Sezonski ljudski bioritmovi. Vrste bioloških ritmova i satova

» Utjecaj pojedinih čimbenika okoliša na organizme

Sezonski ritmovi

- To je reakcija tijela na promjenu godišnjih doba. Aktualne informacije za kupnju plovnog ventila od nas.

Dakle, s početkom kratkog jesenskog dana, biljke odbacuju lišće i pripremaju se za zimsko mirovanje.

Zimski mir

– to su adaptivna svojstva višegodišnjih biljaka: prestanak rasta, odumiranje nadzemnih izdanaka (kod bilja) ili opadanje lišća (kod drveća i grmlja), usporavanje ili zaustavljanje mnogih životnih procesa.

Životinje također doživljavaju značajno smanjenje aktivnosti zimi. Signal za masovni odlazak ptica je promjena u duljini dnevnog svjetla. Mnoge životinje spadaju u zimski san

– prilagodbu nepovoljnom zimskom razdoblju.

Zbog stalnih dnevnih i sezonskih promjena u prirodi živi su organizmi razvili određene mehanizme prilagodbe.

Topla.

Svi vitalni procesi odvijaju se na određenoj temperaturi - uglavnom od 10 do 40 °C. Samo je nekoliko organizama prilagođeno životu na višim temperaturama. Na primjer, neki mekušci žive u termalnim izvorima na temperaturama do 53 °C, plavozelene (cijanobakterije) i bakterije mogu živjeti na 70–85 °C. Optimalna temperatura za život većine organizama kreće se u uskim granicama od 10 do 30 °C. No, raspon temperaturnih kolebanja na kopnu znatno je širi (od -50 do 40 °C) nego u vodi (od 0 do 40 °C), pa je granica podnošljivosti temperature vodenih organizama uža nego kod kopnenih.

Ovisno o mehanizmima održavanja stalne tjelesne temperature organizmi se dijele na poikilotermne i homeotermne.

poikilotermno,

ili hladnokrvno,

organizmi imaju nestabilnu tjelesnu temperaturu. Povećanje temperature okoliš izaziva kod njih snažno ubrzanje svih fizioloških procesa, mijenja aktivnost ponašanja. Dakle, gušteri preferiraju temperaturnu zonu od oko 37 °C. Kako temperature rastu, razvoj nekih životinja se ubrzava. Tako, primjerice, kod 26 °C za gusjenicu leptira kupusara razdoblje od izlaska iz jaja do kukuljenja traje 10-11 dana, a pri 10 °C produžava se na 100 dana, odnosno 10 puta.

Karakteristično za mnoge hladnokrvne životinje anabioza

- privremeno stanje organizma u kojem se životni procesi znatno usporavaju i nema vidljivih znakova života. Anabioza se može pojaviti kod životinja i kada se temperatura okoline smanjuje i kada se povećava. Na primjer, kod zmija i guštera, kada temperatura zraka poraste iznad 45 °C, dolazi do tromosti, a kod vodozemaca, kada temperatura vode padne ispod 4 °C. vitalna aktivnost praktički odsutan.

Kod kukaca (bumbari, skakavci, leptiri) tijekom leta tjelesna temperatura doseže 35-40 °C, ali kad prestane let brzo pada na temperaturu zraka.

Homeotermno,

ili toplokrvno,

životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom imaju napredniju termoregulaciju i manje ovise o temperaturi okoliša. Sposobnost održavanja stalne tjelesne temperature važna je osobina životinja poput ptica i sisavaca. Većina ptica ima tjelesnu temperaturu od 41-43 °C, dok sisavci imaju tjelesnu temperaturu od 35-38 °C. Ostaje na konstantnoj razini bez obzira na fluktuacije temperature zraka. Na primjer, pri mrazu od -40 °C tjelesna temperatura polarne lisice je 38 °C, a bijele jarebice 43 °C. Kod primitivnijih skupina sisavaca (jajorodne životinje, mali glodavci) termoregulacija je nesavršena (slika 93).

Fotografija 1 od 1

Biti umotvorina Sunčev sustav(a posebno Zemlje), ljudsko tijelo prirodno doživljava učinke promjene godišnjih doba u svom životu. Štoviše, glavni razlog promjena u ljudskom tijelu povezan je s protokom sunčeve energije prema Zemlji. Osim promjena sunčevog toka koji prima Zemljina površina, mijenjaju se i drugi parametri koji o njemu ovise: vlažnost, aeroionizacija, parcijalna gustoća kisika i debljina ozonskog omotača. Utvrđeno je da se maksimum zračnih iona opaža od kolovoza do listopada, a minimum od veljače do ožujka. Dakle, vrijeme aktivnosti za pluća je jesensko razdoblje. Najveća parcijalna gustoća kisika značajno utječe na rad bubrega, oni su najaktivniji u zimsko razdoblje.

Razmotrimo utjecaj godišnjih doba na opće stanje ljudsko tijelo.

Zima. Kako vanjska temperatura pada, voda se kristalizira, sve se suši od vjetra i hladnoće, sve biljni svijet zaustavlja. Ljudsko tijelo nalazi se u najnepovoljnijim vanjskim uvjetima: jaka kompresija sunčeve gravitacije (Zemlja je u to vrijeme blizu Sunca) i vanjske hladnoće dovodi do raznih grčeva u tijelu - moždanih udara, srčanih udara, ukočenosti zglobova. Neke bolesti praćene su akutnim napadima i visokom temperaturom.

Ljeto. Povećanje temperature dovodi do značajnog isparavanja vode. Sve to dovodi do intenziviranja prirodni procesi. Snažna apsorpcija sunčeve energije kondenziranom vodom dovodi do energetske eksplozije. U ljudskom tijelu to se manifestira u obliku zimice, popraćene sunčanica, crijevne infekcije i trovanja hranom. Sunčeva gravitacija je najmanja, što dovodi do slabljenja vlastite gravitacije.

Proljeće i jesen kombiniraju se u jednu "fiziološku sezonu" zbog oštre promjene temperature, vlage i hladnoće. U ovo doba dolazi do porasta prehlada. Gravitacija Sunca je povoljna za sve manifestacije života.

Spriječiti loš utjecaj godišnja doba na ljudsko tijelo, narodna mudrost propisuje slijedeći sustav preventivne mjere:

– čišćenje organizma (na primjer, post);

– održavanje određenog načina života u svakom godišnjem dobu. Na primjer, u jesen i proljeće, kada je okruženje vlažno i hladno, živite u toploj i suhoj prostoriji, potaknite se na aktivan način života, nosite odjeću od svile i pamuka. Zimi, kada je suho i hladno, potrebno je grijati se uz otvorenu vatru, posjetiti mokru parnu kupelj, mazati tijelo uljima kako tijelo ne bi dehidriralo i zadržalo toplinu, nositi vunenu odjeću. Ljeti, kada je vruće, treba, ako je moguće, ostati u hladnoj, prozračenoj prostoriji, prskati aromatičnim tvarima i ne naprezati se; nositi odjeću od lana i finog pamuka;

- konzumacija određene hrane. Na primjer, u proljeće i jesen - suha, topla hrana, aromatizirana toplim začinima. Ljeti je poželjna hladna, vodenasta hrana kiselkastog okusa koja pomaže u zadržavanju vlage i sprječava pregrijavanje organizma. Zimi vam je potrebna vruća, masna hrana, začinjena toplim začinima. Primjer bi bio bogati boršč i meso sa senfom. No, valja napomenuti da obilne obroke treba izmjenjivati ​​s postom.

Na temelju materijala s http://homosapiens.ru.

Pretplatite se na naš telegram i ostanite u tijeku sa svim najzanimljivijim i najaktualnijim vijestima!

Sezonske promjene uključuju duboke promjene u tijelu pod utjecajem promjene u prehrani, temperatura okoline, sunčev režim zračenja i pod utjecajem periodičnih promjena u endokrinim žlijezdama, uglavnom povezanih s reprodukcijom životinja. Samo pitanje okolišnih čimbenika koji određuju sezonsku periodičnost iznimno je složeno i još uvijek nije do kraja razriješeno; u formiranju sezonskih ciklusa, promjene u funkcijama spolnih žlijezda postaju od velike važnosti, Štitnjača itd., vrlo stabilnog karaktera. Ove promjene, dobro utvrđene morfološki, vrlo su stabilne u svom sekvencijalnom razvoju za različite vrste i uvelike kompliciraju analizu utjecaja fizičkih čimbenika koji uzrokuju sezonsku periodičnost.

Sezonske promjene u tijelu uključuju i reakcije ponašanja. Oni se sastoje ili u fenomenima migracija i migracija (vidi dolje), ili u fenomenima zimske i ljetne hibernacije, ili, konačno, u različitim aktivnostima za izgradnju jazbina i skloništa. Postoji izravan odnos između dubine jazbina nekih glodavaca i zimskog pada temperature.

Način osvjetljenja je od velike važnosti za ukupnu dnevnu aktivnost životinje. Stoga se sezonska periodika ne može razmatrati bez geografske širine distribucije organizama. Slika 22 prikazuje sezone parenja ptica na različitim geografskim širinama sjeverne i južne hemisfere. Vrijeme reprodukcije jasno je pomaknuto u ranije mjesece kada se kreće od sjevera prema jugu na sjevernoj hemisferi i gotovo je zrcalna slika tih odnosa na južnoj hemisferi. Slične ovisnosti poznate su za sisavce, na primjer, ovce. Ovdje uglavnom razmatramo

fiziološke promjene u tijelu, javlja se u umjerenoj klimi srednjih geografskih širina sjeverne hemisfere. Najveće promjene u tijelu tijekom godišnjih doba tiču ​​se krvotvornog sustava, općenito metabolizam, termoregulaciju i dijelom probavu. Za borealne organizme od iznimne je važnosti akumulacija masti kao energetskog potencijala koji se troši na održavanje tjelesne temperature i mišićnu aktivnost.

Najuočljivije promjene lokomotorne aktivnosti u različitim godišnjim dobima mogu se uočiti kod dnevnih životinja, što je nedvojbeno povezano s režimom osvjetljenja. Ti su odnosi najbolje proučeni kod majmuna (Shcherbakova, 1949). Pri držanju majmuna za tijekom cijele godine pri konstantnoj temperaturi okoliša ukupna dnevna aktivnost ovisila je o duljini dnevnog svjetla: porast aktivnosti dogodio se u svibnju

i lipnja. Porast ukupne dnevne aktivnosti zabilježen je u prosincu i siječnju. Potonje se ni na koji način ne može pripisati utjecaju dnevnog svjetla i vjerojatno je povezano s proljetnim manifestacijama u prirodi u uvjetima Sukhumija (Sl. 23).

Ove studije također su otkrile značajnu sezonsku periodičnost tjelesne temperature kod majmuna. Najviša temperatura u rektumu zabilježena je u lipnju, najniža - u siječnju. Ti se pomaci ne mogu objasniti promjenama temperature u vanjskom okolišu, jer je sobna temperatura ostala konstantna. Vrlo je vjerojatno da je došlo do efekta hlađenja zračenjem zbog smanjene temperature zidova prostorija.

U prirodnim uvjetima (Khrustselevskiy i Kopylova, 1957.), Brandtove voluharice u jugoistočnoj Transbaikaliji pokazuju jaku sezonsku dinamiku lokomotorne aktivnosti. Imaju nagli pad aktivnosti - izlaze iz svojih jazbina u siječnju, ožujku, studenom i prosincu. Razlozi ovakvog obrasca ponašanja prilično su složeni. Oni su povezani s prirodom trudnoće kod obično vrlo aktivnih ženki, s vremenom izlaska i zalaska sunca, visokim temperaturama ljeti i niskim zimi. Dnevna aktivnost proučavana u prirodi mnogo je složenija i ne odražava uvijek sliku koju je istraživač dobio aktografskom tehnikom.

Jednako složeni odnosi otkriveni su (Leontiev, 1957) za Brandtovu voluharicu i mongolskog gerbila u regiji Amur.

Kod minkova (Ternovsky, 1958) uočavaju se značajne promjene u motoričkoj aktivnosti ovisno o godišnjim dobima. Najveća aktivnost javlja se u proljeće i ljeto, što je očito posljedica duljine dnevnog svjetla. Međutim, kako temperature padaju, aktivnost se smanjuje, kao i oborine. Sva stada kopitara, bez iznimke, pokazuju sezonske promjene u gustoći stada, što je jasno izraženo kod losova. Kod sobova su odnosi u stadima (grupiranje, jedno slijeđenje) uočljiviji u jesen nego u ljeto ili proljeće (Salgansky, 1952).

Najbolje su proučene sezonske promjene u metabolizmu (bazalni metabolizam). Davne 1930. godine japanski istraživač Ishida (Ishida, 1930) otkrio je značajan porast bazalnog metabolizma kod štakora u proljeće. Ove činjenice potvrdile su brojne studije (Kayser, 1939; Prodavači, Scott a. Thomas, 1954; Kočarev, 1957; Gelineo a. Heroux, 1962). Također je utvrđeno da je zimi bazalni metabolizam u štakora znatno niži nego ljeti.

Vrlo upečatljive sezonske promjene u bazalnom metabolizmu nalaze se kod životinja koje nose krzno. Tako se bazalni metabolizam kod arktičkih lisica ljeti u usporedbi sa zimom povećava za 34%, a kod srebrno-crnih lisica - za 50% (Firstov, 1952). Ti su fenomeni nedvojbeno povezani ne samo sa sezonskim ciklusom, već i s pregrijavanjem koje se događa ljeti (vidi pogl. V) i primijetili različiti istraživači kod arktičkih lisica, rakunski psi(Slonim, 1961). Kod sivih štakora na Arktiku također je utvrđeno povećanje metabolizma u proljeće i smanjenje u jesen.

Proučavanje kemijske termoregulacije kod polarnih vrsta (arktičke lisice, lisice, zečevi) koje zimuju u uvjetima Lenjingradskog zoološkog vrta (Isaakyan i Akchurin,

1953), pokazalo je, pod istim uvjetima pritvora, oštre sezonske promjene u kemijskoj termoregulaciji kod lisica i rakunastih pasa i odsutnost sezonskih promjena kod arktičke lisice. To je posebno izraženo u jesenskim mjesecima, kada su životinje u ljetnom krznu. Autori objašnjavaju te razlike reakcijama specifičnim za arktičke stanovnike - arktičke lisice - na promjene u rasvjeti. Arktičke lisice praktički nemaju kemijsku termoregulaciju u jesen, iako izolacijski sloj vune do tog vremena još nije postao zima. Očito se te reakcije specifične za polarne životinje ne mogu objasniti samo fizičkim svojstvima koža: rezultat su složenih specifičnosti živčanih i hormonskih mehanizama termoregulacije specifičnih za vrstu. Ove reakcije u polarnim oblicima kombiniraju se s toplinskom izolacijom (Scholander i suradnici, vidi str. 208).

Velika količina materijala o sezonskim promjenama u izmjeni plinova kod raznih vrsta glodavaca (Kalabukhov, Ladygina, Mayzelis i Shilova, 1951; Kalabukhov, 1956, 1957; Mikhailov, 1956; Skvortsov, 1956; Chugunov, Kudryashov i Chugunova, 1956, itd. .) pokazao je da se kod glodavaca koji ne hiberniraju može primijetiti povećanje metabolizma u jesen, a smanjenje zimi. Proljetne mjesece karakterizira ubrzanje metabolizma, a ljetne mjesece relativno smanjenje. Isti podaci na vrlo velikom materijalu dobiveni su za običnu voluharicu i voluharicu u Moskovskoj regiji.

Sezonska krivulja metaboličkih promjena kod sisavaca koji ne spavaju zimski san može se shematski prikazati na sljedeći način. Najviša razina metabolizma opažena je u proljeće tijekom razdoblja seksualne aktivnosti, kada životinje, nakon zimskog ograničenja hrane, započinju aktivne aktivnosti proizvodnje hrane. Ljeti se razina metabolizma opet nešto snižava zbog visokih temperatura, au jesen se blago povećava ili ostaje na ljetnoj razini, postupno opadajući prema zimi. Zimi dolazi do blagog smanjenja bazalnog metabolizma, a do proljeća ponovno naglo raste. Ovaj opći obrazac promjena u razini izmjene plinova tijekom godine za pojedine vrste iu pojedinim uvjetima može značajno varirati. To se posebno odnosi na domaće životinje. Dakle, bazalni metabolizam u krava koje ne doje (Ritzman a. Benedikt, 1938) u ljetnim mjesecima, čak i 4-5. dana posta, bila veća nego zimi i u jesen. Osim toga, vrlo je važno napomenuti da proljetni porast metabolizma kod krava nije povezan s gravidnošću i laktacijom, s uvjetima u boksu ili na pašnjaku. Kod držanja u štalama, izmjena plinova u proljeće ispada da je veća nego kod ispaše u jesen, iako sama ispaša povećava izmjenu plinova u mirovanju tijekom cijele sezone ispaše (Kalitaev, 1941).

U ljetno razdoblje Izmjena plinova kod konja (u mirovanju) povećava se za gotovo 40% u odnosu na zimu. Istodobno se povećava sadržaj eritrocita u krvi (Magidov, 1959).

U sobova se uočavaju vrlo velike razlike (30-50%) u energetskom metabolizmu zimi i ljeti (Segal, 1959). U Karakul ovaca, unatoč trudnoći koja se javlja zimi, postoji značajno smanjenje izmjene plinova. Slučajevi smanjenog metabolizma zimi kod sobova i karakul ovaca nedvojbeno su povezani s ograničenjima prehrane zimi.

Promjene u bazalnom metabolizmu također su popraćene promjenama u kemijskoj i fizičkoj termoregulaciji. Potonji je povezan s povećanom toplinskom izolacijom (izolacija) kaput i perje u zimsko vrijeme. Smanjenje toplinske izolacije ljeti utječe i na razinu kritične točke (vidi pogl. V), te na intenzitet kemijske termoregulacije. Tako su, na primjer, vrijednosti prijenosa topline ljeti i zimi kod različitih životinja: za vjeverice, kao 1: 1; kod pasa 1: 1,5; kod zeca 1: 1,7. Ovisno o godišnjim dobima, prijenos topline s površine tijela značajno se mijenja zbog procesa linjanja i obraštanja zimskom vunom. Kod ptica električna aktivnost skeletni mišići (zbog odsutnosti nekontraktilne termogeneze) ne mijenjaju se zimi i ljeti; kod sisavaca, primjerice sivog štakora, te su razlike vrlo značajne (slika 25).

Pronađene su sezonske promjene metaboličke kritične točke U zadnje vrijeme kod polarnih životinja u uvjetima Aljaske (Irving, Krogh a. Monson, 1955) - za riđu lisicu ljeti su +8°, ​​zimi -13°; za vjeverice - +20 ° C ljeti i zimi; u dikobrazu (Erethizoon dorsatum) ljeti +7°, a zimi -12°S. Autori te promjene povezuju i sa sezonskim promjenama toplinske izolacije krzna.

Metabolizam u polarnih životinja zimi, čak i na temperaturi od -40 ° C, relativno se malo povećava: kod lisice i polarnog dikobraza - ne više od 200% metaboličke razine u kritičnoj točki, kod vjeverice - oko 450-500 %. Slični podaci dobiveni su u uvjetima Lenjingradskog zoološkog vrta na arktičkim lisicama i lisicama (Olnyanskaya i Slonim, 1947). Pomak u kritičnoj točki metabolizma s temperature od +30°C na +20°C opažen je kod sivog štakora zimi (Sinichkina, 1959).

Proučavanje sezonskih promjena u izmjeni plinova u stepskim pieds ( Lagurus lagurus) pokazalo je (Bashenina, 1957.) da je zimi njihova kritična točka, za razliku od drugih vrsta voluharica, neuobičajeno niska - oko 23° C. Kritična točka metabolizma u podnevnih gerbila pomiče se u različitim godišnjim dobima, ali u češljastih gerbila ostaje konstantna ( Mokrievich, 1957.).

Najveće vrijednosti potrošnje kisika pri temperaturama okoliša od 0 do 20°C uočene su kod žutogrlih miševa ulovljenih ljeti, a najniže zimi (Kalabukhov, 1953). Podaci za miševe uhvaćene u jesen bili su u srednjem položaju. Isti je rad omogućio otkrivanje vrlo zanimljivih promjena u toplinskoj vodljivosti vune (uzete od životinja i osušene kože), koje se znatno povećavaju ljeti i smanjuju zimi. Neki istraživači skloni su ovoj okolnosti pripisati vodeću ulogu u promjenama metabolizma i kemijske termoregulacije tijekom različitih godišnjih doba. Naravno, takve se ovisnosti ne mogu poreći, ali laboratorijske životinje (bijeli štakori) također imaju izraženu sezonsku dinamiku čak i pri stalnim temperaturama okoliša (Isaakyan i Izbinsky, 1951).

U pokusima na majmunima i divljim mesožderima otkriveno je (Slonim i Bezuevskaya, 1940.) da je kemijska termoregulacija u proljeće (travanj) intenzivnija nego u jesen (listopad), unatoč činjenici da je temperatura okoline u oba bila ista. slučajevima (slika 26) . Očito je to rezultat dosadašnjeg utjecaja zime i ljeta i odgovarajućih promjena

V endokrini sustavi tijelo. Ljeti dolazi do smanjenja intenziteta kemijske termoregulacije, a zimi do povećanja.

Posebne sezonske promjene u kemijskoj termoregulaciji pronađene su kod žute vjeverice koja hibernira zimi i ljeti i tankoprste vjeverice koja ne hibernira (Kalabukhov, Nurgeldyev i Skvortsov, 1958). Kod tankoprste zemaljske vjeverice sezonske promjene termoregulacije su izraženije nego kod žute zemuške (naravno, u stanju budnosti). Zimi se promet tankoprste tekunice naglo povećava. U žutoj vjeverici ljeti, kemijska termoregulacija je poremećena već na + 15-5 ° C. Sezonske promjene u termoregulaciji gotovo su odsutne i zamjenjuju se dugom zimskom i ljetnom hibernacijom (vidi dolje). Sezonske promjene u termoregulaciji u hibernirajućoj tarbaganki, koja hibernira ljeti i zimi, jednako su slabo izražene.

Usporedba sezonskih promjena u kemijskoj termoregulaciji i biološkom ciklusu životinja (N.I. Kalabukhov et al.) Pokazala je da su sezonske promjene slabo izražene i kod vrsta koje hiberniraju i kod vrsta koje zimu provode u dubokim jazbinama i malo su izložene niskom vanjskom zraku. temperature (na primjer, veliki gerbil).

Dakle, sezonske promjene termoregulacije svode se uglavnom na povećanje toplinske izolacije zimi, smanjenje intenziteta metaboličke reakcije (kemijske termoregulacije) i pomicanje kritične točke u zonu nižih temperatura okoliša.

Nešto se mijenja i toplinska osjetljivost tijela, što je očito povezano s promjenom dlake. Takve je podatke utvrdio N.I. Kalabukhov za arktičke lisice (1950.) i žutogrle miševe (1953.).

Za sive štakore koji žive u srednjoj zoni, poželjna temperatura zimi je od 21 do 24 ° C, ljeti - 25,9-28,5 ° C, u jesen -23,1-26,2 ° C i u proljeće - 24,2 ° C (Sinichkina, 1956). ).

U prirodnim uvjetima kod divljih životinja, sezonske promjene u potrošnji kisika i proizvodnji topline mogu uvelike ovisiti o prehrambenim uvjetima. Međutim, eksperimentalna potvrda još nije dostupna.

Funkcija hematopoeze značajno se mijenja s godišnjim dobima. Najupečatljivije promjene u tom pogledu opažene su kod ljudi na Arktiku. U proljeće se može primijetiti veliki porast broja crvenih krvnih stanica i hemoglobina (Hb) krvi, što je povezano s prijelazom iz polarne noći u polarni dan, tj. s promjenama insolacije. Međutim, čak iu uvjetima dovoljne insolacije u planinama Tien Shan, osoba zimi doživljava blago smanjenu količinu hemoglobina u krvi. Oštar porast Hbpromatrano u proljeće. Broj eritrocita se smanjuje u proljeće, a povećava ljeti (Avazbakieva, 1959). Kod mnogih glodavaca, na primjer, gerbila, sadržaj eritrocita se smanjuje ljeti, a povećava se u proljeće i jesen (Kalabukhov i sur., 1958). Mehanizam ovih pojava još uvijek je nejasan. Tu su i promjene u prehrani, metabolizmu vitamina, ultraljubičastom zračenju itd. Moguć je i utjecaj endokrinih čimbenika, pri čemu posebno važnu ulogu ima štitnjača koja potiče eritropoezu.

Najveću važnost u održavanju sezonskog ritma imaju hormonske promjene, koje predstavljaju kako samostalne cikluse endogenog podrijetla tako i one povezane s utjecajem najvažnijeg čimbenika okoliša - svjetlosnih uvjeta. Istodobno, već se ocrtava obrazac odnosa između hipotalamusa - hipofize - kore nadbubrežne žlijezde.

Sezonske promjene u hormonalnim odnosima identificirane su kod divljih životinja u prirodnim uvjetima na primjeru promjena težine nadbubrežnih žlijezda (koje, kao što je poznato, igraju velika uloga u prilagodbama organizma na specifične i nespecifične uvjete “napetosti” – stres).

Sezonska dinamika težine i aktivnosti nadbubrežnih žlijezda ima vrlo složeno podrijetlo i ovisi kako o samoj "napetosti" u vezi sa životnim uvjetima (prehrana, temperatura okoline) tako i o reprodukciji (Schwartz i sur., 1968). U tom smislu zanimljivi su podaci o promjenama relativne težine nadbubrežnih žlijezda u neplodnih poljskih miševa (slika 27). U razdobljima povećane prehrane i optimalnih temperaturnih uvjeta, težina nadbubrežnih žlijezda naglo se povećava. U jesen, s hladnim vremenom, ova težina se počinje smanjivati, ali se uspostavljanjem snježnog pokrivača stabilizira. U proljeće (travanj) počinje se povećavati težina nadbubrežnih žlijezda zbog rasta tijela i puberteta (Schwartz, Smirnov, Dobrinsky, 1968).

Morfološka slika štitnjače kod mnogih vrsta sisavaca i ptica podložna je značajnim godišnjim promjenama. Ljeti dolazi do nestanka koloida folikula, smanjenja epitela i smanjenja težine štitnjače. Zimi se javlja suprotan odnos (Zagonetka, Smith a. Benedikt, 1934; Watzka, 1934; Mlinar, 1939; Hoehn, 1949).

Sezonska varijabilnost u funkciji štitnjače u sobova je jednako jasna. U svibnju i lipnju opaža se njegova hiperfunkcija s povećanom sekretornom aktivnošću epitelne stanice. Zimi, osobito u ožujku, sekretorna aktivnost ovih stanica prestaje. Hiperfunkcija je popraćena smanjenjem volumena žlijezde. Slični podaci dobiveni su i kod ovaca, ali je obrazac mnogo manje izražen.

Trenutno postoje brojni podaci koji ukazuju na prisutnost stabilnih sezonskih fluktuacija u sadržaju tiroksina u krvi. Najviše razine tiroksina (određene sadržajem joda u krvi) uočene su u svibnju i lipnju, a najniže u studenom, prosincu i siječnju. Kako su studije pokazale (Sturm a. Buchholz, 1928; Curtis, Davis a. Philips, 1933; Stern, 1933) postoji izravan paralelizam između intenziteta stvaranja tiroksina i razine izmjene plinova kod ljudi tijekom svih godišnjih doba.

Postoje naznake uske veze između hlađenja tijela i proizvodnje hormona štitnjače i hipofiznog hormona koji stimulira štitnjaču (Uotila, 1939.; Voitkevič, 1951). Ti su odnosi također vrlo važni u formiranju sezonske periodike.

Očigledno, značajna uloga u sezonskim časopisima također pripada tako nespecifičnom hormonu kao što je adrenalin. Veliki broj dokaza ukazuje na to da adrenalin potiče bolju aklimatizaciju i na vrućinu i na hladnoću. Kombinacije lijekova tiroksina i kortizona posebno su jake (Hermanson a. Hartmann, 1945). Životinje dobro aklimatizirane na hladnoću imaju visok sadržaj askorbinska kiselina u kori nadbubrežne žlijezde (Dugal a. Fortier, 1952; Dugal, 1953).

Prilagodbu na niske temperature okoliša prati povećanje sadržaja askorbinske kiseline u tkivima i povećanje hemoglobina u krvi (Gelineo et Raiewskaya, 1953; Raiewskaya, 1953).

Nedavno je prikupljena velika količina materijala koja karakterizira sezonske fluktuacije u sadržaju kortikosteroida u krvi i intenzitet njihovog oslobađanja tijekom inkubacije kore nadbubrežne žlijezde. in vitro.

Ulogu režima osvjetljenja u formiranju sezonskog ritma prepoznaje velika većina istraživača. Rasvjeta, kakva se ustalila sredinom prošlog stoljeća (Moleschott, 1855), ima značajan utjecaj na intenzitet oksidativnih procesa u organizmu. Razmjena plinova kod ljudi i životinja povećava se pod utjecajem rasvjete (Moleschott u. Fubini, 1881.; Arnautov i Weller, 1931).

Međutim, do nedavno je pitanje utjecaja osvjetljenja i zamračenja na izmjenu plinova kod životinja s različitim životnim stilom ostalo potpuno neproučeno, a tek pri proučavanju utjecaja intenziteta osvjetljenja na izmjenu plinova u majmuna (Ivanov, Makarova i Fufačeva, 1953.) postalo je jasno da je uvijek veći na svjetlu nego u mraku. Međutim, te promjene nisu bile iste kod svih vrsta. Kod hamadrija bili su najizraženiji, zatim kod rezus majmuna, a najmanje su na učinak osvjetljenja utjecali zeleni majmuni. Razlike su se mogle razumjeti jedino u vezi s ekološkim značajkama postojanja navedenih vrsta majmuna u prirodi. Dakle, majmuni hamadryas stanovnici su bezšumnih gorja Etiopije; Rezus makaki stanovnici su šuma i poljoprivrednih kultiviranih površina, a zeleni majmuni stanovnici su gustih tropskih šuma.

Odgovor na osvjetljenje javlja se relativno kasno u ontogenezi. Na primjer, u novorođenih koza, povećanje izmjene plinova na svjetlu u usporedbi s tamom je vrlo malo. Ova reakcija se značajno pojačava 20-30. dana, a još više do 60. (slika 28). Moglo bi se pomisliti da kod životinja s dnevnom aktivnošću reakcija na intenzitet osvjetljenja ima prirodu prirodnog uvjetovanog refleksa.

Kod noćnih loris lemura uočen je suprotan odnos. Povećana im je izmjena plinova

u tami i smanjeno na svjetlu tijekom određivanja izmjene plinova u komori. Smanjenje izmjene plinova na svjetlu doseglo je 28% kod lorisa.

Činjenice o utjecaju dugotrajnog osvjetljenja ili zamračenja na organizam sisavaca utvrđene su eksperimentalnim proučavanjem svjetlosnog režima (dnevnih sati) u vezi sa sezonskim utjecajima osvjetljenja. Velik broj studija posvećen je eksperimentalnom proučavanju utjecaja dnevnog svjetla na sezonsku periodiku. Većina podataka prikupljena je za ptice, kod kojih je produljenje dnevnog svjetla čimbenik stimulacije spolne funkcije (Svetozarov i Streich, 1940; Lobashov i Savvateev, 1953),

Dobivene činjenice ukazuju kako na vrijednost ukupne duljine dnevnog svjetla tako i na vrijednost promjene faza osvjetljenja i zamračenja.

Dobar kriterij za utjecaj uvjeta osvjetljenja i dnevnog svjetla za sisavce je pojava ovulacije. Međutim, kod sisavaca se takav izravan učinak svjetla na ovulaciju ne može utvrditi kod svih vrsta bez iznimke. Brojni podaci dobiveni na kunićima (Smelser, Walton a. Whethem, 1934), zamorci (Dempsey, Meyers, Mladi a. Jennison, 1934), miševi (Kirchhof, 1937) i na vjeverice (velški, 1938), pokazuju da držanje životinja u potpunom mraku nema nikakvog utjecaja na procese ovulacije.

U posebnim studijama simulirani su “zimski uvjeti” hlađenjem (od -5 do +7 °C) i držanjem u potpunom mraku. Ovi uvjeti nisu utjecali na intenzitet razmnožavanja voluharice ( Microtus arvalis) i stopu razvoja mladih životinja. Posljedično, kombinacija ovih glavnih ekoloških čimbenika, koji određuju fizičku stranu sezonskih utjecaja, ne može objasniti zimsko potiskivanje intenziteta razmnožavanja, barem kod glodavaca ove vrste.

Kod mesoždera je otkriven značajan utjecaj svjetla na reproduktivnu funkciju (Belyaev, 1950). Smanjenje dnevnog svjetla dovodi do ranijeg sazrijevanja krzna kod kune. Promjena temperaturnog režima nema nikakvog utjecaja na ovaj proces. Kod kuna dodatno osvjetljenje uzrokuje početak razdoblja parenja i rađanje mladunaca 4 mjeseca ranije nego inače. Promjena režima osvjetljenja ne utječe na bazalni metabolizam (Belyaev, 1958).

Međutim, sezonska se periodika ne može zamisliti samo kao rezultat utjecaja okolišnih čimbenika, na što ukazuje veliki broj eksperimenti. S tim u vezi, postavlja se pitanje postoji li kod životinja sezonsko razdoblje izolirano od utjecaja prirodnih čimbenika. Kod pasa koji su držani u grijanoj prostoriji s umjetnom rasvjetom tijekom cijele godine, moguće je uočiti sezonsku periodičnost karakterističnu za pse (Maignonet Guilhon, 1931). Slične činjenice otkrivene su u pokusima na laboratorijskim bijelim štakorima (Izbinsky i Isaakyan, 1954).

Drugi primjer ekstremne snage sezonskih časopisa odnosi se na životinje donesene s južne hemisfere. Na primjer, australski noj u prirodnom rezervatu Askania Nova polaže jaja u našim zimskim uvjetima, unatoč jakom mrazu, izravno u snijegu tijekom sezone koja odgovara ljetu u Australiji (M. M. Zavadovsky, 1930.). Australski pas dingo koti se krajem prosinca. Iako se ove životinje, poput nojeva, uzgajaju desetljećima na sjevernoj hemisferi, nisu primijećene promjene u njihovom prirodnom sezonskom ritmu.

Kod ljudi se promjene u metabolizmu odvijaju prema istom obrascu kao i kod životinja koje ne spavaju zimski san. Postoje opažanja dobivena u prirodnom okruženju s pokušajem iskrivljavanja prirodnog sezonskog ciklusa. Najjednostavnija metoda takve perverzije i najpouzdanije činjenice dobivene su proučavanjem kretanja s jednog područja na drugo. Tako se, na primjer, kreće u prosincu - siječnju od srednja zona SSSR na jugu (Sochi, Sukhumi) uzrokuje učinak povećanja smanjenog "zimskog" metabolizma tijekom prvog mjeseca boravka tamo zbog novih uvjeta na jugu. Po povratku na sjever u proljeće dolazi do sekundarnog proljetnog povećanja izmjene. Tako se tijekom zimskog putovanja na jug mogu uočiti dva proljetna povećanja razine metabolizma kod iste osobe tijekom godine. Posljedično, poremećaj sezonskog ritma dolazi i kod ljudi, ali samo u uvjetima promjena u cjelokupnom kompleksu prirodnih čimbenika okoliša (Ivanova, 1954).

Posebno je zanimljivo formiranje sezonskih ritmova kod ljudi na krajnjem sjeveru. U tim uvjetima, osobito kada žive na malim stanicama, sezonska periodičnost je oštro poremećena. Nedovoljna aktivnost mišića zbog ograničenog hodanja, koje je često nemoguće na Arktiku, stvara gotovo potpuni gubitak sezonskog ritma (Slonim, Olnyanskaya, Ruttenburg, 1949). Iskustvo pokazuje da stvaranje udobnih sela i gradova na Arktiku to obnavlja. Sezonski ritam kod ljudi u određenoj je mjeri odraz ne samo sezonskih čimbenika zajedničkih cijelom živućem stanovništvu našeg planeta, već, poput cirkadijalnog ritma, služi kao odraz društvenog okruženja koje utječe na osobu. Veliki gradovi i mjesta na dalekom sjeveru s umjetnom rasvjetom, s kazalištima, kinima, sa svim ritmom života svojstvenom modernom čovjeku,

stvaraju uvjete u kojima se sezonski ritam pojavljuje normalno izvan Arktičkog kruga i otkriva se na isti način kao u našim geografskim širinama (Kandror i Rappoport, 1954; Danishevsky, 1955; Kandror, 1968).

U uvjetima sjevera, gdje je zimi veliki nedostatak ultraljubičastog zračenja, dolazi do značajnih metaboličkih poremećaja, uglavnom metabolizma fosfora i nedostatka vitamina D (Galanin, 1952). Ove pojave posebno teško pogađaju djecu. Prema njemačkim istraživačima, zimi postoji takozvana “mrtva zona”, kada rast djece potpuno prestaje (slika 29). Zanimljivo je da se na južnoj hemisferi (Australija) ovaj fenomen događa u mjesecima koji odgovaraju ljetu na sjevernoj hemisferi. Sada dodatno ultraljubičasto zračenje se smatra jednom od najvažnijih metoda za ispravljanje normalnog sezonskog ritma u sjevernim geografskim širinama. U takvim uvjetima ne treba govoriti toliko o sezonskom ritmu, koliko o specifičnom nedostatku ovog prirodnog neophodnog faktora.

Sezonska periodika također je od velikog interesa za stočarstvo. Znanstvenici su sada skloni vjerovati da bi značajan dio godišnjih doba trebao biti promijenjen svjesnim utjecajem čovjeka. Riječ je prvenstveno o sezonskoj prehrani. Ako kod divljih životinja nedostatak prehrane ponekad dovodi do smrti značajnog broja jedinki, do smanjenja broja njihovih predstavnika na određenom području, onda je to u odnosu na uzgojene domaće životinje potpuno neprihvatljivo. Prehrana domaćih životinja ne može se temeljiti na sezonskim resursima, već se mora nadopunjavati na temelju ljudske gospodarske aktivnosti.

Sezonske promjene u tijelu ptica usko su povezane s njihovim karakterističnim instinktom leta i temelje se na promjenama u energetskoj ravnoteži. Međutim, unatoč migraciji, ptice doživljavaju i sezonske promjene u kemijskoj termoregulaciji i promjene u svojstvima toplinske izolacije pokrivača perja (izolacija).

Metaboličke promjene kod kućnog vrapca su dobro izražene ( Passer domesticus), čija energetska ravnoteža pri niske temperature održava se većom proizvodnjom topline zimi nego ljeti. Rezultati dobiveni mjerenjem unosa hrane i metabolizma pokazuju spljoštenu vrstu krivulje kemijske termoregulacije, koja se obično nalazi u slučajevima kada se proizvodnja topline procjenjuje na temelju unosa hrane tijekom nekoliko dana, a ne na temelju potrošnje kisika u kratkoročnom eksperimentu.

Nedavno je utvrđeno da je maksimalna proizvodnja topline kod ptica vrapčica veća zimi nego ljeti. U grosbeaks, golubovi Columba livia i čvorci Sturnus vulgaris vrijeme preživljavanja tijekom hladnih razdoblja zimi je bilo duže, uglavnom kao rezultat povećane sposobnosti održavanja veće proizvodnje topline. Na trajanje razdoblja prije smrti utječe i stanje perja - linjanje i trajanje zatočeništva, no sezonski je učinak uvijek izražen. Oni koji jesu I.B. u kavezu za ptice potrošnja hrane zimi se povećala za 20-50%. Ali zimski unos hrane kod zeba u kavezu ( Fringilla montefringilla) a kod kućnih vrabaca u divljini nije bilo povećanja (Rautenberg, 1957).

Značajna noćna hipotermija primijećena zimi kod novouhvaćenih ptica izostaje kod rigokljunaša i crnoglavih sičića. Irving (Irving, 1960.) zaključili su da se sjeverne ptice u hladnim noćima ohlade ispod svoje dnevne tjelesne temperature otprilike u istoj mjeri kao i ptice u umjerenim regijama.

Povećanje težine perja uočeno kod nekih ptica tijekom zime ukazuje na prisutnost izolacijskih prilagodbi koje bi mogle djelomično neutralizirati metaboličke promjene na hladnoći. Međutim, Irvingova istraživanja o nekoliko vrsta divljih ptica zimi i ljeti, kao i Davisova (Davis, 1955) i Hart (Hart, 1962) daju malo temelja za pretpostavku da je povećanje metabolizma s padom temperature od 1° bilo drugačije u ovim godišnjim dobima. Utvrđeno je da je proizvodnja topline kod golubova, mjerena na 15°C, manja zimi nego ljeti. Međutim, veličina ovih sezonskih promjena bila je mala i nisu primijećeni pomaci u kritičnom temperaturnom rasponu. Podaci o pomacima kritične razine temperature dobiveni su za kardinal ( Richmondena cardinalis) ( Lawson, 1958).

Valgren (Wallgren, 1954) proučavao je metabolizam energije kod žute strnadice ( Emberiza citrinella) na 32,5° C i na -11° C in drugačije vrijeme godine. Metabolizam u mirovanju nije pokazao sezonske promjene; na -11 0 C u lipnju i srpnju razmjena je bila znatno viša nego u veljači i ožujku. Ova izolacijska prilagodba djelomično se objašnjava većom debljinom i "pahuljastim" perjem te većom vazokonstrikcijom zimi (budući da je perje bilo najdeblje u rujnu - nakon linjanja, a najveće promjene u metabolizmu bile su u veljači).

Teoretski, promjene u perju mogu objasniti pad smrtonosne temperature za oko 40 °C.

Istraživanje provedeno na crnoglavom čikadu ( Parus atricapillus), također ukazuju na prisutnost niske proizvodnje topline kao rezultat prilagodbe toplinske izolacije zimi. Puls i disanje imali su sezonske pomake, a zimi je na 6°C pad bio veći nego ljeti. Kritična temperatura pri kojoj se respiracija naglo povećala također se zimi pomaknula na nižu razinu.

Povećanje bazalnog metabolizma na termoneutralnim temperaturama, koje je izraženo kod sisavaca i ptica izloženih višetjednoj hladnoći, nema značajniju ulogu tijekom prilagodbe na zimu. Jedini dokaz značajne sezonske promjene u bazalnom metabolizmu dobiven je kod kućnih vrabaca, ali nema razloga za pretpostavku da igra značajnu ulogu kod slobodnoživućih ptica. Većina proučavanih vrsta ne pokazuje nikakve promjene. King i Farner (Kralj a. Kovač, 1961.) pokazuju da bi visoka bazalna stopa metabolizma zimi bila nepovoljna, jer bi ptica morala povećati potrošnju svojih energetskih rezervi noću.

Najkarakterističnije sezonske promjene kod ptica su njihova sposobnost promjene toplinske izolacije i nevjerojatna sposobnost održavanja viših razina proizvodnje topline u hladnim uvjetima. Na temelju mjerenja unosa hrane i izlučivanja tijekom različite temperature i fotoperioda, napravljene su procjene energetskih zahtjeva za opstanak i proizvodne procese u različita doba godine. U tu svrhu, ptice su bile smještene u pojedinačne kaveze, gdje je mjerena njihova metabolizirana energija (maksimalni unos energije minus izlučena energija pri različitim temperaturama i fotoperiodima). Najmanje metabolizirana energija potrebna za postojanje na određenim testiranim temperaturama i fotoperiodima naziva se "energija postojanja". Njezina korelacija s temperaturom prikazana je na lijevoj strani slike 30. Potencijalna energija je maksimalna metabolizirana energija izmjerena na letalnoj graničnoj temperaturi, što je najniža temperatura na kojoj ptica može izdržati svoju tjelesnu težinu. Energija produktivnosti je razlika između potencijalne energije i egzistencijalne energije.

Desna strana slike 30 prikazuje različite kategorije energije izračunate za različita godišnja doba iz prosječnih vanjskih temperatura i fotoperioda. Za ove izračune pretpostavlja se da se maksimum metabolizirane energije nalazi u hladnim uvjetima, kao i za proizvodne procese pri višim temperaturama. Kod kućnog vrapca potencijalna energija prolazi kroz sezonske promjene zbog sezonskih promjena u granicama preživljavanja. Energija postojanja također se mijenja prema prosječnoj temperaturi izvan prostorije. Zbog sezonskih promjena potencijalne energije i energije postojanja, energija produktivnosti ostaje konstantna tijekom cijele godine. Neki autori navode da je sposobnost kućnog vrapca da živi na krajnjim sjevernim geografskim širinama posljedica njegove sposobnosti da produži svoju maksimalnu energetsku ravnotežu tijekom zime i metabolizira isto toliko energije tijekom kratkog dnevnog fotoperioda zimi kao i tijekom dugog fotoperioda ljeti.

U bjelogrlom vrapcu (Z. albicallis) i juncos (J. nijansa- trgovački centri) s 10-satnim fotoperiodom količina metabolizirane energije manja je nego s 15-satnim fotoperiodom, što je ozbiljan nedostatak zimskog računanja vremena (Seibert, 1949). Ta su zapažanja uspoređena s činjenicom da obje vrste migriraju na jug zimi.

Za razliku od kućnog vrapca, tropska plavo-crna zeba ( Votatinia jacarina) mogao održavati energetsku ravnotežu do približno 0°C s 15-satnim fotoperiodom i do 4°C s 10-satnim fotoperiodom. Fotoperiod je u većoj mjeri ograničavao energiju pri padu temperature, što je razlika između ovih ptica i kućnog vrapca. Zbog djelovanja fotoperioda potencijalna energija bila je najmanja zimi, kada je energija postojanja najveća. Posljedično, energija produktivnosti također je bila najniža u to doba godine. Ove fiziološke karakteristike ne dopuštaju ove vrste postoje zimi u sjevernim geografskim širinama.

Iako su energetski zahtjevi za termoregulaciju najveći tijekom hladne sezone, čini se da su različite vrste aktivnosti ptica ravnomjerno raspoređene tijekom godine i stoga su kumulativni učinci zanemarivi. Raspodjela utvrđenih energetskih zahtjeva za razne aktivnosti tijekom cijele godine najbolje opisano za tri vrapca S. arborea ( Zapad, 1960). Kod ove se vrste potencijalno najveća količina energije dogodila tijekom ljeta. Stoga su energetski intenzivne aktivnosti poput migracije, gniježđenja i linjanja ravnomjerno raspoređene između travnja i listopada. Dodatni troškovi slobodnog postojanja su nepoznanica koja može ali ne mora povećati teorijski potencijal. Međutim, vrlo je moguće da se potencijalna energija može koristiti u bilo koje doba godine, prema barem za kratke periode - za vrijeme trajanja leta.

Reakcija organizama na sezonske promjene duljine dana naziva se fotoperiodizam. Njegovo očitovanje ne ovisi o intenzitetu osvjetljenja, već samo o ritmu izmjene tamnih i svijetlih razdoblja dana.

Fotoperiodična reakcija živih organizama je od velike adaptivne važnosti, jer je potrebno dosta vremena da se pripremi za doživljavanje nepovoljnih uvjeta ili, obrnuto, za najintenzivniju životnu aktivnost. Sposobnost reagiranja na promjene duljine dana osigurava rane fiziološke promjene i prilagodbu ciklusa sezonske smjene Uvjeti. Ritam dana i noći djeluje kao signal nadolazećih promjena klimatskih čimbenika koji imaju snažan izravan utjecaj na živi organizam (temperatura, vlaga, itd.). Za razliku od drugih čimbenika okoliša, ritam osvjetljenja utječe samo na one značajke fiziologije, morfologije i ponašanja organizama koje su sezonske prilagodbe u njihovom životnom ciklusu. Slikovito govoreći, fotoperiodizam je reakcija tijela na budućnost.

Iako se fotoperiodizam javlja u svim velikim sustavnim skupinama, nije karakterističan za sve vrste. Postoje mnoge vrste s neutralnim fotoperiodskim odgovorom, kod kojih fiziološke promjene u razvojnom ciklusu ne ovise o duljini dana. Takve su vrste ili razvile druge metode regulacije životni ciklus(npr. otpornost biljaka na zimu), 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 su vremenski produženi, a na stablu se istovremeno nalaze i cvjetovi i plodovi. U umjerenoj klimi vrste koje uspiju brzo završiti svoj životni ciklus i praktički se ne nalaze u aktivnom stanju tijekom nepovoljnih godišnjih doba također ne pokazuju fotoperiodičke reakcije, na primjer, mnoge efemerne biljke.

Postoje dvije vrste fotoperiodičnog odgovora: kratkodnevni i dugodnevni. Poznato je da duljina dnevnog svjetla, osim o godišnjem dobu, ovisi i o geografskom položaju područja. Vrste kratkog dana žive i rastu uglavnom u niskim geografskim širinama, dok vrste dugog dana žive i rastu u umjerenim i visokim geografskim širinama. Kod vrsta s velikim rasponima, sjeverni pojedinci mogu se razlikovati u vrsti fotoperiodizma od južnih. Dakle, tip fotoperiodizma je ekološka, ​​a ne sustavna značajka vrste.

Kod dugodnevnih biljaka i životinja, povećanje proljetnih i ranih ljetnih dana potiče procese rasta i pripremu za razmnožavanje. Skraćivanje dana u drugoj polovici ljeta i jeseni uzrokuje inhibiciju rasta i pripremu za zimu. Dakle, otpornost na mraz djeteline i lucerne mnogo je veća kada se biljke uzgajaju na kratke dane nego na duge. Drveće koje raste u gradovima u blizini uličnih svjetiljki doživljava duže jesenske dane, zbog čega je opadanje lišća odgođeno i veća je vjerojatnost da će patiti od ozeblina.

Istraživanja su pokazala da su biljke kratkog dana posebno osjetljive na fotoperiod, budući da duljina dana u njihovoj domovini malo varira tijekom godine, a sezonske klimatske promjene mogu biti vrlo značajne. Kod tropskih vrsta, fotoperiodični odgovor ih priprema za sušnu i kišnu sezonu. Neke sorte riže na Šri Lanki, gdje je ukupna godišnja promjena u duljini dana kraća od jednog sata, bilježe čak i male razlike u ritmu svjetlosti, što određuje vrijeme njihove cvatnje.

Fotoperiodizam insekata može biti ne samo izravan, već i neizravan. Na primjer, kod kupusne muhe zimska dijapauza nastaje pod utjecajem kvalitete hrane koja varira ovisno o fiziološkom stanju biljke.

Duljina dnevnog svjetla, koja osigurava prijelaz u sljedeću fazu razvoja, naziva se kritična duljina dana za ovu fazu. Kako geografska širina raste, kritična duljina dana se povećava. Na primjer, prijelaz u dijapauzu jabučnog pupoljka na geografskoj širini od 32° događa se kada je dnevna svjetlost 14 sati, 44°-16 sati, 52°-18 sati.Kritična duljina dana često služi kao prepreka geografskoj širini. kretanje biljaka i životinja i njihovo unošenje .

Fotoperiodizam biljaka i životinja nasljedno je utvrđeno, genetski određeno svojstvo. Međutim, fotoperiodična reakcija se manifestira samo pod određenim utjecajem drugih čimbenika okoliša, na primjer, u određenom temperaturnom rasponu. Pod određenom kombinacijom uvjeta okoliša, moguće je prirodno raspršivanje vrsta u neuobičajene geografske širine, unatoč vrsti fotoperiodizma. Dakle, u visokoplaninskim tropskim krajevima ima mnogo biljaka imati dug dan, ljudi iz umjerene klime.

U praktične svrhe, duljina dnevnog svjetla mijenja se pri uzgoju usjeva u zatvorenom tlu, kontroliranju trajanja osvjetljenja, povećanju proizvodnje jaja kod pilića i reguliranju reprodukcije krznenih životinja.

Prosječna dugoročna razdoblja razvoja organizama određena su prvenstveno klimom područja; njima su prilagođene reakcije fotoperiodizma. Odstupanja od ovih datuma uvjetuju vremenski uvjeti. Kada se vremenski uvjeti promijene, vrijeme pojedinih faza može se promijeniti u određenim granicama. To je posebno izraženo kod biljaka i poikilotermnih životinja.’ Dakle, biljke koje nisu dobile potrebnu količinu efektivne temperature, ne može cvjetati ni u uvjetima fotoperioda koji stimuliraju prijelaz u generativno stanje. Na primjer, u moskovskoj regiji breze cvjetaju u prosjeku 8. svibnja kada zbroj efektivnih temperatura dostigne 75 °C. Međutim, u godišnjim odstupanjima, vrijeme njegovog cvjetanja varira od 19. travnja do 28. svibnja. Homeotermne životinje reagiraju na vremenske uvjete promjenom ponašanja, datuma gniježđenja i migracija.

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

Prema Hopkinsovom bioklimatskom zakonu, koji je izveo u odnosu na uvjete Sjeverne Amerike, vrijeme početka raznih sezonskih pojava (fenodat) razlikuje se u prosjeku za 4 dana za svaki stupanj zemljopisne širine, za svakih 5 stupnjeva zemljopisne dužine i za 120 m nadmorske visine, tj. Što je teren sjevernije, istočnije i viši, proljeće nastupa kasnije, a jesen ranije. Osim toga, fenološki datumi ovise o lokalnim uvjetima (reljef, ekspozicija, udaljenost od mora i dr.). U Europi se vrijeme početka sezonskih događaja mijenja za svaki stupanj geografske širine ne za 4, već za 3 dana. Spajanjem točaka na karti s istim fenodatima dobivaju se izolinije koje odražavaju prednju stranu nastupa proljeća i nastupa sljedećih sezonskih pojava. To je od velike važnosti za planiranje mnogih gospodarskih djelatnosti, a posebice poljoprivrednih radova.

U procesu evolucije svaka je vrsta razvila karakterističan godišnji ciklus intenzivnog rasta i razvoja, razmnožavanja, pripreme za zimu i zimovanja. Taj se fenomen naziva biološkim ritmom. Podudarnost svakog razdoblja životnog ciklusa s odgovarajućim godišnjim dobom presudna je za postojanje vrste.

Najuočljivija povezanost svih fizioloških pojava u tijelu je sa sezonskim promjenama temperature. No iako utječe na brzinu životnih procesa, ipak ne služi kao glavni regulator sezonskih pojava u prirodi. Biološki procesi Pripreme za zimnicu počinju ljeti, kada su visoke temperature. Na visokim temperaturama insekti još uvijek padaju u stanje hibernacije, ptice počinju linjati i pojavljuje se želja za migracijom. Dakle, neki drugi uvjeti, a ne temperatura, utječu na sezonsko stanje organizma.

Glavni čimbenik u regulaciji sezonskih ciklusa kod većine biljaka i životinja je promjena duljine dana. Reakcija organizma na duljinu dana naziva se fotoperiodizam . Važnost fotoperiodizma može se vidjeti iz pokusa prikazanog na slici 35. Pod 24-satnom umjetnom rasvjetom ili duljinom dana duljeg od 15 sati, sadnice breze kontinuirano rastu bez opadanja lišća. Ali pri osvjetljenju 10-12 sati dnevno rast sadnica prestaje čak i ljeti, ubrzo opada lišće i nastupa zimsko mirovanje, kao pod utjecajem kratkog jesenjeg dana. Mnoge naše listopadne vrste drveća: vrba, bijeli bagrem, hrast, grab, bukva - s dugim danima postaju zimzeleni.

Slika 35. Utjecaj duljine dana na rast sadnica breze.

Duljina dana ne određuje samo početak zimskog mirovanja, već i druge sezonske pojave kod biljaka. Dakle, dugi dani potiču stvaranje cvjetova kod većine naših divljih biljaka. Takve biljke nazivamo biljkama dugog dana. Od kultiviranih to su raž, zob, većina sorti pšenice i ječma te lan. Međutim, neke biljke, uglavnom južnog podrijetla, kao što su krizanteme i dalije, trebaju kratke dane da procvjetaju. Stoga ovdje cvjetaju tek krajem ljeta ili jeseni. Biljke ove vrste nazivaju se biljke kratkog dana.

Utjecaj duljine dana također snažno utječe na životinje. Kod insekata i grinja duljina dana određuje početak zimskog mirovanja. Dakle, kada se gusjenice leptira kupusara drže u uvjetima dugog dana (više od 15 sati), leptiri ubrzo izlaze iz kukuljica i razvija se uzastopni niz generacija bez prekida. Ali ako se gusjenice drže na danu kraćem od 14 sati, tada se čak iu proljeće i ljeto dobivaju prezimljene kukuljice koje se ne razvijaju nekoliko mjeseci, unatoč dovoljnoj količini visoka temperatura. Ovakva reakcija objašnjava zašto u prirodi kukci ljeti, dok su dani dugi, mogu razviti nekoliko generacija, au jesen se razvoj uvijek zaustavlja u fazi zimovanja.

Kod većine ptica produljeni proljetni dani uzrokuju razvoj spolnih žlijezda i manifestaciju instinkata za gniježđenje. Skraćivanje dana u jesen uzrokuje linjanje, nakupljanje rezervnih masti i želju za seobom.

Duljina dana je signalni faktor koji određuje smjer bioloških procesa. Zašto su sezonske promjene u duljini dana postale tako važne u životu živih organizama?

Promjene u duljini dana uvijek su usko povezane s godišnjom temperaturnom varijacijom. Duljina dana stoga služi kao točan astronomski prediktor sezonskih promjena temperature i drugih uvjeta. To objašnjava zašto su pod utjecajem pokretačkih sila evolucije različite skupine organizama umjerenih geografskih širina razvile posebne fotoperiodičke reakcije – prilagodbe klimatskim promjenama u različito doba godine.

Fotoperiodizam- Ovo je uobičajena važna prilagodba koja regulira sezonske pojave kod velikog broja organizama.

Biološki sat

Proučavanje fotoperiodizma kod biljaka i životinja pokazalo je da se reakcija organizama na svjetlost temelji na izmjeni razdoblja svjetla i tame određenog trajanja tijekom dana. Reakcija organizama na duljinu dana i noći pokazuje da oni mogu mjeriti vrijeme, tj. biološki sat . Tu sposobnost imaju sve vrste živih bića, od jednostaničnih organizama do čovjeka.

Biološki satovi, osim sezonskih ciklusa, upravljaju i mnogim drugim biološkim pojavama čija je priroda donedavno ostala tajanstvena. Oni određuju ispravan dnevni ritam kako aktivnosti cijelih organizama tako i procesa koji se odvijaju čak i na staničnoj razini, posebice stanične diobe.

Upravljanje sezonskim razvojem životinja i biljaka

Razjašnjavanje uloge duljine dana i regulacije sezonskih pojava otvara velike mogućnosti za kontrolu razvoja organizama.

Različite tehnike kontrole razvoja koriste se za cjelogodišnji uzgoj povrtnih kultura i ukrasno bilje, tijekom zime i ranog tjeranja cvjetova, za ubrzanu proizvodnju presadnica. Predsjetvenim hladnim tretmanom sjemena postiže se klašenje ozimih usjeva tijekom proljetne sjetve, kao i cvatnja i plodonošenje već u prvoj godini mnogih dvogodišnjih biljaka. Povećanjem duljine dana moguće je povećati proizvodnju jaja kod ptica na farmama peradi.