علم وظائف الأعضاء البيئي

فهم وظائف الأعضاء البيئي أوفهم البيئي الفيزيولوجي هوتخصص بيولوجي يفهم تكيف وظائف أعضاء الكائن الحي مع الظروف البيئية. يرتبط بشكل وثيق بفهم وظائف الأعضاء المقارن وفهم وظائف الأعضاء التطوري. يُستخدم مصطلح فهم قوانين الحياة الذي صاغه إرنست هيكل أحياناً كمرادف.

النباتات

يهتم فهم وظائف الأعضاء البيئي لدى للنباتات إلى حد كبير بموضوعين: الآليات (كيف تستشعر النباتات التغيرات البيئية وتتكيف معها) والقياس أوالتكامل (كيفية تنسيق الاستجابات للظروف شديدة التغير بين بعضها البعض، على سبيل المثال، التدرجات من أشعة الشمس الكاملة إلى 95% من الظل في فيء الأشجار) وكيف يمكن فهم تأثيرها الجماعي على نموالنبات وتبادل الغاز بناءً على هذا الأساس.

في كثير من الحالات، تكون الحيوانات قادرة على الهروب من العوامل البيئية غير المواتية والمتغيرة مثل الحرارة أوالبرد أوالجفاف أوالفيضانات. في حين حتى النباتات غير قادرة على التحرك وبالتالي يجب حتى تتحمل الظروف المعاكسة أوستموت (الحيوانات تمضى إلى أماكن، النباتات تنموفي أماكن). لذا فإن النباتات تكيفية النمط الظاهري وتمتلك مجموعة مذهلة من الجينات التي تساعد على التأقلم ضمن الظروف المتغيرة. يمكن تفسير امتلاك هذا العدد الكبير من الجينات جزئياً بأن الأنواع النباتية تُضطر إلى التكيف مع مجموعة أوسع من الظروف.

الطعام

كما هوالحال بالنسبة لجميع العوامل غَير المتعلقة بالحياة، يمكن حتى تكون شدة الضوء (الإشعاع) دُوَيْنَ الأَمْثَل ومفرطة. تعد شدة الضوء مكوناً مهماً في تحديد درجة حرارة أعضاء النباتات (مخزون الطاقة). يفيد منحنى استجابة الضوء للهجريب الضوئي الصافي بشكل خاص في تحديد درجة تحمل النباتات لشدات الضوء المتنوعة.

يحصل الضوء دُوَيْنَ الأَمْثَل (الظل) عادةً عند قاعدة مظلة نباتية أوضمن بيئة حرجية. تملك النباتات المقاومة للظل مجموعة من القدرات التكيفية لتساعدها على البقاء ضمن كميات ونوعيات الضوء المتغيرة ضمن البيئة الظليلة.

يحدث التعرض الزائد للضوء في قمم المظلات الشجرية وعلى أرض مفتوحة عندماقد يكون الغطاء السحابي منخفضًا وزاوية ذروة الشمس منخفضة. يحدث هذا عادة في المناطق المدارية وعلى ارتفاعات عالية. يمكن حتى يؤدي تعرض الورقة النباتية الزائد للضوء إلى التثبيط والتلاشي الضوئي. تملك النباتات المتكيفة مع البيئات عالية الإضاءة مجموعة واسعة من القدرات التكيفية لتجنب أوتبديد الطاقة الضوئية الزائدة، بالإضافة إلى الآليات التي تقلل من مقدار الضرر الناتج.

درجة الحرارة

يمكن للنباتات إنتاج بروتينات مختلفة كاستجابة لدرجات الحرارة الزائدة. هذا يحميها من الآثار الضارة لتشكيل الجليد والمعدلات المنخفضة من تحفيز الإنزيمات عند درجات الحرارة المنخفضة ومن تَمَسُّخ الأنزيمات وزيادة معدلات التنفس الضوئي في درجات الحرارة المرتفعة. عند انخفاض درجات الحرارة يزداد إنتاج البروتينات المضادة للتجمد ومضادات التجفاف. بينما عند ازدياد درجات الحرارة تزداد معدلات إنتاج بروتينات الصدمة الحرارية. تؤدي اختلالات الاستقلاب المرتبطة بدرجات الحرارة المتطرفة إلى تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية والتي يمكن لقاءتها من قبل الآليات المضادة للأكسدة. تتأثر أغشية الخلايا أيضاً بالتغيرات في درجة الحرارة ويمكن حتى تؤدي إلى فقدان الأغشية لخصائصها السائلة وتصبح هلامية الطبيعة عند درجات الحرارة المنخفضة أوحتى تصبح راشحة عند درجات الحرارة المرتفعة. هذا من شأنه حتى يؤثر على حركة المركبات عبر الغشاء. لمنع هذه التغيرات تقوم النباتات بتغير بنية أغشيتها. عند درجات الحرارة المنخفضة يمكن إضافة المزيد من الحموض الدسمة غير المشبعة في الغشاء، وعند درجات الحرارة المرتفعة يمكن إضافة المزيد من الحموض الدسمة المشبعة.

بإمكان النباتات اجتناب ازدياد درجات الحرارة من خلال تقليل كمية ضوء الشمس الممتصة وزيادة التأثر بالعوامل المبردة كالرياح والنتح. يمكن تقليل كمية ضوء الشمس الممتصة من خلال الشعيرات الورقية العاكسة والشمع والقشارة. هذه المعالم شائعة جداً في المناطق الجافة الدافئة بحيث يمكن رؤية هذه الموائل مثل «منظر طبيعي فضي» بحيث ينتشر الضوء قبالة المظلات. يمكن لبعض الأنواع مثل المعطفية الفرفرية تحريك أوراقها وتوجيهها طوال اليوم بحيث يتم اجتناب أشعة الشمس. كانت فهم هذه الآليات أساسية للتكاثر بهدف تحمل الإجهاد الحراري في النباتات الزراعية.

يمكن للنباتات تجنب التأثير الكامل لدرجات الحرارة المنخفضة من خلال تغيير مناخها الأصغري. على سبيل المثال، يُنطق إذا نباتات الرولة الموجودة في المرتفعات النيوزيلندية تشبه «خروف الخضروات» إذ تشكل كتلًا ضيقة شبيهة بالوسادات لعزل الأجزاء النباتية الأضعف وحمايتها من الرياح الباردة. طُبق المبدأ ذاته في الزراعة من خلال استخدام اللدائن البلاستيكية لعزل المناطق النامية من المحاصيل في المناخ البارد وذلك بهدف تعزيز نموالنباتات.

المياه

نقص المياه أوالفائض منها من شأنه حتى يُحدث ضرراً في النباتات. نقص المياه يؤدي إلى تجفاف الأنسجة وبالتالي قد تموت النباتات. إذا أصبحت التربة مغمورة بالمياه ستصبح لا أكسجينية (مستويات منخفضة من الأكسجين) ما قد يقتل جذور النباتات.

تعتمد قدرة النباتات على الوصول إلى الماء على بنية جذورها وعلى الإمكانات المائية لخلايا الجذور. عندماقد يكون محتوى الماء في التربة منخفضاً وذلك بهدف الحفاظ على تدفق المياه إلى الجذور وبقاء الأوراق مرتفعة. تسمح هذه الآلية المذهلة للنباتات بحمل المياه حتى 120 مترًا عن طريق تسخير التدرج الناتج عن النتح من الأوراق.

انظر أيضًا

فهم البيئة
فيزيولوجيا النبات
رايموند بي. هيوي
تايرون هايز

مراجع

^ Ernst Haeckel, The Wonders of Life: "I proposed long ago to call this special part of biology œcology (the science of home-relations) or bionomy." "
^ David Lee (3 September 2010). . University of Chicago Press. ISBN . مؤرشف من الأصل في 20 ديسمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 16 أبريل 2013.
^ . Springer. 24 May 2005. ISBN . مؤرشف من الأصل في 20 ديسمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 16 أبريل 2013.
^ Farrell, A. D.; Gilliland, T. J. (2011). "Yield and quality of forage maize grown under marginal climatic conditions in Northern Ireland". Grass and Forage Science. 66 (2): 214. doi:10.1111/j.1365-2494.2010.00778.x.
^ Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger, A Companion to Plant Physiology نسخة محفوظة 14 سبتمبر 2013 على مسقط واي باك مشين.