основи екології

Пристосування організмів до сезонних змін у природі. Фотоперіодизм

Сезонна періодичність відноситься до числа найбільш загальних явищ в живій природі. Вона особливо яскраво виражена в помірних і північних широтах. В основі зовні простих і добре знайомих нам сезонних явищ в світі організмів лежать складні пристосувальні реакції ритмічного характеру, які з'ясовані порівняно недавно.

Сезонність в природі

Як приклад розглянемо сезонну періодичність в центральних районах нашої стра ни Щ. Тут провідне значення для рослин і тварин має річний хід температури. Період, сприятливий для життя, триває близько шести місяців.

Ознаки весни з'являються, як тільки починає сходити сніг. Ще не розпустивши листя, цвітуть деякі верби, вільха, ліщина; на проталинах навіть крізь сніг пробиваються паростки перших весняних рослин; прилітають перелітні птахи; з'являються перезимували комахи.

В середині літа, незважаючи на сприятливу температуру і велика кількість опадів, зростання багатьох рослин сповільнюється або повністю припиняється. Зменшується кількість квітучих рослин. Закінчується розмноження птахів. Друга половина літа і рання осінь - період дозрівання плодів і насіння у більшості рослин і накопичення поживних речовин в їх тканинах. У цей час вже помітні ознаки підготовки до зими. У птахів і ссавців починається осіння линька, перелітні птахи збиваються в зграї.

Ще до приходу стійких морозів в природі настає період зимового спокою.

Стан зимового спокою

Зимовий спокій не просто зупинка розвитку, викликана низькою температурою, а дуже складне фізіологічне пристосування. У кожного виду стан зим нього спокою настає лише на певній стадії розвитку. Так, у рослин (в залежності від виду) зимують насіння, надзем Цінні та підземні частини з спочивають нирками, а у деяких трав'янистих рослин - прикореневі листя. На різних стадіях розвитку настає зимовий спокій у комах. Малярійний комар і метелики-кропив'янки зимують в стадії дорослої комахи, метелики-капустянки - в стадії лялечки, непарний шовкопряд - в стадії яйця.

Зимуючі стадії рослин і тварин мають багато подібних фізіологічних особливостей. Значно знижена інтенсивність обміну. Тканини організмів, що знаходяться в стані зимового спокою, містять багато запасних поживних речовин, особливо жирів і вуглеводів, за рахунок яких підтримуються знижені процеси обміну протягом зимівлі. Зазвичай зменшується кількість води в тканинах, особливо в насінні, зимових нирках рослин. Завдяки всім цим особливостям покояться стадії здатні довго переживати суворі умови зимівлі.

Причини біологічних ритмів. Фотоперіодизм

У кожного виду в процесі еволюції виробився характерний річний цикл інтенсивного росту і розвитку, розмноження, підготовки до зими і зимівлі. Це явище отримало назву біологічного ритму. Збіг кожного періоду життєвого циклу з відповідним порою року має вирішальне значення для існування виду.

Найбільш помітна зв'язок всіх фізіологічних явищ у організму з сезонним ходом температури. Але хоча вона впливає на швидкість життєвих процесів, все ж таки не є основним регулятором сезонлих явищ в природі. Біологічні процеси підготовки до зими починаються ще влітку, коли температура висока. Комахи при високій температурі все-таки впадають в зімующее стан, у птахів наступає линька і з'являється прагнення до перельоту. Отже, якісь інші умови, а не температура впливають на сезонне стан організму.

Головним фактором регуляції сезонних циклів у більшості рослин і тварин є зміна тривалості дня. Реакція організмів на тривалість дня отримала назву фотопериодизма. Значення фотопериодизма видно з досвіду, показаного на малюнку Щ

При штучному цілодобовому освітленні або тривалості дня більше 15 ч сіянці берези ростуть безупинно, аби скидаючи листя. Але при освітленні протягом 10 або 12 годин на добу зростання сіянців навіть влітку припиняється, незабаром відбувається скидання листя і настає зимовий спокій, як під впливом короткого осіннього дня. Багато наших листопадні деревні породи: верба, біла акація, дуб, граб, бук - при довгому дні стають вічнозеленими.

Тривалість дня визначає не тільки наступ зимового спокою, а й інші сезонні явища у рослин. Так, довгий день сприяє утворенню квіток у більшості наших дикорослих рослин. Такі рослини називають довго денними. З культурних до них відносяться жито, овес, більшість сортів пшениці і ячменю, льон. Однак деякі рослини, переважно південного походження, наприклад хризантеми, жоржини, для цвітіння потребують короткому дні. Тому вони зацвітають у нас лише в кінці літа або восени. Рослини такого типу називають короткодневнимі.

Сильно позначається вплив довжини ДНР і на тварин. У комах і кліщів довжина дня обумовлює наступ зимового спокою. Так, при утриманні гусениць метелика-капустянки в умовах довгого дня (більше 15 год) з лялечок незабаром виходять метелики і без перерви розвивається послідовний ряд поколінь. Але якщо гусениць містити при дні коротше 14 год, то навіть навесні і влітку виходять зимуючі лялечки, які не розвиваються протягом декількох місяців, незважаючи на досить високу температуру. Подібний тип реакції пояснює, чому в природі влітку, поки день довгий, у комах може розвиватися кілька поколінь, а восени розвиток завжди зупиняється на зимуючої стадії.

У більшості птахів весняний, подовжується день викликає розвиток статевих залоз і прояв гніздових інстинктів. Осіннє скорочення дня викликає линьку, накопичення запасних жирів і прагнення до перельоту.

Довжина дня є сигнальним фактором, що визначає напрямок біологічних процесів. Чому саме сезонні зміни довжини дня набули такого великого значення в житті живих організмів?

Зміна довжини дня завжди тісно пов'язане з річним ходом температури. Тому довжина дня служить точним астрономічним передвісником сезонних змін температури та інших умов. Це пояснює, чому у самих різних груп орга низмов помірних широт під впливом рушійних сил еволюції сформувалися спеціальні фотоперіодичні реакції - пристосування до кліматичних змін в різні пори року.

Фотоперіодизм - це загальне важливе пристосування, що регулює сезонні явища у самих різних організмів.

Вивчення фотопериодизма рослин і тварин показало, що реакція організмів на світло заснована на чергуванні в протягом доби періодів світла і темряви певної тривалості. Реакція організмів на тривалість дня і ночі показує, що вони здатні вимірювати час, т. Е. Мають якимись "біологічним годинником". Цю здатність мають всі види живих істот, від одноклітинних до людини.

"Біологічний годинник", крім сезонних циклів, керують багатьма іншими біологічними явищами, природа яких ще недавно залишалася загадкової. Вони визначають правильний добовий ритм як активності цілих організмів, так і процесів, що відбуваються навіть на рівні клітин, зокрема клітинних поділів.

Управління сезонним розвитком тварин і рослин.

З'ясування ролі довжини дня і регуляції сезонних явищ відкриває великі можливості для управління розвитком організмів.

Різні прийоми управління розвитком використовують при цілорічному вирощуванні на штучному світлі овочевих культур і декоративних рослин, при зимової та ранньої вигонки квітів, для прискореного отримання розсади. Передпосівної обробкою насіння холодом досягають колосіння озимих культур при весняному посіві, а також цвітіння і плодоношення вже в перший рік багатьох дворічних рослин. Збільшуючи довжину дня, вдається підвищити несучість птахів на птахофермах.