Биологические ритмы. Фотопериодизм

Многие явления в природе имеют явно ритмичный характер: периоды солнечной активности (11-летний цикл), смена времен года (весна, лето, осень, зима), фаз луны, изменение времени суток (день, ночь) и т. д.

Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения активности процессов жизнедеятельности организмов.

Различают суточные и годовые ритмы активности живых организмов. А для обитателей побережий морей и океанов, где наблюдаются такие явления, как прилив и отлив, характерны приливно-отливные ритмы. Исключение составляют бактерии и вирусы, наличие ритмов у которых пока не доказано.

Большинство биологических процессов также имеют ритмичный характер, связанный или не связанный с внешними ритмами. Например, сезонные и суточные изменения у растений. У животных это годовые, месячные и суточные ритмы, например, период зимней спячки, линька, период сна и бодрствования, более частые ритмы мозга и сердца.

Суточные ритмы – ритмы, которые приспосабливают организмы к смене дня и ночи. Причиной суточных ритмов является вращение Земли вокруг своей оси. Суточные ритмы обнаружены как у многоклеточных, так и у одноклеточных организмов. У растений интенсивный рост, распускание цветков, закрывание и открывание устьиц приурочены к определенному времени суток. Наблюдаются ритмы и в протекании процессов дыхания и фотосинтеза, что проявляется в их усилении или ослаблении. У животных сильно меняется активность в течение суток. По этому признаку различают дневных и ночных животных. Проявляются суточные ритмы в чередовании сна и бодрствования, изменении двигательной активности, частоты пульса, температуры тела.

Годовые ритмы – это ритмы, которые приспосабливают организмы к сезонной смене условий. Причина: движение Земли вокруг Солнца. При годовом движении Земли по орбите вокруг Солнца на нашей планете происходит смена времен года: зимы, весны, лета и осени. В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс – размножение и выращивание молодняка – приходится на самый благоприятный период. На этот же период приходится цветение растений, созревание плодов и семян (вегетационный период). Подобные биологические ритмы обнаружены у всех организмов. Внутренний механизм, позволяющий организму не только чувствовать течение времени, но и измерять его промежутки, называется биологическими часами. Иногда биологические часы могут нарушаться, например, при длительных полетах и пересечении часовых поясов. Хорошо известно, что у летчиков и стюардесс часто нарушается время сна и бодрствования. Наука, изучающая биоритмы, называется хронобиологией. Жизнь на Земле развивалась в условиях регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из-за вращения планеты вокруг своей оси. Знание сформировавшихся закономерностей биоритмов имеет большое значение в сельском хозяйстве и в профилактической медицине.

Фотопериодизм. Многим организмам свойственна реакция на суточные ритмы освещения, т. е. на соотношение светлого (длина дня) и темного (длина ночи) периодов суток. Реакция, выражающаяся в изменении процессов роста и развития, называется фотопериодизмом (от греч. фотос – свет и период). В зависимости от длительности освещения растения делятся на растения длинного дня и растения короткого дня. Растения длинного дня растут в основном в умеренных и приполярных широтах. Например, растение дурнишник зацветает только тогда, когда длина светлого времени суток достигает 21 ч. Если длина светлого времени будет меньше 21 ч, то это растение может попасть под заморозки. Южные растения соя, бамбук, хлопчатник, просо, кукуруза, табак являются короткодневными. Они быстрее зацветают в условиях короткого дня. Фотопериодизм присущ не только растениям, но и животным. Так, у птиц и крупных млекопитающих с фотопериодизмом связана сезонная миграция, осенняя и весенняя линьки, переход к зимней спячке и многое другое. Не менее важна фотопериодическая регуляция и для сезонной половой активности животных. Фотопериодизм влияет и на пищевое поведение: под влиянием коротких дней животные умеренных широт начинают искать более калорийную пищу. Фотопериодизм у человека влияет на сезонные эмоциональные состояния, например, всем известен весенний пик эмоциональной активности.