FOTOPERIOD: U ROŚLIN I ZWIERZĄT - BIOLOGIA - 2026

Naświetlania jest ilość światła i ciemności, w cyklu 24-godzinnym. W rejonie równika - gdzie szerokość geograficzna przyjmuje wartość zero - jest stała i równa, przy 12 godzinach światła i 12 godzinach ciemności.

Odpowiedzią na fotoperiod jest zjawisko biologiczne, w którym organizmy modyfikują niektóre ze swoich cech - rozmnażanie, wzrost, zachowanie - w zależności od zmienności światła, pór roku i cyklu słonecznego.

Fotoperiod wpływa na kiełkowanie nasion. Źródło: pixabay.com

Ogólnie rzecz biorąc, fotoperiod jest zwykle badany na roślinach. Stara się zrozumieć, w jaki sposób zmiany parametrów oświetlenia wpływają na kiełkowanie, metabolizm, produkcję kwiatów, okres spoczynku pąków lub inną cechę.

Dzięki obecności specjalnych barwników, zwanych fitochromami, rośliny są w stanie wykryć zmiany środowiskowe zachodzące w ich otoczeniu.

Według dowodów na rozwój roślin wpływa liczba otrzymanych godzin. Na przykład w krajach o wyraźnych porach roku drzewa mają tendencję do zmniejszania wzrostu w okresach jesiennych, kiedy fotoperiod jest krótszy.

Zjawisko to rozciąga się na członków królestwa zwierząt. Fotoperiod może wpływać na jego rozmnażanie i zachowanie.

Fotoperiod został odkryty w 1920 roku przez Garnera i Allarda. Badacze ci wykazali, że niektóre rośliny modyfikują swoje kwitnienie w odpowiedzi na zmiany długości dnia.

Dlaczego występuje fotoperiod?

Gdy oddalamy się od tego obszaru, czasy światła i ciemności zmieniają się w odpowiedzi na nachylenie osi Ziemi w kierunku Słońca.

Kiedy przesuwamy się od równika do któregoś z biegunów, różnice między światłem a ciemnością są bardziej wyraźne - szczególnie na biegunach, gdzie znajdujemy 24 godziny światła lub ciemności, w zależności od pory roku.

Ponadto roczny obrót Ziemi wokół Słońca powoduje zmianę fotoperiodu w ciągu roku (z wyjątkiem równika). W ten sposób dni są dłuższe latem i krótsze zimą.

Zalety reagowania na fotoperiod

Zdolność do koordynowania pewnych procesów rozwojowych z określoną porą roku, w przypadku której istnieje duże prawdopodobieństwo, że warunki będą korzystniejsze, ma szereg zalet. Dzieje się tak u roślin, zwierząt, a nawet niektórych grzybów.

Dla organizmów korzystne jest rozmnażanie się w okresach w roku, w których młode nie muszą stawiać czoła ekstremalnym warunkom zimowym. Z pewnością zwiększy to przeżywalność potomstwa, zapewniając grupie wyraźną przewagę adaptacyjną.

Innymi słowy, mechanizm doboru naturalnego będzie sprzyjał dyfuzji tego zjawiska w organizmach, które nabyły mechanizmy umożliwiające im badanie środowiska i reagowanie na zmiany w fotoperiodzie.

Fotoperiod u roślin

U roślin długość dni ma znaczący wpływ na wiele ich funkcji biologicznych. Poniżej opiszemy główne procesy, na które wpływa długość dnia i nocy:

Rozkwit

Historycznie rzecz biorąc, rośliny były klasyfikowane jako rośliny długo-, krótko- lub neutralne. Roślinne mechanizmy pomiaru tych bodźców są bardzo wyrafinowane.

Obecnie ustalono, że białko o nazwie CONSTANS odgrywa znaczącą rolę w kwitnieniu, aktywowane do innego małego białka, które przemieszcza się przez wiązki naczyniowe i aktywuje program rozwojowy w merystemie reprodukcyjnym i indukuje produkcję kwiatów.

Rośliny wieloletnie i krótkotrwałe

Rośliny wieloletnie kwitną szybciej tylko wtedy, gdy ekspozycja na światło trwa kilka godzin. W tego typu roślinach kwitnienie nie nastąpi, jeśli czas trwania ciemnego okresu zostanie przekroczony o określoną wartość. Ta „krytyczna wartość” światła jest różna w zależności od gatunku.

Tego typu rośliny kwitną wiosną lub wczesnym latem, kiedy natężenie światła spełnia minimalne wymagania. Rzodkiewka, sałata i lilia należą do tej kategorii.

Natomiast rośliny działające w krótkim dniu wymagają niższej ekspozycji na światło. Na przykład niektóre rośliny kwitnące późnym latem, jesienią lub zimą mają krótki dzień. Wśród nich wyróżniają się chryzantemy, bożonarodzeniowy kwiat lub gwiazda oraz niektóre odmiany soi.

Czas oczekiwania

Stany utajenia są przydatne dla roślin, ponieważ pozwalają im radzić sobie z niekorzystnymi warunkami środowiskowymi. Na przykład rośliny żyjące na północnych szerokościach geograficznych wykorzystują krótszy dzień jesieni jako ostrzeżenie przed zimnem.

W ten sposób mogą przejść w stan uśpienia, który pomoże im poradzić sobie z nadchodzącymi ujemnymi temperaturami.

W przypadku wątrobowców mogą przetrwać na pustyni, ponieważ wykorzystują długie dni jako sygnał do przejścia w stan uśpienia w okresach suszy.

Połączenie z innymi czynnikami środowiskowymi

Często odpowiedź rośliny nie jest determinowana przez jeden czynnik środowiskowy. Oprócz czasu trwania światła, decydującymi czynnikami rozwoju są temperatura, promieniowanie słoneczne i stężenie azotu.

Na przykład u roślin z gatunku Hyoscyamus niger proces kwitnienia nie nastąpi, jeśli nie będzie spełniał wymagań fotoperiodycznych, a także wernalizacji (wymagana minimalna ilość chłodu).

Fotoperiodyczność u zwierząt

Jak widzieliśmy, długość dnia i nocy pozwala zwierzętom zsynchronizować etapy rozrodcze z korzystnymi porami roku.

Ssaki i ptaki rozmnażają się zwykle wiosną, w odpowiedzi na wydłużanie się dni, a owady zwykle stają się larwami jesienią, kiedy dni stają się krótsze. Informacje dotyczące reakcji na fotoperiodyczność u ryb, płazów i gadów są ograniczone.

U zwierząt kontrola fotoperiodyczna jest głównie hormonalna. Zjawisko to zachodzi poprzez wydzielanie melatoniny w szyszynce, które jest silnie hamowane przez obecność światła.

Wydzielanie hormonów jest większe w okresach ciemności. W ten sposób sygnały fotoperiodyczne są tłumaczone na wydzielanie melatoniny.

Hormon ten odpowiada za aktywację specyficznych receptorów zlokalizowanych w mózgu i przysadce mózgowej, które regulują rytm rozrodu, masę ciała, hibernację i migrację.

Znajomość reakcji zwierząt na zmiany w fotoperiodzie była przydatna dla człowieka. Na przykład w przypadku zwierząt gospodarskich różne badania mają na celu zrozumienie, jak wpływa to na produkcję mleka. Jak dotąd potwierdzono, że długie dni zwiększają wspomnianą produkcję.

Bibliografia

1. Campbell, NA (2001). Biologia: pojęcia i relacje. Edukacja Pearson.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA i Tucker, HA (2000). Fotoperiodic Effects on Dairy Cattle: A Review. Journal of Dairy Science, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW i Allard, HA (1920). Wpływ względnej długości dnia i nocy oraz innych czynników środowiska na wzrost i rozmnażanie roślin. Miesięczny przegląd pogody, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., & Coupland, G. (2004). Molekularne podstawy różnorodności w reakcjach fotoperiodycznych kwitnienia Arabidopsis i ryżu. Fizjologia roślin, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Reakcje roślin na fotoperiodyczność. Nowy fitolog, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC i Kim, WY (2018). System fotoperiodyczny do określania czasu kwitnienia roślin. Raporty BMB, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM i Valverde, F. (2009). Ewolucyjnie zachowane mechanizmy fotoperiodyczne u roślin: kiedy pojawiła się sygnalizacja fotoperiodyczna roślin? Sygnalizacja i zachowanie roślin, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Fotoperiodyzm u owadów i innych zwierząt. W Photobiology (str. 389-416). Springer, Nowy Jork, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM i Nelson, RJ (2010). Wpływ fotoperiodu na hormony, zachowanie i funkcje odpornościowe. Frontiers in neuroendocrinology, 32 (3), 303-19.