FOTOPERIOD: U BILJKAMA I ŽIVOTINJAMA - BIOLOGIJA - 2025

Fotoperiod je količina svjetla i mraka u 24-satnom ciklusu. U području ekvatora - gdje zemljopisna širina uzima vrijednost nula - ona je konstantna i jednaka, s 12 sati svjetlosti i 12 sati tame.

Reakcija na fotoperiod biološki je fenomen gdje organizmi mijenjaju neke svoje karakteristike - reprodukciju, rast, ponašanje - ovisno o varijaciji svjetlosti, godišnjim dobima i solarnom ciklusu.

Fotoperiod utječe na klijanje sjemena. Izvor: pixabay.com

Općenito, fotoperiod se obično proučava u biljkama. On nastoji razumjeti na koji način varijacije osvjetljenja mijenjaju klijavost, metabolizam, proizvodnju cvijeta, interval uspavanja pupova ili druge karakteristike.

Zahvaljujući prisutnosti posebnih pigmenata, nazvanih fitohromi, biljke mogu otkriti promjene u okolini koje se događaju u njihovoj okolini.

Prema dokazima, na razvoj biljaka utječe broj primljenih sati. Na primjer, u zemljama s obilježenim godišnjim dobima, drveće ima tendenciju usporavanja u jesenskim sezonama, gdje je fotoperiod kraći.

Fenomen se proteže na članove životinjskog carstva. Fotoperiod može utjecati na njegovo reproduciranje i ponašanje.

Fotoperiod su 1920. godine otkrili Garner i Allard. Ovi istraživači pokazali su da neke biljke mijenjaju svoje cvjetanje kao odgovor na promjene u duljini dana.

Zašto nastaje fotoperiod?

Kako se odmičemo od ovog područja, vremena svjetla i mraka mijenjaju se kao odgovor na nagib zemljine osi prema suncu.

Kako se krećemo od ekvatora prema bilo kojem polu, razlike između svijetlog i tamnog su više izražene - posebno na polovima, gdje nalazimo 24 sata svjetlosti ili tame, ovisno o doba godine.

Uz to, godišnje okretanje zemlje oko sunca uzrokuje da se fotoperiod mijenja tijekom cijele godine (s izuzetkom ekvatora). Tako su dani ljeti duži, a zimi kraći.

Prednosti reagiranja na fotoperiod

Sposobnost koordiniranja određenih razvojnih procesa s određenim doba godine u kojima postoji velika vjerojatnost da će uvjeti biti povoljniji daje niz prednosti. To se događa kod biljaka, životinja, pa čak i određenih gljivica.

Za organizme je korisno razmnožavati se u doba godine u kojima se maloljetnici ne moraju suočavati s ekstremnim uvjetima zime. To će, nesumnjivo, povećati opstanak potomstva, pružajući jasnu prilagodljivu prednost skupini.

Drugim riječima, mehanizam prirodne selekcije pogodovat će širenju ove pojave u organizmima koji su stekli mehanizme koji im omogućuju ispitivanje okoliša i reagiranje na promjene u fotoperiodu.

Fotoperiod u biljkama

U biljkama duljina dana ima izražene učinke na mnoge njihove biološke funkcije. U nastavku ćemo opisati glavne procese na koje utječe duljina dana i noći:

cvatući

Povijesno gledano, biljke su klasificirane kao biljke dugog dana, kratkog dana ili neutralne. Biljni mehanizmi za mjerenje ovih podražaja vrlo su sofisticirani.

Trenutno je utvrđeno da protein zvan CONSTANS ima značajnu ulogu u cvatnji, aktiviran na drugi mali protein koji se kreće kroz vaskularne snopove i aktivira razvojni program u reproduktivnom meristemu i potiče stvaranje cvijeta.

Biljke dugog i kratkog dana

Dugotrajne biljke cvjetaju brže samo kad izlaganje svjetlu traje nekoliko sati. U tim vrstama biljaka cvjetanje neće nastupiti ako trajanje tamnog razdoblja premaši određenu vrijednost. Ta "kritična vrijednost" svjetlosti varira ovisno o vrsti.

Ove vrste biljaka cvjetaju tijekom proljeća ili početkom ljeta, gdje svjetlosna vrijednost zadovoljava minimalne potrebe. U tu kategoriju svrstavaju se radič, zelena salata i ljiljan.

Suprotno tome, biljke kratkog dana zahtijevaju slabije osvjetljenje. Na primjer, neke biljke koje cvjetaju krajem ljeta, jeseni ili zimi su kratkotrajne. Među njima se ističu krizanteme, božićni cvijet ili zvijezda i neke sorte soje.

skrivenost

Stanja kašnjenja korisna su za biljke jer im omogućuju da se nose s nepovoljnim okolišnim uvjetima. Na primjer, biljke koje žive u sjevernim širinama koriste smanjenu dužinu dana u jesen kao upozorenje za hladnoću.

Na taj način mogu razviti uspavano stanje koje će im pomoći da se nose s temperaturama koje dolaze.

U slučaju jetrenih pivova, oni mogu preživjeti u pustinji, jer koriste duge dane kao signal za ulazak u stanje mirovanja tijekom sušnih razdoblja.

Kombinacija s drugim čimbenicima okoliša

Mnogo puta odziv biljke nije određen jednim čimbenikom okoliša. Uz trajanje svjetlosti, temperatura, sunčevo zračenje i koncentracije dušika obično su presudni čimbenici u razvoju.

Na primjer, u biljkama vrste Hyoscyamus niger, proces cvatnje neće se dogoditi ako ne udovoljava zahtjevima fotoperioda, a također i vernalizacije (potrebna je minimalna količina hladnoće).

Fotoperiod u životinjama

Kao što smo vidjeli, duljina dana i noći omogućuje životinjama da usklade svoje reproduktivne faze s povoljnim vremenima u godini.

Sisavci i ptice razmnožavaju se u proljeće, kao odgovor na produljenje dana, a insekti obično postaju larve u jesen, kada se dani skraćuju. Podaci o reakciji na fotoperiod u ribama, vodozemcima i gmazovima su ograničeni.

Kod životinja je kontrola fotoperioda uglavnom hormonalna. Taj fenomen je posredovan izlučivanjem melatonina u pinealnoj žlijezdi, koji je snažno inhibiran prisutnošću svjetlosti.

Hormonska sekrecija je veća u periodima tame. Tako se fotoperiodni signali prevode u izlučivanje melatonina.

Ovaj hormon je odgovoran za aktiviranje specifičnih receptora smještenih u mozgu i hipofizi koji reguliraju ritmove reprodukcije, tjelesnu težinu, hibernaciju i migraciju.

Poznavanje reakcije životinja na promjene u fotoperiodu bilo je korisno za čovjeka. Na primjer, u stočarstvu razne studije nastoje razumjeti kako utječe na proizvodnju mlijeka. Do sada je potvrđeno da dugi dani povećavaju navedenu proizvodnju.

Reference

1. Campbell, NA (2001). Biologija: pojmovi i odnosi. Pearson Education.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA i Tucker, HA (2000). Fotoperiodni učinci na mliječnu stoku: pregled. Časopis za mliječnu znanost, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW, i Allard, HA (1920). Utjecaj relativne duljine dana i noći i drugih čimbenika okoliša na rast i razmnožavanje u biljkama. Mjesečni pregled vremena, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., i Coupland, G. (2004). Molekularna osnova raznolikosti u fotoperiodičnim reakcijama cvjetanja Arabidopsis i riže. Fiziologija biljaka, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Reakcije biljaka na fotoperiod. Novi fitolog, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC, & Kim, WY (2018). Fotoperiodni senzorski sustav za vrijeme cvatnje u biljkama. BMB izvještaji, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM, i Valverde, F. (2009). Evolucijski sačuvani mehanizmi fotoperioda u biljkama: kad se pojavila biljna fotoperiodna signalizacija ?. Signalizacija i ponašanje biljaka, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Fotoperiodizam kod insekata i drugih životinja. U fotobiologiji (str. 389-416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM i Nelson, RJ (2010). Utjecaj fotoperioda na hormone, ponašanje i imunološku funkciju. Granice u neuroendokrinologiji, 32 (3), 303-19.