كيف يؤثر تغير الموسم على الشخص: الإيقاعات الحيوية الموسمية. – هو رد فعل الجسم على التغيرات في الموسم

في عملية التطور، طور كل نوع دورة سنوية مميزة من النمو والتطور المكثف والتكاثر والتحضير لفصل الشتاء والشتاء. وتسمى هذه الظاهرة بالإيقاع البيولوجي. إن تزامن كل فترة من دورة الحياة مع الوقت المناسب من السنة أمر بالغ الأهمية لوجود هذا النوع.

العلاقة الأكثر وضوحًا بين جميع الظواهر الفسيولوجية في الجسم هي التغير الموسمي في درجة الحرارة. ولكن على الرغم من أنه يؤثر على سرعة عمليات الحياة، إلا أنه لا يزال لا يعمل كمنظم رئيسي للظواهر الموسمية في الطبيعة. العمليات البيولوجيةالاستعدادات لفصل الشتاء تبدأ في فصل الصيف، عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة. في درجات الحرارة المرتفعة، لا تزال الحشرات تدخل في حالة سبات، وتبدأ الطيور في طرح الريش وتظهر الرغبة في الهجرة. وبالتالي، فإن بعض الظروف الأخرى، وليس درجة الحرارة، هي التي تؤثر على الحالة الموسمية للجسم.

العامل الرئيسي في تنظيم الدورات الموسمية في معظم النباتات والحيوانات هو التغير في طول اليوم. يسمى رد فعل الكائنات الحية على طول اليوم الدورة الضوئية . يمكن رؤية أهمية الدورة الضوئية من التجربة الموضحة في الشكل 35. تحت الإضاءة الاصطناعية على مدار الساعة أو لمدة يوم يزيد عن 15 ساعة، تنمو شتلات البتولا بشكل مستمر دون تساقط الأوراق. ولكن عند إضاءتها لمدة 10 أو 12 ساعة يوميًا، يتوقف نمو الشتلات حتى في الصيف، وسرعان ما تتساقط الأوراق ويبدأ السكون الشتوي، كما لو كان تحت تأثير يوم خريفي قصير. العديد من أنواع الأشجار المتساقطة لدينا: الصفصاف، السنط الأبيض، البلوط، شعاع البوق، خشب الزان - مع الأيام الطويلة تصبح دائمة الخضرة.

لا يحدد طول اليوم بداية السكون الشتوي فحسب، بل يحدد أيضًا الظواهر الموسمية الأخرى في النباتات. وهكذا، فإن اليوم الطويل يشجع على تكوين الزهور في معظم أجسادنا النباتات البرية. وتسمى هذه النباتات نباتات النهار الطويل. ومن بين المزروعات الجاودار والشوفان ومعظم أصناف القمح والشعير والكتان. ومع ذلك، فإن بعض النباتات، وخاصة من أصل جنوبي، على سبيل المثال الأقحوان، الدالياس، تتطلب ذلك يوم قصير. لذلك، يزدهرون هنا فقط في نهاية الصيف أو الخريف. تسمى النباتات من هذا النوع بنباتات النهار القصير.

تأثير طول النهار له أيضًا تأثير قوي على الحيوانات. في الحشرات والعث، يحدد طول اليوم بداية السكون الشتوي. وهكذا، عند حفظ اليرقات فراشة الملفوف في ظل الظروف أتمنى لك يوم طويل(أكثر من 15 ساعة) وسرعان ما تخرج الفراشات من الشرانق وتتطور سلسلة متتالية من الأجيال دون انقطاع. ولكن إذا تم الاحتفاظ باليرقات لمدة يوم أقل من 14 ساعة، فحتى في فصلي الربيع والصيف يحصلون على شرانق تقضي الشتاء ولا تتطور لعدة أشهر، على الرغم من درجة الحرارة المرتفعة إلى حد ما. يفسر هذا النوع من التفاعل لماذا في الطبيعة، في فصل الصيف، في حين أن الأيام طويلة، يمكن للحشرات تطوير عدة أجيال، وفي الخريف، يتوقف التطور دائما في مرحلة الشتاء.

في معظم الطيور، يؤدي إطالة أيام الربيع إلى تطور الغدد التناسلية وظهور غرائز التعشيش. يؤدي تقصير الأيام في الخريف إلى طرح الريش وتراكم الدهون الاحتياطية والرغبة في الهجرة.

طول اليوم هو عامل الإشارة الذي يحدد اتجاه العمليات البيولوجية. لماذا أصبحت التغيرات الموسمية في طول اليوم هكذا؟ أهمية عظيمةفي حياة الكائنات الحية ؟

ترتبط التغيرات في طول اليوم دائمًا ارتباطًا وثيقًا بالتغير السنوي في درجات الحرارة. ولذلك، فإن طول اليوم بمثابة نذير فلكي دقيق التغيرات الموسميةدرجة الحرارة وغيرها من الشروط. وهذا ما يفسر لماذا معظم مجموعات مختلفةالكائنات الحية في خطوط العرض المعتدلة تحت التأثير القوى الدافعةالتطور، تم تشكيل تفاعلات دورية ضوئية خاصة - التكيف مع التغيرات المناخية في أوقات مختلفة من العام.

الفترة الضوئية- هذا تكيف مهم شائع ينظم الظواهر الموسمية في مجموعة واسعة من الكائنات الحية.

الساعة البيولوجية

أظهرت دراسة الفترة الضوئية في النباتات والحيوانات أن تفاعل الكائنات الحية مع الضوء يعتمد على فترات متناوبة من الضوء والظلام لمدة معينة خلال النهار. ورد فعل الكائنات الحية على طول النهار والليل يدل على أنها قادرة على قياس الوقت، أي أنها تمتلك بعضا منه ساعة بيولوجية . جميع أنواع الكائنات الحية لديها هذه القدرة، من الكائنات وحيدة الخلية إلى البشر.

وتتحكم الساعات البيولوجية، بالإضافة إلى الدورات الموسمية، في العديد من الظواهر البيولوجية الأخرى التي ظلت طبيعتها غامضة حتى وقت قريب. وهي تحدد الإيقاع اليومي الصحيح لنشاط الكائنات الحية بأكملها والعمليات التي تحدث حتى على المستوى الخلوي، وخاصة انقسام الخلايا.

إدارة التنمية الموسمية للحيوانات والنباتات

إن توضيح دور طول النهار وتنظيم الظواهر الموسمية يفتح فرصًا كبيرة للتحكم في تطور الكائنات الحية.

يتم استخدام تقنيات مختلفة للتحكم في التنمية لزراعة محاصيل الخضروات على مدار العام نباتات الزينةخلال فصل الشتاء والتقشير المبكر للزهور لتسريع إنتاج الشتلات. تؤدي المعالجة الباردة للبذور قبل البذر إلى تحقيق إنتاجية المحاصيل الشتوية أثناء البذر الربيعي، وكذلك الإزهار والإثمار بالفعل في السنة الأولى للعديد من النباتات البينية. ومن خلال زيادة طول اليوم، من الممكن زيادة إنتاج بيض الطيور في مزارع الدواجن.

إحدى الخصائص الأساسية للطبيعة الحية هي الطبيعة الدورية لمعظم العمليات التي تحدث فيها. هناك علاقة بين حركة الأجرام السماوية والكائنات الحية على الأرض.

لا تلتقط الكائنات الحية ضوء وحرارة الشمس والقمر فحسب، بل لديها أيضًا آليات مختلفة تحدد بدقة موقع الشمس، وتستجيب لإيقاع المد والجزر، ومراحل القمر وحركة كوكبنا. وهي تنمو وتتكاثر بإيقاع يتناسب مع طول النهار وتغير الفصول، والذي بدوره يتحدد بحركة الأرض حول الشمس. إن تزامن مراحل دورة الحياة مع الوقت من السنة الذي تتكيف معه أمر بالغ الأهمية لوجود هذا النوع. في تَقَدم التطور التاريخيتم إدراك واستيعاب الظواهر الدورية التي تحدث في الطبيعة من خلال المادة الحية، وقد طورت الكائنات الحية القدرة على تغيير حالتها الفسيولوجية بشكل دوري.

يسمى التناوب الموحد مع مرور الوقت لأي حالة من حالات الجسم الإيقاع البيولوجي.

هناك خارجية (خارجية)، لها طبيعة جغرافية ومتابعة التغيرات الدوريةفي البيئة الخارجية والإيقاعات الداخلية (الداخلية) أو الفسيولوجية للجسم.

أما الإيقاعات الخارجية فهي ذات طبيعة جغرافية، وترتبط بدوران الأرض بالنسبة للشمس والقمر بالنسبة للأرض.

العديد من العوامل البيئية على كوكبنا، وفي المقام الأول ظروف الإضاءة ودرجة الحرارة وضغط الهواء والرطوبة، والمجال الكهرومغناطيسي الجوي، والمد والجزر البحرية، وما إلى ذلك، تتغير بشكل طبيعي تحت تأثير هذا الدوران. وتتأثر الكائنات الحية أيضًا بالإيقاعات الكونية مثل التغيرات الدورية في النشاط الشمسي. وتتميز الشمس بـ 11 سنة وعدد من الدورات الأخرى. التغيرات في الإشعاع الشمسي لها تأثير كبير على مناخ كوكبنا. بالإضافة إلى التأثير الدوري للعوامل اللاأحيائية، فإن الإيقاعات الخارجية لأي كائن حي هي أيضًا تغيرات طبيعية في النشاط، وكذلك سلوك الكائنات الحية الأخرى.

نشأت الإيقاعات الفسيولوجية الداخلية تاريخياً. لا تحدث أي عملية فسيولوجية في الجسم بشكل مستمر. تم اكتشاف الإيقاع في عمليات تخليق DNA وRNA في الخلايا، وفي تخليق البروتين، وفي عمل الإنزيمات، وفي نشاط الميتوكوندريا. انقسام الخلايا، انقباض العضلات، وظيفة الغدة إفراز داخلي، نبض القلب، التنفس، استثارة الجهاز العصبي، أي أن عمل جميع خلايا وأعضاء وأنسجة الجسم يخضع لإيقاع معين. كل نظام له فترة خاصة به. لا يمكن لتصرفات العوامل البيئية تغيير هذه الفترة إلا ضمن حدود ضيقة، وبالنسبة لبعض العمليات يكاد يكون من المستحيل. ويسمى هذا الإيقاع ذاتية النمو.

تكون الإيقاعات الداخلية للجسم تابعة ومتكاملة في نظام متكامل وتظهر في النهاية في شكل دورية عامة لسلوك الجسم. يبدو أن الجسم يقوم بالعد التنازلي للوقت، ويقوم بوظائفه الفسيولوجية بشكل إيقاعي. بالنسبة لكل من الإيقاعات الخارجية والداخلية، فإن بداية المرحلة التالية تعتمد في المقام الأول على الوقت. ومن ثم، فإن الزمن يعد أحد أهم العوامل البيئية التي يجب على الكائنات الحية أن تستجيب لها، وتتكيف مع التغيرات الدورية الخارجية في الطبيعة.

غالبًا ما تتزامن التغيرات في نشاط حياة الكائنات الحية مع الدورات الجغرافية الخارجية. من بينها الإيقاعات البيولوجية التكيفية - اليومية، المد والجزر، تساوي الشهر القمري، السنوي. بفضلهم، تتزامن أهم الوظائف البيولوجية للجسم (التغذية والنمو والتكاثر وما إلى ذلك) مع الأوقات الأكثر ملاءمة من اليوم والسنة.

النظام اليومي.مرتين في اليوم، عند الفجر وعند غروب الشمس، يتغير نشاط الحيوانات والنباتات على كوكبنا كثيرًا لدرجة أنه غالبًا ما يؤدي إلى تغيير شبه كامل، من الناحية المجازية، في "الجهات الفاعلة". وهذا ما يسمى بالإيقاع اليومي، الناتج عن التغيرات الدورية في الإضاءة بسبب دوران الأرض حول محورها. في النباتات الخضراء، تتم عملية التمثيل الضوئي فقط خلال ساعات النهار. في النباتات، غالبًا ما يتم توقيت فتح وإغلاق الزهور، ورفع وخفض الأوراق، والحد الأقصى لكثافة التنفس، ومعدل نمو غمدية الأجنحة، وما إلى ذلك في وقت معين من اليوم.

ملاحظة فيالدوائر المعروضة الوقت التقريبيفتح وإغلاق الأزهار في النباتات المختلفة

بعض الأنواع الحيوانية تنشط فقط في ضوء الشمس، والبعض الآخر، على العكس من ذلك، يتجنبها. تعد الاختلافات بين أنماط الحياة النهارية والليلية ظاهرة معقدة، وترتبط بمجموعة متنوعة من التكيفات الفسيولوجية والسلوكية التي يتم تطويرها في عملية التطور. عادة ما تكون الثدييات أكثر نشاطا في الليل، ولكن هناك استثناءات، على سبيل المثال البشر: الرؤية البشرية، مثل القرود، تتكيف مع ضوء النهار. اكثر من 100 الوظائف الفسيولوجيةتتأثر بالدورية اليومية التي يتم ملاحظتها عند البشر: النوم واليقظة، والتغيرات في درجة حرارة الجسم، ومعدل ضربات القلب، وعمق وتواتر التنفس، وحجم و التركيب الكيميائيالبول والتعرق والأداء العضلي والعقلي وما إلى ذلك. وهكذا تنقسم معظم الحيوانات إلى مجموعتين من الأنواع - النهارو ليلة،عمليا لا يجتمعون أبدا مع بعضهم البعض.

تنام الحيوانات النهارية (معظم الطيور والحشرات والسحالي) عند غروب الشمس، والعالم مليء بالحيوانات الليلية (القنافذ والخفافيش والبوم ومعظم القطط والضفادع والصراصير وغيرها). هناك أنواع من الحيوانات لها نفس النشاط تقريبًا أثناء النهار والليل، مع فترات قصيرة متناوبة من الراحة واليقظة. ويسمى هذا الإيقاع متعدد الأطوار(عدد من الحيوانات المفترسة، العديد من الزبابة، وما إلى ذلك).

إن الإيقاع اليومي واضح للعيان في حياة سكان شبكات المياه الكبيرة - المحيطات والبحار، بحيرات كبيرة. تقوم العوالق الحيوانية بهجرات عمودية يوميًا، حيث ترتفع إلى السطح ليلًا وتهبط خلال النهار. بعد العوالق الحيوانية، تتحرك الحيوانات الأكبر حجمًا التي تتغذى عليها لأعلى ولأسفل، وخلفها الحيوانات المفترسة الأكبر حجمًا. يُعتقد أن الحركات الرأسية للكائنات العوالق تحدث تحت تأثير العديد من العوامل: الضوء ودرجة الحرارة وملوحة الماء والجاذبية وأخيرًا الجوع ببساطة. ومع ذلك، وفقا لمعظم العلماء، لا تزال الإضاءة أولية، لأن تغييرها يمكن أن يسبب تغييرا في رد فعل الحيوانات على الجاذبية.

في العديد من الحيوانات، لا تكون الدورية اليومية مصحوبة بانحرافات كبيرة في الوظائف الفسيولوجية، ولكنها تتجلى بشكل رئيسي من خلال التغيرات في النشاط الحركي، على سبيل المثال، في القوارض. يمكن ملاحظة التغيرات الفسيولوجية خلال النهار بشكل واضح في الخفافيش. خلال فترة الراحة النهارية في الصيف، تتصرف العديد من الخفافيش مثل الحيوانات المسببة للحرارة. تتوافق درجة حرارة أجسامهم في هذا الوقت عمليا مع درجة حرارة البيئة. يتم تقليل النبض والتنفس واستثارة الأعضاء الحسية بشكل حاد. إنذار للإقلاع مضربيستغرق وقتًا طويلاً للتسخين بسبب إنتاج الحرارة الكيميائية. في المساء والليل - هذه ثدييات نموذجية ذات حرارة داخلية درجة حرارة عاليةالجسم، حركات نشطة ودقيقة، رد فعل سريع تجاه الفريسة والأعداء.

تقتصر فترات النشاط في بعض أنواع الكائنات الحية على وقت محدد بدقة من اليوم، بينما في حالات أخرى يمكن أن تتغير تبعا للحالة. على سبيل المثال، يتحول نشاط الخنافس الداكنة أو قمل الخشب الصحراوي إلى وقت مختلفأيام حسب درجة الحرارة والرطوبة على سطح التربة. تخرج من جحورها في الصباح الباكر وفي المساء (دورة ذات مرحلتين)، أو في الليل فقط (دورة أحادية الطور)، أو طوال اليوم. مثال آخر. يعتمد تفتح أزهار الزعفران على درجة الحرارة، وتفتح أزهار الهندباء يعتمد على الضوء: في يوم غائم لا تفتح السلال. يمكن تمييز إيقاعات الساعة البيولوجية الداخلية عن الإيقاعات الخارجية تجريبيًا. مع الثبات الكامل للظروف الخارجية (درجة الحرارة والضوء والرطوبة وما إلى ذلك)، تستمر العديد من الأنواع في الحفاظ عليها منذ وقت طويلدورات قريبة في فترة إلى يومية. وهكذا، في ذبابة الفاكهة لوحظ مثل هذا الإيقاع الداخلي لعشرات الأجيال. ونتيجة لذلك، تكيفت الكائنات الحية لإدراك التقلبات في البيئة الخارجية وتكيفت عملياتها الفسيولوجية وفقًا لذلك. حدث هذا بشكل أساسي تحت تأثير ثلاثة عوامل - دوران الأرض بالنسبة للشمس والقمر والنجوم. كانت الكائنات الحية تنظر إلى هذه العوامل، المتراكبة على بعضها البعض، على أنها إيقاع قريب، ولكنه لا يتوافق تمامًا مع فترة 24 ساعة. وكان هذا أحد أسباب انحراف بعض الإيقاعات البيولوجية الداخلية عن الفترة اليومية المحددة. وتسمى هذه الإيقاعات الذاتية الساعة البيولوجية(من اللاتينية حوالي - حول ويموت - يوم، يوم)، أي يقترب من إيقاع الساعة البيولوجية.

ش أنواع مختلفةوحتى في الأفراد المختلفين من نفس النوع، فإن إيقاعات الساعة البيولوجية، كقاعدة عامة، تختلف في المدة، ولكن تحت تأثير التناوب الصحيح للضوء والظلام، يمكن أن تصبح مساوية لـ 24 ساعة. وهكذا، إذا كانت السناجب الطائرة (Pebromys volans) يتم إبقاؤهم في ظلام دامس بشكل مستمر، ثم يستيقظون جميعًا ويمارسون أسلوب حياة نشطًا في البداية في وقت واحد، ولكن قريبًا في أوقات مختلفة، وفي نفس الوقت يحافظ كل فرد على إيقاعه الخاص. عند استعادة التناوب الصحيح بين النهار والليل، تصبح فترات النوم واليقظة لدى السناجب الطائرة متزامنة مرة أخرى. ومن هنا الاستنتاج هو أن المحفزات الخارجية (تغير النهار والليل) تنظم إيقاعات الساعة البيولوجية الفطرية، مما يجعلها أقرب إلى فترة 24 ساعة.

الصورة النمطية السلوكية التي يحددها إيقاع الساعة البيولوجية تسهل وجود الكائنات الحية أثناء التغيرات اليومية في البيئة. في الوقت نفسه، عندما تنتشر النباتات والحيوانات وتجد نفسها في ظروف جغرافية ذات إيقاع مختلف ليلا ونهارا، يمكن أن تكون الصورة النمطية القوية غير مواتية. غالبًا ما تكون قدرات التشتت لأنواع معينة من الكائنات الحية محدودة بسبب التثبيت العميق لإيقاعاتها البيولوجية.

بالإضافة إلى الأرض والشمس، هناك جرم سماوي آخر، تؤثر حركته بشكل كبير على الكائنات الحية لكوكبنا - وهذا هو القمر. لدى مجموعة متنوعة من الشعوب علامات تتحدث عن تأثير القمر على إنتاجية المحاصيل الزراعية والمروج الطبيعية والمراعي وسلوك الإنسان والحيوان. دورية تساوي الشهر القمريحيث تم تحديد إيقاع داخلي في كل من الأرض و الكائنات المائية. عندما ترتبط بمراحل معينة من القمر، تتجلى الدورية في احتشاد عدد من البعوض وذباب مايو، وتكاثر الزنابق اليابانية والديدان متعددة الأشواك (Eunice viridis). وهكذا، في عملية التكاثر غير العادية للديدان البحرية متعددة الأشواك، بالولو، التي تعيش في الشعاب المرجانية للمحيط الهادئ، تلعب أطوار القمر دور الساعة. تنضج الخلايا التناسلية للديدان مرة واحدة سنويًا في نفس الوقت تقريبًا - في ساعة معينة من يوم معين، عندما يكون القمر في الربع الأخير. نهاية الطريقينفصل جسم الدودة المملوء بالخلايا الجرثومية ويطفو على السطح. يتم إطلاق البويضات والحيوانات المنوية ويحدث الإخصاب. النصف العلوي من الجسم، المتبقي في جحر الشعاب المرجانية، ينمو مرة أخرى النصف السفلي بالخلايا الجنسية بحلول العام المقبل. تؤثر التغيرات الدورية في شدة ضوء القمر طوال الشهر على تكاثر الحيوانات الأخرى. عادةً ما تبدأ فترة الحمل لمدة شهرين لفئران الخشب العملاقة في ماليزيا عند اكتمال القمر. من الممكن أن يحفز ضوء القمر الساطع الحمل لدى هذه الحيوانات الليلية.

تم تحديد دورية تساوي الشهر القمري في عدد من الحيوانات كرد فعل للضوء والضعف المجالات المغناطيسية، في سرعة التوجه. لقد تم اقتراح أن اكتمال القمر يمثل فترات أقصى قدر من الابتهاج العاطفي لدى الناس؛ 28 يوم الدورة الشهريةربما تكون النساء قد ورثن من أسلاف الثدييات، التي تتغير درجة حرارة أجسامها بشكل متزامن مع تغير مراحل القمر.

إيقاعات المد والجزر.يؤثر تأثير القمر في المقام الأول على حياة الكائنات المائية في البحار والمحيطات على كوكبنا ويرتبط بالمد والجزر، والتي تدين بوجودها إلى الجذب المشترك للقمر والشمس. تؤدي حركة القمر حول الأرض إلى حقيقة أنه لا يوجد إيقاع يومي للمد والجزر فحسب، بل يوجد أيضًا إيقاع شهري. يصل المد والجزر إلى أقصى ارتفاع له مرة واحدة كل 14 يومًا تقريبًا، عندما تكون الشمس والقمر على خط واحد مع الأرض ويكون لهما أقصى تأثير على مياه المحيط. يؤثر إيقاع المد والجزر بشدة على الكائنات الحية التي تعيش في المياه الساحلية. إن تناوب المد والجزر بالنسبة للكائنات الحية أكثر أهمية هنا من تغير النهار والليل الناجم عن دوران الأرض والموقع المائل لمحور الأرض. إن حياة الكائنات الحية التي تعيش في المقام الأول في المنطقة الساحلية تخضع لهذا الإيقاع المعقد من المد والجزر. وهكذا، فإن فسيولوجيا أسماك جرونين، التي تعيش قبالة سواحل كاليفورنيا، هي التي يتم إلقاؤها إلى الشاطئ عند أعلى المد الليلي. وتضع الإناث البيض، بعد دفن ذيولها في الرمال، ثم يقوم الذكور بتخصيبه، وبعد ذلك تعود الأسماك إلى البحر. مع انحسار المياه، تمر البويضات المخصبة بجميع مراحل التطور. يحدث فقس الزريعة بعد نصف شهر ويتم توقيته ليتزامن مع المد العالي التالي.

التردد الموسميهي واحدة من الظواهر الأكثر شيوعا في الطبيعة الحية. إن التغير المستمر في الفصول الناتج عن دوران الأرض حول الشمس يسعد ويذهل الناس دائمًا. في الربيع، تستيقظ جميع الكائنات الحية من نوم عميق، حيث يذوب الثلج وتشرق الشمس بشكل أكثر سطوعًا. تنفجر البراعم وتتفتح الأوراق الصغيرة، وتزحف الحيوانات الصغيرة من جحورها، وتعود الحشرات والطيور من الجنوب مسرعة في الهواء. يحدث تغير الفصول بشكل ملحوظ في المناطق المناخية المعتدلة وخطوط العرض الشمالية، حيث يكون التباين في ظروف الأرصاد الجوية في فصول السنة المختلفة كبيرًا جدًا. الدورية في حياة الحيوانات والنباتات هي نتيجة تكيفها مع التغيرات السنوية في ظروف الأرصاد الجوية. ويتجلى في تطور إيقاع سنوي معين في نشاط حياتهم، بما يتوافق مع إيقاع الأرصاد الجوية. بحاجة إلى درجات الحرارة المنخفضةالخامس فترة الخريفوفي الدفء خلال موسم النمو يعني أنه بالنسبة للنباتات ذات خطوط العرض المعتدلة، ليس فقط المستوى العام للحرارة هو المهم، ولكن أيضًا توزيعها المؤكد بمرور الوقت. لذلك، إذا أعطيت النباتات نفس القدر من الحرارة، ولكن تم توزيعها بشكل مختلف: يتمتع المرء بصيف دافئ و شتاء باردوالآخر يتوافق مع متوسط ​​درجة حرارة ثابتة، إذن التطور الطبيعيسيكون فقط في الحالة الأولى، على الرغم من أن إجمالي كمية الحرارة في كلا الخيارين هو نفسه.

تسمى حاجة النباتات الموجودة في خطوط العرض المعتدلة للتناوب بين الفترات الباردة والدافئة طوال العام الدورة الحرارية الموسمية.

غالبًا ما يكون العامل الحاسم في التكرار الموسمي هو الزيادة في طول اليوم. يختلف طول اليوم على مدار العام: تشرق الشمس أطول وقت في الانقلاب الصيفي في يونيو، وأقصر وقت في الانقلاب الشتوي في ديسمبر.

لدى العديد من الكائنات الحية آليات فسيولوجية خاصة تستجيب لطول اليوم وتغير سلوكها وفقًا لذلك. على سبيل المثال، في حين أن طول اليوم هو 8 ساعات، فإن عذراء فراشة ساتورنيا تنام بسلام، حيث أن الشتاء لا يزال في الخارج، ولكن بمجرد أن يطول النهار، يصبح الأمر مميزًا الخلايا العصبيةيبدأون في دماغ الخادرة بإفراز هرمون خاص يؤدي إلى إيقاظها.

يتم تحديد التغيرات الموسمية في معطف الفرو لبعض الثدييات أيضًا من خلال الأطوال النسبية ليلا ونهارا ولها تأثير ضئيل أو معدوم على درجة الحرارة. وهكذا، من خلال تقليل ساعات النهار بشكل مصطنع في القفص، بدا وكأن العلماء يقلدون فصل الخريف ويتأكدون من أن حيوانات ابن عرس والقاقم المحتجزة في الأسر قد غيرت ملابسها الصيفية البنية إلى ملابس شتوية بيضاء في وقت مبكر.

من المقبول عمومًا أن هناك أربعة فصول (الربيع، الصيف، الخريف، الشتاء). عادة ما يميز علماء البيئة الذين يدرسون مجتمعات المناطق المعتدلة ستة فصول، تختلف في نطاق الأنواع في المجتمعات: الشتاء، بداية الربيعوأواخر الربيع وأوائل الصيف وأواخر الصيف والخريف. لا تلتزم الطيور بالتقسيم المقبول عمومًا للسنة إلى أربعة فصول: يتغير تكوين مجتمع الطيور، الذي يشمل السكان الدائمين في منطقة معينة والطيور التي تقضي الشتاء أو الصيف هنا، طوال الوقت، حيث تصل الطيور إلى الحد الأقصى أعداد في الربيع والخريف أثناء الهجرة. في الواقع، هناك فصلان في القطب الشمالي: شتاء مدته تسعة أشهر وثلاثة أشهر صيف، عندما لا تغرب الشمس عن الأفق، تذوب التربة وتستيقظ الحياة في التندرا. عندما ننتقل من القطب إلى خط الاستواء، يتحدد تغير الموسم بدرجة أقل فأقل حسب درجة الحرارة، وأكثر فأكثر بالرطوبة. في الصحاري المعتدلة، الصيف هو الفترة التي تتوقف فيها الحياة وتزدهر في أوائل الربيع وأواخر الخريف.

لا يرتبط تغير الموسم بفترات الوفرة أو نقص الغذاء فحسب، بل يرتبط أيضًا بإيقاع التكاثر. في الحيوانات الأليفة (الأبقار، الخيول، الأغنام) وحيوانات البيئة الطبيعية للمنطقة المعتدلة، تظهر النسل عادة في الربيع وتنمو في الفترة الأكثر ملاءمة، عندما تكون معظم الغذاء النباتي. لذلك قد تنشأ فكرة أن جميع الحيوانات تتكاثر في الربيع.

ومع ذلك، فإن تكاثر العديد من الثدييات الصغيرة (الفئران، وفئران الحقل، والليمون) في كثير من الأحيان لا يكون له نمط موسمي صارم. اعتمادًا على كمية ووفرة الطعام، يمكن أن يحدث التكاثر في الربيع والصيف والشتاء.

ويلاحظ في الطبيعة بالإضافة إلى الإيقاعات اليومية والموسمية .تردد طويل الأمدالظواهر البيولوجية. يتم تحديده من خلال التغيرات في الطقس وتغيره الطبيعي تحت تأثير النشاط الشمسي ويتم التعبير عنه بتناوب السنوات الإنتاجية والعجاف وسنوات الوفرة أو ندرة السكان.

على مدار 50 عامًا من الملاحظات، لاحظ D. I. Malikov خمس موجات كبيرة من التغيرات في أعداد الماشية، أو ما يعادل عدد الدورات الشمسية (الشكل 7.8). ويتجلى نفس الارتباط في التغيرات الدورية في إنتاج الحليب، والزيادة السنوية في اللحوم والصوف في الأغنام، وكذلك في مؤشرات الإنتاج الزراعي الأخرى.

ويرتبط تكرار التغيرات في خصائص فيروس الأنفلونزا بالنشاط الشمسي.

وفقا للتوقعات، بعد فترة هادئة نسبيا فيما يتعلق بالأنفلونزا في أوائل الثمانينات. القرن العشرين ومنذ عام 2000، من المتوقع حدوث زيادة حادة في شدة انتشاره.

هناك دورات من 5 إلى 6 و11 عامًا، بالإضافة إلى دورات من 80 إلى 90 عامًا أو دورات علمانية للنشاط الشمسي. وهذا يسمح لنا إلى حد ما بتفسير تزامن فترات التكاثر الجماعي للحيوانات ونمو النباتات مع فترات النشاط الشمسي.

تكمن إيقاعات الساعة البيولوجية والإيقاعية في قدرة الجسم على استشعار الوقت. والآلية المسؤولة عن هذا النشاط الدوري، سواء كان ذلك التغذية أو التكاثر، تسمى "الساعة البيولوجية". إن الدقة المذهلة للساعات البيولوجية التي تتحكم في حياة العديد من النباتات والحيوانات هي موضوع بحث العلماء دول مختلفةسلام.

كما يتبين من المنحنيات أعلاه، تذبل أوراق البقوليات ليلاً ثم تستقيم مرة أخرى خلال النهار. يتكون جدول نشاط الفئران من حفر مستطيلة متناوبة (النهار - الجرذ نائم) وهضبة (الليل - الجرذ مستيقظ). يفقس ذباب المنزل في الغالب من شرانقهم في الصباح. هذا التكيف له جذور عميقة لدرجة أنه حتى في ظل ظروف الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة الثابتة، يحتفظ الذباب بتواتر سلوكه المميز.

تتنقل العديد من الحيوانات - أنواع مختلفة من الطيور والسلاحف والنحل وما إلى ذلك - في رحلاتها الأجرام السماوية. يبدو أنه لهذا لا تحتاج إلى أن يكون لديك ذاكرة جيدة فقط، مما يسمح لك بتذكر موقع الشمس أو غيرها من النجوم الساطعة، ولكن أيضًا شيء مثل الكرونومتر، يوضح المدة التي استغرقتها الشمس والنجوم لتحتل مكانًا جديدًا في السماء. تتمتع الكائنات الحية التي لديها مثل هذه الساعة البيولوجية الداخلية بميزة أخرى - فهي قادرة على "توقع" حدوث أحداث متكررة بانتظام والاستعداد وفقًا لذلك للتغييرات القادمة. لذا، فإن ساعتهم الداخلية تساعد النحل على الطيران إلى الزهرة التي زاروها بالأمس، بالضبط في الوقت الذي تزهر فيه. الزهرة التي تزورها النحلة لديها أيضًا نوع من الساعة الداخلية، نوع من الساعة الداخلية التي تشير إلى وقت التفتح. يعلم الجميع عن وجود الساعة البيولوجية الخاصة بهم. بعد الاستيقاظ لعدة أيام متتالية على صوت المنبه، تعتاد بسرعة على الاستيقاظ قبل،مما سيتصل به. توجد اليوم وجهات نظر مختلفة حول طبيعة الساعة البيولوجية، ومبدأ عملها، ولكن هناك شيء واحد مؤكد - فهي موجودة بالفعل ومنتشرة على نطاق واسع في الطبيعة الحية. بعض الإيقاعات الداخلية متأصلة في البشر. التفاعلات الكيميائيةفي جسده تحدث، كما هو مبين أعلاه، مع تردد معين. حتى أثناء النوم النشاط الكهربائييتغير دماغ الإنسان كل 90 دقيقة.

والساعة البيولوجية، بحسب عدد من العلماء، هي عامل بيئي آخر يحد من نشاط الكائنات الحية. إن الانتشار الحر للحيوانات والنباتات لا يعوقه الحواجز البيئية فحسب، بل إنها مرتبطة ببيئتها ليس فقط عن طريق المنافسة والعلاقات التكافلية، ولا يتم تحديد حدود نطاقاتها فقط من خلال التكيفات، ولكن يتم التحكم في سلوكها أيضًا بشكل غير مباشر، من خلال داخلي الساعة البيولوجيةحركة الأجرام السماوية البعيدة.

مواسمهذه هي الفصول التي تختلف في الطقس ودرجة الحرارة. أنها تتغير اعتمادا على الدورة السنوية. تتكيف النباتات والحيوانات بشكل جيد مع هذه التغيرات الموسمية.

المواسم على الأرض

في المناطق الاستوائية، لا يكون الجو باردًا جدًا أو حارًا جدًا أبدًا؛ هناك موسمان فقط: أحدهما رطب وممطر، والآخر جاف. بالقرب من خط الاستواء (خط الوسط الوهمي) يكون الجو حارا ورطبا طوال العام.

المناطق المعتدلة (خارج المناطق الاستوائية) بها الربيع والصيف والخريف والشتاء. عادة، كلما كنت أقرب إلى القطب الشمالي أو الجنوبي، كلما كان الصيف أكثر برودة والشتاء أكثر برودة.

التغيرات الموسمية في النباتات

تحتاج النباتات الخضراء إلى ضوء الشمس والماء لتكوين العناصر الغذائية والنمو. أنها تنمو أكثر في فصلي الربيع والصيف أو خلال فترات الرطب. يتعاملون مع الشتاء بشكل مختلف أو وقت جافمن السنة. العديد من النباتات لديها ما يسمى بفترة الراحة. تتراكم العديد من النباتات العناصر الغذائية في أجزاء سميكة تقع تحت الأرض. هُم الجزء فوق سطح الأرضيموت النبات ويستريح حتى الربيع. الجزر والبصل والبطاطس هي أنواع من النباتات التي تخزن العناصر الغذائية والتي يستخدمها الناس.

مثل البلوط والزان تتساقط أوراقها في الخريف لعدم وجود ما يكفي منها ضوء الشمسللتكوين في الأوراق العناصر الغذائية. في الشتاء يستريحون، وفي الربيع تظهر عليهم أوراق جديدة.

الأشجار دائمة الخضرةمغطاة دائمًا بأوراق لا تسقط أبدًا. لمعرفة المزيد عن الأشجار دائمة الخضرة وأوراق الشجر.

بعض الأشجار دائمة الخضرة، مثل الصنوبر والتنوب، لها أوراق طويلة ورفيعة تسمى الإبر. وتنمو العديد من الأشجار دائمة الخضرة بعيدًا في الشمال، حيث يكون الصيف قصيرًا وباردًا والشتاء قاسيًا. من خلال الحفاظ على أوراق الشجر، يمكنهم البدء في النمو بمجرد وصول الربيع.

عادة ما تكون الصحارى جافة جدًا، وأحيانًا لا يوجد مطر على الإطلاق، وأحيانًا تكون مواسم الأمطار قصيرة جدًا. تنبت البذور وتنتج براعم جديدة فقط خلال موسم الأمطار. تزدهر النباتات وتنتج البذور بسرعة كبيرة. أنها تتراكم العناصر الغذائية

التغيرات الموسمية في الحيوانات

بعض الحيوانات، مثل الزواحف، تقلل من نشاطها وتنام لتتمكن من البقاء على قيد الحياة في موسم البرد أو الجفاف. وعندما يصبح الجو أكثر دفئا يعودون إلى صورة نشطةحياة. تتصرف الحيوانات الأخرى بشكل مختلف، ولديها طرقها الخاصة للبقاء على قيد الحياة خلال الفترات القاسية.

بعض الحيوانات، مثل الزغبة، تنام طوال فصل الشتاء. وتسمى هذه الظاهرة السبات. يأكلون طوال الصيف، ويتراكمون الدهون حتى يتمكنوا من النوم في الشتاء دون تناول الطعام.

تلد معظم الثدييات والطيور صغارها في فصل الربيع، عندما يكون هناك الكثير من الطعام في كل مكان، لذلك يكون لديهم الوقت للنمو ويصبحون أقوى قبل الشتاء.

تقوم العديد من الحيوانات والطيور برحلات طويلة، تسمى الهجرات، إلى الأماكن التي يوجد بها المزيد من الطعام كل عام. على سبيل المثال، تبني طيور السنونو أعشاشها في أوروبا في الربيع وتطير إلى أفريقيا في الخريف. وفي الربيع، عندما يصبح الطقس جافًا جدًا في أفريقيا، يعودون.

يهاجر حيوان الوعل (الذي يُسمى حيوان الرنة في أوروبا وآسيا) أيضًا، ويقضي فصل الصيف في الدائرة القطبية الشمالية. تأكل قطعان ضخمة العشب والنباتات الصغيرة الأخرى حيث يذوب الجليد. في الخريف، ينتقلون جنوبًا إلى منطقة الغابات دائمة الخضرة ويأكلون النباتات مثل الطحالب والأشنة الموجودة تحت الثلج.

تسمى استجابة الكائنات الحية للتغيرات الموسمية في طول اليوم بالدورة الضوئية. ولا يعتمد مظهره على شدة الإضاءة، بل فقط على إيقاع تناوب فترات الظلام والضوء من اليوم.

يعد التفاعل الضوئي الدوري للكائنات الحية ذا أهمية تكيفية كبيرة، حيث يستغرق الأمر قدرًا كبيرًا من الوقت للاستعداد لتجربة الظروف غير المواتية أو، على العكس من ذلك، لنشاط الحياة الأكثر كثافة. القدرة على الاستجابة للتغيرات في طول اليوم تضمن حدوث تغييرات فسيولوجية مبكرة وتكيف الدورة مع التغيرات الموسمية في الظروف. يعمل إيقاع النهار والليل كإشارة للتغيرات القادمة في العوامل المناخية التي لها تأثير مباشر قوي على الكائن الحي (درجة الحرارة والرطوبة وما إلى ذلك). وخلافا للعوامل البيئية الأخرى، فإن إيقاع الإضاءة يؤثر فقط على السمات الفسيولوجية والمورفولوجية وسلوك الكائنات الحية التي تعتبر تكيفات موسمية في دورة حياتها. بالمعنى المجازي، الفترة الضوئية هي رد فعل الجسم للمستقبل.

على الرغم من أن الدورة الضوئية تحدث في جميع المجموعات النظامية الكبيرة، إلا أنها ليست مميزة لجميع الأنواع. هناك العديد من الأنواع ذات الاستجابة الضوئية الدورية المحايدة، حيث لا تعتمد التغيرات الفسيولوجية في دورة التطور على طول اليوم. وقد طورت هذه الأنواع طرقًا أخرى لتنظيم دورة الحياة (على سبيل المثال، فصل الشتاء في النباتات)، أو أنها لا تحتاج إلى تنظيمها الدقيق. على سبيل المثال، في حالة عدم وجود تغيرات موسمية واضحة، فإن معظم الأنواع لا تظهر عليها الفترة الضوئية. يمتد التزهير والإثمار وموت الأوراق في العديد من الأشجار الاستوائية مع مرور الوقت، وتوجد كل من الأزهار والثمار على الشجرة في نفس الوقت. في المناخات المعتدلة، الأنواع التي تمكنت من الانتهاء بسرعة دورة الحياةوعمليًا لم يتم العثور عليها في حالة نشطة خلال المواسم غير المواتية من السنة، كما أنها لا تظهر تفاعلات دورية ضوئية، على سبيل المثال، العديد من النباتات سريعة الزوال.

هناك نوعان من الاستجابة الضوئية: اليوم القصير واليوم الطويل. ومن المعروف أن طول النهار، بالإضافة إلى الوقت من السنة، يعتمد على الموقع الجغرافي للمنطقة. تعيش أنواع النهار القصير وتنمو بشكل رئيسي في خطوط العرض المنخفضة، بينما تعيش أنواع النهار الطويل وتنمو في خطوط العرض المعتدلة والعالية. في الأنواع ذات النطاقات الواسعة، قد يختلف الأفراد الشماليون في نوع الفترة الضوئية عن الأفراد الجنوبيين. وبالتالي، فإن نوع الفترة الضوئية هو سمة بيئية وليست سمة منهجية للأنواع.

في النباتات والحيوانات طويلة النهار، تعمل زيادة أيام الربيع وأوائل الصيف على تحفيز عمليات النمو والتحضير للتكاثر. يؤدي تقصير أيام النصف الثاني من الصيف والخريف إلى تثبيط النمو والاستعداد لفصل الشتاء. وبالتالي، فإن مقاومة الصقيع للبرسيم والبرسيم تكون أعلى بكثير عندما تزرع النباتات في أيام قصيرة مقارنة بالأيام الطويلة. الأشجار تنمو في المدن القريبة عواميد اضاءة الشوارع، يتم إطالة يوم الخريف، ونتيجة لذلك، يتأخر سقوط الأوراق ويتعرضون في كثير من الأحيان لقضمة الصقيع.

أظهرت الدراسات أن نباتات اليوم القصير حساسة بشكل خاص لفترة الضوء، حيث أن طول اليوم في موطنها يختلف قليلاً على مدار العام، ويمكن أن تكون التغيرات المناخية الموسمية مهمة للغاية. في الأنواع الاستوائية، تعمل الاستجابة الضوئية على إعدادها لمواسم الجفاف والمطر. بعض أصناف الأرز في سريلانكا، حيث يكون إجمالي التغير السنوي في طول اليوم أقل من ساعة، تلتقط اختلافات دقيقة في إيقاع الضوء، وهو ما يحدد موعد ازدهارها.

لا يمكن أن تكون الفترة الضوئية للحشرات مباشرة فحسب، بل غير مباشرة أيضًا. على سبيل المثال، في ذبابة جذر الكرنب، يحدث الكمون الشتوي من خلال تأثير جودة الغذاء، والتي تختلف باختلاف الحالة الفسيولوجية للنبات.

يُطلق على طول فترة النهار، التي تضمن الانتقال إلى المرحلة التالية من التطوير، طول اليوم الحرج لهذه المرحلة. ومع زيادة خط العرض، يزداد طول اليوم الحرج. على سبيل المثال، يحدث الانتقال إلى كمون دودة التفاح عند خط عرض 32 درجة عندما تكون فترة النهار 14 ساعة، 44 درجة - 16 ساعة، 52 درجة - 18 ساعة. غالبًا ما يكون طول اليوم الحرج بمثابة عقبة أمام خط العرض حركة النباتات والحيوانات وإدخالها.

تعتبر الفترة الضوئية للنباتات والحيوانات خاصية وراثية ثابتة ومحددة وراثيا. ومع ذلك، فإن التفاعل الضوئي يتجلى فقط تحت تأثير معين من العوامل البيئية الأخرى، على سبيل المثال، في نطاق درجة حرارة معينة. في ظل مجموعة معينة من الظروف البيئية، من الممكن الانتشار الطبيعي للأنواع إلى خطوط عرض غير عادية، على الرغم من نوع الفترة الضوئية. وهكذا، يوجد في المناطق الاستوائية الجبلية العالية العديد من نباتات النهار الطويل الأصلية في المناخات المعتدلة.

ولأغراض عملية، يتم تغيير طول ساعات النهار عند زراعة المحاصيل في أرض مغلقة، والتحكم في مدة الإضاءة، وزيادة إنتاج بيض الدجاج، وتنظيم تكاثر الحيوانات ذات الفراء.

يتم تحديد متوسط ​​فترات تطور الكائنات الحية على المدى الطويل في المقام الأول من خلال مناخ المنطقة، حيث تتكيف تفاعلات الفترة الضوئية معها. يتم تحديد الانحرافات عن هذه التواريخ حسب الظروف الجوية. عندما تتغير الظروف الجوية، قد يتغير توقيت المراحل الفردية ضمن حدود معينة. وهذا واضح بشكل خاص في النباتات والحيوانات ذات الحرارة المنخفضة. وبالتالي، فإن النباتات التي لم تكتسب الكمية المطلوبة درجات حرارة فعالة، لا يمكن أن تزدهر حتى في ظل ظروف الفترة الضوئية التي تحفز الانتقال إلى الحالة التوليدية. على سبيل المثال، في منطقة موسكو، تزدهر أشجار البتولا في المتوسط ​​في 8 مايو عندما يصل مجموع درجات الحرارة الفعالة إلى 75 درجة مئوية. ومع ذلك، في الانحرافات السنوية، يختلف توقيت ازدهارها من 19 أبريل إلى 28 مايو. تستجيب الحيوانات المنزلية الحرارة لظروف الطقس من خلال تغيير السلوك وتواريخ التعشيش والهجرات.

يتم إجراء دراسة أنماط التطور الموسمي للطبيعة من خلال فرع تطبيقي خاص من علم البيئة - علم الفينولوجيا (الترجمة الحرفية من اليونانية - علم الظواهر).

وفقًا لقانون هوبكنز المناخي الحيوي، الذي اشتقه فيما يتعلق بظروف أمريكا الشمالية، فإن توقيت ظهور الظواهر الموسمية المختلفة (الفينودات) يختلف في المتوسط ​​بمقدار 4 أيام لكل درجة من خطوط العرض، ولكل 5 درجات من خطوط الطول و لارتفاع 120 مترًا، أي كلما اتجهنا شمالًا وشرقًا وأعلى، كلما تأخر بداية الربيع وبداية الخريف مبكرًا. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد التواريخ الفينولوجية على الظروف المحلية (التضاريس، والتعرض، والبعد عن البحر، وما إلى ذلك). في أوروبا، يتغير توقيت بداية الأحداث الموسمية لكل درجة من خطوط العرض ليس بمقدار 4، بل بمقدار 3 أيام. وبربط نقاط على الخريطة بنفس الفينودات يتم الحصول على خطوط عزل تعكس مقدمة تقدم الربيع وبداية الظواهر الموسمية التالية. ولهذا أهمية كبيرة في التخطيط للعديد من الأنشطة الاقتصادية، وخاصة العمل الزراعي.