כיצד משפיע חילופי העונה על האדם: ביוריתמוסים עונתיים. - היא תגובת הגוף לשינויים בעונה

בתהליך האבולוציה פיתח כל מין מחזור שנתי אופייני של צמיחה והתפתחות אינטנסיבית, רבייה, הכנה לחורף וחורף. תופעה זו נקראת קצב ביולוגי. צירוף המקרים של כל תקופה במחזור החיים עם הזמן המקביל בשנה הוא קריטי לקיומו של המין.

הקשר הבולט ביותר של כל התופעות הפיזיולוגיות בגוף הוא עם השונות העונתית של הטמפרטורה. אך למרות שהוא משפיע על מהירות תהליכי החיים, הוא עדיין לא משמש כווסת העיקרי של תופעות עונתיות בטבע. תהליכים ביולוגייםההכנות לחורף מתחילות בקיץ, כשהטמפרטורה גבוהה. בטמפרטורות גבוהות, חרקים עדיין נופלים למצב שינה, ציפורים מתחילות להנשיר ומופיע הרצון לנדוד. כתוצאה מכך, כמה תנאים אחרים, ולא הטמפרטורה, משפיעים על המצב העונתי של הגוף.

הגורם העיקרי בוויסות המחזורים העונתיים ברוב הצמחים ובעלי החיים הוא השינוי באורך היום. התגובה של אורגניזמים לאורך היום נקראת photoperiodism . ניתן לראות את חשיבות הפוטופרודיזם מהניסוי המוצג באיור 35. בתאורה מלאכותית מסביב לשעון או באורך יום של יותר מ-15 שעות, שתילי ליבנה גדלים ברציפות מבלי להשיל עלים. אבל כשהיא מוארת במשך 10 או 12 שעות ביום, צמיחת השתילים נעצרת גם בקיץ, עד מהרה העלים נשירים ותרדמת החורף נכנסת, כאילו בהשפעת יום סתיו קצר. רבים ממיני העצים הנשירים שלנו: ערבה, שיטה לבנה, אלון, קרן קרן, אשור - עם ימים ארוכים הם הופכים לירוק עד.

אורך היום קובע לא רק את תחילת תרדמת החורף, אלא גם תופעות עונתיות אחרות בצמחים. לפיכך, יום ארוך מקדם את היווצרותם של פרחים אצל רובנו צמחי פרא. צמחים כאלה נקראים צמחי יום ארוך. בין התרבותיים, אלה כוללים שיפון, שיבולת שועל, רוב זני החיטה והשעורה, ופשתן. עם זאת, חלק מהצמחים, בעיקר ממוצא דרומי, למשל חרציות, דליות, דורשים יום קצר. לכן הם פורחים כאן רק בסוף הקיץ או הסתיו. צמחים מסוג זה נקראים צמחים קצרי יום.

להשפעת אורך היום יש השפעה חזקה גם על בעלי חיים. בחרקים וקרדיות, אורך היום קובע את תחילת תרדמת החורף. לפיכך, כאשר מחזיקים זחלי פרפר כרוב בתנאים שיהיה לך יום ארוך(יותר מ-15 שעות) פרפרים יוצאים במהרה מהגלמים וסדרה רצופה של דורות מתפתחת ללא הפרעה. אבל אם הזחלים נשמרים ביום הקצר מ-14 שעות, אז גם באביב ובקיץ הם מקבלים גלמים חורפים שאינם מתפתחים במשך מספר חודשים, למרות הטמפרטורה הגבוהה למדי. תגובה מסוג זה מסבירה מדוע בטבע, בקיץ, בעוד הימים ארוכים, חרקים יכולים להתפתח כמה דורות, ובסתיו, ההתפתחות תמיד נעצרת בשלב החורף.

אצל רוב העופות, ימי האביב המתארכים גורמים להתפתחות בלוטות המין ולביטוי של אינסטינקטים קינון. קיצור הימים בסתיו גורם לנזילות, הצטברות שומני רזרבה ורצון לנדוד.

אורך היום הוא גורם איתות שקובע את כיוון התהליכים הביולוגיים. מדוע שינויים עונתיים באורך היום הפכו לכאלה חשיבות רבהבחיים של אורגניזמים חיים?

שינויים באורך היום קשורים תמיד בקשר הדוק לשונות הטמפרטורה השנתית. לכן, אורך היום משמש מבשר אסטרונומי מדויק שינויים עונתייםטמפרטורה ותנאים אחרים. זה מסביר למה רוב קבוצות שונותאורגניזמים של קווי רוחב ממוזגים תחת השפעה כוחות מניעיםבאבולוציה, נוצרו תגובות פוטו-מחזוריות מיוחדות - הסתגלות לשינויי אקלים בתקופות שונות של השנה.

פוטופריודיזם- זוהי הסתגלות חשובה שכיחה המווסתת תופעות עונתיות במגוון רחב של אורגניזמים.

השעון הביולוגי

חקר הפוטופרודיות בצמחים ובעלי חיים הראה שתגובת האורגניזמים לאור מבוססת על תקופות מתחלפות של אור וחושך באורך מסוים במהלך היום. התגובה של אורגניזמים לאורך היום והלילה מראה שהם מסוגלים למדוד זמן, כלומר, יש להם כמה שעון ביאולוגי . לכל סוגי היצורים החיים יש את היכולת הזו, מאורגניזמים חד-תאיים ועד לבני אדם.

שעונים ביולוגיים, בנוסף למחזורים עונתיים, שולטים בתופעות ביולוגיות רבות אחרות, שאופיין נותר מסתורי עד לאחרונה. הם קובעים את הקצב היומי הנכון הן של פעילותם של אורגניזמים שלמים והן של תהליכים המתרחשים אפילו ברמה התאית, בפרט חלוקת תאים.

ניהול התפתחות עונתית של בעלי חיים וצמחים

הבהרת תפקיד אורך היום וויסות התופעות העונתיות פותחות הזדמנויות גדולות לשליטה בהתפתחות האורגניזמים.

טכניקות בקרת פיתוח שונות משמשות לגידול כל השנה של גידולי ירקות ו צמחי נוי, במהלך החורף ובכפיית פרחים מוקדמת, לייצור מואץ של שתילים. טיפול קר לפני זריעה של זרעים משיג כותרת של גידולי חורף במהלך זריעת האביב, כמו גם פריחה ופרי כבר בשנה הראשונה של צמחים דו-שנתיים רבים. על ידי הגדלת אורך היום, ניתן להגביר את ייצור הביצים של עופות במשקי עופות.

אחד המאפיינים הבסיסיים של הטבע החי הוא האופי המחזורי של רוב התהליכים המתרחשים בו. יש קשר בין תנועה של גרמי שמים ויצורים חיים על פני כדור הארץ.

אורגניזמים חיים לא רק לוכדים את האור והחום של השמש והירח, אלא גם בעלי מנגנונים שונים הקובעים במדויק את מיקום השמש, מגיבים לקצב הגאות והשפל, שלבי הירח ותנועת כוכב הלכת שלנו. הם גדלים ומתרבים בקצב שמתוזמן לאורך היום ולעונות המשתנות, אשר בתורן נקבעות על ידי תנועת כדור הארץ סביב השמש. צירוף המקרים של שלבי מחזור החיים עם הזמן בשנה אליו הם מותאמים הוא מכריע לקיומו של המין. בתהליך התפתחות היסטוריתתופעות מחזוריות המתרחשות בטבע נתפסו והוטמעו על ידי חומר חי, ואורגניזמים פיתחו את היכולת לשנות מעת לעת את מצבם הפיזיולוגי.

התחלופה האחידה לאורך זמן של כל מצב בגוף נקראת קצב ביולוגי.

ישנם חיצוניים (אקסוגניים), בעלי אופי גיאוגרפי והבאים שינויים מחזורייםבסביבה החיצונית, ובמקצבים פנימיים (אנדוגניים), או פיזיולוגיים של הגוף.

מקצבים חיצוניים הם בעלי אופי גיאוגרפי, הקשורים לסיבוב כדור הארץ ביחס לשמש והירח ביחס לכדור הארץ.

גורמים סביבתיים רבים על הפלנטה שלנו, בעיקר תנאי אור, טמפרטורה, לחץ אוויר ולחות, שדה אלקטרומגנטי אטמוספרי, גאות ושפל בים וכו', משתנים באופן טבעי בהשפעת הסיבוב הזה. אורגניזמים חיים מושפעים גם ממקצבים קוסמיים כמו שינויים תקופתיים בפעילות השמש. השמש מאופיינת במחזוריות של 11 שנים ועוד מספר מחזורים. לשינויים בקרינת השמש יש השפעה משמעותית על האקלים של הפלנטה שלנו. בנוסף להשפעה המחזורית של גורמים אביוטיים, מקצבים חיצוניים עבור כל אורגניזם הם גם שינויים טבעיים בפעילות, כמו גם התנהגות של יצורים חיים אחרים.

מקצבים פנימיים, פיזיולוגיים התעוררו מבחינה היסטורית. אין תהליך פיזיולוגי אחד בגוף מתרחש ברציפות. קצביות התגלתה בתהליכי סינתזת DNA ו-RNA בתאים, בסינתזת חלבונים, בעבודת האנזימים ובפעילות המיטוכונדריה. חלוקת תאים, כיווץ שרירים, תפקוד בלוטות הפרשה פנימית, פעימות לב, נשימה, התרגשות של מערכת העצבים, כלומר העבודה של כל התאים, האיברים והרקמות של הגוף מצייתת לקצב מסוים. לכל מערכת יש תקופה משלה. פעולות של גורמים סביבתיים יכולים לשנות תקופה זו רק בגבולות צרים, ולכמה תהליכים זה כמעט בלתי אפשרי. הקצב הזה נקרא אנדוגני.

המקצבים הפנימיים של הגוף כפופים, משולבים במערכת אינטגרלית ומופיעים בסופו של דבר בצורה של המחזוריות הכללית של התנהגות הגוף. הגוף, כביכול, סופר את הזמן לאחור, מבצע באופן קצבי את תפקידיו הפיזיולוגיים. עבור מקצבים חיצוניים ופנימיים כאחד, תחילת השלב הבא תלויה בעיקר בזמן. לפיכך, הזמן פועל כאחד הגורמים הסביבתיים החשובים ביותר שאליהם חייבים אורגניזמים חיים להגיב, תוך הסתגלות לשינויים מחזוריים חיצוניים בטבע.

שינויים בפעילות החיים של אורגניזמים חופפים לעתים קרובות בתקופה עם מחזורים גיאוגרפיים חיצוניים. ביניהם מקצבים ביולוגיים אדפטיביים - יומי, גאות ושפל, שווה לחודש הירח, שנתי. הודות להם, התפקודים הביולוגיים החשובים ביותר של הגוף (תזונה, צמיחה, רבייה וכו') חופפים לזמנים הנוחים ביותר ביום ובשנה.

משטר יומי.פעמיים ביום, עם עלות השחר ובשקיעה, פעילותם של בעלי חיים וצמחים על הפלנטה שלנו משתנה כל כך עד שלעתים קרובות היא מובילה לשינוי כמעט מוחלט, באופן פיגורטיבי, של "שחקנים". זהו מה שנקרא קצב יומי, הנגרם על ידי שינויים תקופתיים בתאורה עקב סיבוב כדור הארץ סביב צירו. בצמחים ירוקים, פוטוסינתזה מתרחשת רק בשעות האור. בצמחים, פתיחה וסגירה של פרחים, העלאה והורדה של עלים, עוצמת הנשימה המקסימלית, קצב גדילת הקולאופטיל וכו' מתוזמנים לרוב לשעה מסוימת ביום.

הערה במעגלים מוצגים זמן משוערפתיחה וסגירה של פרחים בצמחים שונים

מיני בעלי חיים מסוימים פעילים רק באור השמש, בעוד שאחרים, להיפך, נמנעים מכך. ההבדלים בין אורח חיים יומי ללילי הם תופעה מורכבת, והיא קשורה למגוון התאמות פיזיולוגיות והתנהגותיות המפותחות בתהליך האבולוציה. יונקים בדרך כלל פעילים יותר בלילה, אך ישנם יוצאי דופן, למשל בני אדם: ראיית האדם, כמו זו של קופי האדם, מותאמת ל אוֹר. מעל 100 פונקציות פיזיולוגיותמושפע ממחזוריות יומית, הנצפית בבני אדם: שינה וערות, שינויים בטמפרטורת הגוף, קצב הלב, עומק ותדירות הנשימה, נפח ו תרכובת כימיתשתן, הזעה, שרירים וביצועים נפשיים וכו'. לפיכך, רוב בעלי החיים מחולקים לשתי קבוצות של מינים - שְׁעוֹת הַיוֹםו לַיְלָה,כמעט אף פעם לא נפגשים זה עם זה.

בעלי חיים יומיומיים (רוב הציפורים, החרקים והלטאות) הולכים לישון עם השקיעה, והעולם מתמלא בבעלי חיים ליליים (קיפודים, עטלפים, ינשופים, רוב החתולים, צפרדעי דשא, ג'וקים וכו'). ישנם מינים של בעלי חיים בעלי אותה פעילות בערך ביום ובלילה, עם תקופות קצרות של מנוחה וערות לסירוגין. הקצב הזה נקרא polyphasic(מספר טורפים, שרצים רבים וכו').

הקצב היומי נראה בבירור בחייהם של תושבי מערכות מים גדולות - אוקיינוסים, ימים, אגמים גדולים. Zooplankton עושה נדידה אנכית מדי יום, עולה אל פני השטח בלילה ויורד במהלך היום. בעקבות הזואופלנקטון, בעלי חיים גדולים יותר שניזונים ממנו נעים למעלה ולמטה, ומאחוריהם טורפים גדולים אף יותר. הוא האמין כי תנועות אנכיות של אורגניזמים פלנקטוניים מתרחשות בהשפעת גורמים רבים: אור, טמפרטורה, מליחות מים, כוח הכבידה, ולבסוף, פשוט רעב. עם זאת, על פי רוב המדענים, הארה היא עדיין עיקרית, שכן השינוי שלה יכול לגרום לשינוי בתגובה של בעלי חיים לכוח המשיכה.

בבעלי חיים רבים המחזוריות היומית אינה מלווה בסטיות משמעותיות בתפקודים הפיזיולוגיים, אלא מתבטאת בעיקר בשינויים בפעילות המוטורית, למשל במכרסמים. ניתן לראות שינויים פיזיולוגיים במהלך היום באופן הברור ביותר אצל עטלפים. במהלך תקופת המנוחה בשעות היום בקיץ, עטלפים רבים מתנהגים כמו חיות פויקילותרמיות. טמפרטורת הגוף שלהם בשלב זה כמעט עולה בקנה אחד עם טמפרטורת הסביבה. הדופק, הנשימה והעירור של איברי החישה מופחתים בחדות. מודאג להמראה עטלףלוקח הרבה זמן להתחמם בגלל ייצור חום כימי. בערב ובלילה - אלה יונקים הומיאותרמיים טיפוסיים עם טמפרטורה גבוההגוף, תנועות אקטיביות ומדויקות, תגובה מהירה לטרף ולאויבים.

תקופות פעילות במינים מסוימים של אורגניזמים חיים מוגבלות לשעה מוגדרת בהחלט ביום, בעוד שבאחרים הן יכולות להשתנות בהתאם למצב. לדוגמה, הפעילות של חיפושיות כהות או כיני עץ מדבריות עוברת ל זמן שונהימים בהתאם לטמפרטורה ולחות על פני הקרקע. הם יוצאים ממחילותיהם מוקדם בבוקר ובערב (מחזור דו-פאזי), או רק בלילה (מחזור חד-פאזי), או לאורך היום. דוגמה אחרת. פתיחתם של פרחי זעפרן תלויה בטמפרטורה, וזו של פרחי שן הארי תלויה באור: ביום מעונן הסלסילות אינן נפתחות. ניתן להבחין בין מקצבי יממה אנדוגניים לבין מקצבים אקסוגניים בניסוי. עם קביעות מלאה של תנאים חיצוניים (טמפרטורה, אור, לחות וכו'), מינים רבים ממשיכים לשמור הרבה זמןמחזורים נסגרים בתקופה ליום. לפיכך, בתסיסנית נצפה מקצב אנדוגני כזה במשך עשרות דורות. כתוצאה מכך, אורגניזמים חיים הסתגלו לתפיסת תנודות בסביבה החיצונית והתאימו את התהליכים הפיזיולוגיים שלהם בהתאם. זה קרה בעיקר בהשפעת שלושה גורמים - סיבוב כדור הארץ ביחס לשמש, לירח ולכוכבים. גורמים אלה, המוטלים זה על זה, נתפסו על ידי אורגניזמים חיים כקצב, קרוב, אך לא בדיוק מתאים לתקופה של 24 שעות. זו הייתה אחת הסיבות לסטייה מסוימת של מקצבים ביולוגיים אנדוגניים מהתקופה היומית המדויקת. מקצבים אנדוגניים אלה נקראים יממה(מלטינית circa - מסביב ומת - יום, יום), כלומר מתקרבים לקצב הצירקדי.

U סוגים שוניםואפילו אצל פרטים שונים מאותו המין, מקצבי היממה, ככלל, שונים במשך הזמן, אך בהשפעת ההחלפה הנכונה של אור וחושך הם יכולים להיות שווים ל-24 שעות. לפיכך, אם סנאים מעופפים (Pebromys volans) נשמרים בחושך מוחלט ברציפות, ואז כולם מתעוררים והם מנהלים אורח חיים פעיל בהתחלה בו-זמנית, אך בקרוב בזמנים שונים, ובו בזמן כל פרט שומר על הקצב שלו. כאשר מחזירים את החלופה הנכונה של יום ולילה, תקופות השינה והערות של הסנאים המעופפים שוב הופכות לסינכרוניות. מכאן המסקנה היא שגירויים חיצוניים (שינוי היום והלילה) מווסתים את המקצבים הצירקדיים המולדים, ומקרבים אותם לתקופה של 24 שעות.

הסטריאוטיפ ההתנהגותי שנקבע על ידי הקצב הצירקדי מקל על קיומם של אורגניזמים במהלך שינויים יומיומיים בסביבה. יחד עם זאת, כאשר צמחים ובעלי חיים מתפשטים ומוצאים עצמם בתנאים גיאוגרפיים עם קצב שונה של יום ולילה, סטריאוטיפ חזק יכול להיות שלילי. יכולות הפיזור של סוגים מסוימים של אורגניזמים חיים מוגבלות לרוב על ידי הקיבוע העמוק של המקצבים הצירקדיים שלהם.

בנוסף לכדור הארץ ולשמש, יש עוד גוף שמימי, שתנועתו משפיעה באופן משמעותי על האורגניזמים החיים של הפלנטה שלנו - זה הירח. למגוון עמים יש סימנים המדברים על השפעת הירח על התפוקה של גידולים חקלאיים, כרי דשא טבעיים ומרעה והתנהגות בני אדם ובעלי חיים. מחזוריות שווה לחודש הירחכמקצב אנדוגני זוהה הן בקרקע והן אורגניזמים מימיים. כאשר היא קשורה לשלבים מסוימים של הירח, המחזוריות מתבטאת בהתנפלות של מספר יתושים וזבובי מאי, רבייה של קרינואידים יפניים ותולעים פולוצ'אטיות פלולו (Eunice viridis). לפיכך, בתהליך יוצא דופן של רבייה של תולעי פולצ'אט ימיות, פאלולו, שחיות בשוניות האלמוגים של האוקיינוס ​​השקט, שלבי הירח ממלאים את התפקיד של שעון. תאי הרבייה של תולעים מבשילים פעם בשנה בערך באותו זמן - בשעה מסוימת של יום מסוים, כאשר הירח נמצא ברבע האחרון. קצה אחוריגוף התולעת, המלא בתאי נבט, מתנתק וצף אל פני השטח. הביציות והזרע משתחררים ומתרחשת הפריה. המחצית העליונה של הגוף, שנותרה במחילת שונית האלמוגים, מצמיחת שוב את החצי התחתון עם תאי מין עד השנה הבאה. שינויים תקופתיים בעוצמת אור הירח לאורך החודש משפיעים על רבייה של בעלי חיים אחרים. תחילת ההריון בן החודשיים של חולדות העץ הענקיות של מלזיה מתרחשת בדרך כלל סביב הירח המלא. יתכן שאור ירח בהיר מעורר התעברות אצל בעלי חיים ליליים אלה.

מחזוריות שווה לחודש הירח זוהתה במספר בעלי חיים בתגובות לאור וחלש שדה מגנטי, במהירות התמצאות. הוצע כי הירח המלא מסמן תקופות של התרוממות רוח רגשית מרבית אצל אנשים; 28 יום מחזור חודשיייתכן שנשים עברו בירושה מאבותיהם של היונקים, שטמפרטורת גופם השתנתה באופן סינכרוני עם השלבים המשתנים של הירח.

מקצבי גאות ושפל.השפעת הירח משפיעה בעיקר על החיים של אורגניזמים מימיים בים ובאוקיינוסים של כוכב הלכת שלנו וקשורה לגאות ושפל, שחייבים את קיומם למשיכה המשותפת של הירח והשמש. תנועת הירח סביב כדור הארץ מובילה לעובדה שיש לא רק קצב יומי של גאות ושפל, אלא גם חודשי. הגאות והשפל מגיעים לגובהם המרבי בערך אחת ל-14 ימים, כאשר השמש והירח נמצאים בקו אחד עם כדור הארץ ויש להם השפעה מרבית על מי האוקיינוס. קצב הגאות והשפל משפיע בצורה החזקה ביותר על אורגניזמים החיים במימי החוף. חילופי הגאות והשפל עבור אורגניזמים חיים חשובה כאן יותר משינוי היום והלילה, הנגרם על ידי סיבוב כדור הארץ והמיקום הנטוי של ציר כדור הארץ. החיים של אורגניזמים החיים בעיקר באזור החוף כפופים לקצב המורכב הזה של גאות ושפל. לפיכך, הפיזיולוגיה של דג הגרונין, שחי מול חופי קליפורניה, היא כזו שבגאות הלילה הגבוהה ביותר הם נזרקים לחוף. הנקבות, כשהזנבות שלהן קבורים בחול, מטילות ביצים, ואז הזכרים מפרים אותן ולאחר מכן הדגים חוזרים לים. כשהמים נסוגים, ביציות מופרות עוברות את כל שלבי ההתפתחות. בקיעת הדגיגים מתרחשת לאחר חצי חודש ומתוזמן לחפוף לגאות הבאה.

תדירות עונתיתהיא אחת התופעות הנפוצות ביותר בטבע החי. חילופי העונות המתמשכים, הנגרמים על ידי סיבוב כדור הארץ סביב השמש, תמיד משמח ומדהים אנשים. באביב, כל היצורים החיים מתעוררים משינה עמוקה, כשהשלג נמס והשמש זורחת בהירה יותר. ניצנים פורצים ועלים צעירים פורחים, בעלי חיים צעירים זוחלים מתוך חורים, חרקים וציפורים שחוזרות מהדרום מתרוצצות באוויר. חילופי העונות מתרחשים בצורה הבולטת ביותר באזורי אקלים ממוזגים וקווי רוחב צפוניים, שבהם הניגוד בתנאים המטאורולוגיים של עונות השנה השונות הוא משמעותי מאוד. המחזוריות בחיי בעלי חיים וצמחים היא תוצאה של הסתגלותם לשינויים שנתיים בתנאים המטאורולוגיים. זה מתבטא בהתפתחות של קצב שנתי מסוים בפעילות חייהם, התואם את המקצב המטאורולוגי. צריך פנימה טמפרטורות נמוכות V תקופת הסתיוובחום במהלך עונת הגידול פירושו שלצמחים בקווי רוחב ממוזגים, לא רק רמת החום הכללית חשובה, אלא גם פיזור מסוים שלו לאורך זמן. אז, אם צמחים מקבלים את אותה כמות של חום, אבל מופץ אחרת: אחד יש קיץ חם ו חורף קר, והשני המקביל לטמפרטורה ממוצעת קבועה, אם כן התפתחות תקינהיהיה רק ​​במקרה הראשון, אם כי כמות החום הכוללת בשתי האפשרויות זהה.

הצורך בצמחים בקווי רוחב ממוזגים לסירוגין בין תקופות קרות וחמות לאורך השנה נקרא תרמופריודיזם עונתי.

לעתים קרובות הגורם המכריע בתדירות העונתית הוא העלייה באורך היום. אורכו של היום משתנה לאורך השנה: השמש זורחת הכי הרבה ביום היפוך הקיץ ביוני, והכי פחות בשעון החורף בדצמבר.

לאורגניזמים חיים רבים יש מנגנונים פיזיולוגיים מיוחדים המגיבים לאורך היום ומשנים את התנהגותם בהתאם. לדוגמה, בעוד שאורך היום הוא 8 שעות, הגולם של פרפר הסאטורניה ישן בשלווה, מכיוון שבחוץ עדיין חורף, אבל ברגע שהיום מתארך, מיוחד תאי עצביםבמוח של הגולם הם מתחילים להפריש הורמון מיוחד שגורם לו להתעורר.

שינויים עונתיים במעיל הפרווה של יונקים מסוימים נקבעים גם על פי האורכים היחסיים של היום והלילה ויש להם השפעה מועטה או ללא השפעה על הטמפרטורה. לפיכך, על ידי צמצום מלאכותי בהדרגה של שעות האור במתחם, נראה כי מדענים חיקו את הסתיו והבטיחו כי סמורים וסטאטים שנשמרו בשבי ישנו את לבוש הקיץ החום שלהם לחורף לבן אחד לפני הזמן.

בדרך כלל מקובל שיש ארבע עונות (אביב, קיץ, סתיו, חורף). אקולוגים החוקרים קהילות אזורים ממוזגים מבחינים בדרך כלל בשש עונות, הנבדלות במגוון המינים בקהילות: חורף, אביב מוקדם, סוף האביב, תחילת הקיץ, סוף הקיץ והסתיו. ציפורים אינן מקפידות על החלוקה המקובלת של השנה לארבע עונות: הרכב קהילת הציפורים, הכוללת הן תושבי קבע של אזור מסוים והן ציפורים המבלות כאן בחורף או בקיץ, משתנה כל הזמן, כאשר הציפורים מגיעות למקסימום. מספרים באביב ובסתיו במהלך הנדידה. בקוטב הצפוני, למעשה, ישנן שתי עונות: חורף של תשעה חודשים ושלושה חודשי קיץ, כאשר השמש אינה שוקעת מעבר לאופק, האדמה מפשירה וחיים מתעוררים בטונדרה. ככל שאנו עוברים מהקוטב לקו המשווה, שינוי העונה נקבע פחות ופחות לפי הטמפרטורה, ויותר ויותר לפי הלחות. במדבריות ממוזגים, הקיץ הוא תקופה שבה החיים נעצרים ופורחים בתחילת האביב ובסוף הסתיו.

חילופי העונה קשורים לא רק לתקופות של שפע או חוסר מזון, אלא גם עם קצב הרבייה. בחיות בית (פרות, סוסים, כבשים) ובעלי חיים בסביבה הטבעית של האזור הממוזג, צאצאים מופיעים בדרך כלל באביב וגדלים בתקופה הטובה ביותר, כאשר רוב מזון צמחי. לכן, יכול לעלות הרעיון שכל בעלי החיים מתרבים באביב.

עם זאת, לרבייה של יונקים קטנים רבים (עכברים, שרקנים, למינגים) אין לרוב דפוס עונתי לחלוטין. בהתאם לכמות ושפע המזון, רבייה יכולה להתרחש באביב, בקיץ ובחורף.

בטבע, הוא נצפה בנוסף למקצבים יומיים ועונתיים .תדירות לטווח ארוךתופעות ביולוגיות. הוא נקבע על ידי שינויים במזג האוויר, שינויו הטבעי בהשפעת פעילות השמש ומתבטא בחילופי שנים פרודוקטיביות ורזות, שנים של שפע או מחסור באוכלוסיות.

במשך 50 שנים של תצפיות, D.I. Malikov ציין חמישה גלים גדולים של שינויים במספר בעלי החיים, או כמה שהיו מחזורי שמש (איור 7.8). אותו קשר מתבטא בשינויים המחזוריים בתנובת החלב, העלייה השנתית בבשר, בצמר בכבשים, וכן במדדים נוספים לייצור חקלאי.

תדירות השינויים בתכונות נגיף השפעת קשורה לפעילות השמש.

על פי התחזית, לאחר תקופה רגועה יחסית בנוגע לשפעת בתחילת שנות ה-80. המאה העשרים משנת 2000 צפויה עלייה חדה בעוצמת התפשטותו.

ישנם מחזורים של 5-6 ו-11 שנים, כמו גם 80-90 שנים או חילוניים של פעילות סולארית. זה מאפשר לנו להסביר במידה מסוימת את צירוף המקרים של תקופות של רבייה המונית של בעלי חיים וגידול צמחים עם תקופות של פעילות השמש.

מקצב יממה ומקצב יממה עומד בבסיס היכולת של הגוף לחוש את הזמן. המנגנון האחראי לפעילות תקופתית כזו, בין אם זה האכלה או רבייה, נקרא "השעון הביולוגי". הדיוק המדהים של השעונים הביולוגיים השולטים בחייהם של צמחים ובעלי חיים רבים הוא מושא מחקר של מדענים מדינות שונותשָׁלוֹם.

כפי שניתן לראות מהקימורים לעיל, עלי הקטניות נבולים בלילה ומתיישרים שוב במהלך היום. לוח הפעילות של חולדות מורכב מבורות מלבניים מתחלפים ברצף (יום - החולדה ישנה) ורמה (לילה - החולדה ערה). זבובי הבית בוקעים בעיקר מהגלמים שלהם בבוקר. להתאמה זו יש שורשים כה עמוקים שאפילו בתנאים של אור, טמפרטורה ולחות קבועים, הזבובים שומרים על מחזוריות ההתנהגות האופיינית להם.

בעלי חיים רבים - מינים שונים של ציפורים, צבים, דבורים וכו' - מנווטים את מסעותיהם מסביב גופים שמימיים. נראה שלשם כך אתה צריך לא רק זיכרון טוב, שיאפשר לך לזכור את מיקום השמש או גופי תאורה אחרים, אלא גם משהו כמו כרונומטר, המראה כמה זמן לקח לשמש ולכוכבים לתפוס מקום חדש ב השמיים. לאורגניזמים עם שעון ביולוגי פנימי כזה יש יתרון נוסף - הם מסוגלים "לצפות" את התרחשותם של אירועים שחוזרים על עצמם באופן קבוע ולהתכונן בהתאם לשינויים הקרובים. אז, השעון הפנימי שלהם עוזר לדבורים לעוף אל הפרח שהם ביקרו אתמול, בדיוק בזמן שבו הוא פורח. גם לפרח שהדבורה מבקרת בו יש איזה שעון פנימי, איזה שעון פנימי שמסמן את שעת הפריחה. כולם יודעים על קיומו של השעון הביולוגי שלו. לאחר שהתעוררתם מספר ימים ברציפות לצלילי שעון מעורר, מתרגלים מהר להתעורר לפני,ממה שהוא יתקשר. כיום ישנן נקודות מבט שונות על אופי השעון הביולוגי, עקרון פעולתו, אך דבר אחד בטוח – הן באמת קיימות ונפוצות בטבע החי. מקצבים פנימיים מסוימים טבועים בבני אדם. תגובה כימיתבגופו מתרחשים, כפי שמוצג לעיל, בתדירות מסוימת. אפילו בזמן השינה פעילות חשמליתהמוח האנושי משתנה כל 90 דקות.

השעון הביולוגי, לפי מספר מדענים, הוא גורם סביבתי נוסף המגביל את פעילותם של יצורים חיים. הפיזור החופשי של בעלי חיים וצמחים נפגע לא רק על ידי מחסומים סביבתיים, הם קשורים לבית הגידול שלהם לא רק על ידי תחרות ויחסים סימביוטיים, גבולות הטווחים שלהם נקבעים לא רק על ידי הסתגלות, אלא גם התנהגותם נשלטת בעקיפין, באמצעות פְּנִימִי השעון הביולוגי, תנועתם של גרמי שמים רחוקים.

עונותאלו העונות הנבדלות במזג האוויר ובטמפרטורה. הם משתנים בהתאם למחזור השנתי. צמחים ובעלי חיים מסתגלים היטב לשינויים עונתיים אלה.

עונות על פני כדור הארץ

באזורים הטרופיים אף פעם לא קר מאוד או חם מאוד; יש רק שתי עונות: האחת רטובה וגשומה, השנייה יבשה. ליד קו המשווה (קו האמצע הדמיוני) חם ולח לאורך כל השנה.

באזורים ממוזגים (מחוץ לאזור הטרופי) יש אביב, קיץ, סתיו וחורף. בדרך כלל, ככל שאתה קרוב יותר לקוטב הצפוני או הדרומי, כך הקיץ קריר יותר והחורף קר יותר.

שינויים עונתיים בצמחים

צמחים ירוקים זקוקים לאור שמש ומים כדי ליצור חומרי הזנה ולצמוח. הם גדלים בעיקר באביב ובקיץ או בתקופות רטובות. הם מתמודדים עם החורף אחרת או זמן ייבוששל השנה. לצמחים רבים יש מה שנקרא תקופת מנוחה. צמחים רבים צוברים חומרים מזינים בחלקים מעובים הנמצאים מתחת לאדמה. שֶׁלָהֶם חלק מעל הקרקעמת, הצמח נח עד האביב. גזר, בצל ותפוחי אדמה הם סוגים של צמחים האוגרים חומרים מזינים שאנשים משתמשים בהם.

כגון אלון ואשור משילים את העלים שלהם בסתיו כי אין מספיק אוֹר שֶׁמֶשׁלהיווצרות בעלים חומרים מזינים. בחורף הם נחים, ובאביב מופיעים עליהם עלים חדשים.

עצים ירוקי עדתמיד מכוסה בעלים שלעולם לא נושרים. למידע נוסף על עצים ירוקי עד ושופכים עלים.

כמה עצים ירוקי עד, כמו אורן ואשוח, בעלי עלים ארוכים ודקים הנקראים מחטים. רבים מהעצים ירוקי העד גדלים הרחק בצפון, שם הקיץ קצר וקריר והחורפים קשים. על ידי שמירה על העלווה שלהם, הם יכולים להתחיל לצמוח ברגע שהאביב מגיע.

מדבריות לרוב יבשים מאוד, לפעמים אין גשם כלל, ולפעמים יש עונות גשומות קצרות מאוד. זרעים נובטים ומייצרים ניצנים חדשים רק בעונת הגשמים. הצמחים פורחים ומייצרים זרעים מהר מאוד. הם צוברים חומרים מזינים

שינויים עונתיים בבעלי חיים

בעלי חיים מסוימים, כמו זוחלים, מפחיתים את פעילותם ונרדמים כדי לשרוד את העונה הקרה או היבשה. כשמתחמם הם חוזרים אליו תמונה פעילהחַיִים. בעלי חיים אחרים מתנהגים אחרת, יש להם דרכים משלהם לשרוד בתקופות קשות.

יש בעלי חיים, כמו העכבר, ישנים כל החורף. תופעה זו נקראת שינה. הם אוכלים כל הקיץ, צוברים שומן כדי שבחורף הם יכולים לישון בלי לאכול.

רוב היונקים והעופות מולידים את הגוזלים שלהם באביב, כאשר יש שפע של מזון בכל מקום, ולכן יש להם זמן לגדול ולהתחזק לפני החורף.

בעלי חיים וציפורים רבים יוצאים למסעות ארוכים, הנקראים נדידות, למקומות שבהם יש יותר מזון מדי שנה. לדוגמה, סנוניות בונות קנים באירופה באביב ועפות לאפריקה בסתיו. באביב, כשבאפריקה מתייבש מאוד, הם חוזרים.

קריבו (הנקראים איילים באירופה ובאסיה) נודדים גם הם, מבלים את הקיץ שלהם בחוג הארקטי. עדרים ענקיים אוכלים עשב וצמחים קטנים אחרים שבהם הקרח נמס. בסתיו הם נעים דרומה לאזור יער ירוק עד ואוכלים צמחים כמו אזוב וחזזיות שנמצאים מתחת לשלג.

התגובה של אורגניזמים לשינויים עונתיים באורך היום נקראת photoperiodism. ביטויו אינו תלוי בעוצמת ההארה, אלא רק בקצב החלפת תקופות החושך והאור של היום.

התגובה הפוטו-מחזורית של אורגניזמים חיים היא בעלת חשיבות הסתגלותית רבה, מכיוון שלוקח זמן די משמעותי להתכונן לחוות תנאים לא נוחים או, להיפך, לפעילות החיים האינטנסיבית ביותר. היכולת להגיב לשינויים באורך היום מבטיחה שינויים פיזיולוגיים מוקדמים והתאמת המחזור לשינויים עונתיים בתנאים. קצב היום והלילה פועל כאות לשינויים עתידיים בגורמי אקלים שיש להם השפעה ישירה חזקה על אורגניזם חי (טמפרטורה, לחות וכו'). שלא כמו גורמים סביבתיים אחרים, קצב התאורה משפיע רק על המאפיינים של הפיזיולוגיה, המורפולוגיה וההתנהגות של אורגניזמים שהם התאמות עונתיות במחזור חייהם. באופן פיגורטיבי, פוטו-פריודיזם הוא תגובת הגוף לעתיד.

למרות שפוטופריודיזם מתרחש בכל הקבוצות השיטתיות הגדולות, הוא אינו אופייני לכל המינים. ישנם מינים רבים בעלי תגובה פוטו-מחזורית ניטרלית, בהם שינויים פיזיולוגיים במחזור ההתפתחות אינם תלויים באורך היום. מינים כאלה פיתחו שיטות אחרות לוויסות מחזור החיים (למשל, חורף בצמחים), או שהם אינם זקוקים לוויסות המדויק שלו. לדוגמה, כאשר אין שינויים עונתיים מובהקים, רוב המינים אינם מפגינים פוטו-פריודיזם. פריחה, פרי וגסיסה של עלים בעצים טרופיים רבים מתארכים עם הזמן, וגם פרחים ופירות נמצאים על העץ בו זמנית. באקלים ממוזג, מינים שמצליחים להשלים במהירות מעגל החייםוכמעט שאינם נמצאים במצב פעיל בעונות לא טובות של השנה, גם אינם מציגים תגובות פוטו-מחזוריות, למשל, צמחים ארעיים רבים.

ישנם שני סוגים של תגובה פוטו-מחזורית: יום קצר ויום ארוך. ידוע שאורך אור היום, בנוסף לזמן השנה, תלוי במיקום הגיאוגרפי של האזור. מינים קצרי יום חיים וגדלים בעיקר בקווי רוחב נמוכים, בעוד שמינים ארוכי ימים חיים וגדלים בקווי רוחב ממוזגים וגבוהים. במינים עם טווחים נרחבים, הפרטים הצפוניים עשויים להיות שונים בסוג הפוטופרודיזם מאלה הדרומיים. לפיכך, סוג הפוטופרודיזם הוא מאפיין אקולוגי ולא שיטתי של המין.

בצמחים ובבעלי חיים ארוכי ימים, הולכת וגדלה של ימי האביב ותחילת הקיץ מעוררת תהליכי גדילה והכנה לרבייה. הימים המתקצרים של המחצית השנייה של הקיץ והסתיו גורמים לעיכוב צמיחה ולהכנה לחורף. לפיכך, עמידות הכפור של תלתן ואספסת גבוהה בהרבה כאשר מגדלים צמחים בימים קצרים מאשר בימים ארוכים. העצים הגדלים בערים ליד מנורות רחוב, מסתבר שיום הסתיו מתארך, כתוצאה מכך, נפילת העלים מתעכבת והם נחשפים לעתים קרובות יותר לכוויות קור.

מחקרים הראו שצמחים קצרי יום רגישים במיוחד לתקופת הצילום, שכן אורך היום במולדתם משתנה מעט לאורך השנה, ושינויי אקלים עונתיים יכולים להיות משמעותיים מאוד. במינים טרופיים, התגובה הפוטו-מחזורית מכינה אותם לעונות היבשות והגשומות. זני אורז מסוימים בסרי לנקה, שם השינוי השנתי הכולל באורך היום הוא פחות משעה, קולטים הבדלים קלים אפילו בקצב האור, שקובע מתי הם פורחים.

Photoperiodism של חרקים יכול להיות לא רק ישיר, אלא גם עקיף. לדוגמא, בזבוב שורש הכרוב מתרחשת דיפאוזה בחורף באמצעות השפעת איכות המזון, המשתנה בהתאם למצב הפיזיולוגי של הצמח.

אורך תקופת אור היום, המבטיח את המעבר לשלב הבא של הפיתוח, נקרא אורך היום הקריטי לשלב זה. ככל שקו הרוחב גדל, אורך היום הקריטי גדל. לדוגמה, המעבר להפסקה של תולעת ניצני התפוח בקו רוחב של 32° מתרחש כשתקופת האור היא 14 שעות, 44°-16 שעות, 52°-18 שעות. אורך היום הקריטי משמש לרוב כמכשול לקו הרוחב תנועת צמחים ובעלי חיים והכנסתם.

פוטופריודיזם של צמחים ובעלי חיים הוא תכונה קבועה תורשתי, שנקבעה גנטית. עם זאת, התגובה הפוטו-מחזורית מתבטאת רק בהשפעה מסוימת של גורמים סביבתיים אחרים, למשל, בטווח טמפרטורות מסוים. בשילוב מסוים של תנאים סביבתיים, פיזור טבעי של מינים לקווי רוחב יוצאי דופן אפשרי, למרות סוג הפוטופרודיזם. לפיכך, באזורים הטרופיים ההרריים הגבוהים יש הרבה צמחים ארוכי יום שמקורם באקלים ממוזג.

למטרות מעשיות, אורך שעות האור משתנה בעת גידול יבולים באדמה סגורה, שליטה על משך ההדלקה, הגדלת ייצור הביצים של תרנגולות והסדרת רבייה של בעלי חיים נושאי פרווה.

תקופות התפתחות ארוכות הטווח הממוצעות של אורגניזמים נקבעות בעיקר על ידי האקלים של האזור; אליהן מותאמות התגובות של הפוטופרודויזם. חריגות מתאריכים אלו נקבעות לפי תנאי מזג האוויר. כאשר תנאי מזג האוויר משתנים, העיתוי של שלבים בודדים עשוי להשתנות בגבולות מסוימים. זה בולט במיוחד בצמחים ובבעלי חיים פויקילותרמיים.' לפיכך, צמחים שלא זכו בכמות הנדרשת טמפרטורות יעילות, לא יכול לפרוח אפילו בתנאי photoperiod המעוררים את המעבר למצב יצירתי. לדוגמה, באזור מוסקבה, עצי ליבנה פורחים בממוצע ב-8 במאי כאשר סכום הטמפרטורות היעילות מצטבר ל-75 מעלות צלזיוס. עם זאת, בחריגות שנתיות, עיתוי פריחתו משתנה בין 19 באפריל ל-28 במאי. בעלי חיים הומיאותרמיים מגיבים לתנאי מזג האוויר על ידי שינוי התנהגות, תאריכי קינון ונדידות.

חקר דפוסי ההתפתחות העונתית של הטבע מתבצע על ידי ענף יישומי מיוחד של האקולוגיה - פנוולוגיה (תרגום מילולי מיוונית - מדע התופעות).

על פי החוק הביו-אקלימי של הופקינס, שאותו הסיק ביחס לתנאי צפון אמריקה, עיתוי הופעתן של תופעות עונתיות שונות (פנודאט) שונה בממוצע ב-4 ימים עבור כל דרגת רוחב, עבור כל 5 דרגות אורך ו- עבור 120 מ' של גובה, כלומר ככל שהשטח צפונה יותר, מזרחה וגבוהה יותר, כך תחילת האביב מאוחרת יותר ותחילת הסתיו מוקדם יותר. בנוסף, תאריכים פנולוגיים תלויים בתנאים המקומיים (הקלה, חשיפה, מרחק מהים וכו'). באירופה, העיתוי של הופעת אירועים עונתיים משתנה עבור כל דרגת קו רוחב לא ב-4, אלא ב-3 ימים. על ידי חיבור נקודות במפה עם אותם פנודטים, מתקבלים איזולינים המשקפים את חזית התקדמות האביב ואת תחילת התופעות העונתיות הבאות. יש לכך חשיבות רבה לתכנון פעילויות כלכליות רבות, בפרט עבודה חקלאית.