(A. Environmental physiology, cg. là sinh lý sinh thái học), môn khoa học tìm hiểu về cách thức hoạt động của các cơ thể sống, cách thức chúng thích nghi với môi trường sống và cơ chế sắp xếp tổ chức trong tiến hoá, môn học nghiên cứu về sự thích ứng hoặc sự điều chỉnh về sinh lý của các sinh vật sống đối với môi trường cho phù hợp.

SLHMT là thước đo sự căng thẳng do ánh sáng, tiếng ồn, độ rung, nhiệt độ, bức xạ và hóa chất đối với chức năng của sinh vật sống, các quá trình lý, hóa học lên các bộ phận hoặc toàn bộ cơ thể sống.

SLHMT nghiên cứu sự phụ thuộc của con người và động vật vào các điều kiện của sự sống và hoạt động ở các vùng địa lý tự nhiên khác nhau, vào các thời điểm khác nhau trong năm và ngày, ở các giai đoạn khác nhau của mặt trăng và sự lên xuống của thủy triều,... SLHMT cho thấy các cơ sở sinh lý của sự thích nghi với các yếu tố tự nhiên gắn liền với sinh thái, thời kỳ sinh học, sinh lý học của sự lão hóa và tiến hoá, sinh lý của động vật trang trại và đạo đức học. Khi đối tượng nghiên cứu là con người, nó cũng liên quan chặt chẽ đến sinh lý học khí hậu và sinh lý học của công việc và thể thao. Trong SLHMT của con người, các phương pháp thực nghiệm về lâm sàng, hóa học và điện sinh lý đã được sử dụng.

Sự phát triển thích nghi được nghiên cứu bằng cách cô lập một sinh vật từ các yếu tố môi trường riêng biệt (kiểm soát canh tác và nuôi dưỡng) và bằng cách so sánh các thông số của các phản ứng sinh lý trong các loài có cùng đặc điểm về mặt hệ thống nhưng ở các điều kiện sinh thái khác nhau. Trong nghiên cứu về hệ thống cảm giác, phát tín hiệu, phát âm thanh và các loại khác nhau (các loài dơi, chim, cá), và liên kết hóa học (pheromones) giữa các sinh vật, sinh lý môi trường phụ thuộc vào dữ liệu sinh lý và sinh hóa. SLHMT cho phép con người dự báo tăng trưởng của các loài sâu bệnh (loài gặm nhấm, côn trùng); thuần hoá các loài động vật có ích; thích ứng với hí hậu của con người ở các khu vực mới được phát triển (vĩ độ cao, núi, sa mạc). Nghiên cứu các đặc tính sinh lý cho phép xác định quá trình phản ứng thích ứng ở các loài động vật khác nhau cư trú tại các vùng cụ thể. Ở Liên Xô (cũ), nghiên cứu về sinh lý học môi trường đã được tiến hành từ những năm 1930, bao gồm nghiên cứu nhiệt điện, thích ứng với khí hậu nóng và lạnh, thích nghi với điều kiện núi, thích nghi với các môi trường có thành phần khí biến đổi, và các cơ chế ngủ đông. Phương pháp tiếp cận sinh thái cũng được sử dụng trong nghiên cứu hệ thần kinh và di truyền của hành vi. Bắt đầu từ những năm 1950, nghiên cứu về SLHMT đã được mở rộng liên quan đến sự phát triển của các lãnh thổ mới, chẳng hạn như Bắc cực, vùng phụ cận, sa mạc và miền núi; liên quan tới tác động của các yếu tố ồn, rung động và nhiệt độ lên toàn bộ cơ thể người cũng như về chức năng của từng cơ quan.

Các khía cạnh khác nhau của SLHMT đã được nghiên cứu từ những năm 1920, bao gồm sinh lý học hô hấp và hoạt động của cơ, ảnh hưởng của sự giảm áp suất không khí lên chức năng hô hấp của máu, ảnh hưởng nhiệt độ, sự thích nghi của động vật với cuộc sống sa mạc và sinh lý học của con người dưới các điều kiện khắc nghiệt của cực bắc và sa mạc.Kể từ những năm 1970, các vấn đề về SLHMT đã trở nên gắn liền với các vấn đề bảo tồn. Trên cơ sở những đặc điểm và ngữ nghĩa của cụm từ sinh lý môi trường nêu trên, có thể phân chia nghĩa của cụm từ này thành 03 cụm từ nhỏ là sự thích nghi (Adaptation), tính chống chịu (Tolerance) và tính kháng (Resistance).

Sự thích nghi

Thích nghi là trở nên quen dần hoặc có những biến đổi cho phù hợp với môi trường hoặc hoàn cảnh mới. Thích nghi sinh học là một thuộc tính của tính năng kiểu hình của sinh vật so với nhu cầu lựa chọn của môi trường, được tiến hóa và chọn lọc tự nhiên.Tính năng thích nghi có đặc điểm và chức năng cho phép các sinh vật duy trì thành công vai trò sinh học và sống sót trong môi trường đã lựa chọn. Mức độ của sự thích nghi có thể được đo bằng lượng năng lượng cần thiết để duy trì điều phối, chẳng hạn với ít năng lượng cho thấy sự thích nghi tốt hơn. Ví dụ: Xương rồng sống trong môi trường khô hạn quanh năm, lá tiêu giảm thành gai, thân mọng nước để thích nghi và tồn tại trong môi trường khắc nghiệt này.

Thích nghi cũng có thể hiểu là một số đặc điểm của sinh vật (cấu trúc, sinh lý, hành vi,…) làm tăng khả năng phù hợp của chúng như tăng khả năng sống sót và sinh sản, là sự thay đổi của sinh vật đáp ứng lại biến đổi lâu dài của môi trường.

Thích nghi thường được coi là một thay đổi trong phản ứng với một sự thay đổi lâu dài trong môi trường mà một sinh vật phải đối mặt. Cơ sở trong thích nghi dài hạn là sự lựa chọn tự nhiên tác động đến biến đổi di truyền để bảo vệ các đặc điểm thuận lợi, làm tăng khả năng hoạt động cơ thể. Những đặc điểm này được gọi là các đặc tính thích ứng. Như vậy sự thích nghi là một quá trình cơ bản trong quá trình tiến hoá - thay đổi môi trường hoặc hoàn cảnh dẫn đến sự thay đổi về đặc tính cơ thể bao gồm cả sinh lý học trong thời gian dài hoặc tiến hóa để đáp ứng các yêu cầu mới. Trong loại thay đổi thích ứng này, kiểu gen của cơ thể được sửa đổi theo thời gian để đáp ứng các yêu cầu của các điều kiện môi trường cụ thể như các sinh vật bản địa ở độ cao biểu hiện các đặc tính thuận lợi ở các tình huống ở độ cao.

Tính chống chịu (Tolerance)

Là tình trạng dung nạp, hoặc chịu đựng có điều kiện với những bất lợi của ngoại cảnh. Khả năng chịu đựng là sự phụ thuộc vào điều gì đó như thuốc hoặc các điều kiện môi trường mà không có phản ứng bất lợi. Khả năng chịu đựng đau đớn hoặc khó khăn: sức chịu đựng, kiên nhẫn; Khả năng hoặc sự sẵn sàng chấp nhận (chịu đựng) ý kiến hoặc hành vi mà người đó không thích hoặc không đồng ý. Sự chịu đựng trong khoa học xã hội hành vi được xem là sự khoan dung có thể được hiểu là một thái độ công bằng và khách quan đối với những người có phong cách sống khác với bạn.

Cơ chế sinh lý giải thích hiện tượng đáp ứng của cây trồng đối với áp lực (stress) và nhằm mục đích cải tiến cấu trúc, hoạt động sinh lý, sinh hóa của cây, giúp cây thoát khỏi, hoặc né tránh, hoặc chống chịu sự thiệt hại do áp lực gây ra. Có hai cách tiếp cận liên quan đến cải tiến giống cây trồng chống chịu áp lực: (i) Cách tiếp cận dựa trên kinh nghiệm (empirical approach) được bắt đầu từ việc khai thác biến dị di truyền, kết hợp với nguồn vật liệu cung cấp gen chống chịu tốt nhất của giống cây trồng, hoặc của loài hoang dại; (ii) Cách tiếp cận bằng lai tạo giống có kiểu hình lý tưởng (ideotype breeding approach), trong đó đặc điểm hình thái học và sinh lý học đều phải có khả năng tham gia vào mục tiêu cải tiến giống trong điều kiện bị áp lực. Trường hợp áp lực là khô hạn, mặn và lạnh, các cơ chế về chức năng sinh lý của cây trồng có liên quan với nhau hoạt động trên cơ sở điều tiết áp suất thẩm thấu của tế bào. Nhiều phương thức nghiên cứu nhằm cải tiến tính chống chịu này mang tính chất đa ứng dụng. Chúng bao gồm quá trình điều tiết áp suất thẩm thấu ở rễ, lá, nhằm duy trì nước, loại bỏ các yếu tố rào cản có tính chất kỵ nước trong rễ và lá, cải tiến sự lưu thông mạch dẫn nhằm thúc đẩy sự di chuyển nước trong cây. Những cơ chế tránh né, thoát và chống chịu có nét rất giống nhau đối với các điều kiện khô hạn, mặn và lạnh.

Tính kháng (Resistance)

Là khả năng loại bỏ hoặc khắc phục hoàn toàn hoặc ở mức độ nào đó những ảnh hưởng của tác nhân bất lợi hoặc các yếu tố gây hại. Khi vượt quá mức chống chịu, sinh vật sống có thể đề kháng với sự thay đổi của môi trường trong một khoảng thời gian nhất định, khả năng đề kháng này phụ thuộc vào mức độ chống chịu bị vượt ngưỡng.

Tính kháng không đặc hiệu chủng (Race - non specific resistance): Là tính kháng yếu nhưng kháng được với tất cả các kiểu gen của một tác nhân gây bệnh. Tính kháng này còn được gọi là tính kháng ngang (Horizontal resistance).

Tính kháng đặc hiệu chủng (Race - specific resistance): Là tính kháng cao nhưng chỉ kháng được một số kiểu gen (chủng, nòi) của một tác nhân gây bệnh. Tính kháng này còn được gọi là tính kháng dọc (Vertical resistance). Tính kháng bền vững (Durable resistance): Là tính kháng duy trì trong thời gian lâu dưới tác động của tác nhân bất lợi.

Tính kháng ổn định (Stable resistance): Là tính kháng được biểu hiện ở nhiều điều kiện sinh trưởng khác nhau.

Tính kháng bẩm sinh (Innate resistance): Tính kháng do di truyền quy định

Tính đề kháng kháng sinh (antibiotic resistance): Trong mối quan hệ giữa vi khuẩn và kháng sinh, sự đề kháng được hiểu là khả năng chống đối của vi khuẩn với kháng sinh và hoá chất điều trị. Nên phân biệt giữa đề kháng sinh học (biological resistance) và đề kháng điều trị (therapeutical resistance). Đề kháng sinh học là những cá thể của một loài do thu được những đặc tính di truyền mà giảm nhạy cảm so với các cá thể khác cùng loài đó. Những cá thể đề kháng sinh học này không nhất thiết là đề kháng điều trị, vì đề kháng điều trị chủ yếu xét trên kết quả điều trị.

Tính kháng thuốc trừ sâu (tính quen thuốc, tính chống thuốc): Là khả năng của sâu ngày càng chịu được một lượng thuốc lớn hơn lượng thuốc sử dụng thời gian đầu, do thuốc được sử dụng thường xuyên nhiều lần. Khả năng này có thể di truyền cho đời sau dù cá thể của đời sau có hay không tiếp tục tiếp xúc với thuốc.

Tài liệu tham khảo:

1. Environmental Physiology, Edited by D. Robertshaw. London-Baltimore, Md.,1974.

2. Environmental Physiology, Edited by J. G. Phillips.Oxford., 1975.

3. Folk G.E., Introduction to Environmental Physiology. Philadelphia, Pa., 1966.

4. Physiological Adaptations, Desert and Mountain. New York-London., 1972.

5. Шеглова А.И., Физиологические приспособления млекопитающих пустыни, Наука", Ленинградское отд-ние, 148стр., 1976.