Hogyan hat az évszakváltás az emberre: szezonális bioritmusok. – a szervezet reakciója az évszak változásaira

Az evolúció során minden fajban kialakult az intenzív növekedés és fejlődés, a szaporodás, a télre való felkészülés és a telelésre jellemző éves ciklus. Ezt a jelenséget biológiai ritmusnak nevezik. Az életciklus egyes időszakainak egybeesése az év megfelelő időszakával döntő jelentőségű a faj létezése szempontjából.

A test összes fiziológiai jelenségének legszembetűnőbb kapcsolata a hőmérséklet évszakos változásával van. De bár befolyásolja az életfolyamatok sebességét, mégsem szolgál a természet szezonális jelenségeinek fő szabályozójaként. Biológiai folyamatok A télre való felkészülés nyáron kezdődik, amikor magas a hőmérséklet. Magas hőmérsékleten a rovarok még mindig hibernált állapotba kerülnek, a madarak vedleni kezdenek, és megjelenik a vándorlási vágy. Következésképpen néhány egyéb körülmény, és nem a hőmérséklet befolyásolja a szervezet szezonális állapotát.

A legtöbb növénynél és állatnál a szezonális ciklusok szabályozásának fő tényezője a nappalok hosszának változása. Az élőlények reakcióját a nap hosszára ún fotoperiodizmus . A fotoperiodizmus jelentősége a 35. ábrán látható kísérletből is kitűnik. Mesterséges éjjel-nappali megvilágítás mellett, vagy 15 óránál hosszabb nappal a nyírfacsemeték folyamatosan nőnek, lombhullás nélkül. Napi 10-12 órás megvilágítás esetén azonban nyáron is leáll a palánták növekedése, hamarosan lehullanak a levelek, és beáll a téli nyugalom, mintha egy rövid őszi nap hatására. Számos lombos fafajunk: fűz, fehér akác, tölgy, gyertyán, bükk - hosszú nappalok örökzöldekké válnak.

A nap hossza nemcsak a téli nyugalom kezdetét határozza meg, hanem a növények egyéb szezonális jelenségeit is. Így a hosszú nap a legtöbbünkben elősegíti a virágképződést vadon élő növények. Az ilyen növényeket hosszúnapos növényeknek nevezzük. A termesztettek közül ide tartozik a rozs, a zab, a legtöbb búza- és árpafajta, valamint a len. Egyes, főleg déli eredetű növények, például krizantém, dáliák azonban megkövetelik rövid nap. Ezért itt csak nyár végén vagy ősszel virágoznak. Az ilyen típusú növényeket rövidnapos növényeknek nevezzük.

A nappalok hosszának hatása az állatokra is erősen hat. A rovaroknál és atkáknál a nap hossza határozza meg a téli nyugalom kezdetét. Így a káposztalepke hernyók körülmények között tartása során legyen hosszú napod(több mint 15 óra) a lepkék hamarosan előbújnak a bábokból, és nemzedékek egymást követő sorozata fejlődik ki megszakítás nélkül. De ha a hernyókat 14 óránál rövidebb napon tartják, akkor még tavasszal és nyáron is áttelelő bábokat kapnak, amelyek a meglehetősen magas hőmérséklet ellenére több hónapig nem fejlődnek. Ez a fajta reakció magyarázza, hogy a természetben nyáron, míg a nappalok hosszúak, a rovarok több generációt is kifejlődhetnek, ősszel pedig a fejlődés mindig a telelő szakaszban áll meg.

A legtöbb madárnál a hosszabbodó tavaszi napok okozzák az ivarmirigyek fejlődését és a fészkelő ösztönök megnyilvánulását. Az őszi nappalok rövidülése vedlést, tartalékzsírok felhalmozódását és vándorlási vágyat okoz.

A naphossz a biológiai folyamatok irányát meghatározó jelzőtényező. Miért váltak ilyenné a naphosszúság szezonális változásai? nagyon fontos az élő szervezetek életében?

A nappalok hosszának változása mindig szorosan összefügg az éves hőmérséklet-ingadozással. Ezért a nap hossza pontos csillagászati ​​hírnökül szolgál szezonális változások hőmérséklet és egyéb feltételek. Ez megmagyarázza, hogy a legtöbb különböző csoportok mérsékelt szélességi élőlények hatása alatt vezető erők evolúció, speciális fotoperiodikus reakciók alakultak ki - alkalmazkodás a klímaváltozásokhoz az év különböző időszakaiban.

Fotoperiodizmus- Ez egy gyakori fontos alkalmazkodás, amely szabályozza a szezonális jelenségeket sokféle organizmusban.

A biológiai óra

A növények és állatok fotoperiodizmusának vizsgálata kimutatta, hogy az élőlények fényre adott reakciója a nap folyamán bizonyos időtartamú váltakozó fény- és sötétségi periódusokon alapul. Az élőlények reakciója a nappal és az éjszaka hosszára azt mutatja, hogy képesek mérni az időt, vagyis van némi biológiai óra . Minden típusú élőlény rendelkezik ezzel a képességgel, az egysejtű szervezetektől az emberekig.

A biológiai órák a szezonális ciklusokon kívül számos más biológiai jelenséget is irányítanak, amelyek természete egészen a közelmúltig titokzatos maradt. Meghatározzák mind a teljes élőlények tevékenységének, mind a sejtszinten is lezajló folyamatoknak, különösen a sejtosztódásnak a helyes napi ritmusát.

Az állatok és növények szezonális fejlődésének irányítása

A naphossz szerepének tisztázása és a szezonális jelenségek szabályozása nagy lehetőségeket nyit meg az élőlények fejlődésének szabályozásában.

Különféle fejlődésszabályozási technikákat alkalmaznak a zöldségnövények egész évben történő termesztésére és dísznövények, télen és korai virágzás során, a palántanevelés felgyorsítására. A vetőmagok vetés előtti hidegkezelése a tavaszi vetés során eléri a téli vetemények kijutását, valamint számos kétéves növény virágzását és termését már az első évben. A naphossz növelésével lehetőség nyílik a baromfitelepeken a madarak tojástermelésének növelésére.

Az élő természet egyik alapvető tulajdonsága a legtöbb benne lezajló folyamat ciklikussága. Összefüggés van az égitestek mozgása és a Földön élő szervezetek között.

Az élő szervezetek nemcsak a nap és a hold fényét és hőjét rögzítik, hanem különféle mechanizmusokkal is rendelkeznek, amelyek pontosan meghatározzák a Nap helyzetét, reagálnak az árapály ritmusára, a holdfázisokra és bolygónk mozgására. A nap hosszához és az évszakok változásához időzített ritmusban nőnek és szaporodnak, amit viszont a Föld Nap körüli mozgása határoz meg. Az életciklus fázisainak egybeesése az évszakkal, amelyhez alkalmazkodtak, döntő fontosságú a faj létezése szempontjából. Folyamatban történelmi fejlődés a természetben előforduló ciklikus jelenségeket az élő anyag észlelte és asszimilálta, és az élőlények kifejlesztették azt a képességet, hogy időszakosan megváltoztassák élettani állapotukat.

A test bármely állapotának egyenletes időbeli váltakozását ún biológiai ritmus.

Vannak külső (exogén), földrajzi természetűek és követők ciklikus változások a külső környezetben, és a test belső (endogén), vagy fiziológiai ritmusaiban.

A külső ritmusok földrajzi természetűek, a Földnek a Naphoz, a Holdnak a Földhöz viszonyított forgásához kapcsolódnak.

Bolygónkon számos környezeti tényező, elsősorban a fényviszonyok, a hőmérséklet, a légnyomás és páratartalom, a légkör elektromágneses mezője, a tengeri árapály stb., természetesen megváltozik ennek a forgásnak a hatására. Az élő szervezetekre olyan kozmikus ritmusok is hatással vannak, mint például a naptevékenység időszakos változásai. A Napot 11 éves és számos más ciklus jellemzi. A napsugárzás változásai jelentős hatással vannak bolygónk éghajlatára. Az abiotikus tényezők ciklikus hatásán túlmenően a külső ritmusok bármely szervezet számára a tevékenység természetes változásai, valamint más élőlények viselkedése is.

A belső, fiziológiai ritmusok történelmileg alakultak ki. A szervezetben egyetlen élettani folyamat sem megy végbe folyamatosan. A ritmikusságot a sejtek DNS- és RNS-szintézisének folyamataiban, a fehérjeszintézisben, az enzimek munkájában és a mitokondriumok aktivitásában fedezték fel. Sejtosztódás, izomösszehúzódás, mirigyműködés belső szekréció, szívverés, légzés, idegrendszer ingerlékenysége, vagyis a test összes sejtjének, szervének és szövetének munkája egy bizonyos ritmusnak engedelmeskedik. Minden rendszernek megvan a maga időszaka. A környezeti tényezők hatása csak szűk határok között változtathatja meg ezt az időszakot, egyes folyamatok esetében pedig szinte lehetetlen. Ezt a ritmust hívják endogén.

A test belső ritmusai alárendeltek, integrált rendszerbe integrálódnak, és végső soron a test viselkedésének általános periodicitása formájában jelennek meg. A test mintegy visszaszámolja az időt, ritmikusan hajtja végre élettani funkcióit. Mind a külső, mind a belső ritmusok esetében a következő fázis kezdete elsősorban az időtől függ. Ezért az idő az egyik legfontosabb környezeti tényező, amelyre az élő szervezeteknek reagálniuk kell, alkalmazkodva a természet külső ciklikus változásaihoz.

Az élőlények élettevékenységének változásai gyakran egybeesnek a külső, földrajzi ciklusokkal. Ezek között vannak adaptív biológiai ritmusok - napi, árapály, megegyezik a holdhónappal, éves. Nekik köszönhetően a szervezet legfontosabb biológiai funkciói (táplálkozás, növekedés, szaporodás stb.) egybeesnek a legkedvezőbb nap- és évszakokkal.

Napi rendszer. Naponta kétszer, hajnalban és napnyugtakor olyannyira megváltozik az állatok és növények tevékenysége bolygónkon, hogy az sokszor szinte teljes, képletesen szólva a „szereplők” cseréjéhez vezet. Ez az úgynevezett napi ritmus, amelyet a Föld tengelye körüli forgása miatti megvilágítás időszakos változása okoz. A zöld növényekben a fotoszintézis csak a nappali órákban megy végbe. A növényekben a virágok nyílását és zárását, a levelek felemelkedését és süllyesztését, a légzés maximális intenzitását, a koleoptilis növekedési ütemét stb. gyakran egy bizonyos napszakra időzítik.

Megjegyzés be körök láthatók hozzávetőleges idő virágok nyitása és zárása különböző növényekben

Egyes állatfajok csak napfényben aktívak, míg mások éppen ellenkezőleg, elkerülik. A nappali és az éjszakai életmód közötti különbségek összetett jelenségek, amelyek az evolúció során kialakuló különféle fiziológiai és viselkedésbeli alkalmazkodással járnak. Az emlősök általában éjszaka aktívabbak, de vannak kivételek, például az emberek: az emberi látás, akárcsak a majmoké, alkalmazkodott a napfény. 100 felett élettani funkciók befolyásolja az embereknél megfigyelt napi gyakoriság: alvás és ébrenlét, testhőmérséklet-változások, pulzusszám, légzés mélysége és gyakorisága, térfogat és kémiai összetétel vizelet, izzadás, izom- és szellemi teljesítmény stb. Így a legtöbb állatot két fajcsoportra osztják - nappalÉs éjszaka, gyakorlatilag soha nem találkoztak egymással.

A nappali állatok (a legtöbb madár, rovar és gyík) napnyugtakor elalszanak, és a világ tele van éjszakai állatokkal (sün, denevér, bagoly, a legtöbb macska, fűbéka, csótány stb.). Vannak olyan állatfajok, amelyek nappali és éjszakai aktivitása megközelítőleg azonos, váltakozó rövid pihenő- és ébrenléti időszakokkal. Ezt a ritmust hívják többfázisú(számos ragadozó, sok cickány stb.).

A napi ritmus jól látható a nagy vízrendszerek lakóinak életében - óceánok, tengerek, nagy tavak. A Zooplankton naponta vertikálisan vándorol, éjszaka emelkedik a felszínre, nappal pedig leszáll. A zooplanktont követve a rajta táplálkozó nagyobb állatok fel-le mozognak, mögöttük pedig még nagyobb ragadozók. Úgy gondolják, hogy a plankton élőlények függőleges mozgása számos tényező hatására következik be: fény, hőmérséklet, víz sótartalma, gravitáció és végül egyszerűen éhség. A legtöbb tudós szerint azonban a megvilágítás továbbra is elsődleges, mivel változása megváltoztathatja az állatok gravitációra adott reakcióját.

Sok állatnál a napi gyakoriság nem jár jelentős eltérésekkel az élettani funkciókban, hanem főként a motoros aktivitás változásaiban nyilvánul meg, például rágcsálóknál. A napközbeni élettani változások leginkább a denevéreknél figyelhetők meg. Nyáron a nappali pihenőidőben sok denevér poikilotermikus állatként viselkedik. Testhőmérsékletük ekkor gyakorlatilag egybeesik a környezet hőmérsékletével. A pulzus, a légzés és az érzékszervek ingerlékenysége élesen csökken. Felszállásra riasztott denevér a kémiai hőtermelés miatt hosszú ideig felmelegszik. Este és éjszaka - ezek tipikus homeoterm emlősök magas hőmérsékletű test, aktív és precíz mozdulatok, gyors reakció a zsákmányra és az ellenségre.

Egyes élőlényfajoknál az aktivitási periódusok egy szigorúan meghatározott napszakra korlátozódnak, míg másoknál a helyzettől függően változhatnak. Például a sötétítő bogarak vagy a sivatagi erdei tetvek tevékenysége áttolódik a más idő napon a talajfelszín hőmérsékletétől és páratartalmától függően. Kora reggel és este (kétfázisú ciklus), vagy csak éjszaka (egyfázisú ciklus), vagy egész nap bújnak elő odúikból. Egy másik példa. A sáfrány virágainak kinyílása a hőmérséklettől, a pitypang virágoké a fénytől függ: felhős napon nem nyílnak ki a kosarak. Az endogén cirkadián ritmusok kísérletileg megkülönböztethetők az exogén ritmusoktól. A külső feltételek (hőmérséklet, fény, páratartalom stb.) teljes állandósága mellett sok faj továbbra is fennmarad hosszú idő ciklusok időszakában a napi. Így Drosophilában egy ilyen endogén ritmus több tíz generáció óta megfigyelhető. Következésképpen az élő szervezetek alkalmazkodtak a külső környezet ingadozásainak érzékeléséhez, és ehhez igazították élettani folyamataikat. Ez elsősorban három tényező hatására történt - a Föld forgása a Naphoz, a Holdhoz és a csillagokhoz képest. Ezeket a tényezőket egymásra helyezve az élő szervezetek egy 24 órás periódusnak közeli, de nem pontosan megfelelő ritmusként érzékelték. Ez volt az egyik oka annak, hogy az endogén biológiai ritmusok némileg eltértek a pontos napi periódustól. Ezeket az endogén ritmusokat ún cirkadián(latin circa - körül és meghal - nap, nap) szóból, azaz közeledik a cirkadián ritmushoz.

U különböző típusokés még ugyanazon faj különböző egyedeiben is a cirkadián ritmusok általában eltérő időtartamúak, de a fény és a sötétség megfelelő váltakozása hatására akár 24 órával is egyenlővé válhatnak. Így ha a repülőmókusok (Pebromys volans) folyamatosan teljes sötétségben vannak, majd mind felébrednek, és eleinte egyszerre, de hamarosan különböző időpontokban aktív életmódot folytatnak, és ugyanakkor mindenki fenntartja a saját ritmusát. Amikor helyreáll a nappal és az éjszaka helyes váltakozása, a repülő mókusok alvási és ébrenléti időszakai ismét szinkronba kerülnek. Ebből az a következtetés vonható le, hogy a külső ingerek (a nappal és az éjszaka változása) szabályozzák a veleszületett cirkadián ritmust, és közelebb hozzák a 24 órás periódushoz.

A cirkadián ritmus által meghatározott viselkedési sztereotípia elősegíti az élőlények létezését a napi környezeti változások során. Ugyanakkor, amikor a növények és állatok elterjednek, és földrajzi körülmények között találják magukat, eltérő nappal és éjszaka ritmusával, egy erős sztereotípia kedvezőtlen lehet. Bizonyos típusú élőlények szétterjedési képességét gyakran korlátozza cirkadián ritmusuk mély rögzítése.

A Földön és a Napon kívül van még egy égitest, amelynek mozgása jelentősen befolyásolja bolygónk élő szervezeteit - ez a Hold. Számos népnél vannak jelek, amelyek a Hold hatásáról beszélnek a mezőgazdasági termények, a természetes rétek és legelők termőképességére, valamint az emberek és állatok viselkedésére. Perioditása megegyezik a holdhónappal mint endogén ritmust azonosították mind a földi, mind a vízi élőlények. Amikor a Hold bizonyos fázisaihoz kapcsolódnak, a periodicitás számos chironomid szúnyog és májusi légkör rajzásában, a japán crinoidák és a sokszínű férgek (Eunice viridis) szaporodásában nyilvánul meg. Így a Csendes-óceán korallzátonyaiban élő tengeri soklevelű férgek, a palo szokatlan szaporodási folyamatában a holdfázisok az óra szerepét töltik be. A férgek szaporodási sejtjei évente egyszer, megközelítőleg ugyanabban az időben érnek - egy bizonyos nap egy bizonyos órájában, amikor a Hold az utolsó negyedévben van. Hátsó vég a féreg csírasejtekkel teli teste leszakad és a felszínre úszik. A peték és a spermiumok felszabadulnak, és megtermékenyítés történik. A test felső fele, amely a korallzátony üregében marad, a következő évre ismét megnöveli az alsó felét nemi sejtekkel. A holdfény intenzitásának időszakos változása a hónap során befolyásolja más állatok szaporodását. A malajziai óriás erdei patkányok két hónapos vemhessége általában telihold körül kezdődik. Lehetséges, hogy az erős holdfény ezeknél az éjszakai állatoknál serkenti a fogantatást.

A holdhónappal megegyező periodicitást számos állatnál észleltek a fényre és a gyengeségre adott reakciókban mágneses mezők, tájékozódási sebességben. Feltételezték, hogy a telihold a maximális érzelmi feldobott időszakot jelzi az emberekben; 28 nap menstruációs ciklus a nőket az emlősök őseitől örökölhették, akiknek testhőmérséklete a Hold változó fázisaival szinkronban változott.

Árapály ritmusok. A Hold hatása elsősorban a bolygónk tengereiben és óceánjaiban élő vízi élőlények életét érinti, és az árapályokhoz kapcsolódik, amelyek létezésüket a Hold és a Nap közös vonzásának köszönhetik. A Hold mozgása a Föld körül ahhoz a tényhez vezet, hogy az árapálynak nemcsak napi, hanem havi ritmusa is van. Az árapály körülbelül 14 naponta egyszer éri el maximális magasságát, amikor a Nap és a Hold egy vonalban van a Földdel, és maximális hatást gyakorolnak az óceán vizeire. Az árapály ritmusa leginkább a part menti vizekben élő szervezeteket érinti. Az apályok és áramlások váltakozása az élő szervezetek számára itt fontosabb, mint a nappal és az éjszaka változása, amelyet a Föld forgása és a Föld tengelyének ferde helyzete okoz. Az elsősorban a tengerparti zónában élő szervezetek élete ki van téve ennek az összetett apály- és apályritmusnak. Így a Kalifornia partjainál élő grunin hal fiziológiája olyan, hogy a legmagasabb éjszakai árapálykor a partra vetik őket. A homokba temetett farkukkal a nőstények petéit rakják, majd a hímek megtermékenyítik, majd a halak visszatérnek a tengerbe. Ahogy a víz visszahúzódik, a megtermékenyített peték a fejlődés minden szakaszán átmennek. Az ivadék kikelése fél hónap után következik be, és a következő dagályra időzítik.

Szezonális gyakoriság az élő természet egyik leggyakoribb jelensége. Az évszakok folyamatos változása, amelyet a Föld Nap körüli forgása okoz, mindig elragadtatja és lenyűgözi az embert. Tavasszal minden élőlény felébred a mély álomból, ahogy a hó elolvad és a nap jobban süt. Kipattannak a rügyek és virágoznak a fiatal levelek, fiatal állatok kúsznak ki a lyukakból, a délről hazatérő rovarok és madarak surrognak a levegőben. Az évszakok változása leginkább a mérsékelt éghajlati övezetekben és az északi szélességi körökben jelentkezik, ahol igen jelentős a kontraszt a különböző évszakok meteorológiai viszonyai között. Az állatok és növények életének periodikussága a meteorológiai viszonyok éves változásaihoz való alkalmazkodásuk eredménye. Ez abban nyilvánul meg, hogy élettevékenységükben egy bizonyos éves ritmus alakul ki, amely összhangban van a meteorológiai ritmussal. Be kell alacsony hőmérsékletek V őszi időszak a melegben pedig a tenyészidőszakban azt jelenti, hogy a mérsékelt szélességi körökhöz tartozó növények számára nem csak az általános hőmennyiség számít, hanem annak bizonyos időbeli eloszlása ​​is. Tehát, ha a növények ugyanannyi hőt kapnak, de másképp oszlanak el: az embernek meleg a nyár és hideg tél, a másik pedig állandó átlaghőmérsékletnek felel meg, akkor normális fejlődés csak az első esetben lesz, bár a teljes hőmennyiség mindkét lehetőségnél azonos.

A mérsékelt szélességi körökben a növényeknek az év során hideg és meleg időszakok váltakozásának szükségességét ún szezonális termoperiodizmus.

A szezonális gyakoriságban gyakran a nappalok hosszának növekedése a döntő tényező. A nap hossza egész évben változó: júniusban a nyári napfordulón süt a legtovább a nap, decemberben a téli napfordulón a legrövidebb.

Számos élő szervezet rendelkezik speciális fiziológiai mechanizmusokkal, amelyek reagálnak a nap hosszára, és ennek megfelelően változtatják viselkedésüket. Például míg a nap hossza 8 óra, addig a Szaturnia pillangó bábja nyugodtan alszik, hiszen kint még tél van, de amint hosszabbodik a nap, különleges idegsejtek a báb agyában elkezdenek kiválasztani egy speciális hormont, amely felébreszti.

Egyes emlősök bundájának évszakos változásait a nappal és az éjszaka relatív hossza is meghatározza, és alig vagy egyáltalán nincs hatással a hőmérsékletre. Így azáltal, hogy fokozatosan mesterségesen csökkentették a nappali fényidőt a kikerítésben, a tudósok az őszt utánozták, és biztosították, hogy a fogságban tartott menyétek és menyétek idő előtt fehér télire cseréljék barna nyári öltözéküket.

Általánosan elfogadott, hogy négy évszak van (tavasz, nyár, ősz, tél). A mérsékelt égövi közösségeket vizsgáló ökológusok általában hat évszakot különböztetnek meg, amelyek a közösségek faji tartományában különböznek: tél, kora tavasz, késő tavasz, kora nyár, késő nyár és ősz. A madarak nem tartják be az év általánosan elfogadott négy évszakra való felosztását: a madárközösség összetétele, amely egy adott terület állandó lakóit és az itt telelő vagy nyarat töltő madarakat egyaránt magában foglalja, folyamatosan változik, a madarak elérik a maximumot. száma tavasszal és ősszel a vándorlás során. Az Északi-sarkvidéken valójában két évszak van: egy kilenc hónapos téli és három nyári hónap, amikor a nap nem megy le a horizonton túlra, a talaj felolvad, és élet ébred a tundrában. Ahogy a pólustól az Egyenlítő felé haladunk, az évszakváltást egyre kevésbé a hőmérséklet, egyre inkább a páratartalom határozza meg. A mérsékelt övi sivatagokban a nyár az az időszak, amikor az élet megáll, és kora tavasszal és késő ősszel virágzik.

Az évszakváltás nemcsak a bőséges vagy táplálékhiányos időszakokkal jár, hanem a szaporodás ritmusával is. A háziállatoknál (tehén, ló, juh) és a mérsékelt égöv természetes környezetében élő állatoknál az utódok általában tavasszal jelennek meg, és a legkedvezőbb időszakban nőnek fel, amikor a legtöbb. növényi táplálék. Ezért felmerülhet az ötlet, hogy tavasszal minden állat szaporodik.

Sok kisemlős (egerek, pocok, lemmingek) szaporodása azonban gyakran nem rendelkezik szigorúan szezonális mintázattal. A táplálék mennyiségétől és bőségétől függően a szaporodás tavasszal, nyáron és télen is előfordulhat.

A természetben a napi és szezonális ritmusok mellett megfigyelhető .hosszú távú gyakoriság biológiai jelenségek. Az időjárás változásai, a naptevékenység hatására bekövetkező természetes változás határozza meg, és a produktív és szegény évek váltakozása, a populációk bőséges vagy szűkös évei fejezik ki.

50 évnyi megfigyelés alatt D. I. Malikov öt nagy változási hullámot észlelt az állatállomány számában, vagy annyit, ahány napciklus volt (7.8. ábra). Ugyanez az összefüggés mutatkozik meg a tejhozam ciklikus változásaiban, a hús-, gyapjú- és juhfélék éves növekedésében, valamint a mezőgazdasági termelés egyéb mutatóiban.

Az influenzavírus tulajdonságaiban bekövetkező változások gyakorisága a naptevékenységhez kapcsolódik.

Az előrejelzés szerint az influenzával kapcsolatos viszonylag nyugodt időszak után a 80-as évek elején. XX század 2000 óta terjedésének intenzitásának meredek növekedése várható.

Vannak 5-6 és 11 éves, valamint 80-90 éves vagy világi naptevékenységi ciklusok. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy bizonyos mértékig megmagyarázzuk az állatok tömeges szaporodásának és a növények növekedésének időszakainak egybeesését a naptevékenység időszakaival.

A cirkadián és cirkadián ritmusok alapozzák meg a szervezet időérzékelési képességét. Az ilyen időszakos tevékenységért felelős mechanizmust, legyen szó táplálkozásról vagy szaporodásról, „biológiai órának” nevezik. A számos növény és állat életét irányító biológiai órák elképesztő pontossága a tudósok kutatásának tárgya különböző országok béke.

Amint az a fenti görbékből látható, a hüvelyesek levelei éjszaka elhervadnak, napközben pedig ismét kiegyenesednek. A patkányok tevékenységi ütemterve egymás után váltakozó téglalap alakú gödrökből (nappal - a patkány alszik) és egy fennsíkból (éjszaka - a patkány ébren van) áll. A házi legyek többnyire reggel kelnek ki bábukból. Ennek az alkalmazkodásnak olyan mély gyökerei vannak, hogy a legyek még állandó fény-, hőmérséklet- és páratartalom mellett is megtartják jellegzetes periodikus viselkedésüket.

Számos állat – különféle madárfajok, teknősök, méhek stb. – navigál az utazásai során mennyei testek. Úgy tűnik, hogy ehhez nem csak jó memóriával kell rendelkeznie, amely lehetővé teszi a Nap vagy más világítótestek helyzetének emlékezését, hanem valami kronométerhez hasonló dologra is, amely megmutatja, mennyi időbe telt, amíg a Nap és a csillagok új helyet foglalnak el az ég. Az ilyen belső biológiai órával rendelkező élőlényeknek van még egy előnyük: képesek „előre látni” a rendszeresen ismétlődő eseményeket, és ennek megfelelően felkészülni a közelgő változásokra. Így a belső órájuk segít a méheknek, hogy a tegnap meglátogatott virághoz repüljenek, pontosan abban az időben, amikor az virágzik. Annak a virágnak, amelyet a méh meglátogat, van valamiféle belső órája is, valamiféle belső órája, amely jelzi a virágzás idejét. Mindenki tud saját biológiai órájának létezéséről. Miután több egymást követő napon az ébresztőóra hangjára ébred, gyorsan megszokja az ébredést előtt, mint hívni fogja. Manapság különböző nézetek léteznek a biológiai óra természetéről, működési elvéről, de egy biztos - valóban léteznek és elterjedtek az élő természetben. Bizonyos belső ritmusok az emberben rejlenek. Kémiai reakciók testében bizonyos gyakorisággal fordulnak elő, mint fentebb látható. Még alvás közben is elektromos tevékenység Az emberi agy 90 percenként változik.

A biológiai óra számos tudós szerint egy másik környezeti tényező, amely korlátozza az élőlények tevékenységét. Az állatok és növények szabad elterjedését nem csak a környezeti korlátok nehezítik, nem csak versengés és szimbiotikus kapcsolatok kötik élőhelyükhöz, elterjedési határaikat nemcsak az alkalmazkodások határozzák meg, hanem viselkedésüket közvetetten is szabályozzák. belső A biológiai óra, távoli égitestek mozgása.

Évszakok Ezek az évszakok eltérőek az időjárásban és a hőmérsékletben. Az éves ciklustól függően változnak. A növények és állatok jól alkalmazkodnak ezekhez az évszakos változásokhoz.

Évszakok a Földön

A trópusokon soha nincs túl hideg vagy nagyon meleg, csak két évszak van: az egyik nedves és esős, a másik száraz. Az Egyenlítő (a képzeletbeli középvonal) közelében egész évben meleg és párás.

A mérsékelt égövi övezetekben (a trópusokon kívül) van tavasz, nyár, ősz és tél. Általában minél közelebb van az Északi- vagy Déli-sarkhoz, annál hűvösebb a nyár és hidegebb a tél.

Szezonális változások a növényekben

A zöld növényeknek napfényre és vízre van szükségük tápanyagok képzéséhez és növekedéséhez. Leginkább tavasszal és nyáron vagy nedves időszakokban nőnek. Másképp bírják a telet ill száradási idő az év ... ja. Sok növény rendelkezik az úgynevezett pihenőidővel. Sok növény tápanyagokat halmoz fel a föld alatt elhelyezkedő megvastagodott részekben. Az övék föld feletti rész elpusztul, a növény tavaszig pihen. A sárgarépa, a hagyma és a burgonya olyan tápanyag-tároló növények, amelyeket az emberek használnak.

Például a tölgy és a bükk ősszel lehullatja a leveleit, mert nincs elég napfény a levelekben való kialakulásához tápanyagok. Télen pihennek, tavasszal pedig új levelek jelennek meg rajtuk.

Örökzöld fák mindig levelekkel borítják, amelyek soha nem esnek le. További információ az örökzöld és lombhullató fákról.

Néhány örökzöld fának, például a fenyőnek és a lucfenyőnek hosszú, vékony levelei vannak, amelyeket tűknek neveznek. Sok örökzöld fa messze északon nő, ahol a nyár rövid és hűvös, a tél pedig kemény. Lombozatuk megőrzésével a tavasz beköszöntével azonnal növekedésnek indulhatnak.

A sivatagok általában nagyon szárazak, néha egyáltalán nem esik, néha pedig nagyon rövid esős évszakok vannak. A magvak csak az esős évszakban csíráznak és hoznak új hajtásokat. A növények nagyon gyorsan virágoznak és magokat termelnek. Felhalmozzák a tápanyagokat

Szezonális változások az állatokban

Egyes állatok, például a hüllők csökkentik aktivitásukat és elalszanak, hogy túléljék a hideg vagy száraz évszakot. Amikor melegebb lesz, visszatérnek aktív képélet. Más állatok másként viselkednek, megvannak a maguk módjai a túlélésre a zord időszakokban.

Egyes állatok, például a dormouse, egész télen alszanak. Ezt a jelenséget hibernálásnak nevezik. Egész nyáron esznek, zsírt halmoznak fel, hogy télen evés nélkül aludjanak.

A legtöbb emlős és madár tavasszal hozza világra fiókáit, amikor mindenütt bőven van táplálék, így tél előtt van idejük felnőni, megerősödni.

Sok állat és madár hosszú utakra, úgynevezett vándorlásra vállalkozik olyan helyekre, ahol évről évre több a táplálék. Például a fecskék tavasszal fészket raknak Európában, ősszel pedig Afrikába repülnek. Tavasszal, amikor nagyon száraz lesz Afrikában, visszatérnek.

A karibu (Európában és Ázsiában rénszarvasnak hívják) szintén vándorol, nyaraikat az Északi-sarkkörön töltik. Hatalmas csordák esznek füvet és más apró növényeket, ahol a jég elolvad. Ősszel délre költöznek az örökzöld erdőterületre, és olyan növényeket esznek, mint a moha és a zuzmó, amelyek a hó alatt vannak.

Az élőlények válaszát a naphossz évszakos változásaira fotoperiodizmusnak nevezzük. Megnyilvánulása nem a megvilágítás intenzitásától függ, hanem csak a sötét és világos napszakok váltakozásának ritmusától.

Az élő szervezetek fotoperiodikus reakciója nagy adaptációs jelentőséggel bír, hiszen meglehetősen jelentős időbe telik a felkészülés a kedvezőtlen körülmények tapasztalására, vagy éppen ellenkezőleg, a legintenzívebb élettevékenységre. A naphossz változásaira való reagálási képesség biztosítja a korai élettani változásokat és a ciklus alkalmazkodását a körülmények szezonális változásaihoz. A nappal és éjszaka ritmusa jelzi az éghajlati tényezők közelgő változásait, amelyek erős közvetlen hatással vannak az élő szervezetre (hőmérséklet, páratartalom stb.). Más környezeti tényezőktől eltérően a világítás ritmusa az élőlények fiziológiájának, morfológiájának és viselkedésének csak azokat a jellemzőit érinti, amelyek életciklusukban szezonális alkalmazkodást jelentenek. Képletesen szólva, a fotoperiodizmus a szervezet reakciója a jövőre.

Bár a fotoperiodizmus minden nagy szisztematikus csoportban előfordul, nem minden fajra jellemző. Számos semleges fotoperiodikus reakciójú faj létezik, amelyeknél a fejlődési ciklus élettani változásai nem függnek a nap hosszától. Az ilyen fajok vagy más módszereket fejlesztettek ki az életciklus szabályozására (például a növények téliesítésére), vagy nincs szükségük ennek pontos szabályozására. Például ahol nincsenek kifejezett évszakos változások, a legtöbb faj nem mutat fotoperiodizmust. A virágzás, a termés és a levelek pusztulása sok trópusi fában az idő múlásával meghosszabbodik, és a virágok és a gyümölcsök egyszerre találhatók a fán. A mérsékelt éghajlaton olyan fajok, amelyek gyorsan kiteljesednek életciklusés gyakorlatilag nem találhatók meg aktív állapotban az év kedvezőtlen évszakaiban, szintén nem mutatnak fotoperiodikus reakciókat, például sok efemer növény.

A fotoperiodikus válasznak két típusa van: rövid napos és hosszú napos. Ismeretes, hogy a napfény hossza az évszakon kívül a terület földrajzi elhelyezkedésétől is függ. A rövidnappali fajok főként az alacsony szélességi körökön élnek és nőnek, míg a hosszúnappali fajok a mérsékelt és a magas szélességeken élnek és nőnek. A kiterjedt elterjedési területtel rendelkező fajok esetében az északi egyedek a fotoperiodizmus típusában eltérhetnek a déliektől. Így a fotoperiodizmus típusa ökológiai, és nem szisztematikus jellemzője a fajnak.

A hosszú napos növényekben és állatokban a tavaszi és kora nyári napok növekedése serkenti a növekedési folyamatokat és a szaporodásra való felkészülést. A nyár második felének és az ősznek rövidülő napjai növekedésgátlást és a télre való felkészülést okozzák. Így a lóhere és a lucerna fagyállósága jóval magasabb, ha a növényeket rövid napokon neveljük, mint a hosszú napokon. A közeli városokban növekvő fák utcai lámpák, az őszi nap meghosszabbodik, ennek következtében a lombhullás késik és gyakrabban vannak kitéve fagyásnak.

Tanulmányok kimutatták, hogy a rövidnappali növények különösen érzékenyek a fényperiódusra, mivel szülőföldjükön a nappalok hossza egész évben alig változik, és a szezonális éghajlatváltozás igen jelentős lehet. A trópusi fajokat a fotoperiodikus reakció készíti fel a száraz és esős évszakra. Egyes rizsfajták Srí Lankán, ahol a teljes éves naphossz-változás kevesebb, mint egy óra, akár percnyi különbséget is észlelnek a fényritmusban, ami meghatározza, hogy mikor virágoznak.

A rovarok fotoperiodizmusa nemcsak közvetlen, hanem közvetett is lehet. Például a káposztagyökérlégyben a téli diapauza a táplálékminőség hatására következik be, ami a növény élettani állapotától függően változik.

A nappali világos időszak hosszát, amely biztosítja a fejlődés következő fázisába való átmenetet, e szakasz kritikus naphosszának nevezzük. A szélességi fok növekedésével a kritikus naphossz növekszik. Például a 32°-os szélességi fokon az almabimbóféreg diapauzába való átmenete akkor következik be, amikor a nappali világos időszak 14 óra, 44°-16 óra, 52°-18 óra. növények és állatok mozgása és betelepítése .

A növények és állatok fotoperiodizmusa örökletesen rögzített, genetikailag meghatározott tulajdonság. A fotoperiodikus reakció azonban csak más környezeti tényezők bizonyos befolyása alatt nyilvánul meg, például egy bizonyos hőmérsékleti tartományban. A környezeti feltételek bizonyos kombinációja mellett a fajok természetes elterjedése szokatlan szélességi körökre lehetséges, a fotoperiodizmus típusa ellenére. Így a magas hegyvidéki trópusi területeken sok a mérsékelt éghajlaton őshonos hosszúnappali növény.

Gyakorlati okokból a nappali órák hosszát módosítják zárt talajon történő termesztésnél, a világítás időtartamának szabályozásában, a csirkék tojástermelésének növelésében és a prémes állatok szaporodásának szabályozásában.

Az élőlények átlagos hosszú távú fejlődési periódusait elsősorban a terület klímája határozza meg, ehhez alkalmazkodnak a fotoperiodizmus reakciói. Az ettől a dátumtól való eltérést az időjárási viszonyok határozzák meg. Az időjárási viszonyok változása esetén az egyes fázisok időzítése bizonyos határokon belül változhat. Ez különösen hangsúlyos a növényeknél és a poikiloterm állatoknál.’ Így azok a növények, amelyek nem hízták fel a szükséges mennyiséget hatékony hőmérsékletek, még a generatív állapotba való átmenetet serkentő fotoperiódusos körülmények között sem tud virágozni. Például a moszkvai régióban a nyírfák átlagosan május 8-án virágoznak, amikor az effektív hőmérsékletek összege 75 °C-ra halmozódik fel. Éves eltérésekkel azonban virágzásának időpontja április 19-től május 28-ig változik. A homeoterm állatok viselkedésük megváltoztatásával, fészkelési dátumokkal és vándorlással reagálnak az időjárási viszonyokra.

A természet szezonális fejlődési mintáinak tanulmányozását az ökológia egy speciális alkalmazott ága - a fenológia (szó szerinti fordítás görögről - a jelenségek tudománya) végzi.

Hopkins bioklimatikus törvénye szerint, amelyet az észak-amerikai viszonyokra vonatkozóan vezetett le, a különböző szezonális jelenségek (fenodátum) megjelenésének időpontja átlagosan 4 nappal tér el szélességi fokonként, 5 hosszúsági fokonként és 120 m tengerszint feletti magasságra, azaz minél északabbra, keletebbre és magasabban van a terep, annál később kezdődik a tavasz és minél korábban kezdődik az ősz. Ezenkívül a fenológiai dátumok a helyi viszonyoktól is függenek (dombormű, kitettség, tengertől való távolság stb.). Európában a szezonális események kezdetének időpontja szélességi fokonként nem 4, hanem 3 nappal változik. Ha a térkép pontjait ugyanazokkal a fenodátumokkal kapcsoljuk össze, olyan izolonokat kapunk, amelyek tükrözik a tavasz előrehaladásának elejét és a következő szezonális jelenségek kezdetét. Ennek nagy jelentősége van számos gazdasági tevékenység, különösen a mezőgazdasági munkák tervezésénél.