Εισαγωγικές έννοιες. Διάλεξη 1 η -2 η /21/2/2017. Ορισµός Ιστορία Σύγκριση ανάµεσα στα είδη Ερωτήµατα που προκύπτουν ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ

Transcript

1 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ Διάλεξη 1 η -2 η /21/2/2017 Ε. Δ. Βαλάκος Εισαγωγικές έννοιες Ορισµός Ιστορία Σύγκριση ανάµεσα στα είδη Ερωτήµατα που προκύπτουν

2 Αντικείμενο Η μελέτη και η ερµηνεία των φυσιολογικών μηχανισμών και των φυσιολογικών αποκρίσεων των διαφόρων taxa ή και των ατόμων του ίδιου taxon στις διάφορες συνθήκες του περιβάλλοντος Ιστορικά η επιστήμη της Συγκριτικής φυσιολογίας έχει δύο κύριους σκοπούς α) Αποσαφήνιση των μηχανισμών και της προσαρμοστικής τους αξίας και β) Κατανόηση της εξέλιξης των μηχανισμών και των προσαρμογών.

3 Βοηθήματα

4 Ιπποκράτης ( π.Χ) Αριστοτέλης ( π.χ): Δομή και λειτουργία Γαληνός ( μ.χ.): Πειραματική φυσιολογία 4 4

5 !"#$%&'$( Ibn al-nafis ( )!"#$%µ&# $'( )#*+,-(./)0%1%*&# 2$'" )#*+,- 3%µ4 5"6/µ7"8" 9"6/µ%",)4 )/)0%1%*&# :;<2' 5"6/µ7"8" )#, #6*,2µ%= $%/ #&µ#$%( 5 5

6 !"#$%""&'& Andreas Vesalius ( ):!"#$% #%& '()$%& #*& )+,-./0*& 101#/µ21& 31% 45)%/6/,21& William Harvey ( ):!"#$%&µ' (&) #*µ#(&+, &",),-.,/"+ (0+ 1#%$".+ /)2)3&3(#" 4"# (03 1)15&6&%*#,,73$/,0 #%(0%"83 µ/ 659:/+ 6 6

7 18!" #$%&#" Hermann Boerhaave ( ) Albrecht Von Haller '$ ()$*!+,-.)" *!+ /%µ#*!" ).&#$ 0&#" /+&1+#/µ2" 34µ$5%& 5#$ 6+/$5%& 1$),-#/$%& 19!" #$%&#" Αλματώδης ανάπτυξης της φυσιολογίας Claude Bernard ( )!"#$% &'% ()µ$*+(),-.'% /#01"2' *&$ 34(, 5(.67,(,08µ-2$0. &'. 101#$+$,-(!"#$% $,µ$.9. milieu interieur 7 7

8 August Krogh ( ) 20!" #$%&#"!"# $%# µ$&'() #*"+µ, -*).(/µ'01%,/ $-"()&2 01% 3#0'((/(1% 451% $67-/*$0$8 0/% µ$(90/ 0)7:!"# 3'+$.")()&"32 $*50/;/ 7-#*<$" $%#: )*&#%";µ,: -)7 $"%#" 3#0'((/(): &"# 0/% #-'%0/;/ (Feder & Watt 1992) Walter Cannon ( ) 'µ!$()*#)+,-&*.!! /&0.12!" 8 8

9 20!" #$%&#" Per Scholander ( )!"#$#%&'(') '*+,-.#"%"/#$0+ )1"$$23.4*+,µ(5)+#.µ"3 $)'67-.(8, )1"$$23.(8 '*+ 4+7&942µ*+.') :-526 "#$".-.';µ)'), 2&%"8 +-$'#$;8 $<.'( Μετά το έμφαση στα «ακραία περιβάλλοντα» μελέτη των «εξαιρέσεων» Ladd Prosser ( ) Knut -Schidt- Nielsen(1915-) G. Bartholomew(1923-)Peter Hochachka( ) Μετά το 1980 εκμετάλλευση όλων των εξελίξεων στη βιολογία 9 9

10 10 10

11 Ανάπτυξη της Περιβαλλοντικής Φυσιολογίας Οι μελέτες των ζώων γίνονται μέσα στα πλαίσια του δικού τους φυσικού περιβάλλοντος και των πραγματικών τους αναγκών. Η Περιβαλλοντική φυσιολογία στην πραγματικότητα προσθέτει την παραδοσιακή φυσική ιστορία στη μελέτη της συγκριτικής φυσιολογίας.b B B Ο πρωταρχικός στόχος των περιβαλλοντικών φυσιολόγων είναι η κατανόηση της λειτουργίας και της απόκρισης των ζώων στο φυσικό τους περιβάλλον, σε όλα τα Και οι δύο προσεγγίσεις παραμένουν στο περιγραφικό επίπεδο στάδια του βιολογικού τους κύκλου. B 21ος αιώνας Ανάπτυξη της εξελικτικής φυσιολογίας B Η κατανόηση και η ερμηνεία των διαδικασιών που οδηγούν σε συγκεκριμένα οικοφυσιολογικά χαρακτηριστικά, καθώς και οι φυσιολογικές παράμετροι που είναι αποτέλεσμα της φυσικής επιλογής, μπορούν να οριστούν ως εξελικτική φυσιολογία / 11

12 12

13 12 ζεύγη νεύρων Η νεύρωση του κεφαλιού Τα περισσότερα νευρώνουν ένα και μόνο όργανο (π.χ.οπτικό) ή κάποιους μύες.b Κάποια όμως επιτελούν σύνθετες λειτουργίες ( π.χ. τρίδυμο,προσωπικό). Βγαίνοντας από τον εγκέφαλο διακλαδίζονται.b Κλάδοι τριδύμου: μεταφορά αισθητικών πληροφοριών από τους μυς του προσώπου, μάσηση, μυς στο βάθος των αυτιών, ρίζες δοντιών, B Κλάδοι προσωπικού : μυς έκφρασης, κίνηση χειλιών, ρουθουνιών, μυς στο εσωτερικό του αυτιού B Τα δύο νεύρα διασταυρώνονται B Από τα ψάρια στους αστραναύτες Τα έμβρυα των ψαριών και του ανθρώπου στα αρχικά στάδια μοιάζουν Το 1ο τόξο σχηματίζει στον καρχαρία την γνάθο ενώ στον άνθρωπο τη γνάθο και κάποια οστάρια του αυτιού Το 2ο τόξο σχηματίζει στον καρχαρία δύο οστά που στηρίζουν την γνάθο την γνάθο ενώ στον άνθρωπο τον αναβολέα και διάφορες δομές στη βάση του κρανίου που συντελούν στην κατάποση(πχ. υοειδές οστό) 13

14 14

15 15

16 Σηµερινή θεώρηση Η Συγκριτική φυσιολογία έχει δύο κύριους σκοπούς α) Αποσαφήνιση των μηχανισμών και της προσαρμοστικής τους αξίας & β) Κατανόηση της εξέλιξης των μηχανισμών και των προσαρμογών. Η πρώτη προσέγγιση για χρόνια κυριαρχεί/ούσε, με την ποικιλία των οργανισμών να αποτελεί την πειραματική παράμετρο της έρευνας ενώ τα ειδικά χαρακτηριστικά μέσα στις γενεολογικές γραμμές αποκαλύπτουν αφενός πώς λειτουργούν τα φυσιολογικά συστήματα και αφετέρου πως τα διαφορετικά ζώα προσαρμόζονται στα διαφορετικά περιβάλλοντα Αναχρονιστικές προσεγγίσεις; Η εξελικτική φυσιολογία οι ποικιλία των φυσιολογικών συστημάτων μεσα στις γενεολογικές γραμμές καθώς και η προέλευσή τους αποτελεί το αντικείμενο της έρευνας Η Συγκριτική φυσιολογία με τη χρήση των νέων τεχνικών μπορεί να απαντήσει σε πολλά ερωτήματα τη στιγμή που πολλές φυσιολγικές διεργασίες στα ζώα δεν έχουν μελετηθεί με ακρίβεια Ο συνδυασμός και των δύο αντικειμένων θα επιτρέψει την καλύτερη κατανόηση της εξέλιξης και της διαφοροποίησης των μηχανισμών και των προσαρμογών όχι μόνο σε τοπική κλίμακα αλλά και σε μεγαλύτερες γεωγραφικές και χωρικές κλίμακες (Μακροφυσιολογία) 16 12

17 Σύγκριση ανάμεσα στα είδη Σύγκλιση/ απόκλιση Ζώα που ανήκουν σε μη συγγενικά taxa αναπτύσσουν ίδιες προσαρμογές που τα επιτρέπουν να έχουν παρόμοια πρότυπα διαβίωσης Ανάλογες δομές & λειτουργίες Διαφορετικά πρότυπα ανάπτυξης Διαφορετική φυσιολογική μηχανή

18 18

19 Σύγκριση ανάμεσα στα είδη Ρυθμίσεις που επιτρέπουν στενά συγγενικά taxa να ζουν σε διαφορετικά περιβάλλοντα Πτερυγιόποδα στον Β. Πόλο ( μέγεθος Προσαρμογές στο κρύο ( γούνα, λίπος Πεθαίνουν στη ξηρά αν τρέξουν ακόμα και θερμοκρασίες <10 ο C Δεν αποβάλλουν τη θερμότητα που παράγεται από την έντονη άσκηση εύκολα.όμως

20 Σύγκριση ανάμεσα στα είδη Φώκια των Galapangos Θερµοκρασία νερού µικρότερη από το σώµα Απώλεια θερµότητας Συµπεριφορά Θαλάσσια λιοντάρια των Galapangos Αλλαγή αναπαραγωγικής στρατηγικής, υδρόβια διαβίωση, νυχτόβια

21 Σύγκριση ανάμεσα στα είδη Συγγενικά είδη που ζούν σε αντίξοες συνθήκες ανταποκρίνονται με τον ίδιο τρόπο Διατροφή με ξηρά φυτά Υψηλές θερμοκρασίες σώματος Πέψη φυτικής ύλης!! Αλατοποιοί αδένες

22 Σύγκριση ανάμεσα στα είδη Μη συγγενικά ταχα προσαρμόζονται με παρόμοιο τρόπο σε αντίξοα περιβάλλοντα Εντομα που αναπαράγονται τον χειμώνα Αψηφούν θερµοκρασίες <Ο Πώς; Κολεόπτερα γρήγορες κινήσεις φτερών Λεπιδόπτερα το αντίθετο για οικονοµία στην ενέργεια

23 Ερωτήματα που προκύπτουν Τα ζώα επιβιώνουν εκεί που µπορούν; Ναι, αλλά πως επιτυγχάνεται; Η σύγκριση δίνει ιστορίες προσαρµογής; Ναι αλλά µήπως οι προγονικές και οι παράγωγές καταστάσεις συνδυάζονται;

24 24

25 Εν κατακλείδι Η συγκριτική φυσιολογία εξετάζει: Ø Σχέσεις ανάµεσα στη µορφή και λειτουργία Ø Διατήρηση της πολυπλοκότητας και της οµοιόστασης Ø Εξασφάλιση της χρήσης ενέργειας Ø Βιοποικιλότητα και σταθερότητα Ø Εξέλιξη και προσαρµογή

26 Φυσιολογία της διατήρησης Νέα διάσταση στη Φυσιολογία: Ø Οι νέες φυσιολογικές τεχνικές θα βοηθήσουν στην προστασία των taxa.

27 Θαλάσσια ρύπανση Ανθρωπογενή προβλήματα Ρύπανση ακτών, εκβολών /απόβλητα Εισβάλοντα είδη Οικιακά/αγροτικά λύματα στα γλυκά νερά Οξινη βροχή Φαινόμενο θερμοκηπίου Ελάττωση του όζοντος 27

28 28

29 Βιβλιογραφία Garland T. & Adolph, S Physiological differentiation of Vertebrate populations. Annu. Rev. Ecol. Syst. 22: Natochin, Y.N. & Chernigovskaya, T.V.1997 Evolutionary Physiology: History Principles. Comp. Biochem. Physiol. 118A: Withers, P Comparative animal Physiology, Saunders, Feder et ai New directions in ecological physiology, Cambridge, Univ.Press. Willmer, P. et al Environmental Physiology of animals, Blackwell Science Sanford,G. et. al The Comparative method Revisited. BioScience 52: MacMillen, R & T.Garland 1989 Adaptive physioogy. In advance in the Study of Peromyscus (Rodentia).ed. Lane and Kirland Jr. pp Lubbick Tx. Texas Univ. Press Gideon Louw (1997). Physiological animal ecology. Longman Wikelski M. & Cooke J. (2006) Conservation Physiology. TRENDS in Ecology and Evolution 21:38-46 Βαλάκος Ε., Παφίλης Π. και συνεργάτες (2012). Τα θηλαστικά της Λέσβου, ΕΚΠΑ Moyes C & Schhutle P.(2008) Animal Physiology, Pearson Ernest Mayer (2002) Αυτή είναι η Βιολογία, Κατοπτρο Ernest Mayer (1982) Η ανάπτυξη της Βιολογικής σκέψης, ΜΙΕΤ(2008) Neil Shubin (2010). Το ψάρι µέσα µας. Εκδόσεις Κάτοπτρο C. Magnum &P. Hochachka (2000). Physiological Zoology 71: Bartholomew G. (1958).The role of physiology in the distribution of terrestrial vertebrates. In Zoogeography,ed. C.L. Hubbs, pp Publ. No. 51, American Association for the Advancement of Science,Washington, DC. Theunis Piersma & Jan A. van Gils (2011). The Flexible Phenotype. Oxford