Биологические ритмы. Фотопериодизм
Равномерное чередование во времени каких-либо состояний организма называется биологическим ритмом.
Природные ритмы для любого организма можно разделить на внутренние (связанные с его собственной жизнедеятельностью) и внешние (циклические изменения в окр. среде).
Внутренние циклы: Это прежде всего физиологические ритмы организма. Каждая система имеет свой собственный период. Изменить этот период действием факторов внешней среды можно лишь в узких пределах, а для некоторых процессов совсем нельзя. Такую ритмику называют эндогенной.
Все внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему и в конечном итоге выступают как общая периодичность поведения организма.
Внешние ритмы. Основные внешние ритмы имеют геофизическую природу, т.к. связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны. Под влиянием этого вращения множество экологических факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха и др. Адаптивные биологические ритмы возникли как приспособление физиологии живых существ к регулярным экологическим изменениям во внешней среде.
Суточный ритм обнаружен у разнообразных организмов, от одноклеточных до человек. У чел. отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью: сон, и бодрствование, изменение температуры тела, ритмы сердечных сокращений, глубины и частоты дыхания, объема и хим. сос-ва мочи, потоотделения и др.
По смене периодов сна и бодрствования животные делятся на дневных и ночных. Некоторые виды имеют приблизительно одинаковую активность как днем, так и ночью, с чередованием коротких периодов бодрствования и покоя. Такой ритм называют полифазным.
У некоторых видов периоды активности строго приурочены к определенному времени суток, у других может сдвигаться в зависимости от обстановки.
Отличить эндогенные суточные ритмы от экзогенных, т.е. навязываемых внешней средой, можно в эксперименте. У многих видов при полном постоянстве внешних условий продолжают длительное время сохраняться циклы, близкие по периоду к суточному. Таким образом, суточная цикличность жизнедеятельности переходит во врожденные, генетические св-ва вида. Такие эндогенные ритмы получили название циркадных.
Известный стереотип поведения, обусловленный циркадным ритмом, облегчает существование организмов при суточных изменениях среды. Однако при расселении животных и растений и попадании их в географические условия с иной ритмикой дня и ночи слишком прочный стереотип может стать неблагоприятным.
У большинства видов перестройка циркадного ритма возможна. Обычно она происходит не сразу, а захватывает несколько циклов и сопровождается рядом нарушений в физиологическом состоянии организма.
Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувствовать время. Эту способность живых существ называют «биологическими часами».
Приливно-отливные ритмы. Виды, обитающие на литорали, живут в условиях очень сложной периодичности внешней среды. На 24-часовой цикл колебания освещения и других факторов накладывается еще чередование приливов и отливов. В течение лунных суток наблюдаются 2 прилива и 2 отлива, фазы которых смещаются ежедневно примерно на 50 мин. Этой сложной ритмике подчинена жизнь организмов, обитающих в прибрежной зоне.
Периодичность, равная лунному месяцу, в качестве эндогенного ритма выявлена у ряда морских и наземных организмов. Она проявляется в приуроченности к определенным фазам Луны нерестования многощетинковых червей.
Годичные ритмы – один из наиболее универсальных в живой природе. Закономерные изменения физич. условий в течение года вызвали в эволюции видов множество самых разнообразных адаптаций к этой приуроченности. Наиболее важные из них связаны с размножением, ростом, миграциями и переживанием неблагоприятных периодов года.
Сезонные изменения представляют собой глубокие сдвиги в физиологии и поведении организмов, затрагивающие их морфологию и особенности жизненного цикла. Чем резче сезонные изменения внешн.среды, тем сильнее выражена годовая периодичность жизнедеятельности организмов.
Годичные ритмы у многих видов эндогенны. Такие ритмы называют цирканными. Особенно это относится к циклам размножения.
Одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды яв-ся длина светового дня, ритм чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор служит большинству живых организмов для ориентации во времени года.
Реакция организмов на сезонные изменения длины дня получила название фотопериодизма. Его проявление зависит не от интенсивности освещения, а только от ритма чередования темного и светлого периодов суток.
Фотопериодическая реакция животных организмов имеет большое приспособительное значение, т.к. для подготовки к переживанию неблагоприятных условий или, наоборот, к наиболее интенсивной жизнедеятельности требуется довольно значительное время. Способность реагировать на изменение длины дня обеспечивает заблаговременные физиологические перестройки и признанность цикла к сезонным сменам условий.
В отличии от др. экологич. факторов ритм освещения влияет лишь на те, которые яв-ся сезонными приспособлениями в их жизненном цикле. Образно говоря, фотопериодизм – это реакция орг-ма на будущность.
Различают 2 типа фотопериодической реакции: короткодневный и длиннодневный.
Длина светового периода суток, обеспечивающая переход в очередную фазу развития, получила название критической длинны дня для этой фазы.