Действительно: летними месяцами погода не всегда бывает теплой и солнечной, зато осень часто дарит нам чудесные мгновения бабьего лета. Верный признак приближающейся осени в наших краях - стаи перелетных птиц, потянувших на юг. Что же гонит их в теплом августе - сентябре к местам зимовок? Откуда они знают, что в скором времени их ожидают холод и бескормица - ведь вокруг созревают плоды и семена, а насекомых предостаточно? Подготовленными к недоброй поре бывают не только птицы. Внезапно ударившие морозы редко застают врасплох животных и растения умеренных широт. Как же это возможно?
Дара предвидения у живых организмов нет, но есть способность ориентироваться во времени по самому устойчивому регулярно-периодическому явлению - изменению длины светового дня. Именно длина светового дня является ведущим сигнальным фактором, который позволяет организмам умеренных и высоких широт увязывать жизненные циклы с сезонными изменениями среды.
Фотопериодизм - реакция организмов на сезонные изменения длины светового дня.
Присущ ли фотопериодизм организмам тропических и экваториальных широт? Ответ обоснуйте.
Фотопериодическая реакция является экологическим явлением, а не систематическим признаком. Даже близкородственные виды, обитающие в разных широтах, принципиально отличаются по этому показателю. Все зависит от конкретных условий, а они различны. У экватора день и ночь всегда по двенадцать часов, а чем дальше от экватора, тем в летнее время день длиннее, в зимнее - короче. В Заполярье наступают полярный день, когда солнце круглосуточно не заходит за горизонт, и полярная ночь, когда оно вовсе не показывается.
Различают два типа фотопериодических реакций: короткодневный у организмов низких широт и длиннодневный у организмов высоких и умеренных широт. Так, критическая длина дня, определяющая начало цветения, составляет: Каланхое (Kalanchoe) - 12 часов, Земляника (Fragaria chilaensis) - 10 часов, Тимофеевка луговая (Phleum pratense) - 14,5 часов, Полевица (Agrostis palustris) - 16 часов.
Фотопериодизм можно не только учитывать, но и использовать. Проанализируйте график (рис. 1.6), иллюстрирующий регуляцию сроков размножения гольца (Salvelinus alpinus) ценной промысловой рыбы.
Анализ графика показывает, что при искусственном разведении, изменяя световой режим, можно вызвать нерест у гольца на четыре месяца раньше, чем в естественных условиях. Но, ответив на один вопрос, мы оказались перед другим: объяснив фотопериодизмом адаптации к сезонности, необходимо выяснить, как живые организмы могут регистрировать длину светового дня. Часов им на день рождения не дарили: ни механических, ни электронных. Пришлось обзаводиться "биологическими часами".
Биологические часы – способность организмов распределять во времени и периодически повторять свои функции даже в отсутствии выраженных внешних сигналов.
Проще говоря, биологические часы - это внутренняя врожденная способность регистрировать время. Физиологический механизм биологических часов весьма сложен и отличается у разных организмов. Нас сейчас интересует его наличие. Этот механизм определяет все внутренние ритмы организмов, а для его "подстройки" используется фотопериод как весьма устойчивый внешний ритм.
При изучении биологических часов проводился эксперимент с забавными зверьками - сонями. (Соневые (Gliridae) - одно из наиболее древних семейств грызунов.) Несколько животных содержали при постоянном сумеречном освещении. Первоначально режим дня у всех совпадал, но через некоторое время все смешалось: одни зверьки спят, другие кормятся. Выяснилось, что биологические часы у одних спешат, у других запаздывают, длина суток у "торопыги" может оказаться 23 часа 50 минут, у "лентяя" - 24 часа 5 минут, т.е. у каждого своя. Различия незначительны, но за несколько дней накапливаются часы. Нет солнца, вот и не подстроишь свои биологические часы.
Перевод биологических часов фотопериодом при резкой смене широтности или поясности ведет к сложным изменениям в физиологии организмов. Часто после этого следует пауза невосприимчивости к изменению длины дня. У перелетных птиц она длится месяцы.
Объясните связи, изображенные на схеме 9.
Краткое содержание § 3
Солнечный свет относится к абиотическим факторам. Устремленный на Землю световой поток частично отражается назад в космос, частично поглощается атмосферой. До поверхности планеты доходит менее половины той энергии, которую посылает нам Солнце. Лучи, достигшие поверхности Земли, можно разделить на ультрафиолетовые (около 10%), видимые (около 45%) и инфракрасные (около 45%). Ультрафиолет вреден в больших дозах. Он вызывает нарушения в наследственной информации клеток, т.е. оказывает мутагенное воздействие. В небольших дозах ультрафиолетовые лучи оказывают бактерицидное воздействие и вызывают образование витамина D в коже млекопитающих. Видимый свет необходим для фотосинтеза растений, ориентации животных и является фактором-сигналом, который помогает живым организмам приурочивать жизненные циклы к сезонным изменениям среды. Реакция организмов на сезонные изменения длины светового дня называется фотопериодизмом. Инфракрасное излучение оказывает тепловое воздействие. В зависимости от того, к каким условиям освещенности адаптированы организмы, среди растений выделяют тенелюбивые - сциофиты, светолюбивые - гелиофиты и теневыносливые факультативные гелиофиты, которые способны жить и при повышенной, и при пониженной освещенности. Адаптации растений выражаются в первую очередь в особенностях строения листьев.
Среди животных тоже можно выделить светолюбивые и тенелюбивые виды, хотя для них свет не является таким необходимым фактором, как для растений. Многие животные проводят всю жизнь в темноте.
Задания
1. Объясните, каково адаптивное значение указанных в таблице на стр. 25 особенностей сциофитов и гелиофитов.
2. Каков будет цвет подводных растений, содержащих дополнительные пигменты, если их вынести к поверхности воды - на солнечный свет?
3. Каков может быть цвет Красных водорослей (Rhodophyta) при их естественном освещении на глубине? Почему?
4. Почему многие растения-северяне не зацветают на юге?
5. Почему у деревьев, которые растут в городах возле уличных фонарей, часто задерживается листопад и подготовка к зиме, а из-за этого бывают обморожения?
6. Почему работа, связанная с частыми перелетами самолетом, считается вредной для здоровья?
7. Перед вами на рис. 1.6 схематическое расположение зрительных полей птицы Козодой обыкновенный (Caprimulgus europaeus). Каков обзор у этого животного? Дайте точный ответ в градусном выражении. Присуще ли козодою объемное зрение? В каких областях?