화학적 신호(예: 압시스산)에 의해 매개된다.관개된 밭에서는 식물이 뿌리의 건조에 반응하여 기공을 닫는다는 사실은 식물이 수확량을 줄이지 않고 물을 적게 사용하도록 '꼼수'하는 데 악용될 수 있다(부분 뿌리 부분 건조 참조).이 기법의 사용은 주로 호주의 피터[6][7] 드라이 박사와 동료들에 의해 개발되었다(주칭 결정론 참조).

가뭄이 계속되면 식물조직이 탈수되어 시들어가는 것처럼 보이는 팽압을 잃게 된다.기공을 닫을 뿐만 아니라, 대부분의 식물들은 또한 그들의 물 잠재력(삼투압 조절)을 바꾸고 뿌리 성장을 증가시킴으로써 가뭄에 대응할 수 있다.건조한 환경(건조식물)에 적응한 식물은 건조가 발생할 때 수분을 유지하거나 조직을 보호하기 위한 다양한 전문 메커니즘을 가지고 있다.

침수는 뿌리로의 산소 공급을 줄이고 며칠 안에 식물을 죽일 수 있다.식물들은 침수를 피할 수 없지만, 많은 종들은 물에 잠기지 않은 조직으로부터 뿌리를 향해 산소를 운반함으로써 토양의 산소 부족을 극복한다.침수에 내성이 있는 종은 토양 표면 근처에 특화된 뿌리를 개발하고 새싹에서 뿌리로 산소가 확산되도록 하기 위해 실질을 발달시킵니다.완전히 죽지 않은 뿌리는 산소가 부족한 세포 [8]호흡으로 바뀔 수도 있다.자주 물에 잠기는 종들은 맹그로브 [9]숲에서 볼 수 있는 공기 뿌리와 같이 뿌리 산소 농도를 유지하는 더 정교한 메커니즘을 진화시켰습니다.

하지만, 많은 말기 물이 넘치는 화초들에게, 물이 차는 것의 초기 증상은 가뭄으로 인한 것과 비슷할 수 있습니다.이것은 특히 홍수에 민감한 식물들이 (시들기 보다는) 상피술로 인해 잎이 처지는 것을 보이는 경우에 해당된다.

CO2 농도

CO는2 광합성을 위한 기질이기 때문에 식물의 성장에 필수적이다.식물은 잎의 기공을 통해 이산화탄소를 흡수한다2.CO가 기공에 들어가는 것과 동시에2 수분이 빠져나간다.CO 이득과 수분 손실 사이의 이러한2 균형은 발전소 생산성의 핵심이다.잎에 CO가2 고농도일 때만 CO를 포집하는2 효소인 루비스코가 효과적이기 때문에 트레이드오프가 더욱 중요하다.어떤 식물들은 C 탄소 고정이나 Crassulacean 산 대사를 이용하여4 잎 안에 CO를 농축함으로써2 이러한 어려움을 극복합니다.하지만, 대부분의 종들은 C 탄소 고정을 사용했고3 광합성이 일어날 때마다 CO를2 흡수하기 위해 기공을 열어야 합니다.

온난화 환경에서의 식물 생산성

삼림 벌채와 화석 연료의 연소로 인해 대기 중 CO 농도가2 높아지고 있다.이것은 광합성의 효율성을 증가시키고 식물의 전반적인 성장 속도를 증가시킬 것으로 예상된다.이러한 가능성은 최근 몇 년 동안 상당한 관심을 끌었는데, 식물 성장률이 증가하면 초과2 이산화탄소의 일부를 흡수하고 지구 온난화 속도를 줄일 수 있기 때문이다.자유 공기 농축 농축법을 사용하여 CO가 높은2 상태에서 식물을 재배하는 광범위한 실험에서 광합성 효율이 실제로 증가한다는 것을 보여주었다.식물의 성장률도 지상 조직의 경우 평균 17%, 지하 [10][11]조직의 경우 평균 30% 증가한다.그러나 열과 가뭄 스트레스의 증대와 같은 지구 온난화의 해로운 영향은 전체적인 영향이 식물 [12][13][14]생산성의 감소일 가능성이 높다는 것을 의미한다.식물 생산성의 감소는 지구 온난화의 속도를 가속화할 것으로 예상된다.전반적으로 이러한 관찰은 폭주하는 기후 변화를 감수하기보다는 대기2 중 CO의 추가 증가를 피하는 것이 중요하다는 것을 보여준다.

바람

참고 항목: 풍분 및 종자 분산

바람은 [15]식물에 세 가지 매우 다른 영향을 미친다.

  • 잎과의 접촉에서 공기를 재생함으로써 식물과 대기 사이의 질량(물 증발, CO2)과 에너지(열) 교환에 영향을 미친다.
  • 그것은 thigmorphosenation으로 알려진 식물에 의해 바람 승화 증후군을 일으키는 신호로 감지되며, 변형된 성장과 발달로 이어지며, 결국 바람 경화로 이어집니다.
  • 그 견인력은 식물에 손상을 줄 수 있다(잎의 마모, 나뭇가지와 줄기, 바람에 의한 파열, 나무 쓰러짐,[16] 농작물 거주).

질량과 에너지의 교환

바람은 나뭇잎이 수분, 열, 이산화탄소를 조절하는 방식에 영향을 미친다.바람이 없을 때, 고요한 공기층이 각 잎 주위에 쌓인다.이것은 경계층으로 알려져 있으며 실제로 잎을 환경으로부터 격리하여 습기가 풍부한 대기를 제공하고 대류 가열 또는 냉각의 가능성이 낮습니다.풍속이 증가함에 따라, 잎 환경은 주변 환경과 더욱 밀접하게 연결된다.식물이 건조한 공기에 노출되어 수분을 유지하는 것이 어려워질 수 있습니다.반면, 적당히 강한 바람은 식물이 햇빛을 쬐면 잎을 더 쉽게 식힐 수 있게 해준다.식물은 바람과의 상호작용에 완전히 수동적인 것은 아니다.식물은 잎을 미세한 털로 덮어서 기류를 파괴하고 경계층을 증가시킴으로써 풍속의 변화에 덜 취약하게 만들 수 있다.사실, 잎과 캐노피 치수는 종종 일반적인 환경 [17]조건에 따라 경계층을 조작하기 위해 정밀하게 제어된다.

적응

식물은 조직의 변형을 통해 바람을 감지할 수 있다.이 신호는 새싹의 연장을 억제하고 새싹의 방사상 확장을 자극하며 뿌리 시스템의 발달을 증가시킵니다.Thigmorphosenation으로 알려진 이 반응 증후군은 향상된 [18]정착지뿐만 아니라 더 짧고 튼튼한 줄기를 가진 식물을 낳습니다.한때는 이것이 바람이 매우 많이 부는 지역에서 주로 일어난다고 믿었다.그러나 바람이 약한 지역에서도 발생하는 것으로 밝혀졌기 때문에 바람에 의한 신호가 주요한 생태학적 [15][19]요인인 것으로 밝혀졌다.

나무들은 특히 바람을 맞았을 때 줄기를 보강하는 능력이 잘 발달되어 있다.실용적인 측면에서 보면, 이러한 깨달음은 1960년대 영국의 수목 재배가들이 인위적인 [20]지원을 제공하기 위해 어린 어메니티 나무를 고정하는 관행에서 벗어나도록 자극했다.

풍해

바람은 식물의 대부분의 장기를 손상시킬 수 있다.잎의 마모(잎과 나뭇가지의 마찰이나 모래와 같은 부유 입자의 영향으로 인한)와 가지 파손의 잎은 식물이 수용해야 하는 다소 일반적인 현상이다.더 극단적인 경우, 식물은 바람에 의해 치명적으로 손상되거나 뿌리째 뽑힐 수 있다.이것은 육지 [21]식물에 작용하는 주요한 선택적 압력이었다.오늘날, 그것은 온대 [15]지역에서도 농업과 임업을 위협하는 주요 위협 요소 중 하나이다.그것은 카리브해의 [22]바나나를 재배하는 윈드워드 군도와 같이 허리케인이 발생하기 쉬운 지역의 농업에 더 나쁘다.

자연계에서 이러한 유형의 교란이 발생할 경우 유일한 해결책은 잃어버린 성숙한 식물을 신속하게 대체할 수 있는 충분한 종자 또는 묘목을 확보하는 것입니다. 그러나 대부분의 경우 생태계가 이전 상태로 복원되기 전에 연속적인 단계가 필요합니다.

동물

인간

환경은 인간의 생리학에 큰 영향을 미칠 수 있다.인간의 생리학에 대한 환경적 영향은 수없이 많다; 가장 신중하게 연구된 영향 중 하나는 외부의 스트레스로 인한 체온 조절의 변화이다.이것은 효소가 기능하고, 피가 흐르고, 다양한 신체 기관이 작동하기 위해서는 온도가 일정하고 균형 잡힌 수준을 유지해야 하기 때문에 필요합니다.

체온 조절

이를 달성하기 위해, 신체는 일정한 정상 체온을 얻기 위해 세 가지 주요 사항을 변경합니다.

시상하부는 체온조절에 중요한 역할을 한다.진피 내 열수용체와 연결돼 주변 혈액의 변화를 감지해 내부 열생성을 촉진할지, 증발을 촉진할지를 결정한다.

극한 환경 온도로 인해 경험할 수 있는 스트레스에는 열 스트레스와 냉 스트레스의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

열 스트레스는 방사, 전도, 대류, 증발 등 네 가지 방법으로 생리적으로 해결됩니다.차가운 스트레스는 떨림, 체지방의 축적, 순환적응(표피로의 효율적인 열 전달 제공), 그리고 사지로의 혈류 증가에 의해 생리적으로 싸운다.

추위 스트레스에 대처하기 위해 완전히 갖춰진 신체 부위가 하나 있다.호흡기는 유입되는 공기가 기관지에 도달하기 전에 화씨 80~90도로 가열함으로써 손상으로부터 스스로를 보호합니다.이것은 아무리 추운 기온도 호흡기를 손상시키지 못한다는 것을 의미한다.

두 가지 유형의 온도 관련 스트레스 모두 충분한 수분을 유지하는 것이 중요합니다.수분 보충은 심혈관계 긴장을 줄이고 에너지 과정이 일어나는 능력을 향상시키며 피로감을 줄여줍니다.

고도

극한의 온도만이 인간이 직면하는 장애물은 아니다.높은 고도는 또한 신체에 심각한 생리적인 문제를 일으킨다.이러한 영향 중 일부는 감소(\ 체액 내 산염기 함량 재조정, 헤모글로빈 증가, RBC 합성 증가, 혈액순환 향상, 해당과정 부산물 2,3 디포스포글리세르의 수치2 증가(Hemoglogloglycerate)이다.저산소 조직의 오빈.

환경적인 요소들은 항상성을 위한 인체의 싸움에 큰 역할을 할 수 있다.그러나 인간은 생리적으로나 쉽게 적응할 수 있는 방법을 찾아냈다.

과학자

조지 A. 바르톨로뮤(1919–2006)는 동물 생리 생태학의 창시자였다.그는 1947년부터 1989년까지 UCLA에서 교수직을 수행했으며, 거의 1,200명의 사람들이 그의 [23]학계 혈통을 추적할 수 있다.크누트 슈미트 닐슨(1915–2007)은 또한 비교 생리학뿐만 아니라 이 특정 과학 분야에 중요한 공헌자였다.

헤르만 란(1912~1990)은 환경 생리학 분야의 초기 리더였다.1933년 로체스터 대학에서 박사학위를 받고 동물학 분야를 시작한 란은 1941년 로체스터 대학에서 생리를 가르치기 시작했다.거기서 그는 Wallace O와 제휴했다. 1955년에 호흡 가스 교환의 그래픽 분석(A Graphical Analysis of Respiratory Gas Exchange)을 출판했습니다.이 종이에는 랜드마크인 O-CO22 다이어그램이 포함되어 있으며, 이는 Rahn의 미래 연구의 많은 기초를 형성했다.이 그림의 적용에 대한 Rahn의 연구는 항공우주 의학의 발전과 고압 호흡과 고공 호흡의 발전으로 이어졌다.Rahn은 1956년 Lawrence D로 버팔로 대학에 입학했다.벨 교수이자 생리학부 회장입니다.회장으로서, Rahn은 뛰어난 교수진으로 자신을 둘러쌌고, 그 대학을 환경 생리학의 국제적인 연구 센터로 만들었다.

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레퍼런스

  1. ^ 생명의 불가사의 에른스트 해켈: "저는 오래 전에 이 특별한 부분을 생물학의 "cology" 또는 "bionomy"라고 부르자고 제안했습니다.""
  2. ^ David Lee (2010). Nature's Palette: The Science of Plant Color. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-47105-1.
  3. ^ Plant Ecology. Springer. 2005. ISBN 978-3-540-20833-4.
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  6. ^ Stoll, M.; Loveys, B.; Dry, P. (2000). "Hormonal changes induced by partial rootzone drying of irrigated grapevine". Journal of Experimental Botany. 51 (350): 1627–1634. doi:10.1093/jexbot/51.350.1627. PMID 11006312.
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  22. ^ "We mustn't abandon the Windward Islands' farmers Renwick Rose and Nick Mathiason". TheGuardian.com. 23 December 2010.
  23. ^ BartGen Tree는 2012년 7월 7일 아카이브에 아카이브되었습니다.오늘

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