ФОТОПЕРИОД: ПРИ РАСТЕНИЯ И ЖИВОТНИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В излагане на светлина е размерът на светло и тъмно в 24-часов цикъл. В областта на екватора - където географската ширина приема стойност нула - тя е постоянна и справедлива, с 12 часа светлина и 12 часа тъмнина.

Реакцията на фотопериода е биологично явление, при което организмите променят някои от своите характеристики - възпроизвеждане, растеж, поведение - в зависимост от вариацията на светлината, сезоните и слънчевия цикъл.

Фотопериодът влияе върху покълването на семената. Източник: pixabay.com

Обикновено фотопериодът обикновено се изучава в растенията. Той се стреми да разбере как вариращите параметри на осветлението променят покълването, метаболизма, производството на цветя, интервала на покой на пъпките или други характеристики.

Благодарение на наличието на специални пигменти, наречени фитохроми, растенията са в състояние да открият промените в околната среда, които настъпват в заобикалящата ги среда.

Според доказателствата, развитието на растенията се влияе от броя на получените часове. Например, в страни с маркирани сезони дърветата са склонни да се забавят през есенните сезони, където фотопериодът е по-кратък.

Явлението се разпростира и върху членовете на животинското царство. Фотопериодът е в състояние да повлияе на неговото възпроизвеждане и поведението му.

Фотопериодът е открит през 1920 г. от Гарнър и Алард. Тези изследователи показаха, че някои растения променят своя цъфтеж в отговор на промените в продължителността на деня.

Защо възниква фотопериодът?

Докато се отдалечаваме от тази област, времената на светлината и тъмнината се променят в отговор на наклона на земната ос към слънцето.

Когато се движим от екватора до някой от полюсите, разликите между светлината и тъмнината са по-забележими - особено при полюсите, където намираме 24 часа светлина или тъмнина, в зависимост от годината.

В допълнение, годишното въртене на земята около слънцето кара фотопериода да се променя през цялата година (с изключение на екватора). Така дните са по-дълги през лятото и по-къси през зимата.

Предимства за реагиране на фотопериода

Способността да се координират определени процеси на развитие с определено време на годината, когато има голяма вероятност условията да бъдат по-благоприятни, дава редица предимства. Това се случва при растения, животни и дори определени гъбички.

За организмите е изгодно да се размножават по време на годината, когато непълнолетните не трябва да се сблъскват с екстремните условия на зимата. Това несъмнено ще увеличи оцеляването на потомството, осигурявайки ясно адаптивно предимство на групата.

С други думи, механизмът на естествения подбор ще благоприятства разпространението на това явление в организми, които са придобили механизми, които им позволяват да изследват околната среда и да реагират на промените във фотопериода.

Фотопериод в растенията

При растенията продължителността на дните има значителен ефект върху много от биологичните им функции. По-долу ще опишем основните процеси, които са засегнати от продължителността на деня и нощта:

цъфтеж

В исторически план растенията са били класифицирани в дългодневни, късодневни или неутрални растения. Растителните механизми за измерване на тези стимули са много сложни.

Понастоящем е установено, че протеин, наречен CONSTANS, има значителна роля в цъфтежа, активира се към друг малък протеин, който се движи през съдовите снопове и активира програма за развитие в репродуктивна меристема и индуцира производството на цветя.

Дългодневни и краткодневни растения

Дългодневните растения цъфтят по-бързо, само когато излагането на светлина продължава няколко часа. При тези видове растения цъфтежът няма да се случи, ако продължителността на тъмния период бъде надвишена с определена стойност. Тази "критична стойност" на светлината варира в зависимост от вида.

Тези видове растения цъфтят през пролетта или началото на лятото, където светлинната стойност отговаря на минималното изискване. Репичките, марулите и лилиите са класифицирани в тази категория.

За разлика от тях, късодневните растения изискват по-ниска светлина. Например, някои растения, които цъфтят в края на лятото, есента или зимата, са краткодневни. Сред тях се открояват хризантемите, коледното цвете или звезда и някои сортове соя.

латентност

Забавените състояния са полезни за растенията, тъй като им позволяват да се справят с неблагоприятните условия на околната среда. Например растенията, които живеят в северните ширини, използват намалената дължина на деня през есента като предупреждение за настинка.

По този начин те могат да развият спящо състояние, което ще им помогне да се справят с идните температури.

В случай на чернодробни червеи, те могат да оцелеят в пустинята, защото използват дълги дни като сигнал, за да влязат в състояние на покой през сухи периоди.

Комбинация с други фактори на околната среда

Много пъти реакцията на растението не се определя от нито един фактор на околната среда. В допълнение към продължителността на светлината, температурата, слънчевата радиация и концентрациите на азот обикновено са определящи фактори за развитието.

Например, в растенията от вида Hyoscyamus niger процесът на цъфтеж няма да се случи, ако не отговаря на изискванията на фотопериода, а също и на вернализация (необходимо е минимално количество студ).

Фотопериод при животни

Както видяхме, продължителността на деня и нощта позволява на животните да синхронизират своите репродуктивни етапи с благоприятно време на годината.

Бозайниците и птиците обикновено се размножават през пролетта, в отговор на удължаването на дните, а насекомите обикновено стават ларви през есента, когато дните стават по-къси. Информацията относно реакцията на фотопериод при риби, земноводни и влечуги е ограничена.

При животните контролът на фотопериода е предимно хормонален. Това явление се медиира от секрецията на мелатонин в епифизата, която е силно инхибирана от наличието на светлина.

Хормоналната секреция е по-голяма в периоди на тъмнина. По този начин сигналите на фотопериода се превеждат в секреция на мелатонин.

Този хормон е отговорен за активирането на специфични рецептори, разположени в мозъка и в хипофизата, които регулират ритмите на възпроизвеждане, телесно тегло, хибернация и миграция.

Познаването на реакцията на животните на промените във фотопериода е било полезно за човека. Например в животновъдството различни изследвания се опитват да разберат как се влияе производството на мляко. Засега е потвърдено, че дългите дни увеличават споменатото производство.

Препратки

1. Кембъл, НС (2001). Биология: Понятия и взаимоотношения. Pearson Education.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA, & Tucker, HA (2000). Фотопериодични ефекти върху млечните говеда: преглед. Списание за млечната наука, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW, & Allard, HA (1920). Влияние на относителната продължителност на деня и нощта и други фактори на околната среда върху растежа и възпроизводството в растенията. Месечен преглед на времето, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., & Coupland, G. (2004). Молекулната основа на многообразието във фотопериодичните цъфтящи отговори на арабидопсис и ориз. Физиология на растенията, 135 (2), 677-84.
5. Джаксън, SD (2009). Растителни реакции на фотопериод. Нов фитолог, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC, & Kim, WY (2018). Фотопериодна сензорна система за време на цъфтеж в растенията. BMB доклади, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM, & Valverde, F. (2009). Еволюционно запазени механизми на фотопериод в растенията: кога се появи фотопериодична сигнализация на растенията ?. Растителна сигнализация и поведение, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Фотопериодизъм при насекоми и други животни. Във фотобиологията (стр. 389-416). Спрингер, Ню Йорк, Ню Йорк.
9. Walton, JC, Weil, ZM, & Nelson, RJ (2010). Влияние на фотопериода върху хормоните, поведението и имунната функция. Граници в невроендокринологията, 32 (3), 303-19.