Cum afectează schimbarea anotimpului o persoană: bioritmurile sezoniere. – este reacția organismului la schimbările de anotimp

În procesul de evoluție, fiecare specie a dezvoltat un ciclu anual caracteristic de creștere și dezvoltare intensivă, reproducere, pregătire pentru iarnă și iernare. Acest fenomen se numește ritm biologic. Coincidența fiecărei perioade a ciclului de viață cu perioada corespunzătoare a anului este crucială pentru existența speciei.

Cea mai vizibilă legătură dintre toate fenomenele fiziologice din organism este cu variația sezonieră a temperaturii. Dar, deși afectează viteza proceselor de viață, încă nu servește ca principal regulator al fenomenelor sezoniere din natură. Procese biologice Pregătirile pentru iarnă încep vara, când temperatura este ridicată. La temperaturi ridicate, insectele încă cad într-o stare de hibernare, păsările încep să năparească și apare dorința de a migra. În consecință, alte condiții, și nu temperatura, influențează starea sezonieră a corpului.

Principalul factor în reglarea ciclurilor sezoniere la majoritatea plantelor și animalelor este modificarea duratei zilei. Reacția organismelor la lungimea zilei se numește fotoperiodism . Importanța fotoperiodismului poate fi văzută din experimentul prezentat în Figura 35. Sub iluminare artificială non-stop sau pe o zi de peste 15 ore, răsadurile de mesteacăn cresc continuu fără a vărsa frunze. Dar când este iluminat timp de 10 sau 12 ore pe zi, creșterea răsadurilor se oprește chiar și vara, în curând frunzele se vărsează și se instalează repausul de iarnă, ca sub influența unei zile scurte de toamnă. Multe dintre speciile noastre de copaci foioase: salcie, salcâm alb, stejar, carpen, fag - cu zilele lungi devin veșnic verzi.

Lungimea zilei determină nu numai debutul repausului de iarnă, ci și alte fenomene sezoniere la plante. Astfel, o zi lungă favorizează formarea florilor în majoritatea noastră plante salbatice. Astfel de plante se numesc plante de zi lungă. Printre cele cultivate, acestea includ secară, ovăz, majoritatea soiurilor de grâu și orz și inul. Cu toate acestea, unele plante, în principal de origine sudică, de exemplu crizantemele, daliile, necesită zi scurta. Prin urmare, ele înfloresc aici doar la sfârșitul verii sau toamna. Plantele de acest tip sunt numite plante de zi scurtă.

Influența lungimii zilei are, de asemenea, un impact puternic asupra animalelor. La insecte și acarieni, lungimea zilei determină debutul repausului de iarnă. Astfel, atunci când se țin în condiții omizi fluture de varză sa ai o zi lunga(mai mult de 15 ore) fluturii ies in curand din pupe si o serie succesiva de generatii se dezvolta fara intrerupere. Dar dacă omizile sunt ținute la o zi mai scurtă de 14 ore, atunci chiar și primăvara și vara obțin pupe de iarnă care nu se dezvoltă timp de câteva luni, în ciuda temperaturii destul de ridicate. Acest tip de reacție explică de ce în natură, vara, în timp ce zilele sunt lungi, insectele pot dezvolta mai multe generații, iar toamna, dezvoltarea se oprește întotdeauna în stadiul de iernare.

La majoritatea păsărilor, prelungirea zilelor de primăvară determină dezvoltarea gonadelor și manifestarea instinctelor de cuibărit. Scurtarea zilelor de toamnă provoacă năpârlirea, acumularea de grăsimi de rezervă și dorința de a migra.

Lungimea zilei este un factor de semnalizare care determină direcția proceselor biologice. De ce schimbările sezoniere ale duratei zilei au devenit așa? mare importanțăîn viața organismelor vii?

Modificările în lungimea zilei sunt întotdeauna strâns legate de variația anuală a temperaturii. Prin urmare, lungimea zilei servește ca un precursor astronomic precis schimbări sezoniere temperatură și alte condiții. Aceasta explică de ce majoritatea grupuri diferite organisme de latitudini temperate aflate sub influenţă forţe motrice evoluție, s-au format reacții fotoperiodice speciale - adaptări la schimbările climatice în diferite perioade ale anului.

Fotoperiodism- Aceasta este o adaptare comună importantă care reglează fenomenele sezoniere într-o mare varietate de organisme.

Ceasul biologic

Studiul fotoperiodismului la plante și animale a arătat că reacția organismelor la lumină se bazează pe perioade alternante de lumină și întuneric de o anumită durată în timpul zilei. Reacția organismelor la lungimea zilei și a nopții arată că sunt capabile să măsoare timpul, adică au unele ceas biologic . Toate tipurile de ființe vii au această capacitate, de la organisme unicelulare până la oameni.

Ceasurile biologice, pe lângă ciclurile sezoniere, controlează multe alte fenomene biologice, a căror natură până de curând rămânea misterioasă. Ele determină ritmul zilnic corect atât al activității organismelor întregi, cât și al proceselor care au loc chiar și la nivel celular, în special al diviziunii celulare.

Gestionarea dezvoltării sezoniere a animalelor și plantelor

Clarificarea rolului lungimii zilei și reglarea fenomenelor sezoniere deschide mari oportunități pentru controlul dezvoltării organismelor.

Diverse tehnici de control al dezvoltării sunt utilizate pentru cultivarea pe tot parcursul anului a culturilor de legume și plante ornamentale, în timpul iernii și forțarea timpurie a florilor, pentru producția accelerată a răsadurilor. Tratamentul la rece înainte de însămânțare a semințelor realizează încadrarea culturilor de iarnă în timpul semănatului de primăvară, precum și înflorirea și fructificarea deja în primul an a multor plante bienale. Prin creșterea duratei zilei, este posibilă creșterea producției de ouă a păsărilor din fermele de păsări.

Una dintre proprietățile fundamentale ale naturii vii este natura ciclică a majorității proceselor care au loc în ea. Există o legătură între mișcarea corpurilor cerești și a organismelor vii de pe Pământ.

Organismele vii nu numai că captează lumina și căldura soarelui și a lunii, dar au și diverse mecanisme care determină cu precizie poziția Soarelui, răspund la ritmul mareelor, fazele lunii și mișcarea planetei noastre. Ele cresc și se reproduc într-un ritm care este cronometrat în funcție de lungimea zilei și de schimbarea anotimpurilor, care, la rândul lor, sunt determinate de mișcarea Pământului în jurul Soarelui. Coincidența fazelor ciclului de viață cu perioada anului la care sunt adaptate este crucială pentru existența speciei. În curs dezvoltare istorica fenomenele ciclice care apar în natură au fost percepute și asimilate de materia vie, iar organismele și-au dezvoltat capacitatea de a-și schimba periodic starea fiziologică.

Se numește alternanța uniformă în timp a oricărei stări a corpului ritmul biologic.

Există externe (exogene), având o natură geografică și următoarele modificări cicliceîn mediul extern și ritmurile interne (endogene) sau fiziologice ale corpului.

Ritmurile externe sunt de natură geografică, asociate cu rotația Pământului față de Soare și a Lunii față de Pământ.

Mulți factori de mediu de pe planeta noastră, în primul rând condițiile de lumină, temperatura, presiunea și umiditatea aerului, câmpul electromagnetic atmosferic, mareele marine etc., se modifică în mod natural sub influența acestei rotații. Organismele vii sunt, de asemenea, afectate de ritmurile cosmice, cum ar fi schimbările periodice ale activității solare. Soarele este caracterizat de un ciclu de 11 ani și o serie de alte cicluri. Schimbările în radiația solară au un impact semnificativ asupra climei planetei noastre. Pe lângă influența ciclică a factorilor abiotici, ritmurile externe pentru orice organism sunt, de asemenea, modificări naturale ale activității, precum și comportamentul altor ființe vii.

Ritmuri interne, fiziologice, au apărut istoric. Nici un singur proces fiziologic în organism nu are loc continuu. Ritmicitatea a fost descoperită în procesele de sinteză a ADN și ARN în celule, în sinteza proteinelor, în activitatea enzimelor și în activitatea mitocondriilor. Diviziunea celulară, contracția musculară, funcția glandelor secretie interna, bătăile inimii, respirația, excitabilitatea sistemului nervos, adică munca tuturor celulelor, organelor și țesuturilor corpului respectă un anumit ritm. Fiecare sistem are propria sa perioadă. Acțiunile factorilor de mediu pot schimba această perioadă doar în limite înguste, iar pentru unele procese este aproape imposibil. Acest ritm se numește endogene.

Ritmurile interne ale corpului sunt subordonate, integrate într-un sistem integral și apar în cele din urmă sub forma periodicității generale a comportamentului corpului. Corpul, parcă, numără înapoi timpul, desfășurându-și ritmic funcțiile fiziologice. Atât pentru ritmurile externe, cât și pentru cele interne, debutul fazei următoare depinde în primul rând de timp. Prin urmare, timpul acționează ca unul dintre cei mai importanți factori de mediu la care organismele vii trebuie să răspundă, adaptându-se la schimbările ciclice externe ale naturii.

Schimbările în activitatea de viață a organismelor coincid adesea în perioada cu ciclurile externe, geografice. Printre acestea se numără ritmurile biologice adaptative - zilnice, mareale, egale cu luna lunară, anuale. Datorită acestora, cele mai importante funcții biologice ale organismului (nutriție, creștere, reproducere etc.) coincid cu cele mai favorabile momente ale zilei și ale anului.

Regimul zilnic. De două ori pe zi, în zori și la apus, activitatea animalelor și plantelor de pe planeta noastră se schimbă atât de mult încât duce adesea la o schimbare aproape completă, la figurat vorbind, a „actorilor”. Acesta este așa-numitul ritm zilnic, cauzat de schimbările periodice ale iluminării datorate rotației Pământului în jurul axei sale. La plantele verzi, fotosinteza are loc numai în timpul zilei. La plante, deschiderea și închiderea florilor, ridicarea și coborârea frunzelor, intensitatea maximă a respirației, rata de creștere a coleoptilului etc. sunt deseori cronometrate la un anumit moment al zilei.

Notă în cercuri prezentate timp aproximativ deschiderea și închiderea florilor la diferite plante

Unele specii de animale sunt active numai în lumina soarelui, în timp ce altele, dimpotrivă, o evită. Diferențele dintre stilul de viață diurn și nocturn sunt un fenomen complex și este asociat cu o varietate de adaptări fiziologice și comportamentale care se dezvoltă în procesul de evoluție. Mamiferele sunt de obicei mai active noaptea, dar există și excepții, de exemplu oamenii: vederea umană, ca și cea a maimuțelor, este adaptată la lumina zilei. Peste 100 functii fiziologice afectate de periodicitatea zilnică, observate la om: somn și stare de veghe, modificări ale temperaturii corpului, ritmului cardiac, adâncimea și frecvența respirației, volum și compoziție chimică urină, transpirație, performanțe musculare și mentale etc. Astfel, majoritatea animalelor sunt împărțite în două grupe de specii - în timpul zileiȘi noapte, practic nu se întâlnesc niciodată.

Animalele diurne (majoritatea păsărilor, insectelor și șopârlelor) se culcă la apus, iar lumea este plină de animale nocturne (arici, lilieci, bufnițe, majoritatea pisicilor, broaște de iarbă, gândaci etc.). Există specii de animale cu aproximativ aceeași activitate atât ziua, cât și noaptea, cu perioade scurte de odihnă și veghe alternând. Acest ritm se numește polifazic(un număr de prădători, mulți scorpii etc.).

Ritmul zilnic este clar vizibil în viața locuitorilor sistemelor mari de apă - oceane, mări, lacuri mari. Zooplanctonul face zilnic migrații verticale, urcând la suprafață noaptea și coborând ziua. În urma zooplanctonului, animalele mai mari care se hrănesc cu el se deplasează în sus și în jos, iar în spatele lor prădători și mai mari. Se crede că mișcările verticale ale organismelor planctonice au loc sub influența multor factori: lumina, temperatura, salinitatea apei, gravitația și, în cele din urmă, pur și simplu foamea. Cu toate acestea, conform celor mai mulți oameni de știință, iluminarea este încă primară, deoarece schimbarea ei poate provoca o schimbare în reacția animalelor la gravitație.

La multe animale, periodicitatea zilnică nu este însoțită de abateri semnificative ale funcțiilor fiziologice, ci se manifestă în principal prin modificări ale activității motorii, de exemplu, la rozătoare. Modificările fiziologice din timpul zilei pot fi observate cel mai clar la lilieci. În timpul perioadei de odihnă din timpul verii, mulți lilieci se comportă ca animale poikiloterme. Temperatura corpului lor în acest moment coincide practic cu temperatura mediului. Pulsul, respirația și excitabilitatea organelor senzoriale sunt reduse brusc. Alarmat pentru decolare băţ durează mult să se încălzească din cauza producerii de căldură chimică. Seara și noaptea - acestea sunt mamifere homeoterme tipice cu temperatura ridicata corp, mișcări active și precise, reacție rapidă la pradă și inamici.

Perioadele de activitate la unele specii de organisme vii sunt limitate la un moment al zilei strict definit, în timp ce în altele se pot schimba în funcție de situație. De exemplu, activitatea gândacilor întunecați sau păduchii deșertului se schimbă la timp diferit zile in functie de temperatura si umiditatea de la suprafata solului. Ei ies din vizuinile lor dimineața devreme și seara (ciclu cu două faze), sau numai noaptea (ciclu cu o singură fază) sau pe tot parcursul zilei. Alt exemplu. Deschiderea florilor de șofran depinde de temperatură, iar cea a florilor de păpădie depinde de lumină: într-o zi înnorată coșurile nu se deschid. Ritmurile circadiene endogene pot fi distinse experimental de cele exogene. Cu o constanță completă a condițiilor externe (temperatură, lumină, umiditate etc.), multe specii continuă să se mențină perioadă lungă de timp cicluri aproape zilnice. Astfel, la Drosophila se observă un astfel de ritm endogen de zeci de generații. În consecință, organismele vii s-au adaptat pentru a percepe fluctuațiile mediului extern și și-au ajustat procesele fiziologice în consecință. Acest lucru s-a întâmplat în principal sub influența a trei factori - rotația Pământului în raport cu Soarele, Luna și stele. Acești factori, suprapusi unul altuia, au fost percepuți de organismele vii ca un ritm, apropiat, dar care nu corespunde exact unei perioade de 24 de ore. Acesta a fost unul dintre motivele pentru o anumită abatere a ritmurilor biologice endogene de la perioada zilnică exactă. Aceste ritmuri endogene se numesc circadian(din latină circa - în jur și moare - zi, zi), adică apropierea de ritmul circadian.

U tipuri diferiteși chiar și la diferiți indivizi din aceeași specie, ritmurile circadiene, de regulă, diferă ca durată, dar sub influența alternanței corecte a luminii și întunericului pot deveni egale cu 24 de ore.Astfel, dacă veverițele zburătoare (Pebromys volans) sunt ținute în întuneric absolut continuu, apoi se trezesc cu toții și duc un stil de viață activ la început simultan, dar în curând în momente diferite și, în același timp, fiecare individ își menține propriul ritm. Când se restabilește alternanța corectă a zilei și a nopții, perioadele de somn și de veghe ale veverițelor zburătoare devin din nou sincrone. Prin urmare, concluzia este că stimulii externi (schimbarea zilei și a nopții) reglează ritmurile circadiene înnăscute, aducându-le mai aproape de o perioadă de 24 de ore.

Stereotipul comportamental determinat de ritmul circadian facilitează existența organismelor în timpul schimbărilor zilnice ale mediului. În același timp, atunci când plantele și animalele se răspândesc și se găsesc în condiții geografice cu un ritm diferit de zi și de noapte, un stereotip puternic poate fi nefavorabil. Capacitățile de dispersie ale anumitor tipuri de organisme vii sunt adesea limitate de fixarea profundă a ritmurilor lor circadiene.

Pe lângă Pământ și Soare, există un alt corp ceresc, a cărui mișcare afectează în mod semnificativ organismele vii ale planetei noastre - aceasta este Luna. O varietate de popoare au semne care vorbesc despre influența Lunii asupra productivității culturilor agricole, a pajiștilor și pășunilor naturale și a comportamentului oamenilor și animalelor. Periodicitate egală cu luna lunară ca ritm endogen a fost identificat atât în ​​terestru cât şi organisme acvatice. Când este asociată cu anumite faze ale Lunii, periodicitatea se manifestă în roiul unui număr de țânțari chironomide și efei, reproducerea crinoizilor japonezi și a viermilor poliheți palolo (Eunice viridis). Astfel, în procesul neobișnuit de reproducere a viermilor poliheți marini, palolo, care trăiesc în recifele de corali din Oceanul Pacific, fazele lunii joacă rolul unui ceas. Celulele de reproducere ale viermilor se maturizează o dată pe an, aproximativ în aceeași oră - la o anumită oră a unei anumite zile, când Luna se află în ultimul trimestru. Fundătură corpul viermelui, umplut cu celule germinale, se rupe și plutește la suprafață. Ovulele și spermatozoizii sunt eliberați și are loc fertilizarea. Jumătatea superioară a corpului, rămasă în vizuina recifului de corali, crește din nou jumătatea inferioară cu celule sexuale până în anul următor. Modificările periodice ale intensității luminii lunii pe parcursul lunii afectează reproducerea altor animale. Începutul sarcinii de două luni a șobolanilor giganți de lemn din Malaezia are loc de obicei în jurul lunii pline. Este posibil ca lumina strălucitoare a lunii să stimuleze concepția la aceste animale nocturne.

O periodicitate egală cu luna lunară a fost identificată la un număr de animale în reacții la lumină și slabă campuri magnetice, în viteza de orientare. S-a sugerat că luna plină marchează perioade de maximă exaltare emoțională la oameni; 28 de zile ciclu menstrual Este posibil ca femeile să fi fost moștenite de la strămoșii mamiferelor, a căror temperatură corporală s-a schimbat sincron cu fazele schimbătoare ale Lunii.

Ritmurile mareelor. Influența Lunii afectează în primul rând viața organismelor acvatice din mările și oceanele planetei noastre și este asociată cu mareele, care își datorează existența atracției comune a Lunii și a Soarelui. Mișcarea Lunii în jurul Pământului duce la faptul că nu există doar un ritm zilnic al mareelor, ci și unul lunar. Mareele ating înălțimea maximă aproximativ o dată la 14 zile, când Soarele și Luna sunt în linie cu Pământul și au impact maxim asupra apelor oceanului. Ritmul mareelor ​​afectează cel mai puternic organismele care trăiesc în apele de coastă. Alternarea fluxurilor și refluxurilor pentru organismele vii este mai importantă aici decât schimbarea zilei și a nopții, cauzată de rotația Pământului și de poziția înclinată a axei pământului. Viața organismelor care trăiesc în principal în zona de coastă este supusă acestui ritm complex de flux și reflux. Astfel, fiziologia peștelui grunin, care trăiește în largul coastei Californiei, este de așa natură încât la cele mai mari maree nocturne sunt aruncați la țărm. Femelele, cu cozile îngropate în nisip, depun ouă, apoi masculii le fertiliză, după care peștii se întorc în mare. Pe măsură ce apa se retrage, ouăle fertilizate trec prin toate etapele de dezvoltare. Eclozarea alevinului are loc după o jumătate de lună și este programată să coincidă cu următoarea maree înaltă.

Frecvența sezonieră este unul dintre cele mai frecvente fenomene în natura vie. Schimbarea continuă a anotimpurilor, cauzată de rotația Pământului în jurul Soarelui, întotdeauna încântă și uimește oamenii. Primăvara, toate viețuitoarele se trezesc din somnul adânc, pe măsură ce zăpada se topește și soarele strălucește mai puternic. Mugurii izbucnesc și frunzele tinere înfloresc, animalele tinere se târăsc din gropi, insectele și păsările care se întorc din sud se năpustesc în aer. Schimbarea anotimpurilor are loc cel mai mult în zonele cu climă temperată și latitudinile nordice, unde contrastul condițiilor meteorologice ale diferitelor anotimpuri ale anului este foarte semnificativ. Periodicitatea vieții animalelor și plantelor este rezultatul adaptării acestora la schimbările anuale ale condițiilor meteorologice. Se manifestă prin dezvoltarea unui anumit ritm anual în activitatea lor de viață, în concordanță cu ritmul meteorologic. Nevoie în temperaturi scăzute V perioada de toamna iar la căldură în timpul sezonului de vegetație înseamnă că pentru plantele de latitudini temperate contează nu numai nivelul general de căldură, ci și distribuția sa sigură în timp. Deci, dacă plantelor li se oferă aceeași cantitate de căldură, dar distribuită diferit: se are o vară caldă și iarna rece, iar celălalt corespunzător unei temperaturi medii constante, atunci dezvoltare normală va fi doar în primul caz, deși cantitatea totală de căldură în ambele opțiuni este aceeași.

Se numește nevoia plantelor din latitudini temperate de a alterna între perioadele reci și calde pe tot parcursul anului termoperiodismul sezonier.

Adesea, factorul decisiv în frecvența sezonieră este creșterea duratei zilei. Lungimea zilei variază de-a lungul anului: soarele strălucește cel mai mult în solstițiul de vară în iunie și cel mai scurt în solstițiul de iarnă în decembrie.

Multe organisme vii au mecanisme fiziologice speciale care răspund la durata zilei și își schimbă comportamentul în consecință. De exemplu, în timp ce durata zilei este de 8 ore, pupa fluturelui Saturnia doarme liniștită, deoarece afară este încă iarnă, dar de îndată ce ziua devine mai lungă, special celule nervoaseîn creierul pupei încep să secrete un hormon special care o face să se trezească.

Schimbările sezoniere ale hainei de blană a unor mamifere sunt, de asemenea, determinate de lungimile relative ale zilei și ale nopții și au un efect redus sau deloc asupra temperaturii. Astfel, reducând treptat în mod artificial orele de lumină din incintă, oamenii de știință păreau să imite toamna și s-au asigurat că nevăstuicii și armăturile ținute în captivitate își schimbă ținuta maro de vară într-o iarnă albă înainte de timp.

Este general acceptat că există patru anotimpuri (primăvară, vară, toamnă, iarnă). Ecologii care studiază comunitățile din zonele temperate disting de obicei șase anotimpuri, care diferă în gama de specii din comunități: iarnă, primavara timpurie, sfârșitul primăverii, începutul verii, sfârșitul verii și toamna. Păsările nu aderă la împărțirea general acceptată a anului în patru anotimpuri: componența comunității de păsări, care include atât locuitori permanenți ai unei anumite zone, cât și păsări care petrec aici iarna sau vara, se schimbă tot timpul, păsările ajungând la maxim. numere primăvara și toamna în timpul migrației. În Arctica, de fapt, sunt două anotimpuri: o iarnă de nouă luni și trei luni de vară, când soarele nu apune dincolo de orizont, solul se dezgheță și viața se trezește în tundra. Pe măsură ce trecem de la pol la ecuator, schimbarea anotimpului este determinată din ce în ce mai puțin de temperatură și din ce în ce mai mult de umiditate. În deșerturile temperate, vara este o perioadă în care viața se oprește și înflorește la începutul primăverii și la sfârșitul toamnei.

Schimbarea anotimpului este asociată nu numai cu perioadele de abundență sau lipsă de hrană, ci și cu ritmul de reproducere. La animalele domestice (vaci, cai, oi) și animalele din mediul natural al zonei temperate, descendenții apar de obicei primăvara și cresc în perioada cea mai favorabilă, când majoritatea planteaza mancare. Prin urmare, poate apărea ideea că toate animalele se reproduc primăvara.

Cu toate acestea, reproducerea multor mamifere mici (șoareci, volei, lemmings) nu are adesea un model strict sezonier. În funcție de cantitatea și abundența hranei, reproducerea poate avea loc primăvara, vara și iarna.

În natură, se observă pe lângă ritmurile zilnice și sezoniere .frecvenţa pe termen lung fenomene biologice. Este determinată de schimbările vremii, schimbarea sa naturală sub influența activității solare și se exprimă prin alternanța anilor productivi și slabi, a anilor de abundență sau de deficit de populații.

Peste 50 de ani de observații, D.I. Malikov a observat cinci valuri mari de modificări ale numărului de animale, sau atâtea câte cicluri solare au existat (Fig. 7.8). Aceeași legătură se manifestă în modificările ciclice ale producției de lapte, creșterea anuală a cărnii, lânii la ovine, precum și în alți indicatori ai producției agricole.

Frecvența modificărilor proprietăților virusului gripal este asociată cu activitatea solară.

Potrivit prognozei, după o perioadă relativ calmă în privința gripei la începutul anilor 80. secolul XX Din 2000, se așteaptă o creștere bruscă a intensității răspândirii sale.

Există cicluri de activitate solară de 5-6 și 11 ani, precum și de 80-90 de ani sau seculare. Acest lucru ne permite într-o oarecare măsură să explicăm coincidența perioadelor de reproducere în masă a animalelor și creșterea plantelor cu perioadele de activitate solară.

Ritmurile circadiene și circadiene stau la baza capacității corpului de a simți timpul. Mecanismul responsabil pentru o astfel de activitate periodică, fie că este vorba de hrănire sau de reproducere, se numește „ceasul biologic”. Acuratețea uimitoare a ceasurilor biologice care controlează viața multor plante și animale este obiectul cercetării oamenilor de știință tari diferite pace.

După cum se poate observa din curbele de mai sus, frunzele de leguminoase se ofilesc noaptea și se îndreaptă din nou în timpul zilei. Programul de activitate al șobolanilor constă în gropi dreptunghiulare alternate secvențial (ziua - șobolanul doarme) și un platou (noapte - șobolanul este treaz). Muștele de casă eclozează în cea mai mare parte din pupele lor dimineața. Această adaptare are rădăcini atât de adânci încât, chiar și în condiții de lumină, temperatură și umiditate constante, muștele își păstrează periodicitatea caracteristică de comportament.

Multe animale - diverse specii de păsări, țestoase, albine etc. - își navighează în călătoriile corpuri cereşti. Se pare că pentru aceasta trebuie să ai nu numai o memorie bună, care să îți permită să-ți amintești poziția Soarelui sau a altor corpuri de iluminat, ci și ceva de genul unui cronometru, care să arate cât timp i-a luat Soarelui și stelelor să ocupe un nou loc în cerul. Organismele cu un astfel de ceas biologic intern au un alt avantaj - sunt capabile să „anticipeze” apariția evenimentelor recurente în mod regulat și să se pregătească în consecință pentru schimbările viitoare. Așadar, ceasul lor intern ajută albinele să zboare către floarea pe care au vizitat-o ​​ieri, exact în momentul în care aceasta înflorește. Floarea pe care o vizitează albina are și un fel de ceas intern, un fel de ceas intern care semnalează momentul înfloririi. Toată lumea știe despre existența propriului ceas biologic. După ce te-ai trezit câteva zile la rând la sunetul unui ceas cu alarmă, te obișnuiești rapid să te trezești inainte de, decât va suna. Astăzi există diferite puncte de vedere asupra naturii ceasului biologic, a principiului lor de funcționare, dar un lucru este cert - ele există cu adevărat și sunt larg răspândite în natura vie. Anumite ritmuri interne sunt inerente oamenilor. Reacții chimiceîn corpul său apar, după cum se arată mai sus, cu o anumită frecvență. Chiar și în timp ce dormi activitate electrică Creierul uman se schimbă la fiecare 90 de minute.

Ceasul biologic, potrivit unui număr de oameni de știință, este un alt factor de mediu care limitează activitatea ființelor vii. Răspândirea liberă a animalelor și plantelor este îngreunată nu numai de barierele de mediu, ele sunt legate de habitatul lor nu numai prin competiție și relații simbiotice, limitele zonelor lor sunt determinate nu numai de adaptări, ci și comportamentul lor este controlat indirect, prin intern Ceasul biologic, mișcarea corpurilor cerești îndepărtate.

anotimpuri Acestea sunt anotimpurile care diferă în funcție de vreme și temperatură. Ele se schimbă în funcție de ciclul anual. Plantele și animalele se adaptează bine la aceste schimbări sezoniere.

Anotimpuri pe Pământ

La tropice nu este niciodată foarte frig sau foarte cald; există doar două anotimpuri: unul este umed și ploios, celălalt este uscat. Aproape de ecuator (linia mediană imaginară) este cald și umed pe tot parcursul anului.

Zonele temperate (în afara tropicelor) au primăvara, vara, toamna și iarna. De obicei, cu cât sunteți mai aproape de Polul Nord sau Sud, cu atât verile sunt mai răcoroase și iernile sunt mai reci.

Schimbări sezoniere ale plantelor

Plantele verzi au nevoie de lumina soarelui și apă pentru a forma nutrienți și pentru a crește. Ele cresc cel mai mult primăvara și vara sau în perioadele umede. Ei fac față iernii diferit sau timp uscat al anului. Multe plante au ceea ce se numește o perioadă de odihnă. Multe plante acumulează nutrienți în părțile îngroșate situate sub pământ. Al lor partea supraterană moare, planta se odihnește până la primăvară. Morcovii, ceapa și cartofii sunt tipuri de plante care stochează nutrienți pe care le folosesc oamenii.

Cum ar fi stejarul și fagul își vărsă frunzele toamna pentru că nu este suficient lumina soarelui pentru formarea în frunze nutrienți. Iarna se odihnesc, iar primăvara apar frunze noi pe ele.

Copaci veșnic verzi mereu acoperit cu frunze care nu cad niciodată. Pentru a afla mai multe despre copacii veșnic verzi și care vărsează frunzele.

Unii copaci veșnic verzi, cum ar fi pinul și molidul, au frunze lungi și subțiri numite ace. Mulți dintre copacii veșnic verzi cresc departe în nord, unde verile sunt scurte și răcoroase, iar iernile sunt aspre. Menținându-și frunzișul, pot începe să crească de îndată ce sosește primăvara.

Deșerturile sunt de obicei foarte uscate, uneori nu plouă deloc și uneori sunt sezoane ploioase foarte scurte. Semințele germinează și produc lăstari noi numai în sezonul ploios. Plantele înfloresc și produc semințe foarte repede. Nutrienții se acumulează în ele

Schimbări sezoniere la animale

Unele animale, cum ar fi reptilele, își reduc activitatea și adorm pentru a supraviețui sezonului rece sau uscat. Când se încălzește, se întorc la imagine activă viaţă. Alte animale se comportă diferit, au propriile lor moduri de supraviețuire în perioadele grele.

Unele animale, cum ar fi căminul, dorm toată iarna. Acest fenomen se numește hibernare. Ei mănâncă toată vara, acumulând grăsime pentru ca iarna să poată dormi fără să mănânce.

Majoritatea mamiferelor și păsărilor își nasc puii primăvara, când hrana este din belșug peste tot, așa că au timp să crească și să devină mai puternice înainte de iarnă.

Multe animale și păsări întreprind călătorii lungi, numite migrații, către locuri unde există mai multă hrană în fiecare an. De exemplu, rândunelele își construiesc cuiburi în Europa primăvara și zboară în Africa toamna. Primavara, cand Africa devine foarte uscata, se intorc.

Caribui (numiți reni în Europa și Asia) migrează și ei, petrecându-și verile în Cercul Arctic. Turmele uriașe mănâncă iarbă și alte plante mici unde gheața se topește. Toamna, se deplasează spre sud, în zona pădurii veșnic verzi și mănâncă plante precum mușchi și lichen care se află sub zăpadă.

Răspunsul organismelor la schimbările sezoniere ale duratei zilei se numește fotoperiodism. Manifestarea sa nu depinde de intensitatea iluminării, ci doar de ritmul alternanței perioadelor întunecate și luminoase ale zilei.

Reacția fotoperiodică a organismelor vii are o importanță adaptativă deosebită, deoarece este nevoie de o perioadă destul de semnificativă de timp pentru a se pregăti pentru a experimenta condiții nefavorabile sau, dimpotrivă, pentru cea mai intensă activitate de viață. Capacitatea de a răspunde la modificări ale duratei zilei asigură schimbări fiziologice timpurii și adaptarea ciclului la schimbările sezoniere ale condițiilor. Ritmul zilei și al nopții acționează ca un semnal al schimbărilor viitoare ale factorilor climatici care au un impact direct puternic asupra unui organism viu (temperatură, umiditate etc.). Spre deosebire de alți factori de mediu, ritmul luminii afectează doar acele caracteristici ale fiziologiei, morfologiei și comportamentului organismelor care sunt adaptări sezoniere în ciclul lor de viață. Figurat vorbind, fotoperiodismul este reacția corpului la viitor.

Deși fotoperiodismul apare în toate grupurile sistematice mari, nu este caracteristic tuturor speciilor. Există multe specii cu un răspuns fotoperiodic neutru, în care modificările fiziologice ale ciclului de dezvoltare nu depind de lungimea zilei. Astfel de specii fie au dezvoltat alte metode de reglare a ciclului de viață (de exemplu, iernarea la plante), fie nu au nevoie de reglementarea precisă a acestuia. De exemplu, acolo unde nu există schimbări sezoniere pronunțate, majoritatea speciilor nu prezintă fotoperiodism. Înflorirea, fructificarea și moartea frunzelor la mulți copaci tropicali sunt extinse în timp și atât florile, cât și fructele se găsesc pe copac în același timp. În climatele temperate, specii care reușesc să se completeze rapid ciclu de viațăși practic nu se găsesc într-o stare activă în timpul anotimpurilor nefavorabile ale anului, de asemenea, nu prezintă reacții fotoperiodice, de exemplu, multe plante efemere.

Există două tipuri de răspuns fotoperiodic: de zi scurtă și de zi lungă. Se știe că lungimea luminii zilei, pe lângă perioada anului, depinde de locația geografică a zonei. Speciile de zi scurtă trăiesc și cresc în principal la latitudini joase, în timp ce speciile de zi lungă trăiesc și cresc la latitudini temperate și înalte. La speciile cu raze extinse, indivizii nordici pot diferi ca tip de fotoperiodism de cei sudici. Astfel, tipul de fotoperiodism este o caracteristică ecologică și nu sistematică a speciei.

La plantele și animalele de zile lungi, creșterea zilelor de primăvară și de începutul verii stimulează procesele de creștere și pregătirea pentru reproducere. Scurtarea zilelor din a doua jumătate a verii și toamna provoacă inhibarea creșterii și pregătirea pentru iarnă. Astfel, rezistența la îngheț a trifoiului și lucernă este mult mai mare atunci când plantele sunt cultivate în zile scurte decât în ​​zilele lungi. Copacii care cresc în orașele din apropiere lămpile stradale, ziua de toamnă se dovedește a fi prelungită, ca urmare, căderea frunzelor este întârziată și sunt expuși mai des la degerături.

Studiile au arătat că plantele de zi scurtă sunt deosebit de sensibile la fotoperioadă, deoarece durata zilei în patria lor variază puțin pe parcursul anului, iar schimbările climatice sezoniere pot fi foarte semnificative. La speciile tropicale, răspunsul fotoperiodic le pregătește pentru anotimpurile uscate și ploioase. Unele soiuri de orez din Sri Lanka, unde variația anuală totală a duratei zilei este mai mică de o oră, observă diferențe chiar și minuscule de ritm al luminii, care determină momentul în care înfloresc.

Fotoperiodismul insectelor poate fi nu numai direct, ci și indirect. De exemplu, la musca rădăcină de varză, diapauza de iarnă apare prin influența calității alimentelor, care variază în funcție de starea fiziologică a plantei.

Durata perioadei de lumină naturală, care asigură trecerea la următoarea fază de dezvoltare, se numește durata critică a zilei pentru această fază. Pe măsură ce latitudinea crește, lungimea zilei critice crește. De exemplu, trecerea la diapauză a viermilor mugurii de măr la o latitudine de 32 ° are loc atunci când perioada de lumină este de 14 ore, 44 ° -16 ore, 52 ° -18 ore.Lungimea critică a zilei servește adesea ca un obstacol în calea latitudinale. mișcarea plantelor și animalelor și introducerea lor .

Fotoperiodismul plantelor și animalelor este o proprietate fixată ereditar, determinată genetic. Cu toate acestea, reacția fotoperiodică se manifestă numai sub o anumită influență a altor factori de mediu, de exemplu, într-un anumit interval de temperatură. Într-o anumită combinație de condiții de mediu, dispersarea naturală a speciilor în latitudini neobișnuite este posibilă, în ciuda tipului de fotoperiodism. Astfel, în regiunile tropicale muntoase înalte există multe plante de zi lungă originare din climatele temperate.

În scopuri practice, durata orelor de lumină se modifică atunci când se cultivă culturi în teren închis, se controlează durata de iluminare, se crește producția de ouă a găinilor și se reglează reproducerea animalelor purtătoare de blană.

Perioadele medii de dezvoltare pe termen lung ale organismelor sunt determinate în primul rând de clima zonei; la acestea sunt adaptate reacțiile fotoperiodismului. Abaterile de la aceste date sunt determinate de condițiile meteorologice. Când condițiile meteorologice se schimbă, sincronizarea fazelor individuale se poate modifica în anumite limite. Acest lucru este deosebit de pronunțat la plante și animale poikiloterme.’ Astfel, plantele care nu au câștigat cantitatea necesară temperaturi efective, nu poate înflori nici măcar în condiții de fotoperioadă care stimulează trecerea la o stare generativă. De exemplu, în regiunea Moscovei, mesteacănii înfloresc în medie pe 8 mai, când suma temperaturilor efective se acumulează la 75 °C. Cu toate acestea, în abaterile anuale, momentul înfloririi sale variază între 19 aprilie și 28 mai. Animalele homeoterme răspund la condițiile meteorologice prin schimbarea comportamentului, a datelor de cuibărit și a migrațiilor.

Studiul modelelor de dezvoltare sezonieră a naturii este realizat de o ramură aplicată specială a ecologiei - fenologie (traducere literală din greacă - știința fenomenelor).

Conform legii bioclimatice a lui Hopkins, pe care a derivat-o în raport cu condițiile din America de Nord, momentul declanșării diferitelor fenomene sezoniere (fenodat) diferă în medie cu 4 zile pentru fiecare grad de latitudine, pentru fiecare 5 grade de longitudine și pentru 120 m altitudine, adică cu cât terenul este mai la nord, la est și mai înalt, cu atât începe mai târziu primăvara și cu atât debutul toamnei mai devreme. În plus, datele fenologice depind de condițiile locale (relief, expunere, distanța față de mare etc.). În Europa, momentul declanșării evenimentelor sezoniere se schimbă pentru fiecare grad de latitudine nu cu 4, ci cu 3 zile. Prin conectarea punctelor de pe hartă cu aceleași fenodați se obțin izolinii care reflectă frontul înaintării primăverii și declanșarea următoarelor fenomene sezoniere. Acest lucru este de mare importanță pentru planificarea multor activități economice, în special lucrările agricole.