Kako promjena godišnjeg doba utiče na osobu: sezonski bioritmovi. – je reakcija tijela na promjene godišnjih doba

U procesu evolucije svaka vrsta je razvila karakterističan godišnji ciklus intenzivnog rasta i razvoja, razmnožavanja, pripreme za zimu i zimovanja. Ovaj fenomen se naziva biološki ritam. Podudarnost svakog perioda životnog ciklusa sa odgovarajućim doba godine je ključna za postojanje vrste.

Najuočljivija veza svih fizioloških pojava u tijelu je sa sezonskim variranjem temperature. Ali iako utječe na brzinu životnih procesa, još uvijek ne služi kao glavni regulator sezonskih pojava u prirodi. Biološki procesi Pripreme za zimu počinju ljeti, kada su visoke temperature. Na visokim temperaturama insekti i dalje padaju u stanje hibernacije, ptice počinju linjati i pojavljuje se želja za migracijom. Shodno tome, neki drugi uslovi, a ne temperatura, utiču na sezonsko stanje organizma.

Glavni faktor u regulaciji sezonskih ciklusa kod većine biljaka i životinja je promjena dužine dana. Reakcija organizama na dužinu dana naziva se fotoperiodizam . Važnost fotoperiodizma može se vidjeti iz eksperimenta prikazanog na slici 35. Pod vještačkim danonoćnim osvjetljenjem ili dužinom dana dužeg od 15 sati, sadnice breze rastu kontinuirano bez osipanja lišća. Ali kada se osvjetljava 10 ili 12 sati dnevno, rast sadnica prestaje čak i ljeti, ubrzo opada lišće i nastupa zimsko mirovanje, kao pod utjecajem kratkog jesenjeg dana. Mnoge od naših listopadnih vrsta drveća: vrba, bijeli bagrem, hrast, grab, bukva - sa dugim danima postaju zimzeleni.

Dužina dana određuje ne samo početak zimskog mirovanja, već i druge sezonske pojave u biljkama. Dakle, dug dan potiče formiranje cvijeća u većini naših divlje biljke. Takve biljke se nazivaju biljke dugog dana. Među kultivisanim, to su raž, ovas, većina sorti pšenice i ječma, te lan. Međutim, neke biljke, uglavnom južnog porijekla, na primjer krizanteme, dalije, zahtijevaju kratak dan. Stoga ovdje cvjetaju tek krajem ljeta ili jeseni. Biljke ovog tipa nazivaju se biljke kratkog dana.

Uticaj dužine dana takođe ima snažan uticaj na životinje. Kod insekata i grinja dužina dana određuje početak zimskog mirovanja. Dakle, prilikom držanja gusjenica leptira kupusa u uslovima imati dug dan(više od 15 sati) leptiri ubrzo izlaze iz kukuljica i niz uzastopnih generacija se razvija bez prekida. Ali ako se gusjenice drže na danu kraćem od 14 sati, onda čak i u proljeće i ljeto dobiju zimske lutke koje se ne razvijaju nekoliko mjeseci, unatoč prilično visokoj temperaturi. Ova vrsta reakcije objašnjava zašto u prirodi, ljeti, dok su dani dugi, insekti mogu razviti nekoliko generacija, a u jesen razvoj uvijek prestaje u fazi zimovanja.

Kod većine ptica produženje proljetnih dana uzrokuje razvoj spolnih žlijezda i ispoljavanje instinkta gniježđenja. Skraćivanje dana u jesen uzrokuje linjanje, nakupljanje rezervnih masti i želju za migracijom.

Dužina dana je signalni faktor koji određuje smjer bioloških procesa. Zašto su sezonske promjene dužine dana postale takve veliki značaj u životu živih organizama?

Promjene u dužini dana uvijek su usko povezane sa godišnjom temperaturom. Stoga, dužina dana služi kao tačan astronomski predznak sezonske promjene temperatura i drugi uslovi. Ovo objašnjava zašto većina različite grupe organizmi umerenih geografskih širina pod uticajem pokretačke snage evolucijom su se formirale posebne fotoperiodične reakcije - adaptacije na klimatske promjene u različito doba godine.

Fotoperiodizam- Ovo je uobičajena važna adaptacija koja reguliše sezonske pojave u širokom spektru organizama.

Biološki sat

Proučavanje fotoperiodizma kod biljaka i životinja pokazalo je da se reakcija organizama na svjetlost zasniva na naizmjeničnim periodima svjetlosti i tame određenog trajanja tokom dana. Reakcija organizama na dužinu dana i noći pokazuje da su sposobni da mjere vrijeme, odnosno da imaju biološki sat . Tu sposobnost imaju sve vrste živih bića, od jednoćelijskih organizama do ljudi.

Biološki satovi, pored sezonskih ciklusa, kontrolišu i mnoge druge biološke pojave, čija je priroda donedavno ostala tajanstvena. Oni određuju ispravan dnevni ritam kako aktivnosti čitavih organizama, tako i procesa koji se odvijaju čak i na ćelijskom nivou, posebno deobe ćelija.

Upravljanje sezonskim razvojem životinja i biljaka

Pojašnjavanje uloge dužine dana i regulacije sezonskih pojava otvara velike mogućnosti za kontrolu razvoja organizama.

Za cjelogodišnji uzgoj povrtarskih kultura koriste se različite tehnike kontrole razvoja ukrasnih biljaka, tokom zime i ranog tjeranja cvijeća, za ubrzanu proizvodnju rasada. Predsetvenim hladnim tretmanom semena postiže se zaglavljivanje ozimih useva tokom prolećne setve, kao i cvetanje i plodonošenje već u prvoj godini mnogih dvogodišnjih biljaka. Povećanjem dužine dana moguće je povećati proizvodnju jaja ptica na peradarskim farmama.

Jedno od osnovnih svojstava žive prirode je cikličnost većine procesa koji se u njoj odvijaju. Postoji veza između kretanja nebeskih tijela i živih organizama na Zemlji.

Živi organizmi ne samo da hvataju svjetlost i toplinu sunca i mjeseca, već imaju i razne mehanizme koji precizno određuju položaj Sunca, odgovaraju na ritam plime i oseke, mjesečeve faze i kretanje naše planete. Oni rastu i razmnožavaju se u ritmu koji je tempiran prema dužini dana i promjeni godišnjih doba, što je opet određeno kretanjem Zemlje oko Sunca. Podudarnost faza životnog ciklusa sa dobom godine na koje su prilagođene ključna je za postojanje vrste. U toku istorijski razvoj ciklične pojave koje se dešavaju u prirodi bile su percipirane i asimilirane živom materijom, a organizmi su razvili sposobnost da povremeno mijenjaju svoje fiziološko stanje.

Ujednačena promena tokom vremena bilo kog stanja tela naziva se biološki ritam.

Postoje eksterni (egzogeni), koji imaju geografsku prirodu i slijede ciklične promjene u vanjskom okruženju, te unutrašnjim (endogenim), ili fiziološkim, ritmovima tijela.

Vanjski ritmovi su geografske prirode, povezani sa rotacijom Zemlje u odnosu na Sunce i Mjeseca u odnosu na Zemlju.

Pod uticajem ove rotacije prirodno se menjaju mnogi faktori životne sredine na našoj planeti, prvenstveno svetlosni uslovi, temperatura, pritisak i vlažnost vazduha, atmosfersko elektromagnetno polje, morske oseke itd. Na žive organizme utječu i kosmički ritmovi kao što su periodične promjene sunčeve aktivnosti. Sunce karakteriše 11-godišnji i niz drugih ciklusa. Promjene sunčevog zračenja imaju značajan utjecaj na klimu naše planete. Pored cikličkog uticaja abiotskih faktora, spoljašnji ritmovi za bilo koji organizam su i prirodne promene aktivnosti, kao i ponašanja drugih živih bića.

Unutrašnji, fiziološki ritmovi nastali su istorijski. Niti jedan fiziološki proces u tijelu se ne odvija kontinuirano. Ritmičnost je otkrivena u procesima sinteze DNK i RNK u ćelijama, u sintezi proteina, u radu enzima i u aktivnosti mitohondrija. Podjela stanica, kontrakcija mišića, funkcija žlijezda unutrašnja sekrecija, otkucaji srca, disanje, ekscitabilnost nervnog sistema, odnosno rad svih ćelija, organa i tkiva tela pokorava se određenom ritmu. Svaki sistem ima svoj period. Djelovanje faktora okoline može promijeniti ovaj period samo u uskim granicama, a za neke procese je to gotovo nemoguće. Ovaj ritam se zove endogeni.

Unutrašnji ritmovi tela su podređeni, integrisani u integralni sistem i na kraju se javljaju u vidu opšte periodičnosti ponašanja tela. Tijelo, takoreći, odbrojava vrijeme, ritmično izvršavajući svoje fiziološke funkcije. I za spoljašnje i za unutrašnje ritmove, početak sledeće faze prvenstveno zavisi od vremena. Dakle, vrijeme djeluje kao jedan od najvažnijih okolišnih faktora na koje živi organizmi moraju reagirati, prilagođavajući se vanjskim cikličnim promjenama u prirodi.

Promjene u životnoj aktivnosti organizama često se poklapaju u periodu sa vanjskim, geografskim ciklusima. Među njima su adaptivni biološki ritmovi - dnevni, plimni, jednaki lunarnom mjesecu, godišnji. Zahvaljujući njima, najvažnije biološke funkcije organizma (ishrana, rast, reprodukcija itd.) poklapaju se sa najpovoljnijim doba dana i godine.

Dnevni režim. Dva puta dnevno, u zoru i u zalazak sunca, aktivnost životinja i biljaka na našoj planeti se toliko mijenja da često dovodi do gotovo potpune, slikovito rečeno, promjene “aktera”. To je takozvani dnevni ritam, uzrokovan periodičnim promjenama osvjetljenja zbog rotacije Zemlje oko svoje ose. Kod zelenih biljaka fotosinteza se odvija samo tokom dana. Kod biljaka se otvaranje i zatvaranje cvjetova, podizanje i spuštanje listova, maksimalni intenzitet disanja, brzina rasta koleoptila itd. često tempiraju na određeno doba dana.

Napomena u prikazani krugovi približno vrijeme otvaranje i zatvaranje cvijeća u različitim biljkama

Neke životinjske vrste su aktivne samo na sunčevoj svjetlosti, dok je druge, naprotiv, izbjegavaju. Razlike između dnevnog i noćnog načina života kompleksan su fenomen, a povezan je s nizom fizioloških i bihevioralnih adaptacija koje se razvijaju u procesu evolucije. Sisavci su obično aktivniji noću, ali postoje izuzeci, na primjer ljudi: ljudski vid, kao i kod majmuna, prilagođen je dnevno svjetlo. Preko 100 fiziološke funkcije pod uticajem dnevne periodičnosti, uočene kod ljudi: spavanja i budnosti, promene telesne temperature, otkucaja srca, dubine i učestalosti disanja, zapremine i hemijski sastav urin, znojenje, mišićne i mentalne performanse, itd. Dakle, većina životinja se dijeli u dvije grupe vrsta - danju I noć, praktički se nikada ne sretnu.

Dnevne životinje (većina ptica, insekata i guštera) odlaze na spavanje sa zalaskom sunca, a svijet je ispunjen noćnim životinjama (ježevi, šišmiši, sove, većina mačaka, travnata žaba, žohari, itd.). Postoje vrste životinja sa približno istom aktivnošću i danju i noću, sa naizmjeničnim kratkim periodima odmora i budnosti. Ovaj ritam se zove polifazni(broj grabežljivaca, mnogo rovki itd.).

Dnevni ritam jasno je vidljiv u životima stanovnika velikih vodenih sistema - okeana, mora, velika jezera. Zooplankton svakodnevno vrši vertikalne migracije, dižući se na površinu noću i spuštajući se tokom dana. Prateći zooplankton, gore-dolje se kreću veće životinje koje se njime hrane, a iza njih još veći grabežljivci. Veruje se da se vertikalna kretanja planktonskih organizama dešavaju pod uticajem mnogih faktora: svetlosti, temperature, slanosti vode, gravitacije i na kraju jednostavno gladi. Međutim, prema većini naučnika, osvjetljenje je i dalje primarno, jer njegova promjena može uzrokovati promjenu reakcije životinja na gravitaciju.

Kod mnogih životinja dnevna periodičnost nije praćena značajnim odstupanjima u fiziološkim funkcijama, već se manifestira uglavnom promjenama motoričke aktivnosti, na primjer, kod glodavaca. Fiziološke promjene tokom dana najjasnije se mogu uočiti kod slepih miševa. Tokom perioda dnevnog odmora ljeti, mnogi slepi miševi se ponašaju kao poikilotermne životinje. Njihova tjelesna temperatura u ovom trenutku praktički se poklapa s temperaturom okoline. Puls, disanje i ekscitabilnost osjetilnih organa naglo su smanjeni. Uzbunjen zbog polijetanja bat potrebno je dugo vremena da se zagrije zbog kemijske proizvodnje topline. Uveče i noću - to su tipični homeotermni sisari sa visoke temperature tijelo, aktivni i precizni pokreti, brza reakcija na plijen i neprijatelje.

Periodi aktivnosti kod nekih vrsta živih organizama ograničeni su na strogo određeno doba dana, dok se kod drugih mogu mijenjati ovisno o situaciji. Na primjer, aktivnost tamnih buba ili pustinjskih ušiju prelazi na drugačije vrijeme dana u zavisnosti od temperature i vlažnosti na površini tla. Iz svojih jazbina izlaze rano ujutru i uveče (dvofazni ciklus), ili samo noću (jednofazni ciklus), ili tokom dana. Još jedan primjer. Otvaranje cvetova šafrana zavisi od temperature, a cvetova maslačka od svetlosti: po oblačnom danu korpe se ne otvaraju. Endogeni cirkadijalni ritmovi mogu se eksperimentalno razlikovati od egzogenih. Uz potpunu konstantnost vanjskih uvjeta (temperatura, svjetlost, vlažnost, itd.), mnoge vrste nastavljaju da se održavaju dugo vrijeme ciklusi su u periodu blizu dnevnog. Dakle, kod Drosophile se takav endogeni ritam opaža desetinama generacija. Shodno tome, živi organizmi su se prilagodili da percipiraju fluktuacije u vanjskom okruženju i prilagodili svoje fiziološke procese u skladu s tim. To se dogodilo uglavnom pod uticajem tri faktora - rotacije Zemlje u odnosu na Sunce, Mesec i zvezde. Živi organizmi su ove faktore, koji su naslagali jedan na drugog, percipirali kao ritam, blizak, ali ne baš koji odgovara periodu od 24 sata. To je bio i jedan od razloga određenog odstupanja endogenih bioloških ritmova od tačnog dnevnog perioda. Ovi endogeni ritmovi se nazivaju cirkadijanski(od latinskog circa - oko i dies - dan, dan), odnosno približavanje cirkadijalnom ritmu.

U različite vrste pa čak i kod različitih jedinki iste vrste cirkadijalni ritmovi se po pravilu razlikuju po trajanju, ali pod uticajem pravilne izmene svetlosti i tame mogu postati jednaki 24 sata.Tako, ako leteće veverice (Pebromys volans) se neprekidno drže u apsolutnom mraku, zatim se svi bude i Vode aktivan životni stil u početku istovremeno, ali ubrzo u različito vrijeme, a pritom svaki pojedinac održava svoj ritam. Kada se uspostavi ispravna izmjena dana i noći, periodi spavanja i budnosti letećih vjeverica ponovo postaju sinhroni. Otuda je zaključak da vanjski podražaji (smjena dana i noći) regulišu urođene cirkadijalne ritmove, približavajući ih periodu od 24 sata.

Stereotip ponašanja određen cirkadijalnim ritmom olakšava postojanje organizama tokom svakodnevnih promjena u okruženju. U isto vrijeme, kada se biljke i životinje šire i nađu u geografskim uvjetima s različitim ritmom dana i noći, jak stereotip može biti nepovoljan. Sposobnosti disperzije određenih vrsta živih organizama često su ograničene dubokom fiksacijom njihovih cirkadijanskih ritmova.

Pored Zemlje i Sunca, postoji još jedno nebesko tijelo čije kretanje značajno utječe na žive organizme naše planete - ovo je Mjesec. Različiti narodi imaju znakove koji govore o utjecaju Mjeseca na produktivnost poljoprivrednih kultura, prirodnih livada i pašnjaka, te ponašanje ljudi i životinja. Periodičnost jednaka lunarnom mjesecu kao endogeni ritam identifikovan je i u zemaljskim i vodenih organizama. Kada se povezuje s određenim fazama Mjeseca, periodičnost se manifestuje u rojenju većeg broja hironomidnih komaraca i majmuna, razmnožavanju japanskih crinoida i palolo poliheta (Eunice viridis). Dakle, u neobičnom procesu razmnožavanja morskih poliheta, palolo, koji žive u koraljnim grebenima Tihog okeana, mjesečeve faze igraju ulogu sata. Reproduktivne ćelije crva sazrijevaju jednom godišnje u približno isto vrijeme - u određenom satu određenog dana, kada je Mjesec u posljednjoj četvrti. Stražnji dio tijelo crva, ispunjeno zametnim stanicama, odlomi se i ispliva na površinu. Jajne ćelije i sperma se oslobađaju i dolazi do oplodnje. Gornja polovina tijela, koja ostaje u jazbini koraljnog grebena, do sljedeće godine ponovo raste donju polovinu sa polnim stanicama. Periodične promjene intenziteta mjesečine tokom mjeseca utiču na reprodukciju drugih životinja. Početak dvomjesečne trudnoće malezijskih džinovskih drvenih pacova obično se događa oko punog mjeseca. Moguće je da jaka mjesečina stimulira začeće kod ovih noćnih životinja.

Periodičnost jednaka lunarnom mjesecu identificirana je kod brojnih životinja u reakcijama na svjetlost i slabost magnetna polja, u brzini orijentacije. Pretpostavlja se da pun mjesec označava periode maksimalnog emocionalnog ushita kod ljudi; 28 dan menstrualnog ciklusažene su možda bile naslijeđene od predaka sisara, čija se tjelesna temperatura mijenjala sinhrono sa promjenom mjesečevih faza.

Plimni ritmovi. Utjecaj Mjeseca prvenstveno utiče na život vodenih organizama u morima i okeanima naše planete i povezan je sa plimom i osekom, koje svoje postojanje duguju zajedničkom privlačenju Mjeseca i Sunca. Kretanje Mjeseca oko Zemlje dovodi do činjenice da ne postoji samo dnevni ritam plime, već i mjesečni. Plima i oseka dostižu maksimalnu visinu otprilike svakih 14 dana, kada su Sunce i Mjesec u liniji sa Zemljom i imaju maksimalan uticaj na vode okeana. Ritam plime i oseke najjače utiče na organizme koji žive u obalnim vodama. Smjenjivanje oseka i oseka za žive organizme ovdje je važnije od promjene dana i noći uzrokovane rotacijom Zemlje i nagnutim položajem Zemljine ose. Život organizama koji žive prvenstveno u priobalnom pojasu podložan je ovom složenom ritmu oseka i oseka. Dakle, fiziologija ribe grunin, koja živi uz obalu Kalifornije, takva je da se u najvećoj noćnoj plimi izbacuju na obalu. Ženke sa repom zakopanim u pijesak polažu jaja, zatim ih mužjaci oplode, nakon čega se ribe vraćaju u more. Kako se voda povlači, oplođena jajašca prolaze kroz sve faze razvoja. Izleganje mlađi se događa nakon pola mjeseca i vremenski se poklopi sa sljedećom plimom.

Sezonska frekvencija jedan je od najčešćih fenomena u živoj prirodi. Neprekidna promjena godišnjih doba, uzrokovana rotacijom Zemlje oko Sunca, uvijek oduševljava i zadivljuje ljude. U proljeće se sva živa bića budi iz dubokog sna, dok se snijeg topi i sunce sija jače. Pupoljci pucaju i mladi listovi cvjetaju, mlade životinje puze iz rupa, insekti i ptice koje se vraćaju sa juga jure u zraku. Smjena godišnjih doba najizraženija je u umjerenim klimatskim zonama i sjevernim geografskim širinama, gdje je kontrast u meteorološkim prilikama različitih godišnjih doba veoma značajan. Periodičnost u životu životinja i biljaka rezultat je njihove adaptacije na godišnje promjene meteoroloških uslova. Ona se manifestuje u razvoju određenog godišnjeg ritma u njihovoj životnoj aktivnosti, u skladu sa meteorološkim ritmom. Treba u niske temperature V jesenji period a u toplini tokom vegetacijske sezone znači da za biljke umjerenih geografskih širina nije bitan samo opći nivo topline, već i njena određena distribucija tokom vremena. Dakle, ako se biljkama daje ista količina topline, ali se drugačije raspoređuje: ima toplo ljeto i hladna zima, a drugi odgovara konstantnoj prosječnoj temperaturi, tada normalan razvoj bit će samo u prvom slučaju, iako je ukupna količina topline u obje opcije ista.

Potreba da biljke u umjerenim geografskim širinama mijenjaju hladne i tople periode tokom cijele godine se naziva sezonski termoperiodizam.

Često je odlučujući faktor u sezonskoj učestalosti povećanje dužine dana. Dužina dana varira tokom godine: sunce najduže sija na letnji solsticij u junu, a najkraće na zimski solsticij u decembru.

Mnogi živi organizmi imaju posebne fiziološke mehanizme koji reaguju na dužinu dana i u skladu s tim mijenjaju svoje ponašanje. Na primjer, dok je dan 8 sati, kukuljica leptira Saturnije mirno spava, jer je vani još zima, ali čim se dan produži, posebno nervne celije u mozgu lutke počinju da luče poseban hormon koji izaziva njeno buđenje.

Sezonske promjene u krznenoj dlaki nekih sisara također su određene relativnom dužinom dana i noći i imaju mali ili nikakav utjecaj na temperaturu. Tako, postupnim vještačkim smanjivanjem dnevnog svjetla u ograđenom prostoru, činilo se da su naučnici imitirali jesen i osigurali da lasice i čorbeti držani u zatočeništvu prije vremena promijene svoju smeđu ljetnu odjeću u bijelo zimsko.

Općenito je prihvaćeno da postoje četiri godišnja doba (proljeće, ljeto, jesen, zima). Ekolozi koji proučavaju zajednice umjerenih zona obično razlikuju šest godišnjih doba, koje se razlikuju po rasponu vrsta u zajednicama: zima, rano proleće, kasno proljeće, rano ljeto, kasno ljeto i jesen. Ptice se ne pridržavaju opšteprihvaćene podjele godine na četiri godišnja doba: sastav ptičje zajednice, koji uključuje i stalne stanovnike datog područja i ptice koje ovdje provode zimu ili ljeto, stalno se mijenja, a ptice dostižu svoj maksimum. broj u proleće i jesen tokom seobe. Na Arktiku, naime, postoje dva godišnja doba: devetomjesečna zima i tri ljetna mjeseca, kada sunce ne zalazi iza horizonta, tlo se otapa i život se budi u tundri. Kako se krećemo od pola prema ekvatoru, promjenu godišnjeg doba sve manje određuje temperatura, a sve više vlažnost. U umjerenim pustinjama ljeto je period kada život staje i cvjeta u rano proljeće i kasnu jesen.

Promjena godišnjeg doba povezana je ne samo s periodima obilja ili nedostatka hrane, već i s ritmom razmnožavanja. Kod domaćih životinja (krave, konji, ovce) i životinja u prirodnom okruženju umjerenog pojasa, potomci se obično pojavljuju u proljeće i odrastaju u najpovoljnijem periodu, kada najviše biljna hrana. Stoga se može javiti ideja da se sve životinje razmnožavaju u proljeće.

Međutim, reprodukcija mnogih malih sisara (miševi, voluharice, lemingi) često nema strogo sezonski obrazac. U zavisnosti od količine i obilja hrane, razmnožavanje se može odvijati u proleće, leto i zimu.

U prirodi se opaža pored dnevnih i sezonskih ritmova .dugoročna frekvencija bioloških pojava. Utvrđuje se promjenama vremena, njegovom prirodnom promjenom pod utjecajem sunčeve aktivnosti i izražava se smjenom produktivnih i mršavih godina, godinama obilja ili oskudice populacija.

Tokom 50 godina posmatranja, D. I. Malikov je uočio pet velikih talasa promena u broju stoke, ili onoliko koliko je bilo solarnih ciklusa (slika 7.8). Ista veza se manifestuje u cikličnim promjenama prinosa mlijeka, godišnjem porastu mesa, vune kod ovaca, kao iu drugim pokazateljima poljoprivredne proizvodnje.

Učestalost promjena svojstava virusa gripe povezana je sa sunčevom aktivnošću.

Prema prognozi, nakon relativno mirnog perioda u vezi sa gripom početkom 80-ih. XX vijek Od 2000. godine očekuje se nagli porast intenziteta njegovog širenja.

Postoje 5-6- i 11-godišnji, kao i 80-90-godišnji ili sekularni ciklusi solarne aktivnosti. To nam u određenoj mjeri omogućava da objasnimo podudarnost perioda masovne reprodukcije životinja i rasta biljaka s periodima sunčeve aktivnosti.

Cirkadijalni i cirkadijalni ritmovi su u osnovi sposobnosti tijela da osjeti vrijeme. Mehanizam odgovoran za takvu periodičnu aktivnost, bilo da se radi o hranjenju ili reprodukciji, naziva se "biološki sat". Nevjerovatna preciznost bioloških satova koji kontroliraju život mnogih biljaka i životinja predmet je istraživanja naučnika različite zemlje mir.

Kao što se vidi iz gornjih krivina, listovi mahunarki noću venu i ponovo se ispravljaju tokom dana. Raspored aktivnosti štakora sastoji se od uzastopno naizmjeničnih pravokutnih jama (dan - pacov spava) i platoa (noć - pacov je budan). Kućne muhe se uglavnom izlegu iz svojih lutki ujutro. Ova adaptacija ima tako duboke korijene da čak i pod uvjetima konstantne svjetlosti, temperature i vlage, muhe zadržavaju svoju karakterističnu periodičnost ponašanja.

Mnoge životinje - razne vrste ptica, kornjača, pčela itd. - kreću se na svojim putovanjima nebeska tijela. Čini se da za to morate imati ne samo dobro pamćenje, koje vam omogućava da zapamtite položaj Sunca ili drugih svjetiljki, već i nešto poput kronometra, koji pokazuje koliko je Suncu i zvijezdama bilo potrebno da zauzmu novo mjesto u nebo. Organizmi sa takvim unutrašnjim biološkim satom imaju još jednu prednost – oni su u stanju da „predvide” pojavu događaja koji se redovno ponavljaju i u skladu s tim se pripreme za nadolazeće promene. Dakle, njihov unutrašnji sat pomaže pčelama da dolete do cvijeta koji su jučer posjetili, tačno u vrijeme kada on procvjeta. Cvet koji pčela posećuje takođe ima neku vrstu unutrašnjeg sata, neku vrstu unutrašnjeg sata koji signalizira vreme cvetanja. Svi znaju za postojanje sopstvenog biološkog sata. Nakon što se nekoliko dana zaredom budite uz zvuk budilice, brzo se naviknete na buđenje prije, nego će pozvati. Danas postoje različita gledišta o prirodi biološkog sata, njihovom principu rada, ali jedno je sigurno - oni zaista postoje i rasprostranjeni su u živoj prirodi. Određeni unutrašnji ritmovi su inherentni ljudima. Hemijske reakcije u njegovom telu se javljaju, kao što je gore prikazano, sa određenom učestalošću. Čak i dok spava električna aktivnost Ljudski mozak se mijenja svakih 90 minuta.

Biološki sat, prema brojnim naučnicima, je još jedan faktor životne sredine koji ograničava aktivnost živih bića. Slobodno širenje životinja i biljaka ometaju ne samo ekološke barijere, one su vezane za svoje stanište ne samo konkurencijom i simbiotičkim odnosima, granice njihovog područja su određene ne samo adaptacijama, već se njihovo ponašanje kontrolira posredno, kroz interni Biološki sat, kretanje udaljenih nebeskih tijela.

Godišnja doba To su godišnja doba koja se razlikuju po vremenu i temperaturi. One se mijenjaju u zavisnosti od godišnjeg ciklusa. Biljke i životinje se dobro prilagođavaju ovim sezonskim promjenama.

Godišnja doba na Zemlji

U tropima nikad nije ni jako hladno ni veoma vruće; postoje samo dva godišnja doba: jedno je vlažno i kišovito, drugo suvo. Blizu ekvatora (imaginarna srednja linija) vruće je i vlažno tokom cijele godine.

Umjerene zone (izvan tropskih krajeva) imaju proljeće, ljeto, jesen i zimu. Tipično, što ste bliže sjevernom ili južnom polu, to su hladnija ljeta i hladnije zime.

Sezonske promjene u biljkama

Zelenim biljkama je potrebna sunčeva svjetlost i voda da bi formirale hranjive tvari i rasle. Najviše rastu u proljeće i ljeto ili tokom vlažnih perioda. Drugačije podnose zimu ili vreme sušenja godine. Mnoge biljke imaju ono što se naziva period odmora. Mnoge biljke akumuliraju hranjive tvari u zadebljanim dijelovima koji se nalaze ispod zemlje. Njihova nadzemnog dijela ugine, biljka miruje do proljeća. Šargarepa, luk i krompir su vrste biljaka koje čuvaju hranljive materije koje ljudi koriste.

Kao što su hrast i bukva u jesen opadaju lišće jer nema dovoljno sunčeva svetlost za formiranje u listovima hranljive materije. Zimi se odmaraju, a u proljeće se na njima pojavljuju novi listovi.

Evergreen trees uvek prekriven lišćem koje nikada ne pada. Da biste saznali više o zimzelenom drveću i drveću koje lišće.

Neka zimzelena stabla, kao što su bor i smreka, imaju dugačke, tanke listove zvane iglice. Mnoga zimzelena stabla rastu daleko na sjeveru, gdje su ljeta kratka i prohladna, a zime oštre. Održavajući svoje lišće, mogu početi rasti čim dođe proljeće.

Pustinje su obično veoma suve, ponekad uopšte nema kiše, a ponekad su vrlo kratke kišne sezone. Sjeme klija i daje nove izdanke samo tokom kišne sezone. Biljke vrlo brzo cvjetaju i proizvode sjeme. Oni akumuliraju hranljive materije

Sezonske promjene kod životinja

Neke životinje, poput gmizavaca, smanjuju svoju aktivnost i zaspu kako bi preživjele hladnu ili sušnu sezonu. Kada postane toplije, vraćaju se aktivna slikaživot. Druge životinje se ponašaju drugačije, imaju svoje načine preživljavanja u teškim periodima.

Neke životinje, poput puha, spavaju cijelu zimu. Ova pojava se zove hibernacija. Jedu cijelo ljeto, nakupljajući masnoću da bi zimi mogli spavati bez jela.

Većina sisara i ptica rađa svoje mlade u proljeće, kada posvuda ima dovoljno hrane, tako da imaju vremena da porastu i ojačaju prije zime.

Mnoge životinje i ptice kreću na duga putovanja, koja se nazivaju migracijama, do mjesta gdje svake godine ima više hrane. Na primjer, laste grade gnijezda u Evropi u proljeće i lete u Afriku u jesen. U proljeće, kada u Africi postane jako suvo, vraćaju se.

Karibu (koji se u Evropi i Aziji nazivaju sobovi) također migriraju, provode ljeta u Arktičkom krugu. Ogromna stada jedu travu i druge male biljke gdje se led topi. U jesen se sele na jug u zimzeleno šumsko područje i jedu biljke poput mahovine i lišajeva koje su pod snijegom.

Reakcija organizama na sezonske promjene dužine dana naziva se fotoperiodizam. Njegova manifestacija ne ovisi o intenzitetu osvjetljenja, već samo o ritmu izmjenjivanja tamnih i svijetlih perioda dana.

Fotoperiodična reakcija živih organizama je od velike adaptivne važnosti, jer je potrebno dosta vremena da se pripreme za doživljavanje nepovoljnih uslova ili, obrnuto, za najintenzivniju životnu aktivnost. Sposobnost reagovanja na promjene dužine dana osigurava rane fiziološke promjene i prilagođavanje ciklusa sezonskim promjenama uslova. Ritam dana i noći djeluje kao signal nadolazećih promjena klimatskih faktora koji imaju snažan direktan utjecaj na živi organizam (temperatura, vlažnost itd.). Za razliku od drugih faktora okoline, ritam osvjetljenja utiče samo na one karakteristike fiziologije, morfologije i ponašanja organizama koje su sezonske adaptacije u njihovom životnom ciklusu. Slikovito rečeno, fotoperiodizam je reakcija tijela na budućnost.

Iako se fotoperiodizam javlja u svim velikim sistematskim grupama, on nije karakterističan za sve vrste. Postoje mnoge vrste s neutralnim fotoperiodičnim odgovorom, kod kojih fiziološke promjene u ciklusu razvoja ne zavise od dužine dana. Takve vrste su ili razvile druge metode regulacije životnog ciklusa (na primjer, zimovanje u biljkama), ili im nije potrebna njegova precizna regulacija. Na primjer, tamo gdje nema izraženih sezonskih promjena, većina vrsta ne pokazuje fotoperiodizam. Cvjetanje, plodonošenje i odumiranje lišća kod mnogih tropskih stabala se produžavaju tokom vremena, a i cvijeće i plodovi se nalaze na drvetu u isto vrijeme. U umjerenim klimatskim uvjetima, vrste koje uspijevaju brzo završiti životni ciklus i praktički se ne nalaze u aktivnom stanju tijekom nepovoljnih godišnjih doba, također ne pokazuju fotoperiodične reakcije, na primjer, mnoge efemerne biljke.

Postoje dvije vrste fotoperiodičnih odgovora: kratkodnevni i dugodnevni. Poznato je da dužina dnevnog svetla, pored godišnjeg doba, zavisi i od geografskog položaja područja. Vrste kratkog dana žive i rastu uglavnom na niskim geografskim širinama, dok vrste dugog dana žive i rastu u umjerenim i visokim geografskim širinama. Kod vrsta s velikim rasponom, sjeverne jedinke mogu se razlikovati po tipu fotoperiodizma od južnih. Dakle, tip fotoperiodizma je ekološka, ​​a ne sistematska karakteristika vrste.

Kod biljaka i životinja dugog dana sve veći proljetni i rani ljetni dani stimuliraju procese rasta i pripreme za razmnožavanje. Skraćivanje dana druge polovine ljeta i jeseni uzrokuje inhibiciju rasta i pripremu za zimu. Dakle, otpornost na mraz djeteline i lucerne je mnogo veća kada se biljke uzgajaju u kratkim danima nego u dugim danima. Drveće koje raste u obližnjim gradovima ulične lampe, jesenji dan se ispostavlja produženim, zbog čega se opadanje listova odgađa i češće su izloženi smrzavanju.

Istraživanja su pokazala da su biljke kratkog dana posebno osjetljive na fotoperiod, budući da dužina dana u njihovoj domovini malo varira tokom godine, a sezonske klimatske promjene mogu biti vrlo značajne. U tropskim vrstama, fotoperiodični odgovor ih priprema za sušne i kišne sezone. Neke sorte pirinča na Šri Lanki, gdje je ukupna godišnja promjena dužine dana manja od jednog sata, uočavaju čak i minutne razlike u ritmu svjetlosti, što određuje kada cvjetaju.

Fotoperiodizam insekata može biti ne samo direktan, već i indirektan. Na primjer, kod kupusove muhe zimska dijapauza nastaje pod uticajem kvaliteta hrane, koja varira u zavisnosti od fiziološkog stanja biljke.

Dužina dnevnog perioda, koja osigurava prelazak u sljedeću fazu razvoja, naziva se kritičnom dužinom dana za ovu fazu. Kako se geografska širina povećava, kritična dužina dana se povećava. Na primjer, prijelaz u dijapauzu jabučnog pupoljka na geografskoj širini od 32° događa se kada je dnevni svijet 14 sati, 44°-16 sati, 52°-18 sati.Kritična dužina dana često služi kao prepreka za geografsku širinu. kretanje biljaka i životinja i njihovo unošenje.

Fotoperiodizam biljaka i životinja je nasljedno fiksirano, genetski određeno svojstvo. Međutim, fotoperiodična reakcija se manifestira samo pod određenim utjecajem drugih faktora okoline, na primjer, u određenom temperaturnom rasponu. Pod određenom kombinacijom okolišnih uvjeta moguće je prirodno širenje vrsta u neuobičajene geografske širine, uprkos tipu fotoperiodizma. Dakle, u visokoplaninskim tropskim regijama postoji mnogo biljaka dugog dana porijeklom iz umjerene klime.

U praktične svrhe, dužina dnevnog svjetla se mijenja pri uzgoju usjeva u zatvorenom tlu, kontrolisanju trajanja osvjetljenja, povećanju proizvodnje jaja pilića i regulaciji reprodukcije krznarskih životinja.

Prosječni dugoročni periodi razvoja organizama determinirani su prvenstveno klimom područja, njima su prilagođene reakcije fotoperiodizma. Odstupanja od ovih datuma su određena vremenskim prilikama. Kada se vremenski uslovi promene, vremenski raspored pojedinih faza se može promeniti u određenim granicama. To je posebno izraženo kod biljaka i poikilotermnih životinja.’ Dakle, biljke koje nisu dobile potrebnu količinu efektivne temperature, ne mogu cvjetati čak ni u uvjetima fotoperioda koji stimuliraju prijelaz u generativno stanje. Na primjer, u moskovskoj regiji, breze cvjetaju u prosjeku 8. maja kada se zbir efektivnih temperatura akumulira na 75 °C. Međutim, u godišnjim odstupanjima, vrijeme njegovog cvjetanja varira od 19. aprila do 28. maja. Homeotermne životinje reagiraju na vremenske uvjete promjenom ponašanja, datuma gniježđenja i migracijama.

Proučavanje obrazaca sezonskog razvoja prirode provodi posebna primijenjena grana ekologije - fenologija (doslovni prijevod s grčkog - nauka o pojavama).

Prema Hopkinsovom bioklimatskom zakonu, koji je on izveo u odnosu na uslove Sjeverne Amerike, vrijeme nastanka raznih sezonskih pojava (fenodata) se u prosjeku razlikuje za 4 dana za svaki stepen geografske širine, za svakih 5 stepeni geografske dužine i za 120 m nadmorske visine, tj. što je teren sjevernije, istočnije i viši, to je proljeće kasnije, a jesen prije. Osim toga, fenološki datumi ovise o lokalnim uvjetima (reljef, ekspozicija, udaljenost od mora, itd.). U Evropi se vrijeme početka sezonskih događaja mijenja za svaki stepen geografske širine ne za 4, već za 3 dana. Povezivanjem tačaka na karti sa istim fenodatima dobijaju se izolinije koje odražavaju front napredovanja proljeća i početak narednih sezonskih pojava. Ovo je od velikog značaja za planiranje mnogih privrednih aktivnosti, posebno poljoprivrednih.