Биоритмы как адаптация. Суточные и сезонные ритмы в живой природе
Интенсивность и особенности многих процессов, протекающих в живых организмах, характеризуются периодической повторяемостью, которую в живой природе называют биоритмами (или биологическими ритмами).
Часть биоритмов не связана с изменениями внешних условий (или такая зависимость не ясна), то есть имеют внутреннюю природу, по всей видимости обусловленную особенностями протекания тех или иных процессов.
Другие биоритмы появились как приспособление (адаптация) организмов к циклическим изменениям условий внешней среды. При этом такие биологические ритмы могут быть наследственно закреплены на уровне генов.
Наиболее выражены биоритмы, связанные со сменой дня и ночи (суточный ритм) и сменой сезонов года (годовой ритм). Жизнь на Земле зарождалась и эволюционировала в условиях постоянного вращения планеты вокруг своей оси (24 часа) и вокруг Солнца (около 365 дня), также испытывала влияние Луны (цикл около 29,5 суток, приливно-отливные ритмы).
Суточные ритмы у многих видов в основном обуславливают смену активности (например, сон и бодрствование), а не разную приспособительную стратегию активного поведения к темному и светлому времени суток. При этом в организмах меняется множество процессов. Так у растений цветы могут раскрываться только днем, у животных в зависимости от времени суток вырабатываться определенные гормоны.
В зависимости от времени активности различают дневных и ночных животных.
Суточные биоритмы формировались в процессе эволюции как приспособление к смене дня и ночи. И на сегодняшний день они настолько сильно закреплены в генотипах организмов и возможно являются одним из фундаментов его эффективного функционирования, что помещение индивида в условия отсутствия суточного ритма все-равно заставляет его жить по внутренним часам.
Это подобно тому, как организм на уровне своих физиологических процессов готовится к смене времен года (запасает жир на зиму, обрастает шерстью, сбрасывает листву).
Биологические часы достаточно точно соответствуют физическому времени, способны подстраиваться под суточный ритм. Например, при перемещении представителя вида, ведущего дневной образ жизни, в другой часовой пояс его биологические часы через некоторое время подстраиваются под местное время.
Примечателен тот факт, что ритмы животных, обитающих в пещерах и глубоководных условиях или чья активность не зависит от времени суток, не совпадают с суточными ритмом. Это значит, что в ряду поколений такая периодичность была утеряна на генетическом уровне.
Годовые ритмы в живых организмах формируются из-за смены времен года. Особенно ярко они выражены в умеренных широтах, где разные виды обитают то в благоприятных для себя условиях, то в критических, вынужденные выживать. Биологические процессы в их телах протекают так, чтобы заранее подготовить индивид к сложному периоду. При этом рождение нового поколения, вскармливание обычно приходятся на комфортное для жизни время.
Сезонные изменения физиологических процессов в организмах запускаются как следствие реакции на изменение в соотношении длинны светлого и темного времени суток – фотопериод. Эта реакция организмов обусловлена генетически. Другими словами, индивид каким-либо образом улавливает, что день (или ночь) становится длиннее или короче по сравнению с предыдущим. После этого в его теле запускаются или изменяются те или иные биохимические процессы, постепенно подготавливающие его к зиме или весенне-летнему периоду.
Таким образом фотопериодизм – это свойство организма реагировать на изменение длины светлого (темного) времени суток. Фотопериодизм наблюдается не у всех видов, а только у тех, чья активность и поведение меняются строго со сменой сезонов года.
Доказательством ключевой роли фотопериодизма является тот факт, что годовые биоритмы организмов не меняются из-за кратковременных изменений погоды (похолодание летом, потепление зимой). К таким климатическим явлениям виды могут приспособиться путем изменения своего поведения.