Nguyên lý trung tâm trong thuyết tiến hóa của Darwin là tất cả sinh vật, từ những loài vi khuẩn đơn giản đến thú có vú phức tạp, đều tuân theo sự chọn lọc của tự nhiên để sinh tồn trong ổ sinh thái và môi trường sống nhất định.

Sinh lý học môi trường - mà cuốn Sinh lý học động vật (1960) của Knut Schmidt-Nielsen là nguồn khích lệ quan trọng - nghiên cứu đặc điểm giải phẫu của sinh vật và cách nó hoạt động (đặc điểm sinh lý), cũng như mối tương quan giữa những đặc tính này với các thách thức mà môi trường đặt ra.

Sinh lý học môi trường cho thấy sự liên hệ giữa đặc điểm giải phẫu của động thực vật với khả năng sinh tồn, cũng như với sự phân bổ, số lượng và khả năng sinh sôi của nó. Hiện nay, sinh lý học môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc giúp các nhà khoa học hiểu được những áp lực do biến đổi khí hậu gây ra tác động như thế nào lên các hệ sinh thái hoang dã và các môi trường trồng trọt.

Kiểm soát nhiệt độ

Sinh lý học môi trường đã phát hiện ra nhiều đặc điểm thích nghi đặc hiệu với những môi trường khác nhau. Ví dụ, động vật sống ở những vùng lạnh hơn thường có cơ thể lớn hơn và chân, tai, đuôi nhỏ hơn những loài họ hàng sống ở các vùng ấm áp hơn. Cơ thể lớn hơn có tỷ lệ diện tích bề mặt so với khối lượng nhỏ hơn, và vì thế thoát nhiệt chậm hơn, trong khi các phần phụ nhỏ hơn giúp giảm khả năng bị tê cóng ở các phần này.

Trong cái lạnh khắc nghiệt nhất, bàn chân của động vật máu nóng có nguy cơ bị đóng băng trên mặt đất. Các loài động vật có vú ở vùng Bắc Cực như bò xạ hương và gấu Bắc Cực thích nghi với lối sống trong điều kiện này nhờ có lớp lông dày bảo vệ bàn chân.

Ảnh: Alex Bian/Pexels.

Ở Nam Cực, lòng bàn chân của chim cánh cụt được cách nhiệt bằng một lớp mỡ dày. Ở bàn chân của chim cánh cụt còn có cơ chế trao đổi nhiệt (hay cơ chế ngược dòng). Máu nóng chảy từ cơ thể được làm lạnh xuống gần 0 °C nhờ máu lạnh chảy từ bàn chân cùng lúc ấm lên bằng nhiệt độ cơ thể.

Linh dương ở châu Phi sử dụng một hệ ngược dòng tương tự để làm mát nhiệt độ cơ thể. Chúng có thể làm lạnh máu chảy vào đầu, giúp chúng có lợi thế hơn các loài săn chúng vì loài này thường quá nóng.

Lạc đà có hệ trao đổi nhiệt trong khoang mũi, giúp giảm mất nước khi thở. Không khí khô, nóng được hít vào và hòa với độ ẩm trong mũi trước khi đi tới phổi. Không khí mà lạc đà thở ra mát hơn nhiều so với không khí bên ngoài, nên độ ẩm mà lượng khí này mang theo ngưng tụ trong mũi, nhờ đó tạo ra điều kiện mát, ẩm cần thiết để làm lạnh đợt khí hít vào tiếp theo.

Những thách thức tương lai

Ngày nay, sinh lý học môi trường càng lúc càng tập trung vào thực vật, nấm và vi sinh vật. Cũng như động vật, những loài này phải thích nghi để sinh tồn, và việc nghiên cứu chúng có khả năng mang lại những khám phá quan trọng cho mục đích thương mại và bảo tồn.