Екологія: біологія взаємодії. V-17. Адаптивні біоритми та фотоперіодизм

V-17. Адаптивні біоритми та фотоперіодизм

зайдеш в кімнаті є розбитим
вікно а в клітці пір'я кров
пташиним почерком записка
інстинкти осінь прощавай

Мідорі («пирожок»)

Вплив сонячного світла на низку біологічних явищ відбувається за допомогою зміни інтенсивності освітлення протягом доби, зміни тривалості світлового дня та пов'язаного з цим чергування пір року. Важливим фактором, що задає періодичні зміни, є динаміка тяжіння Місяця, а також місячні фази. Ці та інші фактори призводять до виникнення у живих організмів адаптивних біологічних ритмів: добових, припливно-відливних, сезонних, багаторічних та інших.

Здатність організмів відраховувати проміжки часу та регулювати залежно від них свою життєдіяльність отримала назву біологічного годинника. Наприклад, навіть за постійних умов у глибоких печерах для людей та представників інших видів характерні циркадні (добові) або циркадіанні (близькі за тривалістю до доби) ритми. Біологічний годинник дозволяє приводити фізіологічні ритми у відповідність до ритму навколишнього середовища і дає можливість передбачати добові, сезонні та інші періодичні коливання освітленості, температури, припливів тощо.

Ритми добової активності тварин є реакцією на умови освітленості протягом доби. Крім фізіологічних особливостей на них впливають і екологічні фактори, що формують умови життя та добування їжі організмами. Виняток становлять види, що мають однакову активність протягом всієї доби, незалежно від умов освітлення. У тварин виділяють три основні типи добової активності: денний, нічний та цілодобовий.

Добові біоритми рослин можуть виявлятися у рухах листя, змінах обміну речовин. Так, лотос вдень підіймає листя над поверхнею води, а вночі опускає їх у воду. Рослини з CAM-фотосинтезом фіксують вуглекислоту лише вночі тощо.

Особливості сезонної життєвого циклу пов'язані зі зміною пори року, яка є наслідком обертання Землі навколо Сонця, що супроводжується зміною пір року. У сезонному кліматі умови середовища сприяють зростанню чисельності популяцій лише у певні обмежені періоди часу. З певними сезонами року в організмів пов'язані періоди розмноження, розвитку, спокою (наприклад, сплячка), міграцій тощо. У більшості областей помірного та арктичного поясів головним проявом зміни сезонів є температура. У тропіках сезонний цикл активності визначається періодом дощів. 

Приливно-відливні біоритми є наслідком впливу Місяця, що обертається навколо Землі. Живі організми, що мешкають у припливно-відливній зоні, адаптувалися до місячної доби (24 години 50 хвилин), протягом якої відбувається по два припливи й відпливи. Під час відпливу мешканці цієї зони закривають раковини та будиночки або закопуються у пісок. З ритмом припливів і відпливів пов'язане розмноження деяких риб і багатощетинкових черв'яків, а також мечехвостів.

Багато організмів спостерігаються менш виражені багаторічні цикли, пов'язані з неперіодичними змінами сонячної активності протягом багатьох років. Так, наприклад, із цим пов'язують масові розмноження перелітної сарани (рис. 4.16.3).

Фотоперіодизм — регуляція сезонного циклу залежно від довжини світлового дня. Він є способом регуляції, що поширений в помірній зоні (тобто там, де пори роки відрізняються за довжиною світлового дня та за іншими факторами середовища, що є важливими для сезонного циклу організмів). На відміну від циркадіанних ритмів, що регулюються зміною світла та темряви, річні (цирканнуальні) ритми контролюються довжиною світлового дня.

Довжина світлового дня — параметр, що задається астрономічними особливостями системи Земля-Сонце і тому змінюється досить закономірно. Зміна важливих для більшості організмів факторів (температури, вологості, доступності їжі тощо) залежить як від астрономічних причин, так й від дії багатьох випадкових причин. Довжина світлового дня — типовий сигнальний фактор.

Хоча людина досить давно перейшла до позасезонного розмноження, у неї зберігаються рудиментарні фотоперіодичні регуляторні механізми. Один із проявів їхньої дії — підвищення концентрації статевих гормонів у крові навесні (точніше, навіть, наприкінці зими), зі збільшенням тривалості світлового дня. Регуляція цирканнуальних ритмів здійснюється у хребетних системою гіпоталамус-гіпофіз. Істотне значення у цій регуляції має епіфіз (пінеальна залоза, рудиментарний світлочутливий орган).