Сезонные изменения в жизни растений

Примеры ритмов в живых организмах

Ритмичность является важной характеристикой живых организмов и проявляется на разных уровнях и в разных формах. Вот несколько примеров ритмов, наблюдаемых в жизни многих организмов:

Циркадные ритмы: это ритмы, которые повторяются примерно один раз за 24 часа. Один из наиболее известных примеров циркадных ритмов — это суточный цикл активности и покоя у многих животных, включая людей. Другие примеры включают сезонные циркадные ритмы, такие как миграция птиц и изменение активности некоторых животных в зависимости от времени года.
Биологические часы: в живых организмах есть внутренние механизмы, обеспечивающие регуляцию различных биологических процессов. Эти механизмы называются биологическими часами. Например, часы сна и бодрствования у людей и животных контролируются биологическими часами. Они регулируют уровень гормонов, температуру тела и другие физиологические параметры в течение суток.
Ритмы дыхания и сердечного ритма: дыхание и сердцебиение также являются ритмичными процессами. Они регулируются нервной системой и обеспечивают постоянный поступок кислорода и питательных веществ в организм, а также удаление отходов.
Развитие организма: многие организмы проходят через ритмичные этапы развития, такие как фазы роста, размножения и старения. Например, у человека есть ритм прорезывания зубов, половое созревание и менопауза.
Биолюминесценция: некоторые организмы способны излучать свет. Этот процесс может быть ритмичным, например, у морских дождевиков и огненных мух.
Ритмы сезонного изменения: многие жизненные процессы у животных и растений меняются в зависимости от сезонов года. Например, изменение окраски листьев в осеннее время или сезонные миграции животных.
Ритмы питания: многие организмы имеют ритмичное поведение в отношении питания. Например, ночное время выделяется для поиска пищи уночи или дневная активность у людей и животных, чтобы найти и потреблять пищу при свете.

Это только несколько примеров ритмичности в живых организмах. Ритмы играют важную роль в регуляции жизнедеятельности и обеспечивают поддержание гармонии и равновесия в организмах.

5.3. Годичные ритмы

Годичные ритмы – одни из наиболее универсальных в живой природе. Закономерные изменения физических условий в течение года вызвали в эволюции видов множество самых разнообразных адаптаций к этой периодичности. Наиболее важные из них связаны с размножением, ростом, миграциями и переживанием неблагоприятных периодов года. У видов с коротким жизненным циклом годовой ритм закономерно проявляется в ряду поколений (например, цикломорфоз у дафний и коловраток).

Рис. 65. Сезонная изменчивость пера у глухаря: 1, 2– зимнее; 3, 4 – летнее (из А. В. Михеева, 1999)

Сезонные изменения представляют собой глубокие сдвиги в физиологии и поведении организмов, затрагивающие их морфологию и особенности жизненного цикла (рис. 65). Приспособительный характер этих изменений очевиден: благодаря им такой ответственный момент в жизни вида, как появление потомства, оказывается приуроченным к наиболее благоприятному времени года, а переживание критических периодов происходит в наиболее устойчивом состоянии.

Чем резче сезонные изменения внешней среды, тем сильнее выражена годовая периодичность жизнедеятельности организмов. Осенний листопад, различные диапаузы, спячка, запасание жиров, сезонные линьки, миграции и т. п. развиты преимущественно в странах умеренного и холодного климатов, тогда как у обитателей тропиков сезонная периодичность в жизненных циклах выражена менее резко.

Годичные ритмы у многих видов эндогенны. Такие ритмы называются цирканными (лат. annus– год). Особенно это относится к циклам размножения. Так, животные Южного полушария, содержащиеся в зоопарках Северного, размножаются чаще всего зимой или осенью, в сроки, соответствующие весне и лету на их родине. Австралийские страусы в заповеднике Аскания-Нова откладывали яйца зимой прямо на снег. Собака динго приносит щенков в декабре, когда в Австралии конец весны. С устойчивостью сроков размножения в годовом цикле приходится считаться при интродукции и акклиматизации видов.

Сильные оттепели зимой, заморозки летом обычно не нарушают сезонных изменений у растений и животных. Вместе с тем далеко не всегда точность протекания годового цикла имеет эндогенную природу. Например, семена ряда растений прорастают в строго определенное время года даже после экспериментально вызванного состояния полного анабиоза, который должен нарушить «отсчет времени» в организме. Следовательно, прорастание стимулируют какие-то изменения среды, связанные с геофизическими циклами.

В настоящее время интенсивно изучается реакция организмов на слабые геоэлектромагнитные поля, а также атмосферные приливы и отливы, которые закономерно меняются в циклах вращения Земли. Показано, что интенсивность ряда биологических процессов коррелирует с колебаниями этих тонких показателей состояния атмосферы в течение года, как, например, двигательная активность насекомых, скорость потребления кислорода клубнями картофеля и др.

Таким образом, наступление очередного этапа годичного цикла у живых организмов происходит частично в результате эндогенной ритмики, а частично вызывается колебаниями внешних факторов среды. Примечательно то, что годовая периодичность зависит не от непосредственно действующих на организм мощных экологических факторов (температуры, влажности и др.), которые подвержены сильной погодной изменчивости, а от второстепенных для жизнедеятельности свойств среды, которые, однако, очень закономерно изменяются в течение года. Приспособительный смысл этого явления в том, что кратковременные перемены погодных условий, их возможные значительные отклонения от нормы не меняют биологического ритма организмов, который остается синхронизованным с общим ходом изменений в природе в течение года.

Одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды является длина светового дня, ритм чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор служит большинству живых организмов для ориентации во времени года.

Примеры адаптивных биологических ритмов

Адаптивные биологические ритмы можно наблюдать в различных аспектах жизни организмов. Вот несколько примеров:

Суточные ритмы

Суточные ритмы, также известные как циркадные ритмы, являются одним из наиболее известных примеров адаптивных биологических ритмов. Они регулируют такие процессы, как сон и бодрствование, пищеварение, выработка гормонов и многие другие. Например, у людей суточный ритм сна и бодрствования обычно соответствует циклу 24 часа, что позволяет нам быть активными в течение дня и отдыхать ночью.

Сезонные ритмы

Сезонные ритмы связаны с изменениями в окружающей среде, такими как изменение длительности дня и ночи, температуры и доступности пищи. Некоторые животные, например, меняют свою шерсть или оперение в зависимости от сезона, чтобы адаптироваться к изменениям температуры. Другие животные мигрируют в поисках пищи или для размножения в зависимости от сезона.

Лунные ритмы

Лунные ритмы связаны с фазами луны и могут влиять на поведение и размножение некоторых животных. Например, некоторые виды морских черепах откладывают яйца на пляжах в зависимости от фаз луны. Они выбирают определенные фазы луны, чтобы обеспечить наилучшие условия для выживания и развития своих потомков.

Годовые ритмы

Годовые ритмы связаны с изменениями в течение года, такими как смена сезонов и доступность пищи. Некоторые животные меняют свою окраску или поведение в зависимости от сезона, чтобы адаптироваться к изменениям окружающей среды. Например, зимой некоторые животные могут менять свою шерсть или оперение на более плотное, чтобы сохранить тепло.

Это лишь некоторые примеры адаптивных биологических ритмов, которые помогают организмам адаптироваться к изменяющейся окружающей среде и обеспечивают их выживание и размножение.

Значение светового дня для растений

Растения всегда реагируют на изменения длительности дня и ночи. Этот процесс называется фотопериодизмом. Длина светового дня в определенный день года, всегда постоянна, тогда как другие факторы (влажность, температура) могут меняться ежедневно. Растения реагируют на продолжительность дня своими сезонными изменениями, которые иногда называют «биологическими часами».

Также в зависимости от длительности освещения меняется процесс роста и развития. В зависимости от реакций на продолжительность дня и ночи различают следующие типы растений:

Значит, свет представляет собой основной регулятор роста и развития растений.

Суточные ритмы у растений

Наследственность растений за многие поколения закрепила циклические ритмы. Если нарушить освещение, влажность, температуру, то требуется какой-то период, чтобы ритмы эти изменились. «Циркадные» ритмы – так назвали данные процессы. На латинском языке это означает – ритмы, близкие к суточному периоду. «Цирка» — около, «диес» — день. Жизнь растений полностью у власти этих суточных ритмов. Наблюдая за тем, как раскрываются венчики цветов, можно точно определить время.

Первым встречает рассвет козлобородник, раскрывает свои желтенькие звездочки. Почти одновременно с ним расцветают голубенькие цветки цикория. Ранней пташкой являются и цветки шиповника, лилейника.

Только окрасят небо первые лучи солнца, тут же раскрывается множество цветов, показывая свою яркую окраску и свежесть. К шести утра просыпаются алые маки, желтые одуванчики, вьюнки, лен, цветки картофеля.

Стоит лучикам солнца залить поля, луга, реки, как на водяной глади распускается белоснежная лилия. Клумбы алеют и золотятся ноготками, чернобривцами, распускаются граммофоны ипомеи.

К середине дня всеми цветами радуги пестрят луга, степи, сады от огромного количества распустившихся цветов. Но после полудня постепенно краски тускнеют, и растения начинают закрываться. Цветы, которые раньше распустились, первыми и готовятся ко сну. Это — одуванчики, лютики, цикорий, козлобородник, ястребинка. К 17-ти часам складываются цветки у лилии, а шиповник цветет, пока солнце не зайдет.

Растения не только распознают смену дня и ночи, они приспособились к нужной для них длительности дня. Есть растения короткодневные и те, которые расцветают во время летнего солнцестояния.

Самым пунктуальным растением в мире является вечнозеленый кустарник, произрастающий в Малайзии. Его название — симпоха. Этот кустарник цветет ежедневно. Цветки распускаются друг за другом, постепенно набухая, и полностью раскрываясь за час перед восходом солнца. К шестнадцати часам цветок опадает. На 36-ой день после опадения лепестков, утром, ровно в три часа – раскрывается плод симпохи. И так всю жизнь. А живет кустарник иногда и до ста лет.

Почему растения способны выбирать именно то или иное время для цветения?

Растения используют изменение в спектральном составе солнечного света, чтобы определить длительность дня. За это отвечает уникальный пигмент фитохром. Эти пигменты содержатся в растениях в ничтожно маленьких количествах. Своим строением они сходны с желчными пигментами у животных и водорослей. Пигменты голубого цвета, а в листьях хлорофилл и каротиноиды их маскируют. Фитохром существует в двух формах. Они способны превращаться из одной формы пигмента в другую, что зависит от времени суток. Клетки растений способны считывать данную информацию и соблюдать четко биологические ритмы.

Периодичность цветения вырабатывалась у растений постепенно, она приспособилась и синхронно существует с ритмом жизни насекомых, опыляющих их. Цветки отдают нектар, пыльцу, а насекомые не совершают лишних полетов, тем самым экономят свою энергию. Такие растения имеют яркие, броские венчики. Они открываются, когда насекомые начинают летать, а с наступлением вечера закрываются. Тем самым защищают пыльцу, тычинки от увлажнения росой, переохлаждения или осадков.

Многие растения цветут в вечернее время или ночью. Они белого цвета или имеют сильный аромат, что является ориентиром для насекомых, их опыляющих. После захода солнца наполняет ароматом воздух ночная фиалка, благоухают цветки табака, ночной красавицы (мирабилис).

Зная, что влияет на ритмы жизни у растений, научились искусственно создавать условия для выгонки весенних цветов к определенным праздникам. Южные растения теперь могут расти в северных районах, а северные растения – в южных. Можно успешно бороться с сорняками. Для этого надо изучить ритм развития сорняков и определить ту фазу, когда они будут уязвимы для гербицидов, а растения, требующие защиты, меньше всего будут чувствительны к гербицидам.

Колебания численности растений

В природе численность популяции постоянно колеблется. Она может зависеть от сезонности или цикличности (периодичности).

Сезонные изменения численности популяций растений характерны для многих видов. В какой-то период из-за засухи может уменьшиться популяция, но в следующий период при нормальной влажности численность может полностью восстановиться. Такие колебания могут происходить циклично на протяжении длительного времени.

Реагирование растений на смену сезонов на протяжении года в зависимости от продолжительности дня дает возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды, чтобы сохранить популяцию.

Ритмы в жизни растений

Смена времен года, влекущих изменение климатических условий, приводит к сезонным ритмам у растений. При этом меняется внешний вид, изменяются процессы развития и роста растений, проявляется приспособленность к новым условиям среды. Особенности жизнедеятельности растений, связанные с сезонами, изучает наука фенология.

Изменение состояния растения в течение суток называется суточным ритмом. Кроме того, что цветы растений открываются утром, а к вечеру закрываются, еще происходит много процессов, невидимых глазу. Среди них такие процессы, как: деление клеток, фотосинтез, испарение влаги и др. Периодичность этих процессов напрямую зависит от влияния природных условий.

Растения каждый год в начале весны проходят такие этапы жизненного развития:

Весь ход развития растения зависит от внешних факторов. Наступление того или иного этапа и его продолжительность в большой мере зависит от температуры.